NiCr-Präzisionswiderstandslegierungen sind Legierungen für den Einsatz in der Elektrotechnik zur Herstellung von Präzisions- und Leistungswiderständen. Sie werden verwendet in Messwiderständen, die in höherem Maße langzeit- und temperaturstabil sind als die preiswerteren Kohleschicht- und Metallschichtwiderstände, und in Drahtwiderständen, die in höherem Maße belastbar sind.
Eigenschaften Bearbeiten
■ Feiner Widerstandsdraht (Spule) mit einem Widerstandsbelag von 3,22 kΩ/m und einem Temperaturkoeffizienten von −1 ppm/K zwischen 25 und 150 °C.
■ Messwiderstand (Bauteil links unten) mit einem Widerstand von 2 mΩ. Das selbst nur bedingt lötbare Widerstandselement ist zwischen zwei widerstandsarmen Kupferanschlüssen verschweißt, über die es auf eine Leiterplatte oberflächenmontiert aufgelötet werden kann.
NiCr-Präzisionswiderstandslegierungen enthalten einen Nickelanteil von etwa 75 %, einem Chromanteil von etwa 20 %, etwa 3 % Aluminium und weitere Zusätze wie Silicium, Eisen, Mangan, Kupfer oder Kobalt, wodurch die Legierungen eine nur geringe Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes aufweisen. Zu Drähten gezogen werden sie zu präzisen Drahtwiderständen aufgewickelt, alternativ aus Bändern zu einem Shunt zusammengesetzt. Die Legierungen werden von verschiedenen Herstellen unter jeweils eigenen Markennamen (wie Isaohm, Evanohm, Nikrothal) mit etwas unterschiedlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften angeboten, ihre Entwicklung begann in den 1940er Jahren. Eine Theorie zur Temperaturabhängigkeit des Widerstandes wurde in den 1970er Jahren entwickelt.
Die Widerstandslegierungen weisen einen spezifischen Widerstand von rund 1,33 μΩ·m auf und erreichen einen Temperaturkoeffizienten von ±5 ppm/K in einem Temperaturbereich von −55 bis 150 °C; in einem eingeschränkten Temperaturbereich sind auch ±1 ppm/K realisierbar. Der extrem kleine Temperaturkoeffizient (TK) des Widerstands ergibt sich dadurch, dass der für Metalle typische positive TK bei einer Temperatur von etwa 20…40 °C in einen negativen TK übergeht, so dass sich in der Kurve über die Temperatur ein flaches Maximum ausbildet. Der an dieser Stelle etwa parabelförmige Kurvenverlauf kann durch eine quadratische Funktion angenähert werden, mit einem Koeffizienten von −0,003 ppm/K2 im Fall von Evanohm S nach einem Tempern des Widerstandsdrahtes. In Widerständen lässt sich der Temperaturkoeffizient konstruktiv weiter reduzieren, indem das Legierungsmaterial als Folie oder Film auf einen Träger aufgebracht wird, dessen abweichende temperaturbedingte Ausdehnung zu einer temperaturabhängigen Verspannung des Widerstandsmaterial führt und damit der Temperaturänderung des Widerstands entgegenwirkt (Diese Erkenntnis führte zur Gründung der Firma Vishay.).
Bei Verwendung für hochpräzise Widerstände liegt die maximale Anwendungstemperatur an Luft bei 200…250 °C und sie übertreffen darin, im konstanteren Widerstandsverlauf wie auch im höheren spezifischen Widerstand andere Widerstandslegierungen wie Konstantan, Manganin und Zeranin, die in der chemischen Zusammensetzung einen hohen Kupferanteil aufweisen. Alle genannten Widerstandslegierungen mit Ausnahme von Konstantan weisen einen kleinen Seebeck-Koeffizienten gegenüber Kupfer im Bereich von 1 µV/K auf.
Legierungsübersicht Bearbeiten
| Name | Zusammensetzung (in %) | Hersteller |
|---|---|---|
| Isaohm | Ni 74,5 • Cr 20 • Al 3,5 • Si 1 • Mn 0,5 • Fe 0,5 | Isabellenhütte Heusler |
| Evanohm R | Ni 73,5 • Cr 20 • Al 2,5 • Cu 2 • Si 1 • Mn 1 | Carpenter Technology Corporation |
| Evanohm S | Ni 72 • Cr 20 • Al 3 • Mn 4 • Si 1 | |
| Karma | Ni 74 • Cr 20 • Al 3,5 • Si 1 • Fe 1,5 | Harris-Driver Company |
| Nikrothal LX | Ni 74 • Cr 19 • Al 2,5 • Mn 2,2 • Cu 1,7 • Si 0,6 | Kanthal |
| Moleculoy | Ni 76,8 • Cr 20 • Al 3 • Co 0,2 | Molecu Wire Corporation |
Einzelnachweise Bearbeiten
- ↑ Datenblatt // ISAOHM®, Isabellenhütte Heusler
- ↑ ISA-WELD® // PRECISIONRESISTORS BVS, Isabellenhütte Heusler
- ↑ Paul M. Pflier, Hans Jahn: Elektrische Meßgeräte und Meßverfahren. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-25881-1, S. 68–70 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- G. R. Jones, B. J. Pritchard, R. E. Elmquist: Characteristics of precision 1 Ω standard resistors influencing transport behaviour and the uncertainty of key comparisons. In: Metrologia. Band 46, Nr. 5, 2009 (nist.gov [PDF]).
- WEGO - Bandshunt axial Baureihe 300 , WEGO
- Registerauskunft, Registernummer: 750506, DPMA, 1961
- Trade-Mark EVANOHM, USPTO, 1945
- Trade-Mark NIKROTHAL, USPTO, 1946
- Edwin Pettis: The last half-century: Wirewound resistors Part one, EDN, 2014
- Patent US2293878: Electrical resistance alloy. Veröffentlicht am 25. August 1942, Anmelder: Wilbur B. Driver Company, Erfinder: Victor O. Allen, Joseph F. Polak.
- Patent US2460590: Electric resistance element and method of heat-treatment. Veröffentlicht am 1. Februar 1949, Anmelder: Driver-Harris Company, Erfinder: James M. Lohr.
- Patent DE1104194: Verwendung von Nickellegierungen für elektrische Widerstände. Veröffentlicht am 6. April 1961, Anmelder: Aktiebolaget Kanthal, Erfinder: Björn Edwin, Gösta Gildebrand.
- Patent US2996378: Electrical resistance wire. Veröffentlicht am 15. August 1961, Anmelder: Molecu-Wire Corporation, Erfinder: Edward E. Edmunds, Arthur S. Lichter, Poch Stephen.
- J. H. Mooij: Electrical conduction in concentrated disordered transition metal alloys. In: physica status solidi (a). 1973, doi:10.1002/pssa.2210170217.
- ↑ Nikrothal® LX, Kanthal
- NIKROTHAL LX, BULTEN-KANTHAL AB
- Brian J. Pritchard; Robert C. Grime: Fabrication of reference standard 1 ohm resistors from Evanohm S alloy. In: Conference on Precision Electromagnetic Measurements. 1990, S. 290–291, doi:10.1109/CPEM.1990.110027.
- Patent US3517436: Precision resistor of great stability. Veröffentlicht am 30. Juni 1970, Anmelder: Vishay Intertechnology, Inc., Erfinder: Felix Zandman, Boyd A. Branin.
- Felix Zandman, Sidney J. Stein: A New Precision Film Resistor Exhibiting Bulk Properties. In: IEEE Transactions on Component Parts. 1964, S. 107–119, doi:10.1109/tcp.1964.1135008.
- Patent US4318072: Precision resistor with improved temperature characteristics. Veröffentlicht am 2. März 1982, Anmelder: Vishay Intertechnology, Inc., Erfinder: Felix Zandman.
- ↑ Datasheet Evanohm® R, Carpenter Technology Corporation
- Ronald F. Dziuba: The NBS Ohm Past-Present-Future. In: Proceedings of Measurement Science Conference. 1987 (nist.gov [PDF]).
- G. T. Furukawa, M. L. Reilly, W. G. Saba: Electrical Resistances of Wires of Low Temperature Coefficient of Resistance Useful in Calorimeters. In: NBS Special Publication 300. Band 6, 1970, S. 110–113 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- John P. Frick: Woldman's Engineering Alloys. ASM International, 2000, ISBN 978-0-87170-691-1, S. 424 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- John P. Frick: Woldman's Engineering Alloys. ASM International, 2000, ISBN 978-0-87170-691-1, S. 629 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- John P. Frick: Woldman's Engineering Alloys. ASM International, 2000, ISBN 978-0-87170-691-1, S. 752 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).