Höherohmiger Messwiderstand

Höherohmige Messwiderstände werden als Drahtwiderstand oder als Schichtwiderstand in Dickschichttechnik oder Dünnschichttechnik hergestellt.

Drahtwiderstände haben eine Induktivität, die bei Wechselströmen mit steigender Frequenz den Widerstand zunehmend verfälscht. Durch bifilare Wicklung mit über die Länge hin und rücklaufendem Strom (Bild) wird die Induktivität stark vermindert, allerdings die Kapazität erhöht. Einen Ausweg bieten die Ayrton-Perry-Wicklung und die Chaperon-Wicklung, bei welcher zwei Drähte gegensinnig gewickelt werden, die in gleicher Richtung von Strom durchflossen werden. Hierbei erhöht sich die Kapazität nicht.

Die Kapazität zwischen den Windungen führt zu einem mit steigender Frequenz sinkenden Scheinwiderstand. Drahtwiderstände haben die beste Stabilität und die höchste Belastbarkeit, können jedoch nicht in allen Bauformen hergestellt werden.

Schichtwiderstände, insbesondere Dünnschichtwiderstände, benötigen hingegen einen besseren Schutz vor Umwelteinflüssen, sind geringer belastbar und waren in der Vergangenheit nicht mit der erforderlichen Stabilität herstellbar. Insbesondere der Temperaturkoeffizient und der Spannungskoeffizient des Widerstandes sind bei hochohmigen Schichtwiderständen auch heute noch eine Herausforderung.

Hochohmige Widerstände werden beispielsweise in Spannungsteilern eingesetzt oder es werden komplette Spannungsteiler auf einem Substrat gefertigt. Das hat den Vorteil, dass sich der durch den Temperaturkoeffizient entstehende Fehler möglicherweise aufgrund der räumlichen Nähe der Teilwiderstände teilweise aufhebt.

Schichtwiderstände können induktionsarm sein und werden für bis mindestens 400 kV gefertigt.

Spannungskoeffizient des Widerstandes

Bei hohen Spannungen und hohen Widerstandswerten ist der Spannungskoeffizient des Widerstandes (VCR) von Bedeutung. Er ist definiert als:

${\displaystyle VCR={\tfrac {\Delta R/R}{\Delta U}}}$.

Typische Werte betragen um −10 ppm/V, sie sind meistens negativ, sind stark baugrößenabhängig, die Beträge sinken mit steigender Länge der Widerstandsstruktur und steigen mit dem absoluten Widerstandswert. Das hängt mit den Leitungsmechanismen in der Widerstandsschicht zusammen. Es sind aber auch Bauelemente möglich, bei denen er um mehr als zwei Zehnerpotenzen kleiner ist.

Besonders gering ist der VCR bei massiven Metalldrähten; Widerstände aus Draht sind jedoch nur bis zu einigen 100 kΩ verfügbar.

Niederohmiger Messwiderstand

Niederohmige Messwiderstände, auch als Strommesswiderstand, Nebenwiderstand oder Shunt bezeichnet, werden aus Blech oder Stangen der genannten Legierungen hergestellt. Bei diesen Widerständen ist der Übergangswiderstand der Kontakte ein Problem. Beträgt dieser z. B. 1 mΩ (je nach Werkstoff und Korrosion kann er deutlich höher sein und kann zudem schwanken), ergäben sich folgende Fehler:

Beispiel 1: Für einen Messwiderstand von 1 Ω bedeuten zwei 1-mΩ-Kontakte eine relative Messabweichung von 0,2 %. Das ist mehr als die typische Fehlergrenze des Widerstandes. Diese Abweichung kann nicht als vernachlässigbar klein angesehen werden, wenn die Qualität des Widerstandes ausgeschöpft werden soll, sie kann auch nicht herausgerechnet werden, weil Übergangswiderstände nur grob abschätzbar sind.

Beispiel 2: Messwiderstand zur Umformung von 150 A in 60 mV, also mit R = 60 mV/150 A = 0,4 mΩ mit denselben Übergangswiderständen: Relative Abweichung = 500 %.

Zur Vermeidung dieser Abweichung werden Strom-Messwiderstände in Vierleitertechnik angeschlossen:

Der zu messende Strom fließt durch die großen, außen liegenden Stromanschlüsse. Der Spannungsabfall an diesen hat auf die gemessene Spannung keinen Einfluss, da das Spannungsmessgerät an den kleinen, innen liegenden Klemmen angeschlossen wird. Da diese nur von dem geringen Strom durchflossen werden, den das Messgerät benötigt, verursachen die auch hier vorliegenden Übergangswiderstände nur einen vernachlässigbar kleinen Spannungsabfall.

Bei den recht hohen Stromstärken kommt es zur Erwärmung. Im Beispiel 2 werden im Messwiderstand bei Nennstrom 9 W Wärmestrom frei, an den zugrunde gelegten Kontakten zusätzlich 45 W. Thermospannungen können daher die Messung verfälschen, wenn die Messklemmen ungleiche Temperatur annehmen.

Neben den Ausführungen zur Verschraubung (wie in vorstehendem Bild) gibt es Ausführungen zum Einlöten bei Oberflächenmontage (siehe Datenblätter).

Einstellbarer Widerstand

Einstellbare Widerstände bzw. Potentiometer mit Schleifer sind zu Messzwecken ungeeignet, wenn der Stellbereich nur über eine Umdrehung (270 … 350°) geht. Spezielle Wendelpotentiometer mit einem Stellbereich von 10 Umdrehungen schaffen Fehlergrenzen in der Linearität < 0,3 % und in der Ablesung der Einstellung < 0,1 %.

Für Präzisionsmessungen werden umschaltbare Widerstandsdekaden (Dekadenwiderstände) verwendet. Zur Widerstandswahl dient ein Stufenschalter wie im Bild. Sie werden in einem Gerät für eine Zehnerpotenz (z. B. 10 × 1 kΩ) hergestellt oder für mehrere Zehnerpotenzen (z. B. mit 3 Schaltern und 10 × 10 Ω + 10 × 100 Ω + 10 × 1 kΩ) zusammengefasst.