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Schaltungsanordnung zur Anzeige oder Aufzeichnung von Veränderungen
in einer Menge Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Anzeige
oder Aufzeichnung von Veränderungen in einer Menge, z. B. der Menge des in der Atmosphäre
vorhandenen Rauches, die regelnd auf die Stromleitfähigkeit einer lichtelektrischen
Zelle einwirkt, deren Stromschwankungen verstärkt werden, insbesondere durch Dreielektrodenröhren,
und dann auf ein Aufzeichnungsinstrument o. dgl. wirken.
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Bei solchen Anlagen, bei denen die lichtelektrische Zelle, die mit
ihr zusammenarbeitende Lichtquelle und die Elektroden der Verstärkungsröhre Spannung
aus dem gleichen elektrischen Netz beziehen, besteht die Gefahr einer störenden
Einwirkung von Schwankungen im speisenden Netz. Wird durch eine solche Schwankung
z. B. die Intensität der Lichtquelle geschwächt, so ist, wenn nicht besondere Vorkehrungen
getroffen werden, damit eine Abnahme des Gitterpotentials der Röhre verbunden, und
zwar entsprechend der Summe der Wirkunken, die sich aus der Abnahme der Gitterspannung,
der Anodenspannung, der Zellenspannung und der Beleuchtungsstärke ergeben.
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Die Erfindung hat nun die Aufgabe, derartige Summierungen von Störungen
aus Veränderungen der Netzspannung zu kompensieren. Dies geschieht gemäß der Erfindung
da-durch, daß die lichtelektrische Zelle im Gitterkreis der Dreielektroden-Verstärkungsröhre
in Reihe mit einer Gittervorspannungsimpedanz parallel- zu einem Potential liegt
und mit einer Quelle negativen Potentials verbunden ist, das größer ist als das
Gittervorspannungspotential, so daß eine Veränderung im Ausgang des Verstärkers
durch Veränderungen in der Anodenspannung und der normalen Gittervorspannung infolge
der, Schwankungen der Netzspannung von der gleichen Größenordnung, jedoch entgegengesetzter
Polarität ist, wie die Veränderungen im Ausgang des Verstärkers infolge von Veränderungen
in der regelnden Gitterspannung, die sich aus Veränderungen in der Stromleitfähigkeit
der lichtelektrischen Zelle ergeben, die durch Veränderungen in der Helligkeit der
Lichtquelle infolge der Netzspannungsschwankungen entstehen.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und
zwar ist Abb. i ein Schaltungsschema gemäß der Erfindung für einen Rauchanzeiger,
Abb. z ein Schaltungsschema einer bekannten Anlage ohne eigentliche Spannungskompensation.
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Nach Abb. i gehören zu einer Quelle elektrisch.
er
Energie Leiter ii und 12, an die die Primä,nvichlung 13 eines Transformators
14 und die Primärwicklung 15 .eines zweiten Transformators 16 angeschlossen
sind. Der : Transformator 14 besitzt außer der Primär-Wicklung 13 :einen Kern 17,
eine zweiteilige Hauptsekundärwicklung 18 und :eine Hilfssekundärwicklung i9, deren
Zweck und Wirkung unten noch näher beschrieben wird.
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Der Transformator 16 besitzt außer der Primärwicklung 15 eine
Sekundärwicklung 2o und einen Kern 2 i. Die Sekundärwicklung 2o besitzt zweckmäßig
mehrere Abgriffe, deren Zweck gleichfalls noch :erläutert wird.
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Ein Gleichrichter 22 ist :elektrisch mit den beiden Klemmen der zweiteiligen
Sekundärwicklung 18 verbunden. Der schematisch dargestellte Gleichrichter besitzt
hier zweiAnoden und eine einzige Kathode, um eine Ganzwellengleichrichtung der aufgedrückten
Wechselstromenergie erzielen zu können, die an den Außenkreis zwischen Gleichrichterkathodeund
Verbindungspunkt der zweiteiligen Sekundärwicklung gelegt ist.
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Die lichtelektrische Zelle 23 hat die übliche Bauart, und es gehört
zu ihr ein helltdurchlässiges Gehäuse mit einer darin eingeschlossenen Anode und
Kathode. Da die besondere Bauart der lichtelektrischen Zelle keinen Teil der Erfindung
bildet, erscheint eine Einzelbeschreibung nicht erforderlich.
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Eine Dreielektroden-Verstärkerröhre 24 ist gleichfalls von üblicher
Bauart, wie sie für Hochfrequenznachrichtenübermittlung entwikkelt ist. Die Röhre
24 weist einen Faden 26, eine Anode 27 und ein Gitter 28 auf. Der Faden 26 ist :elektrisch
verbunden mit und wird gespeist von der Hilfssekundärwicklung i 9 des Transformators
14, und zwar über die Anschlußleitungen 29 und 3 i.
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Bei 32 ist ein aus mehreren Abschnitten bestehender Potentiometerwiderstand
angegeben, der sich aus drei Abschnitten 33, 34 .und 36 zusammensetzt. Alle diese
Abschnitte sind hintereinandergeschaltet, und die äußere Klemme des Abschnittes
33 ist durch :einen Leiter 37 mit der Kathode des Gleichrichters 22 verbunden. Die
äußere Klemme des Abschnittes 36 ist durch :einen Leiter 38 mit dem Verbindungspunkt
der beiden Teile der Sekundärwicklung 18 verbunden-. Ein Kondensator 39 ist parallel
zwischen das äußere Ende des Widerstandes 33 und den Verbindungspunkt der Wicklungen
18 gelegt, damit eine Glättung der Spitzen in den gleichgerichteten Spannungswellen
des Gleichrichters eintritt.
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Bei 41 ist eine Gitterimpedanz dargestellt; diese hat vorzugsweise
einen Widerstand von etwa ioo Megohm. Eine Klemme der Impedanz ist mit der Anode
der Zelle 23 verbunden und das andere Ende durch einen Leiter 42 mit einem gewünschten
Punkt des Widerstandes 34. Der Verbindungspunkt zwischen Gitterimpedanz 4i und Anode
der Zelle 23 ist mit dem Steuergitter 28 verbunden.
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Die Anode 27 ist durch einen Leiter 43 mit der Klemme 44 des IUemmenpaares
44, 46 verbunden. Will man neben den dargestellten Einrichtungen der Schaltung eine
Aufzeichnungsvorrichtung benutzen, so kann man diese an die Klemmen 44 und 46 anschließen.
Wird die Vorrichtung nicht .gebraucht, so werden die Klemmen 44,-46 durch einen
Leiter verbunden.
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Die Klemme 46 ist durch einen Leiter 47 mit :einer Klemme . eines
elektrischen Anzeigeinstrumentes 48 verbunden, dessen andere Klemme mit der äußeren
Klemme des Abschnittes 33 des Widerstandes 32 verbunden ist. Die Kathode der lichtelektrischen
Zelle 23 ist durch den Leiter 49 mit der äußeren Klemme des Abschnittes 36 und damit
auch, mit dem Mittelpunkt der beiden Teile der Sekundärwicklung 18 durch
einen Leiter 38 verbunden.
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Alle bisher beschriebenen Elemente mit Ausnahme des Transformators
16 sind zweck-
mäßig auf :einer Grundplatte 5 i befestigt, die aus
elektrisch leitendem Stoff bestehen kann. Die ,äußere Klemme des Abschnittes 36
des Widerstandes 32 ist durch einen Leiter 52 mit der Platte 5 i und durch einen
Leiter 53 mit Erde verbunden. Mit 54 ist ein Gehäuse bezeichnet, in dem nicht nur
der Transformator 16, sondern auch die Lichtquelle 56 untergebracht ist, zweckmäßig
eine kleine Glühlampe in einer Fassung 57, deren Klemmen durch .ein Paar von Leitern
mit den Klemmen der Sekundärwicklung 20 oder besser mit seiner Klemme und mit .einem
ausgewählten Abgriffpunkt verbunden sind. Eine öffnung 58 im Gehäuse 54 gestattet
dem Licht des Glühfadens der Lampe 56, aus dem Gehäuse herauszutreten und die -lichtelektrische
Zelle 23 zu treffen.
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Naturgemäß kann die Grundplatte 5 i einen Teil :eines Gehäuses bilden,
in welchem die mit der lichtelektrischen Zelle zusammenarbeitenden Elemente untergebracht
sind, während das Gehäuse 54 in einem gewissen Abstande von der Grundplatte oder
dem Gehäuse 5 i angeordnet ist.
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Eine Linse 61, die der Lampe 56 zugeordnet ist, und :eine gleichartige
Linse 62, die der lichtelektrischen Zelle 23 zugeordnet ist, dienen zur Sammlung
und Richtung der Strahlen strahlender Energie, die die Lampe 56 aussendet und die
auf die lichtelektrische Zelle 23 fallen sollen.
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Ein Leiter 63 ist mit einem Abgriff verbunden, der an den Mittelpunkt
der Hilfssekundärwicklung i 9 angeschlossen ist, und ein
Leiter
64 verbindet den Leiter 63 mit dem Verbindungspunkt der Widerstandsabschnitte 33
und 34. 66 ist ein Heizwiderstand für den Faden 26 der Röhre 24.
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Bei Schaltungen dieser Art ist es möglich, daß Spannungsschwankungen
im Zufuhrkreise eintreten, der durch die Leiter i i und 12 dargestellt ist, und
die Erfindung betrifft insbesondere bestimmte, festgelegte Arbeitsbedingungen der
verschiedenen Elemente und Teile der Anlage sowie ihr Zusammenarbeiten mit dem Ergebnis,
daß kleinere Spannungsschwankungen im Speisekreis verhältnismäßig wenig oder zum
mindesten eine herabgesetzte Einwirkung ,auf die Ablesungen des Anzeigeinstrumentes
48 ausüben oder entsprechend auf die Aufzeichnungen für den Fall, daß eine Aufzeichnungsvorrichtung
benutzt wird.
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Um das beschriebene System klar von einem solchen zu unterscheiden,
bei dem keine Kompensation der Spannungsschwankungen erfolgt, ist ein solches unkompensiertes
System in Abb. 2 wiedergegeben. Es sind im wesentlichen gleiche Apparate vorgesehen,
aber die Anschlüsse zwischen der lichtempfindlichen Zelle und den anderen Teilen
des Systems sind verschieden. Eine Klemme der Impedanz 41 ist mit der Kathode der
Zelle 23 verbunden und die andere einstellbar durch einen Leiter 67 mit dem Widerstand
34. Der Verbindungspunkt zwischen Impedanz 41 und Kathode der Zelle 23 ist durch
den Leiter 68 in Verbindung mit dem Gitter 28 der Röhre 24. Die Anode der Zelle
23 ist durch einen Leiter 69 an den Verbindungspunkt des Instrumentes 48 und des
WiderstandsabschnittOs 33 angeschlossen.
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Die Elemente des Systems nach Abb. i sind so bemessen, daß eine Veränderung
des normal voll beleuchteten oder erregten Zustandes der. lichtelektrischen Zelle,
d. h. einer iooo/oigen Erregung, bis zum Zustande der vollkommenen Dunkelheit eine
Spannungsveränderung von io Volt in der Gittervorspannung hervorruft, die durch
die Gitterimpedanz 41 erzeugt wird. Um dies zu erzielen, wird der Spannungsabfall
des aus mehreren Abschnitten bestehenden Widerstandes 32 sich zusammensetzen ;aus
ioo Volt zwischen den Klemmen des Widerstandes 33, io Volt zwischen dem Verbindungspunkt
der Widerstände 33, 34 und dem Berührungspunkt des Leiters 42 und etwa ioo Volt
für den verbleibenden Teil der Widerstände 34 und 36.
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Es möge weiter angenommen werden, daß die Spannung zwischen den beiden
Fadenklemmen oder vorzugsweise zwischen einem mitten zwischen ihnen liegenden Punkt,
den der Leiter 63 darstellt, und der Anode 27 ioo Volt beträgt, weiter, daß
die Spannung zwischen der äußeren Klemme des Gitterwiderstandes 4i und dem Mittelpunkt
des Fadens 26 (wiedergegeben durch den Leiter 63) i o Volt b--trägt.
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Die gesamte Gittervorspannung zwischen Gitter 28 und Mittelpunkt der
Wicklung i 9 und damit zum Faden 2 6 beträgt - i o - i o = -2o Volt und setzt sich
zusammen aus dem Abfall über die Impedanz 4i und dem Abfall in dem Teil des Widerstandes
34 zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 33,- 34 und dem Abgriffpunkt des
Leiters 42.
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Wenn hier bestimmte Werte der verschiedenen Spannungen in verschiedenen
Teilen der Schaltung gegeben sind, so sind diese natürlich nur zur Erläuterung und
nicht als Einschränkung angegeben. Die genauen Werte hängen von der Art der Glühkathodenröhre
und von der Art der lichtelektrischen Zelle ab.
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Es hat sich gezeigt, daß mit einer Schaltung, wie sie Abb. i darstellt,
sich eine im wesentlichen vollständige Kompensation für kleinere Spannungsschwankungen
erzielen läßt, d. h. die Ablesungen im Instrument q.8 werden sich nicht merklich
ändern, selbst wenn die Spannung der Speisequelle sich um 30/0 ,ändert.
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Eine solche Kompensation tritt "aus folgenden Gründen ein: Wenn das
System in der beschriebenen Weise eingestellt ist, so werden die Schwankungen in
der Anodenspannung stärkere Wirkungen haben als die Veränderungen in der Gittervorspannung.
Fällt die Speisespannung, so sinkt die Lichtstärke der Lampe 56, und die Erregung
der lichtempfindlichen Zelle wird ebenfalls geringer. Die Wirkungen der Spannungsveränderungen
am Gitter und an der Anode der Glühkathodenröhre werden so sein, daß sie die Schwankungen
am Gitter infolge der Veränderung in der Erregung der Zelle ausgleichen, die sich
aus der Veränderung in der Leuchtstärke der Lichtquelle ergibt.
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Es ist gefunden worden, daß bei einer Schaltung, wie sie Abb.2 zeigt,
eine Veränderung von 250/6 in den Ablesungen des Instrumentes 48 eintritt, wenn
sich eine 3 %ige Veränderung in der Spannung des Speisekreises zeigt. Dieser Mangel
an Kompensierung läßt sich wie folgt erläutern: Wenn der Kreis in genau der gleichen
Weise eingestellt wurde, wie es oben bezüglich Abb. i geschildert ist, so wird die
Wirkung der Spannungsschwankung am Gitter und an der Anode der Glühkathodenröhre
eine Abnahme im Anodenstrom herbeiführen, weil die Wirkung der Anodenspannungs.schwankung
größer ist als die Wirkung der Schwankungen der Gitterspannung. Die Schwankung
der
Lichtstärke der Lampe ist in Prozent größenordnungsmäßig das Vierfache der Spannungsschwankung.