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Vorrichtung zur Stabilisierung der Feldstärke von Elektro-Magneten,
insbesondere für Masse@nspektrometer Bei Massenspektrometern mit Ablenkung der Ionen
durch ein Magnetfeld einstellbarer Feldstärke- besteht die Aufgabe, die jeweils
einzustellende Feldstärke von Schwankungen möglichst weitgehend frei zu halten.
Entnimmt man den Magnetstrom einem Akkumulator und regelt ihn mit Hilfe eines Widerstandes,
so ergeben sich unberechenbare Schwankungen durch Veränderung des Kontaktwiderstandes
infolge von Oxydation oder Funkenbildung. Um dies zu vermeiden, könnte man an Stelle
des Widerstandes Regelröhren verwenden, bei denen ,der Regelwiderstand in den Gitterkreis
gelegt und nicht vom Magnetstrom belastet wird. Eine solche Regelröhre benötigt
aber eine hohe Betriebsspannung, für die eine genügend stromstarke Gleichspannungsquelle-
normalerweise nicht zur Verfügung steht. Infolgedessen ist man darauf angewiesen,
die Betriebsspannung einem Netzanschlußgerät zu entnehmen und zur Unterdrückung
von Netzspannungsschwankungen eine .der bekannten Stabilisierungsschaltungen mit
Elektronenröhren zu verwenden. Die erforderliche Stabilität gewährleisten diese
Schaltungen aber nur bei nahezu gleichbleibender Strombelastung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, trotz Regelbarkeit der Magnetfeldstärke
in weiten Grenzen die Stabilität der verwendeten Netzspannung dadurch zu gewährleisten,
daß .die Netzspannungsquelle unabhängig von der eingestellten Feldstärke stets mit
etwa gleichbleibender Stromentnahme belastet wird. Dies läßt sich gemäß der Erfindung
dadurch erreichen, daß eine den Magnetstromkreis bildende oder ihn enthaltende Stromverzweigung
vorgesehen ist, deren Zweigströme zur Regelung der Magnetfeldstärke in weiten Grenzen
so veränderbar sind, daß die resultierende
Gesamtstromaufnahme und
damit auch die Belastung der Spannungsquelle im wesentlichen konstant bleibt. Vorteilhaft
sind zu diesem Zweck zwei gegensinnig wirkende Erregerspulen vorgesehen, deren wirksame
Amperewindungen gegensinnig regelbar sind. Hierbei können .die Zweig- oder Erregerströme
durch eine gegensinnige Änderung der Gitterspannung zweier Elektronenröhren mit
gemeinsamem Kathodenwiderstand regelbar sein.
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Zweckmäßig ist eine kombinierte stufenweise Grob- und kontinui-erlicheFeinregelungvorzusehen.
Hierzu können zusätzlich zu einer grobstufig regelbaren Haupterregerspule zwei gegensinnig
wirkende Hilfsspulen für die Feinregelung vorgesehen sein. Die Erfindung sei an
zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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In edendargestellten Schaltungen ist der zu regelnd- Elektromagnet
mit :seiner Haupterregerspule i und zwei gegensinnig wirkenden: Hilfsspulen.2 und
3 versehen. Die Hauptspule erhält ihren Erregerstrom von einem Akkumulator q., 5
durch einen Stufenschalter 6 über wa'hlwei'se einschaltbare Vorwi:derstände 7. Der
Stufenschalter 6 kann als Magnetschalter ausgebildet sein und in weiter unten näher
zu erläuternder Weise von der Feinregelung des Magnetfeldes aus gesteuert werden.
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Die Hilfsspulen 2 und 3 erhalten ihre Erregerströme von einer elektronischen
Regelschaltung mit zwei gegensinnig gesteuerten Röhren 8, 9 mit gemeinsamem Kathodenwiderstand
io. Die Röhren werden von einem gemeinsamen Potentiometer so . gesteuert, daß sich
ihre Anodenströme gegensinnig um den ,gleichen Betrag vergrößern bzw. verkleinern.
' In .der Schaltung Abb. i geschieht diese Regelung durch ein Potentiometer i i.
Durch die gegensinnige Änderung :der beidenErregerströmefürdieSpulen2 und 3 wird
erreicht, daß ihre resultierenden. Amperewindungen, entsprechend dem Bereich der
vom Potentiometer i i bestrichenen Steuerspannung, kontinuierlich veränderbar sind.
Auf diese Weise wird dem stufenweise regelbaren Hauptfeld der Erregerspule i ein
kontinuierlich regelbares Feld ,der Spulen .2 und 3 überlagert.
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Die beschriebene Regelschaltung erhält ihre Betriebsspannung von einem
Netzgerät, das in üblicher Weise mit einer elektronischen Stabi:lisierungs:schaltung
verbunden ist. Diese Schaltung kann zweckmäßig mit kombinierter Vorwärts- und Rückwärtsregelung
arbeiten. Dadurch ergibt sich der -Vorteil, daß sie schon an sich ,geeignet ist,
Strombelastungs.sc'hwankungen teilweise auszugleichen. Durch die beschriebene Regelschaltung
für :den Magnet wird darüber hinaus die Strombelastung im wesentlichen konstant
gehalten, da der Gesamtstrom in den beidenRegelröhren 8 und 9 unabhängig von der
Einstellung des Potentiometers i i ist.
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Die Schaltung hat weiterhin denVorteil, daß sich etwa über die Netzschaltung
hereinkommende Störungen,dadurc'h weitgehend ausgleichen, daß sie in den beiden
Erregerspulen 2 und 3 gegensinnig zur Wirkung kommen undsich dadurch in ihrer Wirkung
ganz oder teilweise aufheben.
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Der Stufenschalter 6 wird; wie schon oben angedeutet, durch die Einstellmittel
zur Feinregelung des Magnetfeldes gesteuert, und zwar in der Weise, -daß durch einen
Schaltkontakt 12 vor Erreichender Endstellung des Potentiometers i i ein. Magnet
13 zur Betätigung des Stufenschalters erregt wird. Ferner ist zur wahlweisen Betätigung
des Stufenschalters 6 noch eine Taste 14 für die Erregung des Schaltmagneten
13 vorgesehen.
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Abb. 2 zeigt eine Regelschaltung, mit der es möglich ist, den Bereich
für die Feinregelung zu verdoppeln.. Dies wird erreicht durch die Verwendung eines
Potentiometers 15 mit Mittenanzapfung 16. ' Die Steuerspannungen für die
beiden Regelröhren 8 und 9 lassen sich mit einer solchen Schaltung in ihrer Polarität
umkehren, so :daß durch das resultierende Feld der beiden Spulen 2 und 3 das Hauptmagnetfeld
der Spule i verstärkt oder ge-@schwächt werden kann, im Gegensatz zur Schaltung
nach Abb. i, mit der es nur möglich ist, das Hauptmagnetfeld entweder zu .verstärken
oder zu schwächen.
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Die dargestellten Schaltungen. ,dienen zur Regelung der Feldstärke
von Magneten in Massenspektrometern. Die Massenskala verläuft nicht linear mit der
Feldstärke, Um trotzdem zu erreichen, 4aß die Größe,des durch,die Feinregelung bestrichenen
Massenbereichs unabhängig von der .eingestellten Stufe ist, kann im Stromkreis des
Potentiometers: ii bzw. 15 ein Stufenwiderstand 17 vorgesehen sein, der gleichzeitig
mit dem Stufenschalter 6 für die Haupterregerspule i betätigt wird und die Steuerspannungen
für die Regelröhre 8 und 9 so beeinflußt, daß sich bei allen Stufen der gleiche
Bereich für die Feinregelung ergibt. Der Stufenwiderstand 17 kann gegebenenfalls
auch vom Stufenschalter 6 unabhängig bedient werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Änderungen und andere. Ausführungen möglich. So könnte,
um eine Linearisierung der Massenskala auch ixii Feinregelbereich'herbeizuführen,'das
Regelpotentiometer nach einer entsprechenden, die Nichtlinearität kompensierenden
Funktion gewickelt sein. Die Linearisierung innerhalb der gesamten Massenskala kann
durch entsprechend unterschiedliche Bemessung der Stufenwiderstände 7 herbeigeführt
werden.