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Verfahren und Vorrichtungen zum Umwandeln von Helligkeitsänderungen in mechanische
Wirkungen.
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Erfindungsgemäss wird besonders vorgesehen, die mit den Helligkeitsänderungen verbundenen
Druck-oder (und) Volumänderungen zur Steuerung elektrischer Kreise (namentlich zur Öffnung oder
Schliessung von Kontakten) auszunutzen, wobei man Geräte erhält, die als Photorelais"wirken.
Es wird ferner erfindungsgemäss vorgesehen, die durch Helligkeitsänderungen hervorgerufenen Gleichgewichtsänderungen des in sich geschlossenen Systems unmittelbar dazu zu benutzen, um Verschiebungen eines geeigneten Anzeigers oder einer Flüssigkeitssäule vor einer Skala zu bewirken, die ihrerseits wiederum zur Messung der Helligkeitsänderungen dienen. Es können auf diese Weise Photometer, Belichtungszeitmesser usw. für die Photographie hergestellt werden.
Ganz allgemein werden bei den in Betracht gezogenen Apparaten geeignete volumetrische oder manometrische Vorrichtungen mit Kammern in Verbindung gesetzt, in denen die photochemischen Reaktionen und die Elektrolyse stattfinden, so dass ein hermetisch geschlossenes Aggregat gebildet wird, das ein Ganzes darstellt.
Wie bereits oben erwähnt, wird gemäss einer ganz besonders empfohlenen Ausführungsform die Ausnutzung der empfindlichsten bisher bekannten photochemischen Reaktion, nämlich der Verbindung von Wasserstoff und Chlor zu Salzsäuregas, vorgesehen, welche ohne Volumänderung nach folgender Formel stattfindet :
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Diese Reaktion ist von einer sekundären chemischen Absorptionsreaktion, nämlich der Absorption
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absorbiert wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine gewisse Anzahl von Einrichtungen, welche die Schnelligkeit, Gleichmässigkeit und Genauigkeit des Arbeitens gewährleisten.
Erfindungsgemäss wird ferner für den Fall, dass man sehr rasche Wirkungen zu erhalten wünscht, statt der Ausnutzung von Volumänderungen, die im allgemeinen einer Aufeinanderfolge von Gleich-
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die sich aus der Erhitzung des Gasgemisches ergeben, das unter solche Bedingungen gesetzt wird, dass das Licht sehr rasche, selbst explosionsartige Erscheinungen hervorruft, wobei derartige plötzliche, thermische Volum-oder Druekerhöhungen beispielsweise zur Schliessung oder Öffnung elektrischer Kontakte ausgenutzt werden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Vorrichtungen zur Ausführung des obengenannten Verfahrens.
Auf den nachstehend besprochenen Zeichnungen ist beispielshalber eine gewisseAnzahl erfindungsgemässer Apparate sowie eine Reihe gewisser Anwendungen dieser Apparate dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Photorelais mit Quecksilberkontakt. Fig. 2 zeigt eine abweichende Ausführung.
Fig. 3 zeigt ein Photometer oder einen Beliehtungszeitmesser. Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Ausführung der Fig. 3. Fig. 5 zeigt ein Instrument mit Differentialwirkung. Fig. 6 zeigt ein Photometer mit Manometerröhre. Fig. 7 zeigt ein Photorelais mit Manometerröhre. Fig. 8 zeigt einen Apparat mit Trennmembran. Fig. 9 zeigt einen Apparat mit rohrförmiger Trennwand. Fig. 10 ist eine Teilansieht eines Instruments mit einer Manometerkapsel. Fig. 11 zeigt eine abweichende Form der Kapsel nach Fig. 10. Fig. 12 zeigt eine Abänderung eines Apparates mit rohrförmiger Trennwand. Fig. 13 zeigt eine abweichende Bauart, die eine rasche Absorption der Gase sichert. Fig. 14 zeigt ein Photorelais mit rascher Wirkung. Fig. 15 zeigt ein Instrument mit Beschleunigung durch Heizung. Fig. 16 zeigt einen Apparat mit Belichtung von unten.
Fig. 17 zeigt einen Apparat mit graduierter Reaktionskammer. Fig. 18 zeigt ein vereinfachtes Photometer. Fig. 19 zeigt eine Vorrichtung zur automatischen Verteilung einer bestimmten Lichtmenge.
Auf Fig. 1 ist ein Photorelais dargestellt, das in einen Kreis mit einer Lampe eingeschaltet ist und beispielsweise zum Anzünden dieser Lampe bei Einbruch der Nacht dienen kann. Praktisch kann eine derartige Anordnung an Kraftfahrzeugen zum automatischen Anzünden der Positionslampen oder auch für die Stadtbeleuchtung usw. benutzt werden.
Auf der Fig. 1 sieht man bei 1 ein Gefäss aus durchsichtigem Material, beispielsweise aus Glas, und bei 2 und 2'zwei Elektroden, die in eine Flüssigkeit, wie Salzsäure oder eine angesäuerte Chloridlösung, eingetaucht sind.
Bei 3 sieht man ein U-Rohr, das durch sein eines Ende mit dem Gefäss 1 in Verbindung steht.
Das Rohr 3 ist mit Quecksilber gefüllt ; das andere Ende des Rohres ist geschlossen und der über der Quecksilbersäule 6 liegende Raum ist vorzugsweise mit einem inerten Gas gefüllt. In dieses Ende ist ein Kontakt 11 eingesetzt. Die Elektroden 2 und 2'werden durch einen Stromkreis gespeist, der eine Batterie 4 und einen regelbaren'Widerstand 5 enthält. Wenn der Strom durch diesen Kreis fliesst, so zersetzt er die Salzsäure in Wasserstoff und Chlor, welche beiden Gase sich in dem Gefäss 1 mischen und dabei die Flüssigkeit in das U-Rohr 3 unter Hebung der Quecksilbersäule 6 treiben.
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Wenn der Strom konstant bleibt, steigt das Volumen des in dem Gefäss 1 befindlichen Gases, das der Lichteinwirkung ausgesetzt ist, bis die pro Zeiteinheit unter der Einwirkung des Lichtes gebildete Menge an Chlorwasserstoffgas gleich der unter der Einwirkung des Stromes entwickelten
Menge an Chlor und Wasserstoff wird. Das gebildete Chlorwasserstoffgas wird dabei rasch von der Flüssigkeit (Salzsäure oder angesäuerte Chloridlösung) absorbiert.
Auf diese Weise entsprechen den verschiedenen Helligkeitsstärken verschiedene Höhen der
Quecksilbersäule. Die Regulierung kann nun in der Weise erfolgen, dass man die Stromintensität derart ändert, dass das Ende der Quecksilbersäule 6 in dem gewünschten Augenblick mit der Klemme 11 in Berührung kommt. Man kann beispielsweise diese Einstellung in der Weise ausführen, dass der
Kontakt geschlossen und die Lampe 10 angezündet wird, wenn die Dunkelheit einbricht.
Natürlich kann der Drahtkontakt auch durch einen Quecksilbernapfkontakt od. dgl. ersetzt werden.
Natürlich kann man auch den Teil des Rohres, der in der Nähe des Kontaktes sich befindet, derart verjüngen, dass sein Querschnitt verkleinert und dadurch die Empfindlichkeit erhöht wird.
Um zu verhüten, dass das Quecksilber durch das in der Flüssigkeit gelöste Chlor angegriffen wird, kann man das Quecksilber ständig auf einem negativen Potential halten, woraus sich eine fortgesetzte Bildung einer molekularen Wasserstoffhaut auf der Quecksilberoberfläche ergibt.
In der Fig. 1 ist die Quecksilbersäule zu diesem Zweck mit dem negativen Pol der Batterie 4 verbunden. Es ist auch vorgesehen, gegebenenfalls die Elektrode 2 fortzulassen, wobei dann die negative Elektrode, an welcher der Wasserstoff sich entwickelt, durch die Quecksilbersäule selbst gebildet wird. Bei einer derartigen Ausführungsform wird der Apparat durch eine Batterie ergänzt, die dazu dient, das Quecksilber ständig auf einem negativen Potential zu halten.
In der Fig. 2 ist eine Abänderung der Bauart des auf Fig. 1 abgebildeten Apparates dargestellt.
Bei dieser Abänderung ist zwischen der Quecksilbersäule 6 und der Flüssigkeit eine Säule 9 aus Vaselin, Paraffinöl oder einem beliebigen andern inerten und teigigen Stoff vorgesehen, die dazu bestimmt ist, das Quecksilber gegen den Angriff durch Chlor zu schützen sowie das Eindringen der Flüssigkeit in die zweite Säule des U-förmigen Rohres zu verhindern.
In Fig. 3 ist ein Photometer oder ein Belichtungsmesser für photographische Zwecke dargestellt.
Der abgebildete Apparat enthält auch ein Gefäss 1, ein U-Rohr, zwei von einer Batterie 4 gespeiste Elektroden 2 und 2'sowie einen regelbaren Widerstand J. Die Salzsäure wird zweckmässig mit Chlor gesättigt. Die rechte Säule des U-Rohres ist bei dieser Ausführungsform derart verjüngt, dass ein Kapillarrohr 16 gebildet wird, wobei sich die Flüssigkeitssäule in dieser Kapillare vor einer graduierten Skala 17 verschiebt, welche entweder die Lichtstärke oder die Belichtungszeit angibt. Der über der Flüssigkeit in der rechten Säule befindliche Raum 18 wird zweckmässig mit Chlor gefüllt.
Das Licht, welches von dem zu photographierenden Gegenstand kommt, kann gegebenenfalls durch eine Linse 19 auf das Gefäss 1 konzentriert werden.
Bei den soeben beschriebenen Vorrichtungen kann man eine langsame Diffusion der Gase durch die Flüssigkeitssäule hindurch befürchten. Um eine solche Diffusion zu verhüten, ist vorgesehen, die zweite Säule mit einer Hilfselektrode zu versehen, die beispielsweise die Form eines dünnen Drahtes 12 hat, wie man auf der Fig. 4 sieht.
Indem man von Zeit zu Zeit eine geringe Elektrizitätsmenge während einiger Augenblicke hindurchschickt, unter Verwendung der Elektrode 12 als Chlor entwickelnde Anode, kann man diesen Diffusionsverlust ausgleichen.
In Fig. 5 ist ein Apparat mit Differentialwirkung dargestellt, der gestattet, beispielsweise die Helligkeit einer beliebigen Lichtquelle mit derjenigen einer Lichtquelle von bekannter Stärke zu vergleichen. Die Vorrichtung nach Fig. 5 besteht im wesentlichen aus zwei senkrechten Säulen 21 und 22, die untereinander durch ein Verbindungsrohr 20 (z. B. ein Kapillarrohr) vereinigt sind. In jeder Säule sind zwei Elektroden angebracht bzw. 2.'3/24 und 25/26, die durch eine Batterie 4 über regelbare Wider- stände 5a bzw. 5b gespeist werden. Die Elektrolyse findet in jeder der beiden Säulen statt. Die eine dieser Säulen wird nun von einer festen Lichtquelle belichtet, die andere von einem Vergleichslicht.
Gemäss einer andern Ausführungsform kann die eine Säule mit einer Schutzhaube, wie 27, bedeckt werden, die dazu bestimmt ist, die Säule ganz oder teilweise gegen das Licht abzudecken, während die andere Säule die Lichtintensität anzeigt und zu diesem Zweck mit einer Gradeinteilung versehen ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die mit einer Gradeinteilung versehene und einen elektrischen Kontakt tragende Säule durch eine Manometereinrichtung geeigneter Form zu ersetzen, wie z. B. durch eine Manometerröhre (die zweckmässig aus Platin hergestellt wird), welche entweder eine Zeigernadel oder einen sekundären, äusseren Kontakt betätigt.
Auf den Fig. 6 und 7 sind zwei Ausführungsformen dieser Art dargestellt.
Auf der Fig. 6 trägt ein Manometerrohr 14 an seinem einen Ende eine Nadel 13, während das andere Ende der Manometerröhre an das Gefäss 1 angelötet ist.
Auf Fig. 7 bildet das Ende der Manometerröhre 14 einen beweglichen Kontakt, der in Kombination mit einem ortsfesten Kontakt, der die Form eines mit Quecksilber gefüllten Napfes 15 aufweist, zur Wirkung gelangt.
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Um die oben erwähnten, auf die Diffusion durch die Flüssigkeitssäule zurückzuführenden Nachteile zu verhüten oder um den Angriff des Quecksilbers durch das Chlor sowie auch die Verwendung einer kostspieligen Druekmessereinriehtung aus Platin zu vermeiden, wird erfindungsgemäss eine besonders empfehlenswerte Ausführungsform vorgesehen, bei welcher die Kammer, in welcher die Elektrolyse und die Reaktionen stattfinden, von dem übrigen Teil des Apparates durch eine elastische, für Gase undurchlässige Scheidewand getrennt wird. Insbesondere ist die Verwendung einer metallischen Trennwand aus Platin oder platiniertem Metall vorgesehen. Es ist ferner für diese Trennwand ein beliebiges, durch Chlor nicht angreifbares Metall oder auch ein Metall, das für Chlor und Säure passiv wird (beispielsweise Silber), vorgesehen.
Im übrigen kann ein solches Metall gegebenenfalls auch für die Herstellung der Manometerrohren, wie sie auf den Fig. 6 und 7 gezeigt sind, benutzt werden.
Auf Fig. 8 ist ein Apparat dargestellt, bei welchem das die Salzsäure od. dgl. enthaltende Gefäss eine abgeflachte Form hat, wie bei 1a gezeigt ist. Die Reaktionskammer ist von dem übrigen Teil des Apparates durch eine dichte Trennwand 31 getrennt, die selbst eine der Elektroden bilden kann. Die zweite Elektrode ist bei 29 gezeigt. Der Apparat enthält ferner ein U-förmiges Rohr 30, das den bei den früheren Beispielen gezeigten U-Rohren gleicht.
Auf der Fig. 9 ist ein Apparat mit einem Gefäss 1a der gleichen Art dargestellt. Aber in diesem Beispiel wird die Reaktionskammer von dem übrigen Teil des Apparates durch eine deformierbare Röhre 32 getrennt, deren eines Ende geschlossen ist, während ihr anderes Ende offen ist und dicht an das offene Ende des Gefässes 1a angeschlossen wird. Das deformierbare Rohr 32 kann einen abgeflachten Querschnitt oder auch einen ovalen oder irgendeinen anders geformten Querschnitt haben, der dazu dient, ihm die gewünschte Deformierbarkeit zu verleihen. Auf dieser Figur sind die beiden Elektroden bzw. bei 29 und 29'angedeutet.
Auf Fig. 10 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der das deformierbare Rohr 32 durch eine Manometerkapsel oder-büchse 33 ersetzt ist, die beispielsweise aus Platin hergestellt ist und mit einer rohrförmigen Verlängerung an den Rand der Öffnung des Gefässes angelötet wird ; das Innere der Kapsel kommuniziert dabei mit dem Innern des Gefässes.
Auf Fig. 11 ist eine weitere Ausführung gezeigt, bei welcher die Kapsel die Form eines Blasebalgs 34 annimmt, der an seinem einen Ende geschlossen ist und an seinem andern Ende durch ein entsprechendes Rohr mit dem Innern der Reaktionskammer kommuniziert.
Auf Fig. 12 ist ein Apparat der gleichen Art wie derjenige der Fig. 9 dargestellt (wobei die dichte
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eine rohrförmige oder abgerundete Gestalt auf, wodurch die Konzentrierung des Lichtes auf das Gefäss erleichtert wird. Das Rohr 32 kann dabei in gewissen Fällen selbst als Elektrode dienen.
Auf Fig. 13 ist ein Apparat abgebildet, bei welchem das Reaktionsgefäss vorzugsweise die Form eines lotrechten Rohres aufweist, wobei die in diesem Rohr befindliche Flüssigkeit stark mit Chlor gesättigt ist, u. zw. gegebenenfalls unter Druck. Das obere Ende der zweiten Säule des U-Rohres kann dabei zweckmässig ebenfalls mit Chlor, gegebenenfalls unter Druck, gefüllt sein. Unter diesen Be- dingungen befindet sich der Wasserstoff von seiner Bildung an in einer Atmosphäre, die die für die photo chemische Reaktion erforderliche Menge Chlor enthält. Folglich bildet sich die photochemische Mischung schon gleich zu Beginn des Vorganges und die Gasblasen treten schon, während sie in dem Rohr durch die Flüssigkeit hochsteigen, in photochemische Reaktion.
Bei einer derartigen Anordnung erhält man eine annähernd sofortige Absorption des Chlorwasserstoffgases durch die Flüssigkeit.
Auf der Fig. 14 ist ein Apparat dargestellt, der dazu eingerichtet ist, die Wirkungszeit des Photorelais herabzusetzen, wobei dieser Apparat auch den Überdruck bei Dunkelheit gestattet. Gemäss dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schenkel 35 des U-Rohres 3 nicht einen, sondern mehrere Kontakte enthält, beispielsweise drei, die bei 36,37 und 38 dargestellt sind. Der Kontakt 37 ist ein Arbeitskontakt des Sekundärkreises, während die beiden andern Kontakte 36 und 38 unter und über dem Kontakt 37 angeordnet sind und als Begrenzer wirken, die dazu bestimmt sind, ständig die Quecksilbersäule in der Nähe des Kontaktes 37 zu halten.
Wie man auf der Fig. 14 sieht, ist der untere Kontakt 36 über einen Widerstand 39 mit der einen-Elektrode des Gefässes 1, im vorliegenden Fall mit der Elektrode 2'verbunden, während der andere Hilfskontakt 38 die beiden Elektroden 2 und 2'in dem Falle, wo die Quecksilbersäule ihn berührt, kurzschliesst.
Dieser Kreis wird durch einen Widerstand 40 vervollständigt, der zwischen den positiven Klemmen der Batterie 4 einerseits sowie der Elektrode 2'und dem Kontakt 38 anderseits eingeschaltet ist. Dieser Widerstand 40 ist derart berechnet, dass der Elektrolysierstrom stärker ist als der Strom, welcher bei der vorgesehenen Helligkeit den Arbeitskontakt 37 schliessen soll. Sobald das Quecksilber den unteren Kontakt 36 erreicht, fliesst der Elektrolysierstrom durch den Widerstand 39 und wird dadurch auf den Wert herabgesetzt, bei welchem der Kontakt 37 bei dem gewünschten Dunkelheitsgrad geschlossen werden wird. Wenn nun die Dunkelheit zu stark wird, so wird der obere Kontakt 38 seinerseits geschlossen und hält durch Kurzschluss der Elektroden 2 und 2'den Durchgang des Elektrolysierstromes durch die Flüssigkeit an.
Dieses letztere Ergebnis kann auch dadurch erhalten werden, dass die eine Elektrode, oder selbst beide, im oberen Teil der Reaktionskammer angeordnet wird und
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nur bis zu einem bestimmten Niveau hinabreicht. Bei Dunkelheit sinkt das Flüssigkeitsniveau unter das
Elektrodenniveau und der Strom wird so unterbrochen oder auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt.
Auf der Fig. 15 ist ein Apparat dargestellt, bei dem eine langsame Änderung des Volumens durch eine plötzliche Volumsteigerung, die sogar die Form einer Explosion annehmen kann, ersetzt wird.
Um eine solche Explosionserscheinung zu verwirklichen, verwendet man vorzugsweise Mischungen von gleichen Volumina Wasserstoff und Chlor. Um die Ausführung zu erleichtern, kann man gegebenen- . falls Kammern herstellen, bei denen der für die Gase vorbehaltene Raum gross im Vergleich zu dem für die Flüssigkeit bestimmten Raum ist, wobei diese letztere entsprechend mit Chlor gesättigt wird.
Man kann auch zu den gleichen Ergebnissen gelangen, indem man das Gasvolumen erhitzt. Man kann überdies diese beiden Verfahrensweisen kombinieren.
Falls man die Heizung zu Hilfe nimmt, so ist vorgesehen, das mit Flüssigkeit gefüllte Gefäss, in welchem die Elektrolyse erfolgt, so weit wie möglich von dem mit der dem Licht ausgesetzten Gasmischung gefüllten Gefäss zu entfernen und von diesem zu trennen ; die Heizung wirkt sich dabei zweckmässig lediglich auf den die Gase enthaltenden Be- hälter aus.
Auf der Fig. 15 sieht man bei 41 das Gefäss, welches die Gase enthält und das mit einem Heizwiderstand 42 versehen ist ; bei 43 ist ein mit Flüssigkeit gefülltes Gefäss gezeigt. Der Heizwiderstand kann auch im Innern der Reaktionskammer angebracht werden.
Der Teil 43 ist von dem Teil 41 entfernt, wobei letzterer dem Einfluss des Lichtes ausgesetzt ist.
Der erhitzte Teil des Apparates soll in normalem Zustand keinem starken Licht ausgesetzt werden, um so eine Aufspeicherung der explosiblen Gase zu gestatten, da diese Gase nur in Reaktion treten, wenn ein starkes Licht auf die Kammer, in der sie untergebracht sind, fällt. In diesem Augenblick erfolgt die Explosion, dadurch wird die Quecksilbersäule vorgeschleudert und so ein rascher Kontakt geschlossen.
Derartige Einrichtungen können in besonders bemerkenswerter Weise bei Wiederholungen von Signalen auf Lokomotiven oder andern ähnlichen Anwendungen benutzt werden. Die Photorelais dieser Art liefern einen raschen Kontakt, sobald das konzentrierte Licht eines Signals, das auf der Lokomotive wiederholt werden soll, auf das Relais beim Vorbeifahren der Lokomotive vor diesem Signal fällt.
Auf der Fig. 16 ist ein Apparat von besonders gedrängter Form dargestellt, bei welchem die Belichtung von unten erfolgt. Das Gefäss, welches die Reaktionskammer bildet, hat bei diesem Beispiel eine flache Form ; die eigentliche Reaktionskammer wird dabei von dem übrigen Teil des Apparates durch eine dichte Membran 44 getrennt, welche unmittelbar auf eine Quecksilbersäule 6 wirkt, die zur Schliessung eines Kontaktes 45 bestimmt ist.
Auf Fig. 17 ist ein Apparat dargestellt, der von einer Reaktionskammer gebildet wird, die die Form eines senkrechten Rohres aufweist, das mit einer graduierten Skala versehen ist und an seinem unteren Teil eine Membran oder eine elastische Trennwand trägt, die mit der Atmosphäre in Berührung steht. Die Reaktionskammer wird in diesem Falle von der Säule, die die Flüssigkeit enthält, gebildet, wobei die Flüssigkeitssäule durch Verschiebung vor der graduierten Skala die gewünschten Angaben liefert.
Auf Fig. 18 schliesslich ist ein erheblich vereinfachter Apparat dargestellt, der von einem einfachen lotrechten Rohr 46 gebildet wird, das mit einer Gradeinteilung 47 versehen und mit einer stark an Chlor gesättigten Flüssigkeit gefüllt ist. Am unteren Ende dieses Rohres sind, zweckmässig sehr nahe beieinanderliegende Elektroden 52 und 52'angebracht. Die Gase, welche sich unter der Einwirkung des durch die Flüssigkeit hindurchgehenden Elektrolysierstromes bilden, steigen in Form von Blasen an dem Rohr entlang hoch und sind während dieser Bewegung dem katalysierenden Einfluss des Lichtes, der sich mit der Lichtstärke ändert, ausgesetzt.
Anderseits wird das Chlorwasserstoffgas von der umliegenden Salzsäure rasch und gleichmässig absorbiert. Je nachdem, wie stark das Licht ist, gelangen also die Gasblasen, ohne aufgelöst zu'sein, in eine mehr oder weniger grosse Höhe, wie auf der Skala 47 abgelesen werden kann, was wiederum die Messung der Lichtintensität gestattet.
In den vorstehenden Ausführungen ist allgemein vorausgesetzt worden, dass die Elektrolyse mit einem Gleichstrom ausgeführt wird. Wohl bemerkt kann man dazu aber auch Wechselstrom verwenden, indem man grössere Stromdichten und gegebenenfalls kleinere Elektrodenflächen nimmt. Die Verwendung eines Wechselstrom weist im übrigen einen Vorteil auf, nämlich denjenigen, die beiden Gase bereits gemischt oder fast vollkommen gemischt zu liefern.
Die Verwendung eines Wechselstrom ist besonders bemerkenswert bei einer Vorrichtung der Art, wie sie auf Fig. 18 gezeigt ist.
Gemäss dieser Ausführungsform kann die Reaktionskammer die Form eines lotrechten Rohres annehmen, wobei die Elektroden sich von einem Ende der Kammer bis zum andern Ende derselben erstrecken, was die Absorption der Gase erleichtert. Es ist auch vorgesehen, diese Absorption, besonders in Kammern von grossen Abmessungen, dadurch zu beschleunigen, dass man die feuchte Oberfläche, beispielsweise durch Einführung von feuchter Glaswolle, vergrössert.
Die Elektroden können aus allen beliebigen geeigneten Materialien hergestellt werden, beispielsweise aus Kohle oder aus Graphit.
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Jedoch benutzt man vorzugsweise Elektroden aus Platin oder auch aus Platiniridium. Man hat nun aber bemerkt, dass konzentrierte Salzsäure mit einer Dichte von etwa 1. 15 die Platin- elektroden zu rasch angreift. Um den Nachteil zu vermeiden, ist die Benutzung schwächerer Konzen- trationen vorgesehen, wobei aber die Salzsäuren Lösungen an Chloridsalz gesättigt werden ; dadurch gelingt es, die gleichzeitige Entwicklung von Sauerstoff, welche die Reaktion hemmt oder verlangsamt, zu vermindern, wenn nicht gar zu verhindern.
Man kann beispielsweise konzentrierte Lösungen eines Alkali-oder Erdalkaliehlorids verwenden, die mehr oder weniger stark mit Salzsäure angesäuert sind.
Um eine konstante und homogene Gasatmosphäre zu erhalten, ist auch vorgesehen, in die
Reaktionskammern eine verhältnismässig geringe Flüssigkeitsmenge einzuführen, wobei der grösste
Teil der Kammer mit Chlor gefüllt ist, das unter einem mehr oder weniger hohen Druck, beispielsweise einem höheren als Atmosphärendruck, steht.
Falls das Licht nicht konzentriert ist oder auch in dem Falle, wo keine grosse mechanische Arbeit geleistet zu werden braucht, sondern nur ein rasches lineares Verschieben einer Säule bewirkt werden soll, ist die Benutzung von nicht zu kleinen Reaktionskammern, selbst von beträchtlichem Volumen, vorgesehen, wobei diese Kammern zweckmässig wenig Flüssigkeit enthalten und eine flache Form haben oder auch mit Glaswolle gefüllt sind.
Im Falle von Apparaten mit Manometerröhren dagegen, wo hohe Drucke erhalten werden müssen, wird man mit kleinen Volumina der Reaktionskammern und unter hohen Gasdrucken arbeiten können, wobei die Drucke gegebenenfalls sogar den Verflüssigungsdruck des Chlors überschreiten können ; in diesem Falle wird man zweckmässig ein auf die Reaktionskammer konzentriertes Licht benutzen. Dabei ist zu bemerken, dass im allgemeinen kleine Volumina rasch verlaufende Sekundäreffekte und darum eine sehr genaue Reproduzierbarkeit ergeben.
Der thermische Koeffizient der photochemischen Reaktion : H + Cl2 = 2, HCl, ist theoretisch gleich Null ; trotzdem hat man beobachtet, dass die Vorrichtung in den meisten Fällen einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt. Um diesen auszugleichen, ist vorgesehen, dass in Reihe mit dem Elektrolysierstrom ein Widerstand eingeschaltet wird, der die Stromstärke erhöht, wenn die Temperatur steigt und umgekehrt.
Schliesslich ist noch vorgesehen, diese Kompensation durch Verwendung einer Bimetallfeder auszuführen, welche abhängig von der Temperatur mittels eines beweglichen Schirmes den Zutritt des Lichtes zur Reaktionskammer verschliesst.
In den vorstehenden Ausführungen wurde fast ausschliesslich von Apparaten gesprochen, bei denen man Reaktionen von Chlor und Wasserstoff verwendet. Man kann aber natürlich auch andere chemische Reaktionen benutzen. So kann hiefür beispielsweise die Elektrolyse von Bromwasserstoffsäure angegeben werden, wobei diese sich, wenn auch viel langsamer, aus Brom und Wasserstoff unter der Einwirkung des Lichtes zurückbildet.
Man kann auch die Elektrolyse des Wassers und die Wiedervereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff unter dem Einfluss ultravioletter Strahlen verwerten. Man kann ebenfalls die Elektrolyse von Chlorwasser und die Rückvereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff unter der Einwirkung des Lichtes in Gegenwart von Chlor verwerten.
Es ist ausserdem zu bemerken, dass bei Verwendung von Salzsäure entweder nur ein Entwicklung von Chlor und Wasserstoff oder auch gleichzeitig die Entwicklung geringer Mengen Sauerstoff bei der Elektrolyse auftreten kann, u. zw. letzteres im Falle der Verwendung von Säure schwacher Konzentration, um die Elektroden zu schonen. Der gebildete Sauerstoff verbindet sich dabei in Gegenwart von Chlor unter der Einwirkung des Lichtes mit dem Wasserstoff und bildet so das Wasser der Säure zurück.
Um ferner, beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur, den Chlorgehalt zu stabilisieren und günstig zu beeinflussen, ist ferner noch vorgesehen, in die Reaktionskammer oder in die Flüssigkeit eine gewisse Menge von mit Chlor gesättigter Kohle einzuführen ; dies dient beispielsweise dazu, bei niedriger Temperatur den schädlichen Chlorüberschuss herabzusetzen und so den Temperaturkoeffizienten zu kompensieren.
Die Anwendung der erfindungsgemässen Apparate kann sehr mannigfaltig sein. So sei insbesondere darauf hingewiesen, dass diese Apparate viel empfindlicher für grünblaue und ultraviolette Strahlen, dagegen praktisch unempfindlich für rote Strahlen sind. Daher können diese Apparate mit grossen Vorteilen zum automatischen Anzünden von Positionslampen von Automobilen bei Einbruch der Nacht angewandt werden, denn die gegebenenfalls in der Dunkelheit auf den Apparat fallenden Strahlen künstlicher Lichtquellen haben einen verhältnismässig geringen Einfluss auf den Apparat, da sie im allgemeinen besonders reich an roten Strahlen sind.
Ebenso kann man die erfindungsgemässen Apparate zur Herstellung von Beliehtungszeitmessern für die Photographie benutzen, wobei diese den Vorteil besitzen, dass sie besonders empfindlich für die gleichen Strahlen (blau, violett und ultraviolett) sind, wie auch die photographisehen Platten selbst, so dass auf diese Weise keine besondere Korrektion mehr erforderlich ist.
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Eine weitere bemerkenswerte Anwendung können die Apparate zur Kontrolle des Rauches in Industrieschornsteinen und zur Anzeige von Bränden durch den Rauch finden, indem der Rauch die
Strahlen mit kurzen Wellenlängen, auf welche die erfindungsgemässen Vorrichtungen ansprechen, stärker absorbiert.
Ausser dieser Anwendung mit verhältnismässig wenig rascher Wirkung können auch die Apparate gemäss der Erfindung für alle rasch verlaufenden Erscheinungen benutzt werden. Dieser Fall ist besonders interessant für Apparate, die dem Diebstahlssehutz dienen. Dabei wird die Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtungen mit Quellen für violettes oder ultraviolettes Licht, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Filtern, vorgesehen, wobei man ein unsichtbares oder fast unsiehtbares Licht erhält. Natürlich kann eine solche Anordnung auch für andere Zwecke als den Diebstahls- schutz Anwendung finden.
Schliesslich kann die Erfindung auch noch eine besonders bemerkenswerte Anwendung zur Zählung oder Addition der zur Verteilung gebrachten Lichtmenge oder auch zur automatischen Verteilung einer bestimmten Lichtmenge finden, wobei der Apparat selbsttätig die Lichtquelle ausschaltet, sobald eine bestimmte, vorher festgelegte Lichtmenge von dieser Lichtquelle ausgestrahlt worden ist. Eine solche Vorrichtung, wie sie besonders zur photographischen Reproduktion sowie zum Kopieren von Zeichnungen usw. benutzt werden kann, ist auf Fig. 19 dargestellt. Dieser Apparat, der in seinen
Grundzügen der auf Fig. 1 gezeigten Vorrichtung gleicht, ist mit der Lichtquelle 57, deren Lichterteilung automatisch geregelt werden soll, verbunden.
Zunächst lässt man den Elektrolysierstrom auf die in der Reaktionskammer 1 des U-Rohres 3 befindliche Flüssigkeit einwirken ; durch die entwickelten Gase wird die unter der Flüssigkeit befindliche Quecksilbersäule in dem andern Schenkel des U-Rohres, der mit einer Gradeinteilung 58 versehen ist, hochgedrückt, bis sie den gewünschten Skalenstrieh dieser Einteilung erreicht hat. Dabei bedeckt das Quecksilber eine bestimmte Länge einer Tauchelektrode 53,54, die mit dem einen Pol der Speisebatterie 56 der Lampe 57 verbunden ist.
Nachdem das Quecksilber die gewünschte Höhe erreicht hat, wird der Reaktionsraum 1 dem Licht der Lampe 57 ausgesetzt ; dies hat in der üblichen Weise eine Volumverminderung und demnach ein Absinken der Quecksilbersäule in dem mit der Skala 58 versehenen Schenkel des U-Rohres zur Folge.
In dem Augenblick, wo das Quecksilber unter das untere Ende 54 der Tauchelektrode sinkt, ist der Lampenstromkreis (54-56-57-55) unterbrochen und die Lampe erlischt. Natürlich kann diese nur beispielshalber angegebene Ausführungsform in vielfacher Weise abgewandelt werden. Zweckmässig wird, um den Druck nicht zu sehr zu steigern bzw. das Quecksilber nicht zu hoch steigen zu lassen, dem entsprechenden Schenkel des U-Rohres ein ausreichendes Volumen gegeben. Statt durch die Gasmenge kann die Lichtmenge natürlich auch durch die hindurchgesehickte Menge Elektrolysierstroms, die dem Gasvolumen proportional ist, gemessen werden. Gegebenenfalls kann diese Vorrichtung auch zur Bestimmung und Verteilung unsichtbarer (ultravioletter) Strahlen benutzt werden.
Um äussere Temperatureinflüsse weitgehend auszuschalten, ist es zweckmässig, bei Apparaten mit U-förmig gebogenen Rohren das Volumen des im oberen Teil des zweiten Schenkels befindlichen Gasraumes in der Mittellage dem mittleren Volumen des Reaktionsraumes weitgehend anzugleichen.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass die zur Trennung des Reaktionsraumes von dem übrigen Teil des Apparates benutzte elastische Membran (vgl. insbesondere die Fig. 8-11) auch aus
Glas hergestellt werden könnte.
Natürlich müssen bei Verwendung einer dünnen Membran aus Glas Vorsichtsmassnahmen getroffen werden, die ein Brechen der Membran beim Auftreten plötzlich oder erheblicher Druck- änderungen verhindern. Dies kann einfach durch Anordnung von Anschlagflächen zu beiden Seiten der Membran erreicht werden, die die Deformationen der Membran begrenzen.
Es ist auch vorgesehen, die Elektroden (insbesondere die Anode), metallische Scheidewände u. dgl. durch eine Schicht von hornartigem amorphem Chlorsilber zu schützen und sogar dasselbe als Elektrode zu benutzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Umwandeln von Helligkeitsänderungen in mechanische Wirkungen mittels Photozelle unter Ausnutzung einer photoehemischen mit Volumänderungen verbundenen Reaktion von durch Elektrolyse einer Flüssigkeit erzeugten Gasen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen System durch den Elektrolyten ein nach Belieben regelbarer, aber wenigstens während einzelner Wirkungsperioden konstanter Strom geleitet wird und gleichzeitig die gebildeten Gasvolumina der Belichtung ausgesetzt werden, wobei die bei Änderung der Helligkeit zwischen der elektrolytischen Entwicklung der Reaktionsgase und der photochemischen Gasreaktion auftretenden Gleichgewichts- änderungen und-einstellungen, die als Druck-und (oder) Volumänderungen in Erscheinung treten,
sich vollkommen reversibel und in unbegrenztem geschlossenem Kreislauf ohne irgendwelches äusseres Zutun beliebig oft wiederholen können.
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Methods and devices for converting changes in brightness into mechanical ones
Effects.
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According to the invention, the changes associated with the brightness are particularly provided
Pressure or (and) volume changes to control electrical circuits (namely for opening or
Closing of contacts), whereby one obtains devices that act as photo relays ".
It is also provided according to the invention that the changes in equilibrium of the self-contained system caused by changes in brightness are used directly to cause displacements of a suitable indicator or a column of liquid in front of a scale, which in turn serve to measure the changes in brightness. In this way, photometers, exposure timers, etc. for photography can be manufactured.
Quite generally, in the apparatus under consideration, suitable volumetric or manometric devices are associated with chambers in which the photochemical reactions and electrolysis take place, so that a hermetically sealed unit is formed which is a whole.
As already mentioned above, according to a particularly recommended embodiment, the most sensitive photochemical reaction known to date, namely the combination of hydrogen and chlorine to form hydrochloric acid gas, is provided, which takes place without changing volume according to the following formula:
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This reaction is from a secondary chemical absorption reaction, namely absorption
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is absorbed.
The invention also relates to a certain number of devices which ensure the speed, smoothness and accuracy of work.
According to the invention, in the event that one wishes to obtain very rapid effects, instead of utilizing changes in volume, which are generally a succession of equations
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which result from the heating of the gas mixture which is placed under such conditions that the light causes very rapid, even explosive phenomena, such sudden, thermal increases in volume or pressure being used, for example, to close or open electrical contacts.
The invention also relates to the devices for carrying out the above method.
The drawings discussed below show, by way of example, a number of apparatuses according to the invention and a number of certain applications for these apparatuses.
Fig. 1 shows a photo relay with mercury contact. Fig. 2 shows a different embodiment.
Fig. 3 shows a photometer or exposure timer. Fig. 4 shows a modification of the embodiment of Fig. 3. Fig. 5 shows an instrument with differential action. Fig. 6 shows a photometer with a manometer tube. Fig. 7 shows a photo relay with a manometer tube. Fig. 8 shows an apparatus with a separation membrane. Fig. 9 shows an apparatus with a tubular partition. Fig. 10 is a partial view of an instrument with a manometer capsule. FIG. 11 shows a different form of the capsule according to FIG. 10. FIG. 12 shows a modification of an apparatus with a tubular partition. Fig. 13 shows a different design which ensures rapid absorption of the gases. Fig. 14 shows a quick action photo relay. Fig. 15 shows an instrument with acceleration by heating. Fig. 16 shows a bottom exposure apparatus.
Fig. 17 shows an apparatus with a graduated reaction chamber. Fig. 18 shows a simplified photometer. 19 shows a device for automatically distributing a certain amount of light.
In Fig. 1, a photo relay is shown, which is switched on in a circle with a lamp and can be used, for example, to light this lamp at nightfall. In practice, such an arrangement can be used on motor vehicles for automatically lighting the position lamps or for city lighting, etc.
1 shows at 1 a vessel made of transparent material, for example made of glass, and at 2 and 2 'two electrodes which are immersed in a liquid such as hydrochloric acid or an acidified chloride solution.
At 3 you can see a U-tube which is connected to the vessel 1 through one end.
The tube 3 is filled with mercury; the other end of the tube is closed and the space above the mercury column 6 is preferably filled with an inert gas. A contact 11 is inserted into this end. The electrodes 2 and 2 'are fed by a circuit which contains a battery 4 and a controllable resistor 5. When the current flows through this circuit, it decomposes the hydrochloric acid into hydrogen and chlorine, which two gases mix in the vessel 1 and thereby drive the liquid into the U-tube 3, lifting the mercury column 6.
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If the flow remains constant, the volume of the gas in the vessel 1 which is exposed to the action of light increases until the amount of hydrogen chloride gas formed per unit of time under the action of light is equal to that developed under the action of the current
Amount of chlorine and hydrogen will. The hydrogen chloride gas formed is quickly absorbed by the liquid (hydrochloric acid or acidified chloride solution).
In this way, different levels of brightness correspond to the different levels of brightness
Mercury column. The regulation can now take place in such a way that the current intensity is changed in such a way that the end of the mercury column 6 comes into contact with the terminal 11 at the desired moment. For example, you can make this setting in such a way that the
Contact closed and the lamp 10 lit when darkness falls.
Of course, the wire contact can also be replaced by a mercury cup contact or the like.
Of course, the part of the tube that is in the vicinity of the contact can also be tapered in such a way that its cross-section is reduced and the sensitivity is thereby increased.
To prevent the mercury from being attacked by the chlorine dissolved in the liquid, the mercury can be kept at a negative potential at all times, which results in a continued formation of a molecular hydrogen skin on the mercury surface.
In FIG. 1, the mercury column is connected to the negative pole of the battery 4 for this purpose. Provision is also made for the electrode 2 to be omitted if necessary, in which case the negative electrode, on which the hydrogen develops, is formed by the mercury column itself. In such an embodiment, the apparatus is supplemented by a battery which serves to keep the mercury constantly at a negative potential.
FIG. 2 shows a modification of the construction of the apparatus shown in FIG. 1.
In this modification, a column 9 made of vaseline, paraffin oil or any other inert and pasty substance is provided between the mercury column 6 and the liquid, which is intended to protect the mercury against attack by chlorine and the penetration of the liquid into the second Pillar of the U-shaped tube to prevent.
In Fig. 3, a photometer or a light meter for photographic purposes is shown.
The apparatus shown also contains a vessel 1, a U-tube, two electrodes 2 and 2 fed by a battery 4, and a controllable resistor J. The hydrochloric acid is suitably saturated with chlorine. In this embodiment, the right column of the U-tube is tapered in such a way that a capillary tube 16 is formed, the liquid column in this capillary being displaced in front of a graduated scale 17, which indicates either the light intensity or the exposure time. The space 18 above the liquid in the right column is expediently filled with chlorine.
The light which comes from the object to be photographed can optionally be concentrated on the vessel 1 through a lens 19.
With the devices just described, there is a risk of slow diffusion of the gases through the liquid column. In order to prevent such a diffusion, provision is made for the second column to be provided with an auxiliary electrode which, for example, has the form of a thin wire 12, as can be seen in FIG.
By passing a small amount of electricity through it for a few moments from time to time, using the electrode 12 as the chlorine-evolving anode, this diffusion loss can be compensated for.
5 shows an apparatus with differential action which allows, for example, the brightness of any light source to be compared with that of a light source of known strength. The device according to FIG. 5 consists essentially of two vertical columns 21 and 22, which are united with one another by a connecting tube 20 (e.g. a capillary tube). In each column there are two electrodes or 2/3/24 and 25/26, which are fed by a battery 4 via controllable resistors 5a and 5b, respectively. The electrolysis takes place in each of the two columns. One of these pillars is now illuminated by a fixed light source, the other by a comparison light.
According to another embodiment, one column can be covered with a protective hood, such as 27, which is intended to cover the column completely or partially from the light, while the other column shows the light intensity and is graded for this purpose.
According to a further embodiment of the invention it is provided that the graduation provided and an electrical contact supporting column to be replaced by a manometer device of suitable shape, such. B. by a manometer tube (which is expediently made of platinum), which operates either a needle or a secondary, external contact.
On Figs. 6 and 7, two embodiments of this type are shown.
In FIG. 6, a manometer tube 14 has a needle 13 at one end, while the other end of the manometer tube is soldered to the vessel 1.
In FIG. 7, the end of the manometer tube 14 forms a movable contact which comes into effect in combination with a stationary contact which has the shape of a cup 15 filled with mercury.
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In order to avoid the above-mentioned disadvantages due to the diffusion through the liquid column or to avoid the attack of the mercury by the chlorine as well as the use of an expensive pressure knife unit made of platinum, a particularly recommended embodiment is provided according to the invention, in which the chamber in which the electrolysis and the reactions take place, is separated from the rest of the apparatus by an elastic partition that is impermeable to gases. In particular, the use of a metallic partition made of platinum or platinum-plated metal is provided. Any metal that cannot be attacked by chlorine or a metal that becomes passive to chlorine and acid (for example silver) is also provided for this partition wall.
In addition, such a metal can optionally also be used for the manufacture of the pressure gauge tubes as shown in FIGS. 6 and 7.
FIG. 8 shows an apparatus in which the vessel containing the hydrochloric acid or the like has a flattened shape, as shown at 1a. The reaction chamber is separated from the rest of the apparatus by a tight partition wall 31, which can itself form one of the electrodes. The second electrode is shown at 29. The apparatus also includes a U-shaped tube 30 similar to the U-tubes shown in the earlier examples.
9 shows an apparatus with a vessel 1a of the same type. But in this example the reaction chamber is separated from the rest of the apparatus by a deformable tube 32, one end of which is closed, while the other end is open and is tightly connected to the open end of the vessel 1a. The deformable tube 32 can have a flattened cross-section or an oval or any other shaped cross-section which serves to give it the desired deformability. In this figure, the two electrodes or at 29 and 29 'are indicated.
FIG. 10 shows another embodiment in which the deformable tube 32 is replaced by a manometer capsule or sleeve 33 which is made, for example, of platinum and is soldered with a tubular extension to the edge of the opening of the vessel; the inside of the capsule communicates with the inside of the vessel.
11 shows a further embodiment in which the capsule takes the form of a bellows 34 which is closed at one end and which communicates with the interior of the reaction chamber at its other end through a corresponding tube.
In Fig. 12 an apparatus of the same type as that of Fig. 9 is shown (the density
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a tubular or rounded shape, which makes it easier to concentrate the light on the vessel. In certain cases, the tube 32 can itself serve as an electrode.
13 shows an apparatus in which the reaction vessel preferably has the shape of a vertical tube, the liquid in this tube being strongly saturated with chlorine, and the like. betw. possibly under pressure. The upper end of the second column of the U-tube can also expediently be filled with chlorine, optionally under pressure. Under these conditions, from the moment hydrogen is formed, it is in an atmosphere that contains the amount of chlorine required for the photochemical reaction. As a result, the photochemical mixture is formed right at the beginning of the process and the gas bubbles start a photochemical reaction while they are rising through the liquid in the pipe.
With such an arrangement, almost instantaneous absorption of the hydrogen chloride gas by the liquid is obtained.
14 shows an apparatus which is set up to reduce the operating time of the photo relay, this apparatus also allowing overpressure in the dark. According to this embodiment it is provided that the leg 35 of the U-tube 3 does not contain one, but several contacts, for example three, which are shown at 36, 37 and 38. The contact 37 is a normally open contact of the secondary circuit, while the other two contacts 36 and 38 are arranged below and above the contact 37 and act as limiters which are designed to keep the mercury column in the vicinity of the contact 37 at all times.
As can be seen in FIG. 14, the lower contact 36 is connected via a resistor 39 to one electrode of the vessel 1, in the present case to the electrode 2 ′, while the other auxiliary contact 38 is connected to the two electrodes 2 and 2 ′ short-circuits the trap where the mercury column touches it.
This circuit is completed by a resistor 40 which is connected between the positive terminals of the battery 4 on the one hand and the electrode 2 ′ and the contact 38 on the other hand. This resistor 40 is calculated in such a way that the electrolyzing current is stronger than the current which is to close the normally open contact 37 at the intended brightness. As soon as the mercury reaches the lower contact 36, the electrolyzing current flows through the resistor 39 and is thereby reduced to the value at which the contact 37 will be closed at the desired degree of darkness. If the darkness now becomes too strong, the upper contact 38 is in turn closed and stops the passage of the electrolyzing current through the liquid by short-circuiting the electrodes 2 and 2 '.
This latter result can also be obtained in that one electrode, or even both, is arranged in the upper part of the reaction chamber and
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only goes down to a certain level. In the dark, the fluid level sinks below that
Electrode level and the current is interrupted or reduced to a very low value.
FIG. 15 shows an apparatus in which a slow change in volume is replaced by a sudden increase in volume, which can even take the form of an explosion.
In order to produce such an explosion phenomenon, mixtures of equal volumes of hydrogen and chlorine are preferably used. In order to facilitate the execution, one can given-. if chambers are created in which the space reserved for the gases is large compared to the space reserved for the liquid, the latter being correspondingly saturated with chlorine.
The same results can be obtained by heating the volume of gas. You can also combine these two procedures.
If the heating is used, provision is made to remove the vessel filled with liquid in which the electrolysis takes place as far as possible from the vessel filled with the gas mixture exposed to the light and to separate it therefrom; the heating expediently only acts on the container containing the gases.
In FIG. 15, at 41, one sees the vessel which contains the gases and which is provided with a heating resistor 42; at 43 a vessel filled with liquid is shown. The heating resistor can also be installed inside the reaction chamber.
The part 43 is remote from the part 41, the latter being exposed to the influence of light.
In the normal state, the heated part of the apparatus should not be exposed to strong light in order to allow the explosive gases to accumulate, since these gases only react when strong light falls on the chamber in which they are housed. At this moment the explosion takes place, thereby throwing the mercury column forward and making quick contact.
Such devices can be particularly noticeably used in repetitions of signals on locomotives or other similar applications. The photo-relays of this type provide a quick contact as soon as the concentrated light of a signal to be repeated on the locomotive falls on the relay as the locomotive passes in front of this signal.
16 shows an apparatus of particularly compact form, in which the exposure takes place from below. The vessel which forms the reaction chamber has a flat shape in this example; the actual reaction chamber is separated from the rest of the apparatus by a tight membrane 44 which acts directly on a mercury column 6 which is intended to close a contact 45.
In Fig. 17 there is shown an apparatus constituted by a reaction chamber which is in the form of a vertical tube provided with a graduated scale and carrying at its lower part a membrane or an elastic partition which is in contact with the atmosphere stands. In this case, the reaction chamber is formed by the column containing the liquid, the liquid column providing the desired information by shifting in front of the graduated scale.
Finally, FIG. 18 shows a considerably simplified apparatus which is formed by a simple vertical tube 46 which is provided with a graduation 47 and which is filled with a liquid which is highly saturated with chlorine. At the lower end of this tube, electrodes 52 and 52 ′, which are expediently very close to one another, are attached. The gases, which are formed under the action of the electrolyzing current passing through the liquid, rise in the form of bubbles along the pipe and are exposed to the catalyzing influence of the light, which changes with the light intensity, during this movement.
On the other hand, the hydrogen chloride gas is absorbed quickly and evenly by the surrounding hydrochloric acid. Depending on how strong the light is, the gas bubbles reach a greater or lesser height without being dissolved, as can be read off on the scale 47, which in turn allows the light intensity to be measured.
In the foregoing it has generally been assumed that the electrolysis is carried out with a direct current. It should be noted, however, that alternating current can also be used for this purpose by using greater current densities and possibly smaller electrode areas. The use of an alternating current also has an advantage, namely that of supplying the two gases already mixed or almost completely mixed.
The use of an alternating current is particularly noticeable in an apparatus of the type shown in FIG.
According to this embodiment, the reaction chamber can take the form of a vertical tube, the electrodes extending from one end of the chamber to the other end thereof, which facilitates the absorption of the gases. It is also intended to accelerate this absorption, particularly in chambers of large dimensions, by enlarging the moist surface, for example by introducing moist glass wool.
The electrodes can be made of any suitable material, such as carbon or graphite.
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However, electrodes made of platinum or platinum iridium are preferably used. However, it has now been noticed that concentrated hydrochloric acid with a density of about 1.15 attacks the platinum electrodes too quickly. In order to avoid the disadvantage, the use of weaker concentrations is intended, but the hydrochloric acid solutions are saturated with chloride salt; this makes it possible to reduce, if not prevent, the simultaneous development of oxygen, which inhibits or slows down the reaction.
For example, it is possible to use concentrated solutions of an alkali metal or alkaline earth metal chloride which have been acidified to a greater or lesser extent with hydrochloric acid.
In order to maintain a constant and homogeneous gas atmosphere, it is also provided in the
Reaction chambers introduce a relatively small amount of liquid, the largest being
Part of the chamber is filled with chlorine, which is under a more or less high pressure, for example a higher than atmospheric pressure.
If the light is not concentrated or in the case where no great mechanical work needs to be done, but only a rapid linear displacement of a column is to be effected, the use of reaction chambers that are not too small, even of considerable volume, is provided. these chambers expediently contain little liquid and have a flat shape or are filled with glass wool.
In the case of apparatus with manometer tubes, on the other hand, where high pressures have to be obtained, it will be possible to work with small volumes of the reaction chambers and under high gas pressures, the pressures possibly even exceeding the condensation pressure of the chlorine; in this case one will expediently use a light concentrated on the reaction chamber. It should be noted that, in general, small volumes result in rapid secondary effects and therefore very precise reproducibility.
The thermal coefficient of the photochemical reaction: H + Cl2 = 2, HCl, is theoretically zero; however, it has been observed that in most cases the device has a positive temperature coefficient. To compensate for this, it is provided that a resistor is switched on in series with the electrolyzing current, which increases the current strength when the temperature rises and vice versa.
Finally, there is also provision for this compensation to be carried out by using a bimetal spring which, depending on the temperature, closes the access of light to the reaction chamber by means of a movable screen.
In the foregoing, apparatus was almost exclusively used in which reactions of chlorine and hydrogen are used. Of course, you can also use other chemical reactions. Thus, for example, the electrolysis of hydrobromic acid can be given, whereby this regresses, albeit much more slowly, from bromine and hydrogen under the action of light.
It is also possible to use the electrolysis of water and the reunification of hydrogen and oxygen under the influence of ultraviolet rays. The electrolysis of chlorinated water and the recombining of hydrogen and oxygen under the action of light in the presence of chlorine can also be used.
It should also be noted that when hydrochloric acid is used, either only chlorine and hydrogen are generated or, at the same time, small amounts of oxygen may develop during electrolysis, and between the latter in the case of using low-concentration acid to protect the electrodes. The oxygen formed combines with the hydrogen in the presence of chlorine under the action of light and thus forms the water back from the acid.
In order to stabilize and favorably influence the chlorine content, for example as a function of the temperature, there is also provision for a certain amount of carbon saturated with chlorine to be introduced into the reaction chamber or into the liquid; this is used, for example, to reduce the harmful excess of chlorine at low temperatures and thus to compensate for the temperature coefficient.
The apparatus according to the invention can be used in very diverse ways. In particular, it should be noted that these devices are much more sensitive to green-blue and ultraviolet rays, but practically insensitive to red rays. Therefore, these devices can be used with great advantages for the automatic lighting of position lights of automobiles at nightfall, because the rays of artificial light sources that may fall on the device in the dark have a relatively little influence on the device, as they are generally particularly rich red rays are.
The apparatus according to the invention can also be used to produce exposure timers for photography, these having the advantage that they are particularly sensitive to the same rays (blue, violet and ultraviolet) as the photographic plates themselves, so that in this way no special correction is required.
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The apparatus for controlling smoke in industrial chimneys and for indicating fires caused by the smoke can find another notable application by the smoke being the
Rays with short wavelengths, to which the devices according to the invention respond, are more strongly absorbed.
In addition to this application with relatively little rapid action, the apparatus according to the invention can also be used for all rapid phenomena. This case is particularly interesting for devices used to prevent theft. The use of the devices according to the invention with sources for violet or ultraviolet light, if necessary with the interposition of filters, is provided, whereby an invisible or almost invisible light is obtained. Of course, such an arrangement can also be used for purposes other than theft protection.
Finally, the invention can also find a particularly noteworthy application for counting or adding the amount of light brought to the distribution or also for the automatic distribution of a certain amount of light, the apparatus automatically switching off the light source as soon as a certain, predetermined amount of light has been emitted by this light source . Such an apparatus which is particularly useful for photographic reproduction, as well as for copying drawings, etc., is shown in FIG. This device in his
The basic features of the device shown in FIG. 1, is connected to the light source 57, the light distribution of which is to be regulated automatically.
First of all, the electrolyzing current is allowed to act on the liquid located in the reaction chamber 1 of the U-tube 3; The mercury column located under the liquid is pushed up by the evolved gases in the other leg of the U-tube, which is provided with a graduation 58, until it has reached the desired scale line of this graduation. The mercury covers a certain length of a submerged electrode 53, 54 which is connected to one pole of the supply battery 56 of the lamp 57.
After the mercury has reached the desired level, the reaction space 1 is exposed to the light of the lamp 57; this results in a reduction in volume in the usual way and consequently a drop in the mercury column in the leg of the U-tube provided with the scale 58.
At the moment when the mercury sinks below the lower end 54 of the immersion electrode, the lamp circuit (54-56-57-55) is interrupted and the lamp goes out. Of course, this embodiment, which is only given by way of example, can be modified in many ways. In order not to increase the pressure too much or to prevent the mercury from rising too high, the corresponding leg of the U-tube is expediently given a sufficient volume. Instead of the amount of gas, the amount of light can of course also be measured by the amount of electrolyzing current seen through, which is proportional to the gas volume. If necessary, this device can also be used to determine and distribute invisible (ultraviolet) rays.
In order to largely eliminate external temperature influences, it is useful in apparatuses with U-shaped tubes to largely equalize the volume of the gas space in the upper part of the second leg in the central position with the mean volume of the reaction space.
Finally, it should be pointed out that the elastic membrane used to separate the reaction space from the rest of the apparatus (cf. in particular FIGS. 8-11) is also used
Glass could be made.
Of course, when using a thin membrane made of glass, precautionary measures must be taken to prevent the membrane from breaking in the event of sudden or significant changes in pressure. This can be achieved simply by arranging stop surfaces on both sides of the membrane which limit the deformation of the membrane.
It is also provided that the electrodes (especially the anode), metallic partitions and the like. Like. To protect by a layer of horny amorphous chlorine silver and even use the same as an electrode.
PATENT CLAIMS:
1. A method for converting changes in brightness into mechanical effects by means of a photocell using a photo-chemical reaction associated with changes in volume of gases generated by electrolysis of a liquid, characterized in that in a closed system the electrolyte provides a freely adjustable, but at least constant during individual periods of action Current is passed and at the same time the gas volumes formed are exposed to the exposure, with the changes in equilibrium and adjustments that occur when the brightness changes between the electrolytic development of the reaction gases and the photochemical gas reaction, which appear as changes in pressure and (or) volume,
can be repeated as often as desired, completely reversible and in an unlimited closed cycle without any external intervention.