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Photoelektrische Einrichtung.
Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Einrichtung und bezweckt, eine Inkonstanz der lichtempfindlichen Zelle auszugleichen. Insbesondere soll ein einwandfreies Arbeiten mit Widerstands- zellen möglich gemacht werden. Entsprechend gealterte Widerstandszellen sind unter gleichbleibenden
Betriebsbedingungen mindestens ebenso konstant wie jede andere Zellenart, liefern aber um Zehner- potenzen höhere Steuerleistungen bzw. Ströme. Unangenehm wirkt sich nur die verhältnismässig starke Temperaturabhängigkeit aus, welche innerhalb der natürlichen Temperaturschwankungen
Stromerhöhungen bzw. Stromverminderungen von 100% des Dunkelstromes oder 50% des Belichtungs- stromes und mehr hervorrufen kann.
Die Erfindung gestattet nun, den Einfluss der Temperatur vollkommen zu kompensieren.
Erfindungsgemäss wirkt der lichtempfindlichen Zelle ein unbelichteter Widerstand aus gleichem
Material-oder eine schwächer belichtete Zelle-in Verbindung mit einem zusätzlichen wenig temperaturabhängigen Widerstand, der die perzentuell höhere Temperaturabhängigkeit dieses Kompensationsgliedes ausgleicht, in bezug auf die angeschlossene Einrichtung entgegen, wobei Zelle und
Kompensationswiderstand mit gleichartigem Widerstandskörper, aber durch verschiedene Ausbildung (Querschnitte, Längen oder Flächen) desselben mit verschiedenem Widerstandswert ausgeführt sind.
Besonders vorteilhaft ist es weiters, als Kompensationsglied einen für Licht unempfindlichen Widerstand zu verwenden, der gleichartig wie die Zelle hergestellt ist, wodurch ein besonders einfacher Aufbau der Einrichtung möglich ist.
Untersuchungen an Widerstandszellen haben ergeben, dass die Temperaturabhängigkeit von zwei mit gleichartigem Widerstandskörper hergestellten, aber verschieden belichteten Photowiderständen kurvenmässig mindestens annähernd gleich, aber perzentuell verschieden ist. Diese perzentuell höhere Temperaturabhängigkeit des unbelichteten oder schwächer belichteten Kompensationsgliedes wird nun in der erfindungsgemässen Einrichtung durch einen zusätzlichen, wenig temperaturabhängigen Widerstand ausgeglichen. Da das Kompensationsglied unbelichtet oder nur schwächer beleuchtet ist als die Steuerzelle, kann die Einrichtung für alle üblichen Zwecke verwendet werden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Temperaturabhängigkeit einer Widerstandszelle durch Entgegensehaltung einer zweiten, möglichst gleichartigen und schwächer belichteten oder ganz verdunkelten Zelle auszugleichen. Dieser Vorschlag berücksichtigt jedoch nicht die perzentuell verschiedene Temperaturabhängigkeit von verschieden belichteten Schichten. Dagegen gestattet die Erfindung einen vollkommenen Ausgleich des Temperatureinflusses, wobei auch auf die Anpassung und die besonderen Betriebsverhältnisse der Widerstandszellen Rücksicht genommen wird.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Fig. 1 der Zeichnung zeigt die Ausführung der Temperaturkompensation bei Steuerung einer Verstärkerröhre 6 mittels der photoelektrischen Zelle 3. Der Kompensationswiderstand 1 liegt in Serie mit einem praktisch temperaturunabhängigen oder den Temperaturschwankungen nicht ausgesetzten Widerstand 7. Da die prozentuelle Temperaturabhängigkeit des Kompensationswiderstandes zumeist ungefähr doppelt so gross ist wie die der Zelle, so ist bei Widerstandsanpassung der Widerstand 7 zweckmässig gleich dem Kompensationswiderstand 1 zu wählen. Auch eine Parallelschaltung der Widerstände (1 und 7) kann angewendet werden.
Der Kompensationswiderstand 1 wird zweckmässig gleichzeitig mit der photoelektrischen Zelle hergestellt und formiert und seine kurvenmässige Temperaturabhängigkeit ist daher genau oder angenähert gleich der zumeist nicht linearen und auch nicht eindeutigen Temperaturabhängigkeit der Zelle.
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Wird als Kompensationsglied eine im Dunkeln liegende oder schwächer als die Zelle 3 belichtete zweite Zelle benutzt, so wird im Sinne der Erfindung der für die Anpassung erforderliche Widerstandswert nicht durch Verwendung einer durch andersartige Formierung niederohmigeren Zelle, sondern durch eine gleichartig formierte, etwa grossflächigere Zelle od. dgl. erzielt.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung dargestellt, bei welchem ein Differentialrelais 8 verwendet wird. Die erforderlichen Betriebsspannungen werden einem Spannungsteiler 9 entnommen. Bei Verdunkelung der Zelle 3 wird die Wicklung I des Relais stromlos bzw. es sinkt der die Wicklung durchfliessende Strom auf den Wert des Dunkelstromes, so dass das Gleichgewicht des Relais gestört ist und die Wicklung II das Schliessen des Relaiskontaktes bewirkt.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausbildungsart der erfindungsgemässen Einrichtung für direkte Betätigung eines Relais, welches nur eine Wicklung besitzt, mittels der photoelektrischen Zelle. Gemäss dieser Ausführung liegt der Selenwiderstand 1, welcher die Temperaturabhängigkeit der photoelektrischen Zelle ausgleichen soll, in Serie mit Widerständen 7 und 10 an einer von einem Spannungteiler 9 abgegriffenen Spannung. Die Seriensehaltung der genannten Widerstände dient ihrerseits als Spannungsteiler für den Zellenkreis, welcher an der an den Widerständen 1 und 7 auftretenden Spannung liegt. Der Stromfluss durch die Serienwiderstände ist vorteilhaft verhältnismässig gross im Vergleich zum Photostrom der Zelle 3.
Der gegenüber der Zelle wesentlich verschiedene Ohmwert des Kompensationswiderstandes wird durch Ausbildung desselben mit geringer Schiehtdicke und grossem Querschnitt, insbesondere wie später beschrieben, erzielt. Ist der Photostrom im Verhältnis zu dem die Widerstände 1 und 7 durchfliessenden Strom vernachlässigbar, so wird zur Erzielung einer vollkommenen Temperaturkompensation der Widerstand 7 z. B. gleich dem Kompensationswiderstand 1 gemacht. Ist der Photostrom zu berücksichtigen, so wird man den Widerstand 7 zweckmässig kleiner wählen, z. B. halb so gross wie den Widerstand 1. Gegebenenfalls kann auch mittels eines in der Zeichnung strichliert dargestellten Widerstandes 11, der zu einem Abgriff am Spannungsteiler 9 führt, ein Teil des Photostromes kompensiert werden.
Eine einwandfreie Temperaturkompensation ist aber insbesondere bei der vorstehend genannten Ausführung nur dann zu erzielen, wenn für die Zelle 3 und den Kompensationswiderstand 1 annähernd die gleichen Abkühlungsverhältnisse (Wattjcm2 freie Oberfläche) herrschen, damit nicht durch Stromerwärmung die Verhältnisse geändert werden. Es wird deshalb der Kompensationswiderstand 1 zweckmässig mit einer nach diesen Grundsätzen dimensionierten freien Oberfläche ausgestattet oder auch mit der Zelle 3 baulich vereinigt, so dass beide stets praktisch die gleiche Temperatur besitzen.
Die praktische Ausführung eines Lichtrelais in der Schaltung nach Fig. 3 ist in Fig. 4 der Zeichnung angegeben.
Der Kompensationswiderstand 1 ist mit der Zelle. 3 in einem gemeinsamen Gehäuse 12 zusammengebaut, damit er immer die gleichen Temperaturschwankungen mitmachen muss wie die Zelle. Die übrigen Apparate (Widerstände 7, 10, 11, Anzeigegerät 2 usw.) sind über die Leitungen 13--15 angeschlossen. Die Widerstände 7, 10 und 11 sind verhältnismässig temperaturunabhängig und zumeist dem Temperaturwechsel nicht so ausgesetzt ; z. B. befindet sich bei einer Lichtschranke zur Überwachung eines Hofes od. dgl. das Gehäuse der Zelle 3 mit dem Widerstand 1 im Freien, der Apparat-
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Die angegebenen Schaltungen ermöglichen, neben der Temperaturabhängigkeit auch Alterungserscheinungen der Zelle od. dgl. auszugleichen.
Eine praktische Ausführungsform des Kompensationswiderstandes ist in Fig. 5 und 6 in Draufsicht und Seitenansicht schematisch dargestellt. Es bezeichnen 16 und 17 zwei Metallplättchen, z. B. aus Messing, welche übereinandergelegt sind. Dazwischen befindet sich der temperaturabhängige, dem Zellenmaterial entsprechende Widerstandskörper 18, z. B. aus Selen. Zur Herstellung eines solchen Widerstandes wird die Platte 16 mit geschmolzenem Selen bestrichen und dann die andere Platte aufgedrückt und mittels zweier eingelegter Glimmerstreifen 19, 20 distanziert. Das überschüssige Widerstandsmaterial rinnt zu beiden Seiten aus und wird in kaltem Zustande weggebrochen.
Dann wird der Widerstand mit der Zelle gleichartig umkristallisiert. Zum Anschluss dienen die Schrauben 21, 22.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Art der Anordnung des Temperaturkompensationswiderstandes im Zellengehäuse einer Lichtschranke. Das Zellengehäuse ist in Längsschnitt und Stirnansicht schematisch dargestellt. In einem Gehäuse 23 ist die photoelektrische Zelle 3, eine Widerstandszelle nach dem Kondensatorprinzip, auf einem Tragteil 24 befestigt. An der Rückwand des Gehäuses ist ein Hohlspiegel 25 angebracht, der die auftreffenden Lichtstrahlen des Strahlensenders durch die Öffnung einer Lochblende 26 auf die Zelle 3 reflektiert. Der Temperaturkompensationswiderstand 1 ist verhältnismässig grossflächig ausgeführt, so dass keine nennenswerte Stromerwärmung auftritt.
Der Widerstand wird am Tragteil 24 der Zelle 3 befestigt und ist daher mit dieser auch wärmeleitend verbunden. Die Befestigung erfolgt zweckmässig unter Verwendung isolierender, aber gut wärmeleitender Zwischenlagen, z. B. Glimmerplättchen. Die Öffnung des Gehäuses 23 ist durch ein optisches Filter 32 abgeschlossen.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen eine bauliche Vereinigung von photoelektrischer Zelle und Temperaturkompensationswiderstand, welche eine besonders gute wärmeleitende Verbindung gewährleistet. Die Zelle 3 sitzt in zwei Haltespangen 27, 28, welche auch zur Stromzuleitung dienen und an einem Isolierstück 29 befestigt sind. An die Rückseite des Porzellankorpers der Zelle. 3 legt sich der Kompensationswiderstand 1 an. Infolge des innigen Kontaktes besitzen also Zelle und Widerstand stets praktisch die gleiche Temperatur.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Photoelektrische Einrichtung, insbesondere mit Widerstandszelle, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtempfindlichen Zelle ein unbelichteter Widerstand aus gleichem Material-oder eine schwächer belichtete Zelle-in Verbindung mit einem zusätzlichen, wenig temperaturabhängigen Widerstand dz der die perzentuell höhere Temperaturabhängigkeit dieses Kompensationsgliedes ausgleicht, in bezug auf die angeschlossene Einrichtung entgegenwirkt, wobei die Zelle (. 1) und der Kompensationswiderstand (1) mit dem gleichartigen Widerstandskörper, aber durch verschiedene Ausbildung (Querschnitte, Längen oder Flächen) desselben mit verschiedenem Widerstandswert ausgeführt sind.