CH218537A - Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen von Zustandsänderungen mittels einer elektrischen Einrichtung. - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen von Zustandsänderungen mittels einer  elektrischen Einrichtung.    Das vorliegende Verfahren dient bei  spielsweise zur Betätigung irgendwelcher  Signal- oder Kommandogeräte durch sehr  kleine elektrische Ströme oder Strom  änderungen, die z. B. durch     Leitfähigkeits-          änderungen    in Photozellen oder in     Ionisa-          tionskammern    entstehen können.  



  Ein äusserst kleiner elektrischer Strom  kann ein Signal- oder Kommandogerät be  tätigen, indem man denselben durch Elek  tronenröhren verstärkt. oder indem man  durch .den Spannungsabfall, der durch diesen  kleinen Strom an einem sehr     hochohmigen          Widerstande    entsteht, ein Elektrometer  speist, dessen Zeiger einen Kontakt betätigt.  Alle diese Einrichtungen sind verhältnis  mässig kompliziert und     kostspielig.     



  Es wurde deshalb schon vorgeschlagen,  ,die Ströme in ein Signal umzuwandeln, in  dem man sie zum Zünden einer .derartigen  selbständigen Gasentladung G verwendet,       bei    der die Brennspannung     u    " infolge der  Veränderung des elektrischen Feldes durch    die     Ladungsträger    niedriger ist als die zur  Einleitung der selbständigen Gasentladung  notwendige Zündspannung     u+.     



  Im folgenden wird eine derartige Ent  ladung, Gasentladung erster Art, kurz     G.E.I     genannt. Als. G. E. I kann z. B. eine     Glimm-          oder    Bogenentladung :dienen. Zu ihrer     Zün-          ,dung    ist erfahrungsgemäss ein Mindeststrom  Z+ notwendig, der häufig grösser ist als der  zur Verfügung stehende zu messende Strom.  



  Damit der Zündstrom     i+    trotzdem ent  stehen kann, ist es bekannt, durch den kleinen  Strom i eine Kapazität C während der Zeit       t    mit der     Ladung     
EMI0001.0020     
         aufzuladen    und damit auf die Spannung  
EMI0001.0022     
    zu bringen. Ein Teil dieser Ladung e der           Kapazität    C fliesst beim Zünden einer Gas  entladung über dieselbe ab, bis die Brenn  spannung     u"    erreicht ist. Der dadurch ent  stehende Stromstoss  
EMI0002.0003     
    kann zur Auslösung weiterer     Signale    dienen.

    Die Erfahrung zeigt, dass es auch mit  dieser Methode nicht. möglich ist, äusserst       kleine    Ströme     i    zur Zündung einer Gas  entladung zu verwenden, da ein äusserst  kleiner Strom durch die     Gasentladungs-          strecke    fliesst, bevor die eigentliche Zünd  spannung u+ einer G. E. I erreicht ist. Der  artige Entladungen werden im folgenden  G. E.     II    genannt. Die Kapazität C kann sich  deshalb nie über eine Spannung     u    aufladen,  die wesentlich höher ist als die Brennspan  nung     u"    der     Gasentladungsstrecke    G.  



  Ein erstes     Ausführungsbeispiel    einer  Einrichtung zur Durchführung des Verfah  rens nach der Erfindung, das eine höhere       Aufladung    der genannten Kapazität     er-          möglieht,    ist in     Fig.    1 prinzipiell dargestellt.  Die     Gasentladungsstreeke        G.=    wird dabei nur  hin und wieder durch den Schalter S plötz  lich so mit der Kapazität     Cl    verbunden, dass  eine G. E. I durch die zusätzliche Spannung       du."    entstehen kann.

   Nur wenn die Kapazi  tät     C,    im Moment des     Einschaltens    von S  auf Stellung 2 eine Spannung     u,    hat, die zu  sammen mit den Spannungen u" und     du,     höher als die Zündspannung     u2+    für eine  G. E. I in     G,    ist,     zündet    dieselbe. Der durch  die Zündung mit dem darauffolgenden Zu  sammenbruch der Spannung     u1    auf die       Löschspannung    der G. E. I in     G2    entstehende       Stromstoss        i"    kann z.

   B. über den Transfor  mator     Tr    irgendwelche Signale auslösen.  



  Würde an     Stelle    des Umschalters S nur  ein an sich naheliegender Ausschalter ver  wendet, so müsste die gesamte Leitung von       G2    nach S hoch isoliert und kapazitätsarm  ausgeführt sein, damit die Leitung durch  den kleinen Strom     i    über eine G. E.     1I    in     G2     auf eine     geeignete    Spannung von der Grösse         2c"    aufgeladen würde. Zudem ist es durch die  Verwendung eines     Umschalters    S möglich,  eine geeignete Spannung u" zu wählen.  



  Der Umschalter S kann automatisch be  trieben werden. Es kann aber auch durch  eine Kippschwingung automatisch in geeig  neten Zeitabständen     dt    die Spannung<I>du"</I>  zu der Spannung     uo        zugeschaltet    werden.  



  Damit die Kapazität     Cl    nicht schon durch  einen Strom, der eine bestimmte Grenze  unterschreitet, auf eine so hohe Spannung       u,    aufgeladen wird, dass die Glimmlampe     G.=     zündet, ist das Aggregat     A1    vorgesehen.  Dazu kann z. B. ein     hochohmiger    Wider  stand dienen, oder ein Aggregat, bei welchem  die     daranliegende    Spannung     u,    erst ober  halb eines     bestimmten,    durch dasselbe flie  ssenden Stromes i grosse Werte annimmt, das  heisst eine mit Stromsättigung arbeitende  Vorrichtung.     Dazu    kann z.

   B. eine     Glüh-          elektrodenröhre,        Photozelle    oder     Ionisations-          kammer    verwendet werden. Diese Verwen  dung ist vorteilhaft, wenn ein Strom     i*,    der  eine obere Grenze überschreitet,     eignalisiert     werden soll, indem man dann die Photozelle  oder     Ionisationskammer    so wählt, dass mög  lichst vollständige Stromsättigung bei     i*     herrscht. Ein kleinerer Strom erzeugt dann  keine grosse Spannung u,, wohl aber der  Strom, der gleich oder grösser als     i*    ist.

   In  folge der     Gassentladungsstrecke        G2    mit. der  Zündspannung     u2+    entsteht deshalb nur  dann ein Stromstoss, wenn i mindestens so  gross wie     i*    ist.  



       Fig.    2 zeigt ein     weiteres        Ausführungs-          bei6piel.    Bei diesem Ausführungsbeispiel  fliesst ein wesentlich grösserer Strom     io    als  bei dem Ausführungsbeispiel nach     Fig.    1.  



  Auch hier wird die     Kapazität        C,    durch  ,den Strom i aufgeladen. Wenn die Spannung       u2   <I>=</I>     uo        -i-        duo   <I>-</I>     u,     grösser ist als die Zündspannung     u2+    der  G. E. I in     G2,    so wird dies durch die Ladung       e    =     u,        C@     gezündet,     wenn    der Sehalter     S2        geschloesen     wird.

   Dadurch fällt die Spannung über     G2         auf die Brennspannung     u2        ",    und die Span  nung über der     Gasentladungsstrecke        G1     steigt. Dieselbe zündet nun auch, wenn die  Spannung     u"        -I-   <I>A%</I> höher ist als die Summe,  gebildet aus dem Spannungsabfall an R, der  Brennspannung u,2' an     G2    und der     Zünd-          spannung        u,+    einer G. E.

   I in G,, oder weil  durch die Zündung von     G2    periodische Span  nungsänderungen. an     G1    entstehen, die eine  Zündung     herbeiführen.    können.  



  Man kann die beiden     Gasentladungs-          strecken        G1    und     G2    in ein gemeinsames Ge  fäss legen und erhält so im Prinzip eine Drei  elektrodenröhre mit einem Steuergitter. Diese  Anordnung erlaubt es nicht nur, die Vorrich  tung zu vereinfachen, sondern sie     gestattet     auch die Erzielung neuer Resultate, da dann  z. B. die Zündung von     G2    schon durch die  durch     G1    freiwerdenden Ionen erfolgen kann.  



  Es ist .dann bei einer solchen Anordnung  leicht möglich, sie so     auszubilden,    dass nach  dem Zünden einer G. E. I zwischen der mitt  leren und einer der äussern Elektroden eine  direkte Entladung zwischen den beiden  äussern Elektroden, zwischen welchen die  Spannung     w1        +        u;;    liegt, entstehen kann. Da  ,durch wird die Differenz zwischen der Ruhe  spannung     ml        -f-        m2    und der Brennspannung       u1    "     -i-        u,"    der Gasentladung sehr vergrössert,  und man erhält eine viel grössere Leistung  für das Relais R.  



  Es ist infolge des     Durchgriffes    der Elek  troden aufeinander mit einer Anordnung,  wobei .die beiden     Gasentladungsstrecken    in  demselben Gefäss arbeiten, möglich, mit  einer kleineren Zündenergie für eine G. E. I  auszukommen.  



  Die Anordnung gestattet auch die bei  kleinen Strömen sehr wesentliche Verklei  nerung der     Isolationsstellen,    die an der  freien Luft liegen. Es ist möglich, die Ka  pazität Cl und das Aggregat Al, das zur  Ableitung zu kleiner Ströme dient, in das  Gefäss der     Gasentladungsstrecken    zu ver  legen oder unmittelbar damit zusammenzu  bauen. Es gelingt so, die Zahl der an der       freien        Atmophäre    liegenden Oberflächen,  die mit     bester    Isolation auszuführen sind,    zu reduzieren. In     Fig.    2 betrifft dies z. B.

    ,die vier     Oberflächenisolationsstellen    bei     G1,          G2,        Cl    und Al, die durch Zusammenbau von       G1    und     G2    und durch     Einbau    von     Cl    und Al  auf eine einzige reduziert werden können.  



  Durch die Verkleinerung der Isolations  stellen wird eine sichere Steuerung durch       äusserst    kleine Ströme, wie sie bei Photo  zellen oder in     Ionieationskammern    auftreten,  ermöglicht, wenn     diese    eine Isolationsstelle  genügend gut gemacht werden kann. Dies  bereitet Schwierigkeiten, da das zum herme  tischen Abschluss     notwendige    glas- oder  porzellanartige Material     elektrisch    leitende       Oberflächenschichten    ansetzen kann, da sich  eine Wasserhaut bildet.

   Dies kann vermie  den werden, indem die Oberfläche nach Ent  fernen dieser Wasserhaut mindestens teil  weise mit einer wasserdichten Schicht mit  grossem     Oberflächenwiderstande        überzogen.     wird.  



  Um die Bildung von Kondenswasser auf  dieser Schicht zu vermeiden, kann diese  leicht erwärmt werden. Um möglichst     wenig     Wärmeenergie dazu verwenden zu müssen,  ist es     vorteilhaft,    den     Heizwiderstand,    z. B.  eine Heizspirale, unmittelbar in oder unter  diese Oberflächenschicht zu legen.  



       F'ig.    3 zeigt ein drittes Ausführungs  beispiel. Durch die beiden als     Spannungs-          teiler    wirkenden Aggregate     Al    und     Az    wird  die Spannung     wo    im Verhältnis der Leitwerte  der beiden Aggregate A, und     AZ    aufgeteilt.  Dadurch werden die Kapazitäten     C,    und     C2     auf die Spannungen     u1    und     u2    aufgeladen.

    Wenn die beiden     Ableitwiderstände    Al und       Az        hochohmig    sind, und die beiden Kapazi  täten Cl und     Cz    sowie die Spannung J% nicht  zu gross ist, so kann durch den Ruhestrom  oder durch den     kapazitiven    Stromstoss beim  Zuschalten von Au. kein Anziehen des Re  lais R     stattfinden.     



  Die Spannung u,     steigt    beim Zuschalten  der Spannung     Auo    im ersten Moment um  
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    Diese zusätzliche Spannung     Aue    sinkt, je      nach den verwendeten     Ableitwiderständen     A, und     AZ    und den verwendeten Kapazitäten       Cl    und     C2    mit der Zeit verschieden schnell  ab. Sie     genügt    jedoch, wenn die Ruhespan  nung     u2    genügend gross ist, zur Zündung der       Gasentladungsstrecke        G.=,    die dann auch zu  einer Zündung der     Gasentladungsstrecke    G,  führt.

   Dadurch steigt der Strom     i.    beträcht  lich an und betätigt das     Relais    R.  



  Die beiden Aggregate A, und A_ können  z. B.     hochohmige    Widerstände, Photozellen  oder     Ionisationskammern    sein. Eine Zün  dung einer Gasentladung und damit eine Be  tätigung des Relais R erfolgt, je nach dem  Verhältnis der     Leitwerte    der Aggregate A,  und A,. Die Einrichtung kann deshalb dazu  dienen, derartige Veränderungen der Aggre  gate     A1    und     A.,    anzuzeigen, welche ihre       Stromspannungscharakteristik    verändern.  



  Man kann<I>z. B. A,</I> als     hochohmigen    Wi  derstand ausführen und A, als Photozelle.  Wird nun die Photozelle beleuchtet, so sinkt  ihr innerer Widerstand, und die Spannung       u,    wird kleiner. Wird der Schalter     S_    ein  geschaltet, so zündet eine     Gasentladung,    und  das Relais R spricht an.  



  Vertauscht man in der Schaltung die  Photozelle mit dem Widerstand, so kann die  Anordnung so dimensioniert werden, dass  beim Verdunkeln der Photozelle das Relais       R    anspricht. Man kann auch zwei Photo  zellen verwenden, wobei beide z. B. durch  die gleiche Lichtquelle beleuchtet werden.  Man erhält Alarm, wenn der Lichtstrahl  zur Photozelle     Ageschwächt    wird. Diese  Schaltung     besitzt    den Vorteil, dass die Span  nungsverteilung innerhalb eines grossen Be  reiches unabhängig von Intensitätsschwan  kungen der Beleuchtungsquelle werden kann.  



  Wählt man für A, einen     hochohmigen          Widerstand    und für     Aeine        Ionisations-          kammer,    das heisst zwei Elektroden, zwi  schen     welchen    Gas leitend gemacht wird, so  entsteht dann Alarm, wenn die     Ionisierung     kleiner wird, oder wenn die Strömung der  Ionen in der     Ionisationskammer    abgeschirmt  wird. Im ersten Falle ist die Einrichtung  als     Röntgendosimeter    oder zum Anzeigen    der chemischen Zusammensetzung eines  Gases oder der Anzahl der Moleküle im cm',  das heisst des Gasdruckes, verwendbar.

   Im  zweiten Falle kann sie dazu dienen, einen  Alarm auszulösen, wenn ein zwischen den  Elektroden der     Ionisationskammer    bewegter  Teil eine bestimmte Stellung erreicht hat.  



  Die     Anschirmung    der Strömung der  Ionen kann auch durch in die     Ionisations-          kammer        gebrachte,    schwebende grössere Teil  chen, wie     Staub,    Rauch     oder    Molekül  komplexe geschehen. Es ist deshalb möglich,  mit der beschriebenen Einrichtung einen  Feuermelder zu bauen, der eine     ausserrodent-          liche    Empfindlichkeit auf Verbrennungs  gase besitzt.  



  Der     hochohmige    Widerstand A, kann  durch eine zweite     Ionisationskammer    ersetzt  werden, die von einem Gase durchflossen  wird, das die anzuzeigende Verunreinigung  nicht enthält, so dass die Einrichtung wie  die oben beschriebene Kompensationsschal  tung für Photozellen wirkt.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> I: Verfahren zum Anzeigen von Zustands änderungen mittels einer elektrischen Ein richtung; wobei durch diese Änderung die Ladung einer Kapazität (C,), die in einem elektrischen Stromkreis mit einer Gasentla- dungsstrecke (G.,) liegt, geändert wird, da durch gekennzeichnet, dass bei bestimmter Aufladung der Kapazität (C,) eine selbstän dige Gasentladung zum Zünden gebracht wird, indem plötzlich eine geeignete Zusatz spannung<B><I>(Au.)</I></B> in den Stromkreis geschaltet wird. UNTERANSPRüCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung der Aufladung der Kapazität (C,) durch einen Strom, der eine bestimmte Grenze un terschreitet, auf eine solche Spannung (u,), dass,die Gasentladungsstrecke (Ga) durch die zusätzliche Spannung (Auo) gezündet wer den könnte, ein Aggregat (A,) parallel zur Kapazität (C,) geschaltet ist, welches elek trischen Strom ableitet. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch I, ,dadurch gekennzeichnet, dass das zur Verhinderung der Aufladung der Kapazität (Cl) verwendete Aggregat (A,) eine Stromsättigungsgrenze besitzt, so dass nur ein Strom, der diesen Sättigungs wert erreicht, eine so grosse Spannung (u,) daran erzeugen: kann, dass :die Gasentladungs- strecke (G2) durch die Zusatzspannung (Aic") gezündet werden kann.

   3. Verfahren, nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, .dass die Stromsättigung durch eine Glühkathode erzeugt wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Stromsättigung durch eine Photozelle erzeugt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Stromsättigung durch eine Ionisationskammer erzeugt wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Einschalten der zusätzlichen Spannug <B>(Au.)</B> automatisch erfolgt. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Spannung (Au.) durch eine Kippspannung erzeugt wird. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in den genannten Stromkreis eine konstante Gleichspannung (uo) geschaltet ist. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, wo bei die eine Elektrode der Kapazität (C,) eine Gasentladung (G,) durch Potential erhöhung und eine andere Gasentladung (GQ durch Potentialerniedrigung zünden kann, dadurch gekennzeichnet, dassdurch das Zünden der einen Gasentladungsstrecke auch die andere Gasentladungsstrecke (G,) gezündet wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 9, dadurch ge kennzeichnet, dass das Aggregat (A,) in dem Gefäss der Gasentladungsstrecke (G,) liegt und höchstens durch eine Wand vom Gas entladungsraume getrennt ist. 11. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass die Kapazität (C,) mindestens 1/2mal grösser ist als die Kapazität (C2), die parallel zu der Gasentladungsstrecke (G.=) liegt. 12.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass' das Aggregat (A-.), das durch die anzuzeigenden Änderungen beeinflusst wird, parallel zu der Gasentladungsstrecke (G2) geschaltet ist. 13. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1, 9 und 12, da durch gekennzeichnet, dass eine Photozelle parallel zu einer Gasentladungsstrecke (G,) liegt, wodurch diese gezündet wird, wenn ,der Strom durch die Photozelle eine be stimmte Grenze unterschreitet und eine zu sätzliche Spannung<B>(Au")</B> eingeschaltet wird. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1, 9 und 12, da durch gekennzeichnet, dass eine Ionisations- kammer parallel zu einer Gasentladungs- strecke (G2) liegt, wodurch diese gezündet wird, wenn,der Strom durch die Ionisations- kammer eine bestimmte Grenze unterschrei tet und eine zusätzliche Spannung (Au,) ein geschaltet wird. 15.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 9 und 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass die beiden Aggregate (A, und A2), deren Leitwerte die Spannungs verteilung (u, und u,) und damit die Ruf ladung der Kapazität (C,), deren Spannung (U,) zur Auslösung einer Gasentladung (G.,) führen kann, bestimmen, auf die gleiche äussere Ursache reagieren, so dass Schwan kungen in der Intensität. dieser Ursache aus geschaltet werden.

   PATENTANSPRUCH II: Vorrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I und Unter anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gasentladungsstrecken G, und G.2) in demselben nach aussen abgeschlossenen Gas raum arbeiten. UNTERANSPRÜCHE: 16.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (Al), das verhindert, dass die Kapazität (C,) durch Ströme, die eine gewisse Grenze unter schreiten, auf eine so hohe Spannung (-ai,) aufgeladen wird, dass die eine Gasentla- dungsstreeke dadurch zündet, in dem Gefäss der Gasentladungsstrecken (G,. G#,) liegt, und höchstens ,durch eine Wand vom Gas entladungsraume getrennt ist. 17. Vorrichtung nach Patentanspruch 11.

   dadurch gekennzeichnet, dass das zum her metischen Abschluss notwendige Isolier material zur Verbesserung der Oberflächen isolation mindestens zum Teil mit einer asserundurchlässigen Schicht überzogen ist. 18. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass das zum her metischen Abschluss notwendige Isolierma terial zur Verbesserung der Isolation im Be trieb erwärmt wird. 19. Vorrichtung nach Patentanspruch 11 und Unteranspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass die zur Verbesserung der Ober- flächenisolation dienende, wasserundurch lässige Schicht durch eine in dieselbe ge legte Heizspirale erwärmt wird. 20.

   Vorrichtung nach Patentanspruch IL und den Unteransprüchen 17 bis 19 zur Aus führung des Verfahrens nach Patentan spruch I und den Unteranspriichen 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12 und 14, dadurch gekennzeich net, dass die Vorrichtung zur Feuermeldung geeignet ist, indem das Aggregat (Aj, wel ches den Strom (i) beeinflusst, eine Ionisa- tionskammer ist, die Öffnungen besitzt, durch die das zu prüfende Gas strömt.