DE1088154B

DE1088154B - Schaltanordnung zur Lichtstromstabilisierung

Info

Publication number: DE1088154B
Application number: DEL30913A
Authority: DE
Inventors: Dr Ulrich Cappeller; Richard Thielmann
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1958-07-26
Filing date: 1958-07-26
Publication date: 1960-09-01

Description

DEUTSCHES

Für viele photometrische und spektrometrische Messungen ist es notwendig, den effektiven Lichtstrom einer Lampe sehr genau konstant zu halten. Eine solche Konstanz läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man die Lichtquelle im Gleichstrombetrieb an einer genügend großen Batterie betreibt. Der Betrieb einer Photometer-Lichtquelle am normalen Wechselstromnetz bereitet indes wegen der dort auftretenden Spannungsschwankungen große Schwierigkeiten, selbst wenn der Strom durch die Lampe oder die Spannung an der Lampe in einer der bekannten Regelanordnungen nachgeregelt wird. Diese Regelanordnungen arbeiten entweder nicht genau genug oder erfordern einen außerordentlich großen Aufwand. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Lichtstrom der Lampe in sehr empfindlicher Weise von der angelegten Spannung abhängt.

Es ist ferner eine Schaltanordnung zur Spannungsstabilisierung bekannt, bei der ein lichtempfindliches Element zur Ausregelung kurzzeitiger Spannungsschwankungen verwendet ist. Diese Schaltanordnung ist jedoch nicht geeignet, auch langzeitige Spannungsschwankungen auszuregeln.

Die Schaltung nach der Erfindung vermeidet die genannten Nachteile dadurch, daß

1. der Lichtstrom der Lampe unmittelbar zur Herleitung einer Steuergröße für die langzeitige Regelung der Lampenspannung ausgenutzt wird und nicht, wie bisher, Änderungen der Lampenspannung oder des Lampenstromes,

2. die Ausregelung der von außen kommenden Störgrößen durch die Kombination des Zeitverhaltens eines Spannungskonstanthalters mit dem Zeitverhalten eines Regelkreises erreicht wird. Der Spannungskonstanthalter dient zur Unterdrückung kurzzeitiger Spannungsschwankungen; der Regelkreis wird zur Feinregelung und Aufrechterhaltung einer guten langzeitigen Konstanz verwendet. Regelkreis und Spannungskonstanthalter müssen in geeigneter Weise aneinander angepaßt sein.

Der Grundgedanke bei der Regelanordnung sei an folgendem Prinzipschaltbild erläutert (Fig. 1):

Die in ihrem Lichtstrom zu regelnde Lampe 10 liegt an der Sekundärwicklung 8, eines - Transformators 3, dessen Primärwicklung 1 "über einen Eisenwasserstoffwiderstand 6 und einen magnetischen Spannungskonstanthalter 4 an das Versorgungsnetz 5 angeschlossen ist. Der Transformator 3 trägt gleichzeitig noch eine dritte Wicklung 27, die mit einem trägheitslos steuerbaren Widerstand W, beispielsweise mit einer Elektronenröhre, belastet werden kann. Durch Änderung dieser Belastung kann die an die Lampe 10 abgegebene Leistung geregelt werden. Zur Steuerung der Belastung wird der von der Lampe aus-

Schaltanordnung
zur Lichtstromstabilisierung

Anmelder:

Ernst Leitz G.m.b.H.,
Wetzlar, Laufdorfer Weg

Dr. Ulrich Cappeller und Richard Thielmann,

Marburg/Lahn,
sind als Erfinder genannt worden

gehende Lichtstrom benutzt. Dieser wird dazu in einer Photozellenanordnung in eine Spannung umgesetzt. Weicht der Lichtstrom und damit die ihm proportionale Spannung von einem vorgegebenen Sollwert Ug ab, so regelt eine am Ausgang des Differenzverstärkers D auftretende S teuer spannung den Belastungswiderstand so weit nach, bis der Sollwert wieder erreicht ist.

Eine Schwierigkeit für die Benutzung dieser Grundschaltung bereitet die durch den Wechselspannungsbetrieb der Lampe bedingte Modulation des Lichtstromes. Diese Modulation überwiegt die auszuregelnden Schwankungen des effektiven Lichtstromes im allgemeinen beträchtlich. Der Differenzverstärker D muß deshalb so eingerichtet sein, daß er Schwankungen des Effektivwertes mit hoher Verstärkung an das Stellglied weitergibt, die Modulation des Lichtstromes dagegen unterdrückt. Dies wird in der vorliegenden Schaltung durch den Einbau einer geeigneten Gegenkopplung erreicht. Die damit verbundene teilweise Unterdrückung der Ausregelung schneller Versorgungsspannungsänderungen wird von dem magnetischen Konstanthalter übernommen. Die Gegenkopplungszeitkonstante ist- daher so bemessen, daß sie das Zeitverhalten des magnetischen Konstanthalters in geeigneter Weise ergänzt. Zur. Verbesserung der statischen Genauigkeit der Regelung enthält die Schaltanordnung überdies noch einen Eisenwasserstoffwiderstand (hoher differentieller Innenwiderstand).

An der Lampe 10 steht eine Wechselspannung U_L mit zeitlich hochkonstantem Effektivwert zur Verfügung.Diese kann mit Vorteil zum Betrieb anderer Verbrauchsanordnungen verwendet werden. Eine Anwendung ist die Versorgung einer zweiten Glühlampe. Bei ausreichender Dimensionierung der Schaltung kann

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die Leistungsaufnahme dieser Lampe die Leistungsaufnahme der Lampe 10 weit übersteigern, die in diesem Falle nur nodi die Funktion eines sehr genauen Spannungsmessers hat.

Eine andere Anwendung ist der Betrieb einer Gleich- S richterschaltung. Bei genügend konstanten Arbeitsdaten des Gleichrichters steht am Ausgang des Gleichrichters eine sehr konstante Gleichspannung zur Verfügung.

In der Schaltskizze (Fig. 2) ist ein Beispiel für eine Schaltanordnung nach der Erfindung dargestellt. Ein mit einer Primärwicklung 1 und den Sekundärwicklungen 8 und 27 versehener Transformator 3 ist über einen magnetischen Spannungskonstanthalter 4 an eine Wechselstromquelle 5 angeschlossen. Vor der Primärwicklung 1 ist ein Eisenwasserstoffwiderstand 6 eingeschaltet. An die Sekundärwicklung 8 ist eine Glühlampe 10 sowie gegebenenfalls eine weitere Glühlampe 9 angeschaltet.

Der Lichtstrom der Glühlampe 10 fällt auf ein lichtempfindliches Element, beispielsweise eine Photozelle 11, die, über den Arbeits wider stand 34 an eine stabilisierte (Glimmlampe 18) Versorgungsspannung angeschlossen, das Steuergitter 15 des erstens Systems der Doppeltriode 14 steuert. Das Steuergitter 16 des zweiten Systems ist über das Potentiometer 17 an die gleiche Versorgungsspannung angeschlossen. Die Anode 35 des ersten Systems der Doppeltriode 14 ist mit dem Steuergitter 21 des ersten Systems einer zweiten Doppeltriode 22 verbunden, während die Anode 20 mit dem Steuergitter 23 des zweiten Systems der Doppeltriode 22 verbunden ist. Die Anode 24 des ersten Systems liegt an den Kathoden 25 bzw. 26 zweier in Gegentaktschaltung an die zweite Sekundärwicklung 27 des Transformators 3 angeschalteten Röhren 28 bzw. 29. Die Anode 30 des zweiten Systems der Doppeltriode 22 liegt an den Steuergittern 31 bzw. 32 der beiden Röhren 28 bzw. 29. Ferner ist die Anode 30 über einen Kondensator 33 mit dem Steuergitter 15 der Triode 14 verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltanordnung ist folgende: Durch den magnetischen Spannungskonstanthalter 4 werden kurzzeitige Netzschwankungen von der Primärwicklung 1 des Transformators 3 ferngehalten. Durch andere Netzspannungsschwankungen wird der Lichtstrom der Glühlampe 10 und damit auch der weiteren Glühlampe 9 beeinflußt. Die Lichtstromschwankungen der Glühlampe 10 ändern den Photostrom der Photozelle 11, so daß die Spannung am Steuergitter 15 entweder erniedrigt oder erhöht wird. Dem Gitter 16 der Doppeltriode 14 wird eine am Potentiometer 17 einstellbare Normalspannung zugeleitet. Weicht der Lichtstrom von seinem Normalwert und damit die Spannung am Gitter 15 von der am Gitter 16 anliegenden Normalspannung ab, so tritt zwischen den Anoden 20 und 35 der als Differenz-Verstärker geschalteten Doppeltriode 20 eine Spannung auf, die über eine zweite, ebenfalls als Differenzverstärker geschaltete Doppeltriode eine Spannungsänderung zwischen den Anoden 24 und 30 und damit auch zwischen den Gittern 31 und 32 und den Kathoden 25 und 26 der Belastungsröhre 28 und 29 hervorruft. Der Wicklung 27 des Transformators 3 wird dadurch'jeweils eine verschieden große Leistung entnommen.

Diese Leistungsentnahme wirkt den vom Netz herrührenden Spannungsschwankungen derart entgegen, daß an der Sekundärwicklung 8 die Spannung wieder auf ihren Normalwert gebracht wird. Durch die Einschaltung des .RC-Gliedes 33., 34 wird die Modulation des Lichtstromes in der oben angegebenen Weise unterdrückt. Seine Zeitkonstante ist so bemessen, daß die Integrationszeit des Differenz-Verstärkers mehrere Perioden der Wechselspannung beträgt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zur Lichtstromstabilisierung für aus einem Wechselspannungsnetz gespeiste Lampen, bei der die Lampe über einen Transformator gespeist wird, der auf seiner Primärseite einen ohmschen Widerstand in Reihe geschaltet enthält und sekundärseitig außer den Verbraucherwicklungen zwei weitere Wicklungen aufweist, von denen die eine Wicklung eine als Regelglied dienende Glühlampe speist, die über eine Photozelle mit nachgeschaltetem Verstärker auf die zweite Wicklung derart einwirkt, daß der Transformator verschieden belastet wird und damit etwaige Spannungsschwankungen ausgleicht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Primärwicklung (1) des Transformators ein magnetischer Spannungskonstanthalter (4) eingeschaltet ist und der in Reihe geschaltete ohmsche Widerstand ein Eisenwasserstoffwiderstand (6) ist und daß sekundärseitig allein die Differenz zwischen dem Spannungsabfall des durch die Testlampe (10) ausgelösten Stromes der Photozelle (11) gegenüber einer konstanten Spannung (U₈) über Verstärkerglieder (14, 22, 28, 29) die Belastung des Transformators in Richtung eines konstanten Lichtstromes der Testlampe regelt.

2. Schaltanordnung zur Lichtstromstabilisierung für aus einem Wechselspannungsnetz gespeiste Lampen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen als Photometerlampen Verwendung finden.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Differenzverstärker (D) ein i?C-Glied (33, 34) vorgesehen ist, das , die vom Netz herrührende Modulations-Frequenz von 50 Hz wirksam unterdrückt.

4. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltanordnung ein magnetischer Spannungskonstanthalter (4) vorgeschaltet ist.

5. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltanordnung ein Eisenwasserstoffwiderstand (6) vorgeschaltet ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch-1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbraucher eine Verstärkerschaltung, beispielsweise mit Transistor, vorgesehen ist.

In Beträcht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 796 581.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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