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Richtungsempfindlicher Abgriff für anzeigende und regelnde Meßgeräte
Richtungsempfindliche Abgriffe für anzeigende und regelnde Meßgeräte, die rückwirkungsfrei
arbeiten und hierzu die Fernwirkung von Kraftfeldern oder Strahlung auf entsprechende
Empfänger ausnutzen, sind bekannt. Beim lichtelektischen Abgriff unterbricht die
am beweglichen Organ des Meßgerätes angeordnete Fahne im Schaltpunkt den Lichtweg
zum Empfänger, beim induktiven Abgriff mit Hochfrequenzschwingkreisen tritt die
Fahne zwischen Schwingspule und Rückkopplungsspule eines Oszillators und verhindert
die Ausbildung des elektromagnetischen Feldes zwischen den Spulen und damit das
Ansprechen des Oszillators.
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Damit derartige Abgriffe richtungsempfindlich arbeiten und einen ungehinderten
Zeigerausschlag auch bei überschreiten des Grenzwertes zulassen, muß eine mit zwei
Empfängern zusammenarbeitende Relaisschaltung vorgesehen sein, die in Abhängigkeit
von der Stellung der Fahne rechts oder links vom Abgriff unterschiedliche stabile
Schaltzustände einnimmt. Bei einer bekannten Ausführung für einen induktiven Abgriff
sind hierzu zwei Oszillatoren vorgesehen, denen eine bistabile Kippstufe nachgeschaltet
ist. Außerdem ist ein lichtelektrischer Abgriff mit zwei Empfängern bekannt, bei
dem jedem Empfänger ein Verstärker nachgeschaltet ist. Jeder Verstärker speist im
Ausgang ein Relais über einen Kontakt des Relais im Ausgang des anderen Verstärkers,
so daß eine gegenseitige Verriegelung gegeben ist.
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Die bekannten Abgriffe sind verhältnismäßig aufwendig, da jedem Empfänger
ein Verstärker oder ein Oszillator nachgeschaltet werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau und die Schaltung
von derartigen richtungsempfindlichen Abgriffen wesentlich zu vereinfachen. Gemäß
der Erfindung sind die beiden Empfänger mittels eines einzigen Relaiskontaktes im
Zusammenwirken mit einem im Ausgang der Schaltung angeordneten weiteren Relais derart
zusammengeschaltet, daß in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung, mit welcher die
Fahne am beweglichen Organ des Meßgerätes die beiden Empfänger überfahren hat, in
der einen Schaltlage sich die Wirkungen der Empfänger aufheben (Gegeneinanderschaltung)
und in der anderen Schaltlage der eine Empfänger kurzgeschlossen oder abgeschaltet
ist. Beide Empfänger liegen hier im Gegensatz zu den bekannten Abgriffen in einer
gemeinsamen elektrischen Schaltung, die nur einen einzigen Relaiskontakt enthält.
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Als Quelle für die Fernwirkung auf die Empfänger können die verschiedensten
Ausführungen von Strahlern für Wärme, Licht oder sonstige elektromagnetische Energie
verwendet werden, die mit der Strahlung besonders angepaßten Empfängern zusammenarbeiten.
Auch die Wirkung von elektrischen oder magnetischen Feldern auf entsprechende Indikatoren,
z. B. Halbleiter, Kondensatoren mit von der elektrischen Feldstärke abhängiger Kapazität,
Hallgeneratoren, Induktionsspulen und ihre gegenseitige Kopplung über das magnetische
Feld kann ausgenutzt werden.
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Einige wenige Ausführungsbeispiele aus der Vielzahl der möglichen
Anordnungen und Schaltungen sind an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1, 3, S und 6 stellen hierbei lichtelektrische Abgriffe dar mit
Fotoelementen als Empfänger; nach Fig.7 sind die Fotoelemente durch Fotowiderstände
ersetzt; Fig. 2 und 4 geben ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung auf induktive
Abgriffe mit Hochfrequenzoszillatoren; Fig. l a; 1 b und 3 a geben Beispiele
für die Ausbildung der Zeigerfahne und die Anordnung der lichtelektrischen Elemente.
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Nach Fig. 1 sind Fotoelemente 1 und 2 (z. B. Silizium-Fotoelemente)
beiderseits einer Strahlungsquelle 3 angeordnet und elektrisch derart in Reihe zwischen
Basis und Emitter eines Transistors 4 geschaltet, daß ihre elektrische Wirkungen
sich gegenseitig aufheben, wenn beide Empfänger von der Strahlung der Quelle 3 getroffen
werden. Der Zeiger 6 des Meßgerätes ist mit zwei Fahnen, einer längeren Fahne 7
und einer kürzeren Fahne 8 derart
versehen, daß bei der Bewegung
des Zeigers zum Abgriff zunächst von der Fahne 7 die Strahlung zum Fotoelement 1
und dann erst die Strahlung zum Fotoelement 2 unterbrochen wird. Bewegt sich der
Zeiger weiter in der gleichen Richtung, so wird die Strahlung zu beiden Fotoelementen
von der rückwärtigen Kante der Fahne 7 wieder freigegeben. Es ist zweckmäßig, die
rückwärtige Kante der Fahne 8 etwas länger auszuführen als die der Fahne 7, damit
der Weg der Strahlung zum Fotoelement 2 keinesfalls früher freigegeben wird als
der zum Fotoelement 1. Wie bereits erwähnt, ist der Eingangsschaltung der Fotoelemente
zur Verstärkung der Transistor 4 nachgeschaltet, in dessen Ausgangskreis das Relais
R des Abgriffs liegt. Dieses Relais schaltet den Kontakt r1, der den Widerstand
5 überbrückt und damit das Fotoelement 1 kurzschließt und für die Schaltung unwirksam
macht. Der Relaiskontakt r2 des gleichen Relais R liegt in der nicht dargestellten
Signal- oder Regeleinrichtung.
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Für die richtige Arbeitsweise des Abgriffes muß vorausgesetzt werden,
daß der Zeiger 6 mit den Fahnen 7 und 8 beim Einschalten des Meßgerätes einmal den
Abgriff vollständig durchfahren hat. Dies wird mittels einer nicht näher erläuterten
Anfahrschaltung erreicht. Ist der Zeiger mit den Fahnen im Beispiel der Fig. 1 nach
links aus dem Bereich des Abgriffes ausgewandert, so daß die Strahlung der Quelle
3 auf beide Fotoelemente trifft, so ist der Kontakt r1 geschlossen, das Fotoelement
1 kurzgeschlossen und damit unwirksam und die Basis B des Transistors 4 über den
Kontakt r1 an den negativen Pol des Fotoelementes 2 angeschlossen. Der Ausgangskreis
des Transistors führt infolgedessen Strom, und das Relais R ist erregt. Wandert
der ; Zeiger mit den Fahnen nach rechts und erreicht die in Fig. 1 dargestellte
Stellung, so ändert sich an dieser Schaltung noch nichts, denn der Kontakt r1 bleibt
geschlossen. Erst wenn die Fahne 8 den Strahlengang zum Fotoelement 2 unterbricht,
gibt dieses Element keine Spannung mehr ab, und die Aussteuerung des Transistors
4 fällt fort, so daß das Relais R abfällt und die Kontakte r1 und r2 öffnet. Geht
der Zeiger 6 über den Abgriff hinweg, so daß die rückwärtigen Kanten der Fahnen
7 und 8 die Strahlung zu den Zellen 1 und 2 wieder freigeben, so kann das Relais
R nicht wieder ansprechen, da die Spannungen der Zelle 1 und 2 gegeneinandergerichtet
sind und sich in der Eingangsschaltung des Transistors 4 aufheben. Der Einfluß des
hochohmigen Widerstandes 5 ist in der Justierung der Fotoelemente berücksichtigt.
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Bewegt sich der Zeiger aus einer Stellung rechts vom Abgriff wieder
nach links, so werden zunächst beide Strahlenwege unterbrochen, die Schaltung der
Kontakte r1 und r2 bleibt jedoch erhalten, bis die Fahne 8 den Strahlungsweg zur
Zelle 2 freigibt. Die von dieser Zelle abgegebene Spannung kann dann über den Widerstand
5 an die Basis des Transistors B gelangen und den Transistor aussteuern, so daß
das Relais R anspricht. Bewegt sich der Zeiger 6 jetzt noch weiter nach links, so
daß auch die Strahlung zur Zelle 1 freigegeben wird, so bleibt diese Zelle für die
Schaltung dennoch unwirksam, da sie vom Kontakt r, kurzschlossen wird. Es ergeben
sich somit die beiden Schaltzustände: Relais erregt, Kontakt r1 und r2 geschlossen,
wenn der Zeiger links vom Schaltpunkt steht; Relais nicht erregt und Kontakt r1
und r2 offen, wenn der Zeiger mit den Fahnen rechts vom Schaltpunkt steht.
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Die beiden Fahnen 7 und 8 am Zeiger 6 können auch durch eine besonders
geformte Fahne nach Fig. 1 a oder 1 b ersetzt werden. Die beiden Fotoelemente 1
und 2 liegen hierbei auf einer Seite der Strahlungsquelle 3. Die Fahne 9 ist stufenförmig
ausgebildet, so daß sie bei der Bewegung nach rechts mit ihrem vorstehenden Teil
10 zunächst das Fotoelement 1 abdeckt. Die rückwärtigen Kanten können in
Richtung des Fotoelementes 2 mit einem vorspringenden Teil 11 versehen sein,
damit sichergestellt ist, daß nach der Abdunkelung beider Zellen nicht die Zelle
2 zuerst wieder freigegeben wird.
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Wenn die beiden Zellen in Richtung der Zeigerbewegung zueinander gestaffelt
angebracht werden, wie in Fig. 1 b dargestellt, so wird die vordere Kante der Fahne
9 gerade ausgeführt und die Abstufung im rückwärtigen Teil der Fahne angebracht.
Auch in diesem Fall wird bei der Bewegung des Zeigers nach rechts zunächst die Zelle
1 abgedeckt und dann erst die Zelle 2, während die Zelle 1 noch abgedeckt bleibt.
Auch hierbei ist gewährleistet, daß der stufenförmige Teil der Fahne 9 nach dem
Durch-; laufen des Abgriffes beide Zellen gleichzeitig wieder freigibt.
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Nach der Darstellung der Fig. 2 wird von elektrisch leitenden Fahnen
7 und 8 am Zeiger 6 ein induktiver Abgriff mit einem Hochfrequenzoszillator beeinflußt.
Der Transistor 13 bildet mit der Oszillatorspule 12 und den Rückkopplungsspulen
14 und 15 eine Hochfrequenzschwingschaltung. Die Spulen 14 und 15 sind so geschaltet,
daß sie gegeneinander wirken, d. h., der Oszillator kann nicht schwingen, wenn beide
Fahnen 7 und 8 außerhalb des Abgriffs stehen. Die Spule 15 kann durch den Kontakt
r1 des Relais R kurzgeschlossen werden. Das Relais R liegt in einer Gleichrichterschaltung
16, die mit dem übertrager 17 an den Ausgangskreis des Oszillators angekoppelt ist.
Der Relaiskontakt r2 liegt wieder in der nicht dargestellten Signal- oder Regelschaltung
des Meßgerätes.
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Eine nicht dargestellte Anfahrschaltung sorgt dafür, daß das Relais
R angezogen hat und der Kontakt r1 geschlossen ist, wenn der Zeiger 6 mit den Fahnen
7 und 8 links vom Abgriff steht. In diesem Fall ist die Spule 15 kurzgeschlossen,
und der Oszillator kann infolge der elektromagnetischen Kopplung der Spulen 12 und
14 schwingen, so daß im Ausgangskreis über den übertrager 17 das Relais R erregt
bleibt. Wenn der Zeiger 6 sich nach rechts bewegt, ändert sich dieser Zustand so
lange nicht, bis die Fahne 8 die Kopplung zwischen den Spulen 12 und 14 unterbricht.
In diesem Fall setzen die Schwingungen des Oszillators aus, das Relais R fällt ab.
Verlassen die Fahnen 7 und 8 mit ihrer rückwärtigen Kante nach rechts den Abgriff,
so kann der Oszillator nicht mehr schwingen, da der Kontakt r, geöffnet ist und
beide Rückkopplungsspulen 14 und 15 gegeneinanderwirken.
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Nach der in Fig. 2 a dargestellten Schaltungsvariante ist der Kontakt
r1 für den Kurzschluß der Rückkopplungsspule 15 durch einen Umschaltkontakt r" ersetzt.
Steht der Zeiger links vom Abgriff, so ist das Relais R erregt, und der Kontakt
r,Z liegt am unteren Gegenkontakt an, so daß die Rückkopplungswicklung 15 abgeschaltet
und lediglich die Wicklung 14 wirksam ist. Wenn der Zeiger mit den
Fahnen
den Abgriff durchfährt, fällt das Relais R ab, und der Kontakt ru legt nach oben
um, so daß für den Fall, daß die Fahnen den Abgriff in der Bewegung nach rechts
verlassen, beide Rückkopplungsspulen 14 und 15 zueinander entgegengesetzt wirken
und der Oszillator nicht schwingen kann. Erst wenn bei der Bewegung nach links die
magnetische Kopplung zwischen den Spulen 12 und 14 von der Abschirmfahne 8 freigegeben
wird, kann der Oszillator wieder schwingen, da die Wirkung der Spule 15 von der
Fahne 7 ausgeschaltet ist. Das Relais R spricht an, und der Kontakt r, schaltet
wieder die Rückkopplungsspule 15 ab.
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Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3, das sich wieder auf einen
lichtelektrischen Abgriff riiit einem Strahler 3 und zwei Fotoelementen
1 und 2 bezieht, sind die Zellen auf einer Seite des Strahlers angeordnet
und wieder in der Eingangsschaltung eines Transistors 4 gegeneinandergeschaltet.
Mit dem Relaiskontakt r1 des Relais R im Ausgangskreis des Transistors 4 kann das
Fotoelement 2 kurzgeschlossen werden. Am beweglichen Organ 6 des Meßgerätes ist
hier eine rechteckförmige Fahne 19 befestigt, die so lang ausgeführt ist, daß sie
beide Zellen 1 und 2 abdecken kann. Befindet sich die Fahne links vom Abgriff, so
daß von der Strahlungsquelle 3 beide Elemente 1 und 2 belichtet werden, so ist das
Relais R erregt, da der Kontakt r, geschlossen und das Fotoelement 1 kurzgeschlossen
ist. Der negative Pol des Elementes 2 liegt nämlich an der Basis des Transistors
4, so daß dieser ausgesteuert wird. Bewegt sich der Zeiger 6 nach rechts auf den
Abgriff zu, bis beide Fotoelemente von der Fahne 19 abgedeckt werden, so gibt auch
das Element 2 an die Basis des Transistors keine Spannung mehr ab, die Aussteuerung
des Transistors fällt fort, und das Relais R öffnent die Kontakte r1 und r2. Bewegt
sich der Zeiger weiter nach rechts und erhält das Fotoelement 1 Strahlung, so ändert
dies am Zustand der Schaltung nichts, solange der Kontakt r, offen bleibt. Auch
wenn die Strahlung beim Weiterwandern des Zeigers 6 auf beide Elemente 1 und 2 fällt,
bleibt der Transistor unausgesteuert, da die Spannungen der Fotoelemente gegeneinander
wirken. Erst wenn der Zeiger mit der Fahne in die in Fig. 3 dargestellte Stellung
zurückkehrt und nur das Fotoelement 1 abschirmt, kann die Spannung des Elementes
2 über den Widerstand 18 auf den Transistoreingang wirken, so daß das Relais R anspricht
und die Kontakte r1 und r2 schließt.
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In Fig. 3 a ist eine Variante für die Ausbildung der Fahne 19 für
den Fall dargestellt, daß die beiden Fotoelemente 1 und 2 in einer Ebene senkrecht
zur Zeigerbewegung nebeneinander angeordnet werden sollen.
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Fig.4 stellt eine analog der Fig.3, jedoch mit induktiven Abgriffen
und Hochfrequenzoszillatoren aufgebaute Anordnung dar. Die beiden Transistoren 20
und 21 liegen in einer Hochfrequenzschwingschaltung mit den Spulen 22 und 23 und
den Rückkopplungsspulen 24 und 25. Der Ausgang der Schwingkreise ist mittels der
Übertrager 28 und 29 auf Gleichrichterschaltungen 26 und 27 geführt, die je eine
Wicklung des polarisierten Relais R speisen. Beide Relaiswicklungen sind gegeneinandergeschaltet,
so daß das Relais R nicht ansprechen kann, wenn beide Wicklungen erregt sind. Ein
Ruhekontakt r1 des Relais R liegt in der Verbindung der Gleichrichterschaltung 27
zu der zugehörigen Relaiswicklung. Steht die Abschirmfahne 30 am Zeiger 6 derart,
daß sie die Kopplung zwischen den Spulen 22 und 24 und 23, 25 unterbricht, so ist
das Relais R abgefalleni der Kontakt r, geschlossen und der Kontakt r2 in der Regel-
oder Signalschaltung geöffnet. Der gleiche Schaltzustand besteht, wenn die Fahne
30 nach rechts den Abgriff verlassen hat, da jetzt beide Relaiswicklungen gegeneinander
wirken. Bewegt sich die Fahne 30 wieder nach links und erreicht die in Fig.4 dargestellte
Lage, so kann der Oszillätor 21 schwingen, und über den übertrager 28 wird die eine
Wicklung des Relais R erregt, so daß dieses anspricht und den Kontakt r1 öffnet,
sowie den Kontakt r2 in der Signalsehältung schließt. Verläßt die Fahne 30 nach
links den Abgriff; so kann auch der Oszillator 20 infolge der frei gewordenen Kopplung
zwischen den Spulen 22 und 24 schwingen. Die zweite Wicklung des Relais R wird jedoch
trotzdem nicht erregt, da der Kontakt r, geöffnet ist: Andere mögliche Schaltungen
für lichtelektrische Abgriffe mit zwei Fotoelementen als Empfänger stellen Fig.
5 und 6 dar. Nach Fig. 5 sind die Fotoelemente in gleicher Weise wie in Fig. 3 angeordnet,
und auch die Fahne 19 kann ebenso ausgebildet sein. Die Zellen 1 und 2 liegen
mit entgegengesetzter Polarität zueinander parallel im Eingang des Transitors 4.
Der Relaiskontakt r1 ist jetzt als Ruhekontakt ausgeführt und liegt in der unteren
Verbindung der beiden Fotoelemente. Wenn die Fahne 19 beide Elemente abdeckt, ist
das Relais R abgefallen. Bewegt sich die Fahne 19 nach rechts, so daß sie die Strahlung
zum Element 1 freigibt, so kann das Relais R hierdurch nicht ansprechen, da das
Element 1 mit seinem positiven Pol an der Basis des Transistors 4 liegt:
Werden beide Elemente von der nach rechts wandernden Fahne 19 freigegeben, so wirken
sie gegeneinander, und auch jetzt wird der Transistor 4 nicht ausgesteuert. Kehrt
die Fahne nach links in die gezeichnete Stellung zurück; so wird das Element 1 abgedeckt,
und das beleuchtete Element 2 steuert den Transistor aus, so daß das Relais R anspricht
und den Kontakt r1 öffnet. Diese Stellung ändert sich nicht, auch wenn die Fahne
weiter nach links wandert und die Strahlung auf das Element 1 freigibt: In Fig.
6 ist die gleiche Anordnung wie in Fig. 5 doppelt ausgeführt, um eine Signalisierüng
für einen unteren und einen oberen Grenzwert oder eine Regelung zu erhalten: Beim
Anspiecheri des linken Abgriffes wird das Relais R1 für den unteren Grenzwert eingeschaltet
(Kontakt rl), während beim Ansprechen des rechten Abgriffes das Relais R, geschaltet
wird und das Signal für den oberen Grenzwert über den Kontakt r2 betätigt. An Stelle
der Grenzwertsignale kann auch ein Stellmotor in beiden Drehrichtungen verstellt
werden. Die Abgriffe werden in bekannter Weise so am Meßgerät angeordnet, daß sie
über die Skala verstellt werden können, damit für die Regelung ein bestimmter Sollwert
oder der gewünschte Grenzwert für die Signalgabe einstellbar ist.
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Als weitere Variante ist noch an Hand der Fig. 7 eine Schaltung mit
zwei Fotowiderständen 31 und 32 erläutert. Die Widerstände 31 und 32 liegen derart
in einer elektrischen Schaltung, daß sie im Sinne der Pfeile 34 und 35 von gleich
großen Strömen durchflossen werden, wenn sie beide gleichzeitig von
der
Strahlungsquelle 3 belichtet werden. Am Widerstand 33 heben sich damit die Wirkungen
der Ströme auf, so daß der Transistor 4 nicht ansprechen kann. Befindet sich die
Fahne 19 rechts vom Abgriff in der Bewegung nach links, so wird zunächst der Fotowiderstand
32 abgedeckt. Der Strom durch den Widerstand 31 erhält das Übergewicht, der Transistor
4 wird jedoch nicht ausgesteuert, da bei der angegebenen Stromrichtung die Basis
positiv wird. Erst wenn die Fahne 19 bei der Bewegung nach links die Strahlung zum
Widerstand 31 unterbricht und die zum Widerstand 32 freigibt, wird die Basis des
Transistors 4 negativ und das Relais. R erregt, da der Strom durch den unbelichteten
Widerstand 31 sehr klein ist. Der Ruhekontakt r1 in der Zuleitung zum Fotowiderstand
31 wird geöffnet und wenn die Fahne 19 weiter nach links wandert und auch die Strahlung
zum Widerstand 31 freigibt, kann sich der Stromweg 34 nicht mehr ausbilden, da der
Kontakt r1 offen ist.
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Wie bereits erwähnt, können noch viele andere Schaltungen im Sinne
der Erfindung aufgebaut werden. So kann. im Beispiel der Fig. 1 der Strahler 3 durch
einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten ersetzt werden.
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An die Stelle der Fotoelemente 1 und 2 als Empfänger treten dann Hallgeneratoren
in entsprechender elektrischer Schaltung. An Stelle der Licht abschirmenden Fahnen
7, 8 werden magnetische Abschirmfahnen verwendet, welche die Wirkung des an der
Stelle 3 angeordneten Magneten auf die Hallgeneratoren ausschalten. In ähnlicher
Weise sind auch die Schaltungen nach Fig. 3, 5 und 6 abzuwandeln.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Strahler 3 durch, den Erzeuger
eines elektrischen Feldes, beispielsweise einen elektrischen Spannungspol zu ersetzen
und als Empfänger beispielsweise Kondensatoren mit feldstärkeabhängiger Kapazität
in entsprechender elektrischer Schaltung zu verwenden. Die vom Spannungspol, der
das Feld erzeugt, abgewandte Elektrode der als Empfänger verwendeten Kondensatoren
wird beispielsweise geerdet, und eine geerdete elektrisch leitende Abschirmfahne
des Meßwerks tritt zwischen den Spannungspol und den Empfänger. An Stelle des Strahlers
3 für elektromagnetische Strahlung kann auch ein radioaktiver Strahler, z. B. ein
radioaktives Isotop, verwendet werden, der mit dieser Strahlung angepaßten Empfängern
und Abschirmfahnen zusammenarbeitet.