DE1572695A1 - Vorrichtung fuer des Messen und Vergleichen von Lichtintensitaeten - Google Patents

Description

Patentanwälte
Dipi.-ing. Walter Meissner DipL-ing. Herbert Tischer

BERLIN 33, HERBERTSTRASSE 22 MÜNCHEN Fernsprecher: 8 87 72 37 - Drahtwort: Invention Berth J R Π Ο C Q C Postscheckkonto: W. Meissner, Berlin West 12282 ' ^{4 y} ^ vJ Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bark A₁-G₁ Depka 3« , „__.,., __ ,-,„,,.,_,„■ r,. , .. _ .. _Λ ^~-_ Berlln-Halensee, Kurfürstendamm 130 * BERLIN 33 (GRUNEWALD), den 17.10,1967 HerbertstraSe 22

M/l. - 11240

Eduard Benediktus Marie de Jong, Tilburg/Holland» Burgemeeater

Janssenstraat 22

Vorrichtung für da* Me seen und Vergleichen τοη Lichtintensitäten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Messen und Vergleichen von Lichtintensitäten.

Bei Tielen Messungen der Lichtintensität» wie flings angewendet werden in der Plwame-Adsorption-Photouetri*«. Diehtigfcsitsmetrie usw., ist es vorteilhaft, wenn «wischen der j|rw«ie\ms dsr Meßanordnung und den auftretenden Lichtintensität«** «in l-ugarithntißcheß Verhältnis besteht. Wenn «#B, bei turner bftptiircntta Vorrichtung die Anweisung a bei einer Mcht,l-c^easii*l I"* ynd b bei einer Lichtintensität 12 bekommen wir«i_r daCT '»linffcnt man, daß

lüg II 1/2 ft-"b {■')

Ϊ2

Um du», gewünschte Verhältnis zwieohen den Aar-fis¹.:^^^?! νΛ<1 den Licht intensität mn au bfllkossmen, eind bisher f'^!ißf Zy*?*-*■$:* entwickelt worden, dl® auf .folgenden Priusipen b«?^u>i«.tu

1. Sia Po'vtatiomtter wird ergewendet _t <5*iesen ^t37id*'-"i"';<v".d »siepT©cheud dön EB.tX«raung«i Texläuft«

Dies ist «in teilweise** elefetronieoiitι "und teij/Sfjfi ai^rthe« Bjfttm· Γί· ijopessung sann nur »tui'fnw«!^

0 0 98 20/06Sd "bad ORiGSNAi!

so daß nur annähernd ein logarithmisches Verhältnis erhalten wird· AuS er dem ist der dynamische Bereich immer sehr beschränkt

2. EiEfc 3sri* Dio^sü wi.3 ·' &ngewendci-_s engeEühloeser an ein Folgepotent iometer, welche in diskreten Stufen ToItagen superpanieren (ein sogenannter Diode-F\inktion-Cr«nerator). Dieses

lbo^ Na^ht^il« wie >ias er st genannt #.

3· Man benutst als lichtempfindliches Element eine photoelektrieche Zelle (Photomultiplikator). Diesee gibt, bei Speisung mit einem konstanten Strom, eic Auegangeaignal, welches mit der in 3?on»el (1) üargestillten Relation übereinstimmt, auB. in dem Gilfci*ö gpektre3photometer» Obwohl dieeee System in einem weiten d?.n'4ial*oh«&n Bereich das erwünschte Resultat gibt, si?:ia die hohen Κύ^,-^η dieser itteaaxc^anuag nacbteilxg«

4. Man beim*st δΐ-j Big^aacUföfti dei -ü« Diotowideretände in iiite::«

Licht,

:-**-3, Sr_e 7/1966,

pt aus>? ·ϋ*»«ιι System einen

5- Ta fHl'L···;" «ο^ΐη «ta« Auag&fts«?*"*^ si der ileßanordxiunÄ von

O^i.sGi2 ·, r .»i.. cl^ -.ulx« «in^v 1I

mit g^niigtncier la*»^»Ägf'l--c i-siM-u^ Torks^dsr, «eir. :?γ«;Γ Die

O O $ £ 2 O / C S S ί BAD ORlGiNAL

einen Stromkreis» in dem in Reihe mit einer Gleichstromquelle ein Photowideretand und eine logarithm!sehe Diode derartig vorgesehen sind, daß das Ausgangssignal, gebildet durch die Spannung über der Diode, in linearer Beziehung steht au dem Logarithmus der Intensität, mit der der Widerstand bestrahlt wird, wobei die Stärke des Gleichstromes derartig gewählt wird, daß der Einfluß der Änderung der Spannung Über die phot©elektrische Zelle klein wird.

Die Beispiele dieser Anordnung; die Wirkung, «it auch einige zweckmäßige Ausführungsformen und MeSresultate werden beschrieben mit Hilfe einer Zeichnung und einiger Beispiele von Schalttafel Schemen. Xn der Zeichnung zeigt

figur 1 ein Schema, das dan Prinai? der Erfindung erklärt,

Figur 2 ein Schema einer Meianorduang imch. i®r Erfindung für das Türgleichen ron swai Lichtlntenaitäten.

Das ü ehe ma vor Pigv.r 1 enthält einen in Seihe g««chalteten Photowiderstand 1, z.B. Cadmiumsulfid» Cadmi*,aate<il«nld» Bleisulfid und derartige und eine logarithmische Diode 2 in einem Straakrei■, welche gespeist wird durch eine Quelle B, welche einen Gleichstrom Ton genügender Stärke liefert.

Pur einen Ihotowiderefcand gilt atmäherM*

1 » I* Uy (2)

während für eine logarithmisch.© Diode zwischen Stromstärken 10 uod 10"⁶A glitt

1 = a.10 ^Ud (3) » —-- <

AD ORIGINAL 009820/06SS ~*~

In diesen Gleichungen (2) und (3) stellen die teilweise auch in Figur 1 vorkommenden Buchstaben dart

i s Stromstärke des Gleichstromes I » Intensität des auffallenden Lichtes Yr * Spannung über den Photowider stand Yd « Spannung über die Diode E » Gleichstromspeisespannung * Vr + Vd o(,t ßt a, da Konstanten

Aus den Gleichungen (2) und (3) erfolgt nach logarithmieren

«&, log I « ^ . Vd -ß » log Ur + log a (4) mit Ur a B-Ud wird dies»

«tt log I - £ . Ud -ß. log (E-U₄) + log a (5)

Wird jetzt bei einer Lichtintensität I* eine - Spannung U'd und bei einer Lichtintensität I¹' eine Spannung U''d gemessen und tragen wir diese Werte in Gleichung (5) ein, dann erfolgt, nach Abziehen dieser Gleichungen!

log fJr = £ , (U'-_d-U"_d) + ß. log ^E"^'d (6)

Wenn nun E genügend groß ist hinsichtlich U'_d, dann bekommt man den gewünechtan logarithmisehen Verband zwischen der Lichtintensität I und dem Auegangssignal U^:

eC· l°«frr -i · (U'fr - U"_d) (7)

In der Praxis hat man fast immer zwei Lichtintensitäten su ver» gleichen« Um Fluktuationen in der Lichtquelle zu kompensieren, kenn s.B. dae Soheaa von Figur 2 benutzt werden, welches tatsäch-

BAD ORiGlNAL

009020/0809 «5-

157269E

lieh die Kombination von zwei Schemen nach Pigur 1 in einer Wheatetoneechen Brücke ist. Anstatt einer Lichtquelle X irfe ββ auch möglich, den einen Photowider et sind beetra&Jen iu lassen von einer Eeferenalichtquelle und den anderen von einer Quelle, von der die Intensität gemessen werden muß,

Der ganze Kreis ist deshalb ausschließlich zusammengestellt aus zwei verschiedenen, sehr billigen Elementen (Photowiderstände und logarithmische Dioden), von dem außerdem die Wahl nicht kritisch ist· nichtsdestoweniger ergibt sich, daß dieser Kreis sehr wenig Rausch und eine große Stabilität hat, während «uSerdem noch ein weiter dynamischer Bereich bestrichen weiden ka&a, welcher normalerweise keine Verstärkung braucht·

Einige Daten, aus Messungen erlangt, werden diese Beispiel· genügend erläutern!

Bausch 0,0002 Auslöschungseinheiten Drift 0,001 Ausltischungseinheiten pro 4 h Bereich minimal 3 Auelöschungeeinheiten Ausgangsspannung 0,5 bis 0,7 T pro Auelöβchung»einheit en, abhängig von dem (den) gebrauchten Photowideretand (ständen) und Diode(n).

Ohne die anwendungsaöglichkeiten dafür su beschränken, kann die Meßanordnung nach der Erfindung z.B. mit den genannten oder anderen Vorteilen besonders in der Kolorimetrie, Spektralfotometrie, der Tlamme-Adsorption-Photometrie und der Areometrit angewendet werden,

-6« 0QS82Q/0659 bad orjswal

Slnlge Beispiel· von Anwendungen und damit erlangt· Resultate sind 5

Beispiel 1

Man bereitet eine Menge gewogener Lösungen von Amidoschwärs in einer alkalischen Lösung von 50# Äthanol in Wasser« BLe Auelöschungen werden zuerst gemessen mic eiüsia Beckmann Du Spektro photometer und nachher mit einer Anordnung nach der Erfindung nach figur 2, in der ein Differentialvoltnieter angewendet ist, ■c daß der Eingang hochohmig und der Ausgang niedrlgohmig ist·

Die Resultate der Messungen alt den beiden Meßanordnungen sind in Tabelle 1 dargestellt» nobel für die Meßanordnung nach der Erfindung gilts

y = 0,001169 + 0,001753 * * (8)

worin y » die Auelöscimng der Lösung und χ » das Auegangssignal in KY ist.

Eine konstant· Xiichtguelle wird auf verschiedene Entfernungen Tor dta Photowideratand gestellt« Xn Xtbelle 13 wird das Ausftngaaignal in aV als funktion der Entfernung und der daraus folgenden Verringerung der Lichtintensität berechnet und gemessen duzgestellt«

Die lintart Beeiehimg, mit Hilf· der Method· τοη den Quadraten aufgestellt» woraus dl« Wert« ä&rg«stsllt in ä«¥ Spalt· Ton T*b*ll* Σ (ausgenommen eines) btrtchxsiet worden tir i

^iett iO⁴,y * 32,304 + 13,903 .Jt- (9)

/06£§ ^{8AD 0}^-G.-:/,/

Wenn die Lichtquelle wieder auf 20 cm Sntfernung gebracht wird und die Intensität davon derartig vermindert wird» daß wieder ein Signal von 111? mY erhalten wird, dann kann die Lichtquelle wieder auf 120 cm Entfernung gesetzt werden» ohne daß dies eine Abweichung von obengenannter Regreeeioniinie verursacht, so daß ohne weiteres angenommen werden kann, dafi der Photometer einen dynamischen Bereich hat, der laufend von 0_t000 bis wenigstens 3,000 Auslöschungseinheiten reicht«

009820/0659 bad original

Claims (1)

Patentansprüche

1. Anordnung für das Kessen und Vergleichen von Lichtintensität en, gekennzeichnet durch einen Stromkreis, in dem in Reihe mit einer Gleichetroaquelle ein Photowiderstand (1) und eine logarithmische Diode (2) derart vorgesehen sind, daß das Auegangssignal, gebildet durch die Spannung (U^) über die Diode (2) in linearer Besiehung steht su dem Logarithmus der Intensität (I) womit der Photowiderstand (I) bestrahtlt wird, wobei die Stärke des Gleichstromes (i) derartig gewählt wird, dai der Einfluß der änderung der Spannung (ü_r) über die photoelektrisch· Zelle klein wird·

2« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenne·lehnet, daß man swei Kreise in einer Wheatstonisehen Brücke kombiniert (iigur

3» Anordnung nach Anspruch 2 für das Vergleichen ron Lichtintensitäten -von swei Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, daß urne.- eine Pfcotowiderstand ausschließlich Licht der einen Lichtquelle, und der ander· »usschließlich Lieht dsT anderen Licht-

4* Anea-diwuig BJtch dsm: Aa»»rtichen 2 und 5, gekesneeiehnet dureh eia Differectialreltmet«r für die Heeeung des Auegeagssignals*

TiBEL I

Aualöachung gesessen Ausgangssignal X der Aus dem Ausgangssignal Unterschied in Auslöschung ■it den Beckmann DU. Messanordnung 0,0 nach χ mit Formel (s) zwischen den Messanordnungen der Erfindung in berechnete Auslöschung. nach der Erfindung und nach mV. dem Beckmann DU. y 0,000 0,001 +0,001

0,062 0,093 0,117 0,156 0,312 0,625 0,925 1,248 1,527

17,5 "54,0 52,0 65,5 88,3

175

357

529

709

868

0,0t>1

0,092

0,116

0,156

0,308

0,627

0,927

1,244

1,523

+0.001 -0,001 -0,001 -0,001 0,000 -0,004 +0,002 +0,002 -0,004 -0,004

TABSL II

■Β -*-^—- γ j λ^Α.
HHHiHBmHDBS ΜιΙιΡΠΐ"™ Logarithms des Berechnete Auslöachung log Ιρ_ y 1,0881 Ausgangssignal Z in Auslöschung berechnet ■ 0,0032 Unterschied fuell* bis Photo— Verhältnisses der ■ In 0,000 1 ,2041
1,3064 m/. 0,0 aus Formel (9). 0,3494 zwischen berechne widerstand in ob. Intensitäten. 0,3522 1,3980 249 0,5983 und gemessen Aus > 0,6020 1,4807 428 0,7957 löschung. 0,7958 1,5563 570 0,9514 20 2 log 2
2 2 log I * 0,9542 682 1,0891 +0,003 30 2 log 1 :
2 2 log 2 781 1,2114
1,3087 -0,003 40 2 log A 2 log —
2 log I 869
939 1,3991 -0,004 ■ ^ 50 2 log Ί 2 Wf ■ 1004 1,4811 0,000 £ 6θ : 2 1063 1,5507 -0,003 '' '4BP
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