DE1640296A1 - Radiation controlled potentiometer - Google Patents
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Description
Strahlungsgesteuertes Potentiometer. Die vorliegende Erfindung betrifft strahlungs- . -gesteuerte Potentiometer, insbesondere Potentiometer dieser Art, die sich durch hohe Linearität-, niedriges Rauschen und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen.Radiation controlled potentiometer. The present invention relates to radiation. -controlled potentiometers, especially potentiometers of this type, which are characterized by high linearity, low noise and high reliability.
Potentiometer hoher Linearität enthalten gewöhn lieh einen drahtgewickelten Widerstand, der zwischen zwei Eingangsklemmen geschaltet ist und als Teilerelement des Potentiometers dient. Auf dem drahtgewickelten Widerstand gleitet ein mit einer Ausgangsklemme verbundener Schleifer. Drahtpotentiometerdieser Art haben den Nachteil, daß das Ausgangssignal nicht kontinuierlich ist, sondern digitalen Charakter hat, da der Schleifer von Drahtwindung zu Draht.-. windeng springt, wenn er über den drahtgewickelten Widerstand bewegt. wird. Drahtpotentiometer sind außerdem unzuverlässig, da der elektrische Kontakt zwischen dem Schleifer und dem drahtgewickelten Widerstand infolge der-nie völlig zu vermeidenden Verschmutzung des Kontaktbereiches zu Schwankungen oder Unterbrechungen neigt. Dureh den Ab@ rieb und Verschleiß des drahtgewickelten Widerstandes und des Schleifkontaktes ist das Rauschen hoch und die Zuvor. lässigkeit gering Die sich aus dem Gleiten des mechanischen Ab.., griffes auf dem drahtgewickelten Widerstand ergebenden Nach. teile werden bei den bekannten strahlungsgesteuerten Po.., tentiometern (Photopotentiometern) vermieden; die sich also durch niedriges Rauschen und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen. Strahlungsgesteuerte Potentiometer konnten bisher je@ doch nicht mit der gleichen hohen Linearität hergestellt werden;- wie Drahtpotentiometer. Die Linearität der bekannten Phötopotentiometer, bei denen eine als Spannungsteilerele. ment arbeitende aufgedampfte Schicht mittels einer durch einen beweglichen Lichtstrahl gesteuerten Photoleiterschicht mit einer Ausgangsklemme verbunden wird, ist beim derzeitigen Stand der Aufdampftechnik auf einige Prozent be" schränkt. _ Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Potentiometeranordnung anzugeben, die sichdurch dieselbe hohe Linearität wie Drahtpotentiometer aus.. zeichnet und -gleichzeitig das günstige Rauschverhalten und die hohe Zuverlässigkeit von Photopotentiometern hat: Allge-. mein gesprochen soll ein strahlungsgesteuertes Potentiometer angegeben werden., das einelektrisches Ausgangssignal liefert,»-welches-mit sehr hoher Genauigkeit proportional einer mechanischen Auslenkung ist: Eine elektrische-Widerstandsanordnung:mit einem Widerstandselement aus einem bestimmten Werkstoff und einem leitenden Element, das in im wesentlichen gleichbleibendem Abstand längs eines Randes des Widerstandselementes angeord._ net ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daB das leitende Element längs des dem Widerstandselement zage.., wandten Randes mit dem bestimmten Werkstoff überzogen ist und daß ein strahlungsempfindliches fqateriäl,, das bei Bestrahlung eine hohe Leitfähigkeit hat, in Kontakt mit dem Widerstandselement und dem überzogenen leitenden Element angeordnet ist.High linearity potentiometers usually contain a wire-wound resistor that is connected between two input terminals and serves as a divider element of the potentiometer. A wiper connected to an output terminal slides on the wire-wound resistor. Wire potentiometers of this type have the disadvantage that the output signal is not continuous, but rather has a digital character, since the wiper moves from wire turn to wire. Jumps tightly when he moves over the wire-wound resistor. will. Wire potentiometers are also unreliable, since the electrical contact between the wiper and the wire-wound resistor tends to fluctuate or interrupt due to the contamination of the contact area, which can never be completely avoided. Due to the abrasion and wear of the wire-wound resistor and the sliding contact, the noise is high and the previous. low permeability The after-grip resulting from the sliding of the mechanical Ab .., grip on the wire-wound resistor. parts are avoided with the known radiation-controlled potentiometers (photopotentiometers); which are characterized by low noise and high reliability. Up to now, radiation-controlled potentiometers could not be manufactured with the same high linearity - as wire potentiometers. The linearity of the well-known Phötopotentiometer, in which one is used as a voltage divider. ment working vapor-deposited layer is connected to an output terminal by means of a photoconductor layer controlled by a moving light beam, is limited to a few percent with the current state of vapor-deposition technology Wire potentiometer ... distinguishes and at the same time has the favorable noise behavior and the high reliability of photopotentiometers: Generally speaking, a radiation-controlled potentiometer is to be specified, which supplies an electrical output signal, »- which is proportional to a mechanical deflection with a very high degree of accuracy : An electrical resistance arrangement: with a resistance element made of a certain material and a conductive element, which is arranged at a substantially constant distance along an edge of the resistance element, is dadur according to the invention It is characterized that the conductive element along the edge facing the resistance element is coated with the particular material and that a radiation-sensitive material, which has a high conductivity when irradiated, is arranged in contact with the resistance element and the coated conductive element .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Po.. tentiometer, das ein Substrat enthält, auf der sich ein Teilerelement in Form einer Widerstandsschicht und eine A-usgangso klemme in-Form einer leitenden Schicht befinden, die die Form benachbarter-Streifen haben und in einem bestimmten Abstand voneinander verlaufen. Auf dem Substrat sind außerdem noch leitende. Dünnschicht-Klemmen angeordnet, die die Enden der Widerstandsschicht kontaktieren: An der Widerstandsschicht ist ein drahtgewickelter Widerstand kolinear angebracht, der mit dieser Schicht das Teilerelement,also den abgreifbaren Widerstand des Potentiometers,bildet. Dieser Widerstand ist über seine ganze Länge durch ein photoleitendes Element mit der benachbarten Ausgangsklemme gekoppelt, dieses phötolei@ tende Element wird durch eine optische Anordnung, z.B. einen beweglichen Lichtstrahl, aktiviert oder gesteuert.An embodiment of the invention is a potentiometer that contains a substrate on which there is a divider element in the form of a resistive layer and an output terminal in the form of a conductive layer that has the shape have adjacent stripes and run at a certain distance from each other. There are also conductive ones on the substrate. Thin-film terminals arranged that contact the ends of the resistive layer: on the resistive layer is a wirewound resistor mounted colinear that with this Layer forms the divider element, i.e. the resistance of the potentiometer that can be tapped off. This resistance is provided over its entire length by a photoconductive element coupled to the neighboring output terminal, this photoconductive element is through an optical arrangement, for example a moving light beam, is activated or controlled.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung und . Fig. 2 eine schematische Draufsicht eines Teiles einer zweiten Ausführungsformaler Erfindung.The invention is illustrated below with reference to two in the drawing Exemplary embodiments are explained in more detail; FIG. 1 shows a schematic perspective View of a first embodiment of the invention and. Fig. 2 is a schematic Top view of part of a second embodiment of the invention.
In Fig. 1 sind mit zum Teil vergrößerten Abmessungen ein strahlungsgesteuertes Potentiometer 10 und eine Anordnung zum Verstellen eines Abgriffes dieses Potentio.. meters entsprechend einer translatorischen Bewegung 1ängseiner Führungsbahn dargestellt. Das strahlungsgesteuerte Potentiometer 10 enthält einen Träger 14 mit einer glatten Oberfläche 16; der Träger kann aus irgend einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie Glas oder Keramik, bestehen.In Fig. 1 are a radiation-controlled with partially enlarged dimensions Potentiometer 10 and an arrangement for adjusting a tap of this potentiometer. meters corresponding to a translational movement 1 along its guideway. The radiation-controlled potentiometer 10 includes a carrier 14 with a smooth Surface 16; the carrier can be made of any electrically insulating material, like glass or ceramics.
Auf der glatten Oberfläche 16 des Trägers 14 sind eine längR liehe, rechteckige elektrisch leitende Schicht 18 und zwei leitende Streifen 20 angeordnet, die aus. Silber oder einem anderen gut leitenden Metall bestehen und durch Aufdampfen oder kaltes Auftragen mit einer Bürste oder durch ein Siebdruckverfahren hergestellt werden. Die leitenden Streifen 20. sind in-einem bestimmten Abstand von der leitenden Schicht 20 bei deren Enden angeordnet. Eine längliche, rechteckige --Widerstandsschicht 22 überlappt mit ihren Enden die leitenden Streifen 20 auf der glatten Oberfläche 16 des Trägers 14 und verläuft neben der leitenden-Schicht 18, die sie jedoch nicht berührt. Die Widerstandsschicht 22 kann beispielsweise eine aufgedampfte Schicht aus Cermet-Widerstandsmaterial bestehen und bildet-das Spannungsteilerelement-des Potentiometers 10. Die leitenden Streifen 20, die mit den Enden der Widerstandsschicht 22 Kontakt. machen, dienen als Eingangsklemmen des Potentiometers,-während die leitende Schicht 18 die Ausgangsklemme des Potentiometers darstellt: Die Widerstandsschicht 22 ist über eine photoleitende Schicht 24, die einen hohen Dunkelwiderstand hat, mit der die Ausgangsklemme bildenden leitenden Schicht 18 gekoppelt. Die photoleitende Schicht 24 besteht beispielsweise aus Cadmium-Sulfid oder Cadmiumselenid. Sie kann auf die Oberfläche 16 des Trägers@14 durch Aufdampfen im Vakuum, Auftragen einer farbartigen Suspension gesinterten Materials in einem Bindemittel, das zu einer festen Schicht aushärtet, durch-Siebdruck usw. aufgebracht werden.On the smooth surface 16 of the carrier 14 are a longitudinal, rectangular electrically conductive layer 18 and two conductive strips 20 arranged, from. Silver or another highly conductive metal and made by vapor deposition or cold application with a brush or made by a screen printing process will. The conductive strips 20. are at a certain distance from the conductive Layer 20 arranged at their ends. An elongated, rectangular - resistance layer 22 overlaps with its ends the conductive strips 20 on the smooth surface 16 of the carrier 14 and runs next to the conductive layer 18, which it does not touched. The resistance layer 22 can, for example, be a vapor-deposited layer consist of cermet resistance material and forms-the voltage divider element-des Potentiometer 10. The conductive strips 20 that connect to the ends of the resistive layer 22 Contact. make, serve as input terminals of the potentiometer, while the conductive Layer 18 represents the output terminal of the potentiometer: the resistive layer 22 is over a photoconductive layer 24, which has a high dark resistance, coupled to the conductive layer 18 forming the output terminal. The photoconductive one Layer 24 consists, for example, of cadmium sulfide or cadmium selenide. she can on the surface 16 of the carrier @ 14 by vapor deposition in vacuo, applying a color-like suspension of sintered material in a binder, which leads to a solid layer hardens, applied by screen printing, etc.
Wenn die Kontaktstelle zweier verschiedener Werk-. Stoffe, wie der Widerstandsschicht 22 und-der Photoleiter.-schickt 18 mit Strahlung, wie sichtbarem Licht, beaufschlagt wird, entsteht eine sogenannten Photo..,Spannung.- Das Auftreten dieser bei höheren Genauigkeitsanforderungen sehr störenden Photospannung kann dadurch verhindert werden, daß auf die glatte Oberfläche 16 des Trägers 14 eine längliehe, rechteckige Widerstandsschicht 26 aufgebracht wird, -die der Widerstandsschicht 22 entspricht und die leitende Schicht 18 überlappt, die benachbarte Widerstandsschicht 22 jedoch nicht berührt. Die auf der Oberfläche 16 angeordnete Photoleiterschicht 24 überlappt dann die gleichartigen Widerstandsschichten 22, 26, so»daß bei Bestrahlung der photoleitenden Schicht 24 zwei gleichartige Werkstoffe elektrisch miteinander verbunden werden und im Effekt keine Photospannung auftreten kann.If the point of contact between two different works. Fabrics like that Resistive layer 22 and -the photoconductor.-sends 18 with radiation, such as visible Light applied there is a so-called photo .., tension.- The occurrence of this photo voltage, which is very disturbing with higher accuracy requirements can thereby be prevented that on the smooth surface 16 of the carrier 14 an elongated, rectangular resistive layer 26 is applied, -that of the resistive layer 22 and the conductive layer 18 overlaps the adjacent resistive layer 22, however, is not affected. The photoconductor layer arranged on the surface 16 24 then overlaps the resistance layers 22, 26 of the same type, so that upon irradiation of the photoconductive layer 24 two similar materials electrically with one another can be connected and in the effect no photo voltage can occur.
Auf der Widerstandsschicht 22 ist ein drahtgewickelter Präzisionswiderstand 28 angeordnet, der sich über die ganze Länge dieser Schicht erstreckt und mit ihr durch eine Kleberschicht 30 .verbunden ist, welche einen gewissenelektrischen Widerstand hat und beispielsweise aus einem leitenden Epoxyharz bestehen kann. Der drahtgewickelte Wi.. derstand 28 und die Widerstandsschicht 22 bilden den Spannungsteilerwiderstand des Potentiometers 10. Die leitende Kleberschicht 30 und die Widerstandsschicht 22 sollen einen niedrigen Querwiderstand, jedoch einen hohen Längswiderstand haben, damit der drahtgewickelte Widerstand 28 nicht kurzgeschlossen wird. Der drahtgewickelte Widerstand ist also der Widerstandsschicht 22 elektrisch parallelgeschaltet. Der pro Längeneinheit gerechnete Widerstand des drahtgewickelten Widerstandes 28 ist kleiner als-der der parallelgeschalteten Widerstandsschicht 22, so daß sich der Spannungsteilerwiderstand elektrisch praktisch wie der drahtgewickelte Widerstand 28 hoher Linearität verhält.On the resistance layer 22 is a wire-wound precision resistor 28 arranged, which extends over the entire length of this layer and with her is connected by an adhesive layer 30, which has a certain electrical resistance and can consist of, for example, a conductive epoxy resin. The wirewound Resistance 28 and the resistance layer 22 form the voltage divider resistor of the potentiometer 10. The conductive adhesive layer 30 and the resistive layer 22 should have a low transverse resistance, but a high longitudinal resistance, so that the wire-wound resistor 28 is not short-circuited will. The wire-wound resistor is therefore connected electrically in parallel with the resistance layer 22. The resistance of the wire-wound resistor 28 calculated per unit length is smaller than that of the parallel-connected resistance layer 22, so that the voltage divider resistor electrically practically like the wire-wound resistor 28 with high linearity.
Wenn das strahlungsgesteuerte Potentiometer 10_ nicht bestrahlt ist, sind der drahtgewickelteWiderstand 28 und die Widerstandsschicht 22 von der leitenden Schicht 18 praktisch vollständig elektrisch isoliert,-da-die-photoleitende Schicht 24 einen hohen.Dunkelwiderstand hat. Wenn jedoch ein Teil der photoleitenden Schicht 24 bestrahlt wird, nimmt der Widerstand des bestrahlten Teiles stark ab. Der drahtgewickelte Widerstand 28-und die Widerstandsschicht 22 sind dann über den bestrahlten Bereich direkt mit der leitenden Schicht 18 verbunden. Es ist meistens zweckmäßig, den bestrahlten Bereich auf eine schmale Zone-zu begrenzen, die wenigstens annähernd mit einer Linie gleichen Potentials in der-Widerstandsschicht 22 zusammenfällt. Dieses Potential wird dann an die Ausgangsklemme 18 angelegt und kann durch ein Anzeigegerät 32 angezeigt oder von irgend-elnem anderen Verbraucher nutzbar gemacht werden: Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die äqüipotentiallinien parallele Gerade, die im rechten Winkel zur Lwngsachse der Widerstandsschicht 22 verlaufen, da die durch die Streifen 20 gebildeten Anschlußklemmen beispielsweise durch eine Batterie 34 auf verschiedenen Potentialen gehalten werden. Die bestrahlte Zone hat also vorzugsweise die Form eines schmalen Rechteckes 36; das sich mit seiner Längsseite im rechten Winkel zur Längsachse der photolei@-tenden Schicht 24 quer über diese erstreckt.If the radiation-controlled potentiometer 10_ is not irradiated, For example, the wirewound resistor 28 and resistor layer 22 are from the conductive one Layer 18 is virtually completely electrically insulated, since the photoconductive layer 24 has a high dark resistance. However, if part of the photoconductive layer 24 is irradiated, the resistance of the irradiated part decreases sharply. The wirewound Resistor 28 and the resistive layer 22 are then over the irradiated area connected directly to the conductive layer 18. It is usually convenient to use the irradiated Area to be limited to a narrow zone, which is at least approximately with a line same potential in the resistance layer 22 collapses. This potential is then applied to the output terminal 18 and can be displayed by a display device 32 or made usable by any other consumer: In the case of the one described Embodiment of the invention are the equipotential lines parallel straight lines, those at right angles to the longitudinal axis the resistance layer 22 run, since the terminals formed by the strips 20, for example are kept at different potentials by a battery 34. The irradiated Zone thus preferably has the shape of a narrow rectangle 36; that deals with his Long side at right angles to the longitudinal axis of the photolei @ -tenden layer 24 transversely extends over this.
Die bestrahlte Zone 36 kann beispielsweise durch eine Lichtquelle 38 erzeugt werden, die einen beleuchteten Spalt und eine Anordnung zur Projektion des aus dem Spaltaustretenden Lichtes 40 auf die Oberseite der Photoleiter=. schicht 24 enthält. Die Lichtquelle 38 kann an einem gerad.. linig verschiebbaren Schlitten 42 montiert sein, der auf zwei Führungen,44 läuft, die parallel zur Längsachse der photoleitenden Schicht 24 oberhalb von dieser angeordnet sind. Die Lage der beleuchteten Zone 36 kann dann durch einen Eingangs und Steuermechanismus 46, der durch eine nicht näher dargestellte Kupplungsanordnung 48 mit dem Schlitten 42 verbunden ist, längs der photoleitenden Schicht 24 verstellt werden.The irradiated zone 36 can, for example, be provided by a light source 38 are generated, which have an illuminated slit and an arrangement for projection of the light 40 emerging from the gap on the top of the photoconductor =. layer 24 contains. The light source 38 can be mounted on a slide which can be moved in a straight line 42 be mounted, which runs on two guides 44, which are parallel to the longitudinal axis of the photoconductive layer 24 are arranged above this. The location of the illuminated Zone 36 can then be accessed by an input and control mechanism 46 provided by a The coupling arrangement 48, not shown in detail, is connected to the slide 42, along the photoconductive layer 24 can be adjusted.
_ Fig. 2. zeigt einen Teil eines Potentiometers 101, das gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend abgewandelt worden ist, daB sich eine niedrigere Ausgangsimpedanz ergibt: Die leitende Schicht 18 ist .mit leitenden-, fingerartigen Ansätzen 50 versehen, die seitlich in Richtung auf die Widerstandsschicht 22 vorspringen, diese Jedoch nicht berühren: Zwischen den-Ansätzen 50 sind auf der Oberfläche des Trägers 14 leitende Streifen 52 angeordnet, die den Ansätzen 50 entsprechen, die leitende Schicht 18 oder deren Ansätze jedoch nicht berühren. Die Widerstandsschicht 22 überlappt die leitenden Streifen 52 und die Anschlußstreifen20-und macht mit diesen elektrisch Kontakt: Die photoleitende Schicht 24 ist so auf der Oberfläche der Unterlage 14 zwischen den gegenüberliegenden Rändern-,der-leitenden Schicht 18 und der Widerstandsschicht 22 angeordnet, daß sie die Ansätze 50 und Streifen 52 erheblich überlappt. Da die leitenden Ansätze 50 und -Streifen 52 aus gleichartigem Material bestehen, kann ebensowenig wie-bei dem in FigR 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Photospannung (Volta-Effekt) auftreten. Auf der Widerstandsschicht 22 ist wieder ein drahtgewickelter Widerstand 28 angeordnet, der sich über die ganze Länge dieser Widerstandsschicht erstreckt und an dieser mit einem nichtdargestellten Widerstandskleber befestigt ist._ Fig. 2. shows part of a potentiometer 101, the opposite the embodiment shown in Fig. 1 has been modified to the effect that that there is a lower output impedance: The conductive layer 18 is .mit conductive, finger-like lugs 50 provided, the laterally in Project in the direction of the resistance layer 22, but do not touch it: Between the lugs 50 are conductive strips on the surface of the carrier 14 52 arranged, which correspond to the projections 50, the conductive layer 18 or their However, do not touch the approaches. The resistive layer 22 overlaps the conductive ones Strip 52 and the connecting strips 20 - and make electrical contact with them: The photoconductive layer 24 is thus on the surface of the base 14 between the opposite edge, the conductive layer 18 and the resistive layer 22 arranged so that it overlaps the tabs 50 and strips 52 significantly. Since the conductive lugs 50 and strips 52 made of the same material, may just as little as a photo voltage in the embodiment shown in FIG (Volta effect) occur. On the resistance layer 22 there is again a wire-wound one Resistor 28 arranged, which extends over the entire length of this resistance layer extends and attached to this with a resistor adhesive, not shown is.
Wenn die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle-38 längs des in Fig. 2--dargestellten Potentiometers 10t bewegt wird, tritt beim Überlaufen der aufeinand,erfolgenden An" Sätze 50 und Streifen 52 ein. Ausgangssignal auf,-das digitalen Charakter hat. Der digitale Verlauf des Ausgangssig, nales kann vermieden werden, wenn man eine Lichtquelle verwendet, die eine schmale, rechteckige Zone-.beleuchtet,'die in einem solchen Winkei zur Längsachse der Photoleiterschickt 24 verläuft, daB sie mehr als eines der leitfähigen Teile 50,52 schneidet.If the light source 38 shown in FIG. 1 is moved along the potentiometer 10t shown in FIG digital course of Ausgangssig, dimensional can be avoided when using a light source which .beleuchtet zone a narrow, rectangular, 'which extends in such a Winkei to the longitudinal axis of the photoconductor Sends 24, DAB them more than one of the conductive members 50,52 cuts.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den Figuren beispielsweise dargestellten linearen .Potentiometer beschränkt, sondern kann auch auf Potentiometer anderer Gestalt angewendet werden, wenn dies erwünscht ist. Die Potentiometer 10, 101 können beispielsweise ohne Schwte. -rigkeiten konzentrisch aufgebaut werden, so daß die verschiedenen Schichten beispielsweise auf Kreisring- oder Zylinderflächen liegen. Die Steueranordnung 12 (Fig. 1) für das.-Potentiometer enthält in diesem Falle dann eine-Lichtquelle, die eine Drehbewegung auszuführen vermag.The invention is of course not limited to the linear potentiometers shown for example in the figures, but can also be applied to potentiometers of other shapes, if desired. The potentiometers 10, 101 can, for example, without Schwte. -rencies are built up concentrically so that the different layers lie, for example, on circular ring or cylindrical surfaces. In this case, the control arrangement 12 (FIG. 1) for the potentiometer then contains a light source which is able to execute a rotary movement.
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