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Meßgerät für elektrische Spannungen Die bekannten Spannungsmeßgeräte
mit nichtdigitaler Anzeige benötigen alle, abgesehen von in der Praxis unbedeutenden
Ausnahmen, mechanisch bewegte Teile.
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Damit sind diese Geräte grundsätzlich stoßempfindlich und unterliegen
einem Verschleiß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät mit Analogwertanzeige
zu entwickeln, das keine mechanisch bewegten Teile besitzt und daher eine hohe Lebensdauer
sowie eine hohe mechanische Festigkeit, insbesondere gegenüber Stößen, erwarten
läßt Außßrdem
sollte sich das Gerät gegenüber Meßgeräten herkömmlicher
Bauart durch einen vergleichsweise geringen Herstellungsaufwand auszeichnen.
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Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe mit einem Meßgerät für
elektrische Spannungai gelöst werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses
ein oder mehrere dünnschichtige, langgestreckte Elemente aus einem lichtdurchlässigen
Flüssigkristall-Material, dessen Lichtdurchlässigkeit in einem elektrischen Feld
oberhälb einer Mindestfeldstärke erheblich verringert ist, enthält, daß diese Elemente
jeweils zwischen zwei planparallelen Elektroden, nämlich zwischen einer einen hohen
Flächenwiderstand aufweisenden Widerstandselektrode und einer an allen Stellen auf
dem Potential der zu messenden Spannung liegenden Meßelektrode, angeordnet sind
und daß zwischen den Enden der langgestreckten Widerstandselektrode eine konstante
Betriebsspannung anliegt, die eine die Lichtdurchlässigkeit des Elementes verringernde
Feldstärke hervorruft, daß ferner eine ebenfalls langgestreckte, zu dem Element
parallel angeordnete Lichtquelle vorhanden ist, deren Strahlung durch das Element
hindurch auf eine Skala gerichtet ist und auf dieser einen schmalen Bereich abbildet,
in dem die Feldstärke unter die Mindestfeldstärke hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit
absinkt und dessen Lage in
dem Element von der Höhe der zu messenden
Spannung abhängig ist.
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Dabei kann erfindungsgemäß die Strahlung das Element in Richtung der
flächenhaften Ausdehnung dieses Elementes durchdringen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung liegt
die Widerstandselektrode an ihrem einen Ende auf Massepotential,wobei das örtliche
Potential zwischen den beiden Enden dieser Widerstandselektrode bezogen auf das
Massepotential von Null auf den Wert der Betriebsspannung UB linear ansteigt.
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Ferner ist es möglich, die dem Element zugekehrten Oberflächen der
Elektroden lichtabsorbierend auszubilden.
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Als Lichtquelle ist nach einer noch weiteren.vorteilhaften Ausführungsart
der Lrfindung eine Glühfadenlampe mit fokussierendem Reflektor oder c;e auf die
Lamelle justierte Platten-Gasentladungslampe mit ebenem Reflektor vorgesehen.
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Andererseits kann jedoch auch eine Farbstofflamelle als Lichtquelle
verwendet werden, die auf das Element
gerichtet justiert und von
einer Glühlampe erregbar ist, wobei die Emissions- und Absorptionsmaxima des Farbstoffes
sich höchstens unwesentlich überlappen sollen.
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Dabei kann der Farbstoff der Farbstofflamelle in Plexiglas eingelassen
sein. Auch ist es möglich, zum Betrieb der Lichtquelle einen Lasereffekt in der
Farbstofflamelle im Bereich des Lichtkanals auszunutzen.
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Erfindungsgemäß können ferner als Element Flüssigkristall-Lamellen
aus nematischen Flüssigkristallen beispielsweise aus MBBA (p-methoxy-n-p-benzilidene
butylaniline) verwendet werden, die bei Raumtemperatur den Effekt der dynamischen
Streuung zeigen. Das Element kann auch aus einem Gemisch von verschiedenen nematischen
Materialien mit unterschiedlichen Arbeitstemperaturen derart aufgebaut werden, daß
sich eine Erweiterung des Arbeitstemperaturbereiches im Vergleich zu Elementen aus
nur einem nematischen Material ergibt.
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Desweiteren ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß die Widerstandseiektroden
durch Aufdampfen von Kohle,Metallen oder Halbleitermaterialien auf eine Trägerschicht
aus isolierendem Material, durch Aufsputtern (Kathodenzerstäubung) von Ccrmet-Sciten,
durch pyrolytisches Abscheiden von halbleitenden NctL-oxyden,
wie
SnO2, Ion203, NiO usw., durch Auf sprühen gelöster oder suspendierter Substanzen
und anschließendes Eintrocknen oder Einbrennen, oder durch Aufstreichen von Schichten
und anschließendes Einbrennen hergestellt werden.
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Die Breite des Lichtdurchlässigkeitsbereiches, dessen Lage von der
angelegten, zu messenden Spannung abhängig ist, läßt sich durch Verwendung von mindestens
drei in längsrichtung parallelen Elementen mit den zugehörigen Widerstandselektroden
einengen, wobei der Potentialverlauf über den einzelnen Widerstandselektroden um
eine Strecke verschoben ist, die kleiner ist als die Breite des Lichtdurchlässigkeitsbereiches
eines Elementes. Vorteilhaft-ist es, drei in Längsrichtung parallele, jeweils aus
einem Element und den zugehörigen Elektroden bestehenden Zellen zu verwenden, von
denen die beiden äußeren Zellen gleichen, gegenüber der mittleren Zelle verschobenen
Potentialverlauf in der Widerstandsschicht aufweisen; in diesem Fall bestehen die
Elektroden aus lichtdurchlässigen Materialien, so daß die Strahlung der Lichtquelle
durch sämtliche Elektroden hindurch auf die Skala gerichtet werden kann.
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Die Zellen können bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät untereinander
unter Einfügung eines Immersionsmaterials, das innere Reflexionen verhindert, fest
verbunden werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
gehen aus der folgenden Darstellung anhand der beigefügten Abbildungen von Ausführungsbeispielen
der Erfindung hervor.
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Es zeigen in schematischer Vereinfachung: Fig. la bis lc im Querschnitt
(Fig. la) und in der Aufsicht (Fig. lb) den grundsätzlichen Aufbau und den Spannungsverlauf
in der Widerstandsschicht (Fig. lc) eines Meßgerätes nach einer Ausführungsart der
Erfindung, Fig. 2 graphisch eine Gleichung zur Ermittlung der Breite des Licht-Durchlassigkcitsbereichc.
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Fig. 3 im Längsschnitt eine Mehrfachanordnung von Elementen gemäß
einer weiteren '.usführung art der Erfindung, Fig. 4 bis 6 verschiedene Anordnungen
von Lichtquellen für das erfindungsgemäße Meßgerät, unu Fig. 7a bis 7c im Querschnitt
(Fig. 7a), in der Corderansicht (Fig. 7b) und im Längsschnitt (Fig. 7c) eine weitere
Ausführungsart eis Meßgerätes nach der Erfindung.
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Der prinzipielle Aufbau und die grundsätzliche Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Meßgerät es ist der Fig 1 zu entnehmen, die sich auf eine Anordnung mit nur einem
langgestreckten Element aus einem lichtdurchlässigen Flüssigkristall-Material bezieht.
Nach Fig. la ist die Meßelektrode in Form einer metallischen Leiste 1 ausgeführt
und liegt auf dem Potential der Meßspannung Uy.
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Ihr gegenüber liegt, getrennt durch eine dünnschichtige Lamelle 2
aus dem speziellen lichtdurchlässigen Flüssigkristall -Material und elektrisch isoliert,
eine Leiste 3, die hier als Widerstandselektrode dient. Diese Leiste 3 liegt rechts
(siehe Fig. lb) auf dem konstanten Potential UB der Betriebsspannung und links auf
dem Massepotential O. Die Länge dieser Widerstandselektrode sei L, ihr elektrischer
Widerstand R. Der Widerstand ist linear gebaut, d.h.
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dR/dx = konst = R/L (1) an allen Stellen. Dadurch ergibt sich in
diesem Fall ein linearer Potentialabfall U(x) längs x (siehe Fig. lc) Für die Lamelle
2 aus Flüssigkristall-Material wird im vorliegenden Fall sogenanntes "nematisches"
Material verwendet. Dieses streut durchgehendes Licht dort, wo ein elektrisches
Feld Eb Es anliegt, wobei Es eine Feldschwelle ist, unterhalb deren der Streueffekt
vernachlässigbar ist. (Dynamische Streuung). Gemische
verschiedener
nematischer Substanzen erweitern hierbei den Temperaturbereich für den Betrieb der
Anordnung, z.B. zeigt nach Demus (Z. Naturforschg. 22, 285 (1967) ein Gemisch aus
37 % 4' Äthoxy-Azobenzol-4-Carbonsäure-n-Butylester und 63 % 4-Methoxybenzal-4 Amino-
X - Methylzimtsäure-n-Propylester, bei Temperaturen zwischen 340 und 750C nematisches
Verhalten. Mischungen anderer Art sind denkbar, die auch bei niedrigeren Temperaturen
den Effekt der dynamischen Streuung zeigen.
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Die Anzeige des zu messenden Spannungswertes U erfolgt nun y so: Durch
die SpannungsdifferenzU(x)-U ist die Flüssigkriy stall-Lamelle 2 überall "getrübt",
d.h. ihre Lichtdurchlässigkeit erheblich verringert, außer in dem Bereich xy, wo
die Spannungsdifferenz Null ist. Fällt nun Licht von einer Lichtquelle oder Lampe
4 senkrecht zur x-Richtung und parallel zu den beiden leistenförmigen Elektroden
1 und 3 auf die Flüssigkristall-Lamelle 2, so wird dieses Element 2 die Strahlung
nur im Bereich Xy - siehe Fig. 1c - ungestreut nach unten durchlassen, der in seiner
Lage in dem Element 2 von der angelegten zu messenden Spannung Uy abhängige Lichtdurchlässigkeitsbereich
ist in Fig. lb mit 6 bezeichnet. Das im "trüben" Bereich gestreute Licht kann dadurch
weitgehend absorbiert werden, daß die Oberflächen der Leisten 1 und 3 zur Lamelle
2 hin schwi, also lichtabsorbierend, ausgebildet werden. Ohne diese Fla,9-nahme
würde das Licht trotz der Streuung großenteils unten - bezogen auf Fig. la, b -
aus der Meßzelle, die aus dem Element 2 und den planparallelen Elektroden 2 un
gebildet
wird, wieder austreten, so daß ein geringer Kontrast zwischen dem ungestreuten Licht
bei Xy und dem restlichen x-Bereich bestände. So aber dringt intensives Licht nur
bei Xy durch das Element 2 hindurch. Unten gelangt das Licht auf eine schräge Oberfläche,
die aufgerauht ist und eine Skala 5 besitzt. Der bei Xy einfallende Licht streifen
Ga ist durch die Aufrauhung aus allen Blickwinkeln zu erkennen.
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Wird nun an die Meßelektrode 1 eine Meßspannung U angelegt, y so fällt
an der Stelle xy, wo U (x) = Uy ist, ein Lichtstreifen Ga auf die Skala 5. Die Skala
muß auf den Konstantwert der Betriebsspannung UB geeicht sein. Durch Anlegen anderer
konstanter Betriebsspannungen UB' kann das Meßwerk einfach auf andere Meßbereiche
umgeschaltet werden. Dem Wert UB' ist nach unten hin durch die notwendige Feldstärke
Es an dem Flüssigkriställ-Material bzw. an dem Element 2, nach oben wegen der Erwärmung
der Widerstandselektrode 3 und somit auch des Flüssigkristall-Elaterials Grenzen-
gesetzt.
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Dies wird noch näher erklärt. Wesentlich ist der bereits genannte
Vorteil eines solchen Meßwerks, der leicht zu erkennen ist: Es arbeitet völlig ohne
mechanisch bewegte Teile und ist auch äußerst einfach gebaut.
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Die Breite der Lichtmarke läßt sich durch folgende Ubclgungen ermitteln.
Nimmt man vereinfachend an, der Umschlag
des Flüssigkristall-Materials
des Elementes 2 vom klaren durchsichtigen zum streuenden Zustand tretc ci der Feld
stärkeschwelle Es abrupt ein, so ergibt sich folgende Beziehung für die Breite b
der Lichtmarke (siehe Fig. 2): b/2 zum = L/Um (2) und mit # Us = d E5 (3) (d = Schichtdicke
der Flüssigkristall-Lamelle 2) b = 2 d Es L/Um (4) da bX L sein soll, muß Um/2 d>
E sein. Dies ergibt die 5 untere Grenze für mögliche UB-Werte bei der Meßbereichsumwandlung.
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In der Praxis kann allerdings je nach Walze das Flüssigkristall-Material
auch schon bei E<E5 eine merkliche Minderung der Lichtdurchlässigkeit vorliegen,
so daß die Breite des Lichtdurchlässigkeitsbereiches bei dem relativ langen Lichtweg
6 zwischen den zwei Elektroden 1 und 3 hindurch kleiner als b sein kann.
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Ist b im Verhältnis zu L nicht genügend klein, so läßt sich eine Einengung
von b auf folgende einfache Weise vornehmen: Die Widerstandselektrode 3 nach Fig.
la, b wird aufgeteilt in drei gleiche, entsprechend schmalere, ebenfalls homogene
Widerstandselektroden
,a, 7b und 7c (Fig. ). Diese werden aber, wie in Fig. 3 gezeigt ist, asymmetrisch
mit metallischen Kontakten 8 und 9 versehen. Die Widerstandsbahnen dieser Elektroden
7a, 7b und 7c sind zwar gleich lang, b ist aber um die Strecke v in x-Richtung verschoben.
Dadurch liegen die Punkte gleichen Potentials U (x) auf 7b auf der ganzen Länge
um v gegenüber 7a und 7c verschoben. Der Durchlässigkeitsbereich 6' für das Licht
und somit die Lichtmarkenbreite wird aüf diese Weise von der ursprünglichen Breite
b auf b - v eingeengt; v muß also kleiner bleiben als b.
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Die obere Begrenzung für die Betriebsspannung UB ergibt sich aus der
zulässigen Erwärmung der Widerstandselektrode 3; für den Leistungsverbrauch gilt
P = U-/R, wobei R der Widerstand der Elektrode 3 ist. R sollte im Interesse geringer
Erwärmung hoch sein. Dem sind jedoch Grenzen lurch den spezifischen Widerstand der
Flüs.sigkristall-Lamelle 2 gesetzt.
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Bei der Dimensionierung der Widerstandselektrode 3 ist zu beachten,
daß der Potentialabfall längs deX Elektrode 3 linear bleiben soll. Daher muß dafür
gesorgt sein, daß parasitäre Ströme durch die Flüssigkristall-Lamelle 2 von der
Elektrode 2 zu der Meßelektrode 1 vernachlässigbar klein bleiben im Vergleich zu
dem Strom in der Schicht der Elektrode 3 (13 = Um/R). Als eingrenzende Relation
kann hierfür angesetzt werden
T = Tiefe der Zelle, siehe Fig. Ib; R = Widerstand der Elektrode 3; SLc = spezifischer
Widerstand der Flüssigkristallphase; L = Länge des. Elementes 2 (siehe Fig. lb);
d = Dicke der Flüssigkristall-Lamelle bzw. des Elementes 2.
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Praktische Werte sind z.B.: T = 1 cm, R = 1042 C '3LC = 1°8Q cm, L
= 10 cm und d = 10-3 cm.
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Damit wird 3 = 0,1.
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Wesentlich höher als 104Q darf R nur dann werden, wenn andererseits
der spezifische Widerstand SLC des Flüssigkristall-Materials ebenfalls höher ist.
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Wechselspannungen können mit einer Anzeige der hier beschriebenen
Art nicht direkt dargestellt werden, da bei Anlegen einer Wechselspannung an die
Elektrode 1 keine stehende Lichtmarke 6a möglich ist. Wechselspannungen müssen in
Gleichspannungen entsprechender höhe (Scheitel- oder Effektivwert) umgewandelt werden.
Durch ein RC-Glied muß diese Gleichspannung hinreichend geglättet sein. In dieser
Beziehung besteht Analogie zum Drehspulmeßwerk.
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Kleine Gleichspannungen, die merklich unter dem Minimalwert für UB
liegen, die also analog zu Gleichung (3) kleiner als etwa Es d sind, müssen mit
einem linearen Gleichspannungsverstärker
auf Werte über EBd gebracht
werden. Dies ist mit einfachen Schaltungen unter Verwendung von Transistoren möglich.
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Die Lichtquelle soll das Flüssigkristall-Element 2 gleichmäßig auf
der ganzen Länge beleuchten (siehe Fig. ib). Dabei soll die Beleuchtungsstärke so
hoch sein, daß in Zonen der Lamelle 2, die nicht streuen, so viel Intensität auf
die Skala 5 fällt, daß diese hinreichend hell erleuchtet wird.
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Das Element 2 ist sehr dünn, ca. 10 - 50 /um dick. Die nach Fig. lb
von oben kommende Strahlung muß das Element zu den Elektroden 2, 3 durchlaufen;
schräg einfallendes Licht würde an den gegebenenfalls absorbierend gestalteten Wänden
der Elektroden verschwinden. Dazu bedarf es besonders geformter Lichtquellen. Im
folgenden werden drei Typen von Quellen vorgeschlagen, die diesen speziellen Erfordernissen
zumindest weitgehend entsprechen: 1) Giühfaden oder Leuchtstoffröhren mit Reflektor
und oder Kondensor 2) Platten-Glimmlampe 3) Seitlich beleuchtete Farbstofflamelle.
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Die Eignung der verschiedenen Lichtquellen hängt natürlich sehr stark
von der Dicke d und der Tiefe T des Flüssigkristall-Elementes 2 ab.
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Die erste Art von Lichtquelle ist - vergl. Fig. 4 - eine lange Glühfadenlampe
10 (so lang wie die Skala 5) oder evtl.
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eine Leuchtstoffröhre. Ihr Licht wird mit Hilfe eines zylindrischen
Reflektors 11 mit elliptischem Querschnitt (siehe Fig. 4) auf den Eingang des Flüssigkristall-Elementes
2 fokussiert (Glühfaden im oberen elliptischen Brennpunkt).
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Als Kondensor kann auch eine Faseroptik dienen.
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Die zweite Art von Lichtquelle ist in Fig. 5 wiedergegeben; es handelt
sich hier um eine Gasentladungslampe 12, in der das Licht zwischen zwei planparallelen
Leiterplatten erzeugt wird. Die Platten sollen parallel zu dem Flüssigkri stall-Element
2 stehen und ihr leuchtender Zwischenraum soll genau mit diesem Element fluchten,
d.h. in ihrer Verlängerung liegen. Ein Reflektor 13 im oberen Abschuß dieser Anordnung
sorgt für eine verstärkte Lichteinstrahlung in das Element 2. Eine solche Lichtquelle
läßt sich vorteilhafterweise auf dem gleichen Plattenpaar herstellen, das auch das
Flüssigkristall-Element trägt. So läßt sich die fluchtende Anordnung ohne Justierungsprobleme
verwirklichen.
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Die dritte Art von Lichtquelle ist eine Farbstoff-LamelJe 14, die
ebenfalls koplanar zu dem Flüssigkristall-Element 2 liegt, wie dies in Fig. 6 dargestellt
ist. Sie ist mindestens so dick wie das Flüssigkristall-Element 2. Sie wird durch
Quereinstrahlung von einer Glühlampe 15 erleuchtet. Der
Farbstoff
soll ein Absorptionsspektrum haben; das etwas kurzwelliger liegt als sein Emissionsspektrum.
Solche Farbstoffe werden heute für die Farbstoff-Laser eingesetzt; eine große Zahl
geeigneter Substanzen ist z.B. in einem tbersichtsartikel von Snavely: "Dye Lasers",
Proceedings IEEE 57, 1374 (1969) insbesondere auf S. 1382 angegeben. Ein Teil dieser
Farbstoffe kann in Plexiglas gelöst werden; solche Farbstoff Plexiglas-Lamellen
ermöglichen eine besonders einfache Konstruktion. Liegt an der Flachseite der Lamelle
14 ein Reflektor R1 an (siehe Fig. 6), so durchsetzt das den Farbstoff anregende
Licht die Lamelle zweifach; der Leuchtwirkungsgrad wird höher. Die weitgehende Trennung
zwischen Absorptions-und Emissionsspektrum im Farbstoff ermöglicht es, daß sich
das farbige (Emissions-)Licht der Farbstoff-Lamelle 14 ungeschwächt auch in der
ebenen Richtung, wo der Weg am längsten ist, ausbreiten kann. In dieser Ebene addiert
sich das Lumineszenzlicht am stärksten. In sehr günstigen Fällen tritt, verstärkt
durch einen Reflektor R2, der senkrecht an der Lamellenebene steht, und durch einen
halbdurchlässigen Reflektor 20 im Bereich des Lichtkanals Laserwirkung ein. Aber
auch ohne diesen Effekt tritt das Farbstofflicht in genügender Stärke in y-Richtung
in das Flüssigkristall-Element 2 ein, so daß es in deren Durchlaßbereich 6 zu einer
ausrcichenden Beleuchtung der Skala 5 kommt.
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Wichtig für die Auswahl des erfindungswesentlichen Flüssigkristall-Materials
ist, daß das Flüssigkristall-Element 2 das Licht in einer schmalen Zone 6, die keine
oder nur geringe elektrische Feldstärke aufweist, gut durchläßt, während außerhalb
das Licht stark gestreut wird.
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Diese Bedingung wird von denjenigen nematischen Flüssigkristallsubstanzen
sehr gut erfüllt, die den Effekt der sogenannten dynamischen Streuung zeigen. (G.li.
Heilmeier et al., Appl.Phys.Lett 13, 46 (1968)). Wesentlich in der hier beschriebenen
Anordnung ist, daß die Strahlung - anders als in den üblichen Versuchen zur dynamischen
Streuung -das Flüssigkristallmaterial längs eines viel größeren Lichtweges durchsetzt
(10 1 - 1 cm weit, verglichen mit bis 55 10 3 cm dort). Der Streueffekt muß also
nicht sehr ausgeprägt sein, um der Funktion des erfindungsgemäßen Meßgerätes zu
genügen.
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Kritisch ist bei den nematischen Flüssigkristallen der Temperaturbereich
der Existenz ihrer nematischen Erscheinungsform. Er ist meist nicht sehr breit und
liegt bei vielen bekannten Substanzen über 500C. Demus (z. Naturf. 22a, 285, 1967)
zeigte, daß man durch Mischen verschiedener Substanzen zu eutektikalen Erniedrigungen
der unteren Temperaturgrenze und praktisch auch zu breiteren Temperaturbereichen
kommt. Die Orsay Liquid Crystal Group zeigte, daP. in er
Substanz
MBBA bei 250 C oberhalb 600 V/cm die dynamische Lichtstreuung auftritt. (Molec.Cryst.
and Liqo Oryst. 12, 251 (1971). Auch Gemische aus cholesterischen und nematischen
Flüssigkristallen sind möglich; sie ermöglichen auch das Arbeiten in der Umgebung
der Raumtemperatur. Schließlich ist es möglich, auch mit Lösungen von Flüssigkristallen
in völlig isotropen organischen Lösungsmitteln geeignete feldbedingte Streueffekte
zu erzielen.
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Die Flüssigkristallphase kann aber im Bedarfsfall auch durch geregeltes
Beheizen in dem Temperaturintervall ihrer nematischen Existenz gehalten werden.
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Die in Fig. 1 gezeigte Widerstandslektrode 3 soll einen linearen Spannungsabfall
von UB auf U < 0 zwischen ihren Enden aufweisen. Dazu muß ein homogener'Dünnschichtwider
stand verwendet werden. Er darf einen Höchstwert (zaBo 104% , siehe Gleichung 5)
nicht überschreiten, wenn die Linearität nicht durch die Querableitung durch das
Flüssigkristall-Element 2 verzerrt werden soll.
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Die Temperaturabhängigkeit der Widerstandselektrode 3 spielt in erster
Näherung keile Rolle, da hierdurch die Homogenität und somit U (x) nicht verändert
wird. Nur weim die Änderung so stark ist, daß der Beziehung (5) nicht mehr Genüge
geleistet wird, ist auf die Temperaturabhängigkeit zu achten.
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Als Material für die Widerstandselektrode kommen Kohle-Schichtwiderstände,
aufgedampfte Metallwiderstände (z.D. NiCr), Cermet-Schichten (kathodenzerstäubt),
pyrolytisch aufgebrachte Sn02-Schichten oder andere Metalloxydschichten, aufgesprühte
und eingetemperte Widerstandsschichten in Frage. Auch aufgcstrichene Schichten,
die eingebrannt werden, sind möglich.
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Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist auch eine wesentlich
andere, in der Lichtführung einfachere Skalenanzeige möglich; sie ist in Fig. 7a
- c dargestellt. Als wesentliche Elemente enthält auch sie als Meßelektrode einer
Meßpotentialplatte la, ein dünnes lamellenförmiges Flüssigkristall-Element 2a und
eine Widerstandselektrode 3a mit linearem Spannungsabfall zwischen UB und 0. Hier
sind aber beide Elektroden la, 3a durchsichtig. Sie slnci auf der zu dem Element
2a hinweisenden Innenfläche mit einer leitfähigen durchsichtigen Schicht überzogen.
billich ist dotiertes SnO2; es sind aber auch andere dotierte Oxydc wie Ni(), In203
und ähnliche verwendbar. Schichten dieser Art lassen sich einfach auch als Widerstandsschichten
verbunden.
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Die gesamte Skalenanzeige besteht nun aus mehreren hintereinandergeschichteten
Flüssigkristall-Zellen er soeben beschriebenen Art, mindestens aber aus drei Zellen
(siehe Fig. 7). Die Strahlung wird von einer einfachen Lampe 4a,
die
so lang ist wie die Skala 5a und hinter der Zellenbatterie liegt, durch die drei
Zellen nach vorn gestrahlt. Wie in der Anordnung in Fig. 1 wird das Licht überall
gestreut, außer in der Umgebung von xy. Die drei Zellen sind dabei elektrisch so
angeschlossen, daß jeweils die drei Meßpotentialelektroden la und die drei Widerstandselektroden
3a unter sich verbunden sind (siehe Fig. 7c). Durch die dreifache,sukzessive Streuung
in den streuenden Bereichen der drei Zellen gelangt nicht mehr allzuviel Licht bis
zur vorderen Glasplatte 16. Dagegen erreicht das Licht in der Meßwertzone 6' in
voller Intensität die Vorderseite-. Es fällt vorn auf die mattierte Außenseit der
vordersten Glasplatte, auf der die Meßwertskala 5a eingetragen ist. Bei dem Meßwert
Uy leuchtet die Skala 5a hell auf, was wegen der Mattierung des Glases aus allen
Richtungen gut zu erkennen ist0 Die Einengung der Lichtmarke von der Breite
(siehe Gleichung 4) auf eine geringere Breite kann analog zu der Lösung bei der
ersten Anordnung erreicht werden. IIierzu dient nun die dreifache Stapelung der
Zellen. In der mittleren Zelle muß das linear abfallende Potential U (x) um die
Strecke v gegenüber den beiden äußeren Zellen verschoben sein. Auch hier muß sein
v b, b - v1/50 L L (zum Beispiel).
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Zwei Zellen würden die Einengung nur unvollkommen bewirken: Es gäbe
noch schräg durchdringendes Licht, das erst durch die dritte Zelle mit einem Potentialverlauf
gleich dem der ersten Zelle vermieden werden kann.
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Bei den drei Zellen ist darnuf zu achten, daß die Dicke der Flüssigkristall-Elemente
2a in allen Fällen gleich ist, damit auch b einheitlich ist. Sonst kann die Verletzung
der Bedingung v( b zum Verschwinden der Lichtmarke 6a' führen.
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Der Aufbau der Dreifachzelle kann auf zweierlei Arten erfolgen: Zum
einen können drei fertige Zellen aufeinander gelegt werden, wobei die beiden äußeren
gleiche Potentiallage haben, die innere aber das um v verschobene linear abfallende
Potential aufweist. Außerdem muß die vordere Zelle die Skala 5a besitzen. Dann muß
allerdings zum Vermeiden störender Reflexionen zwischen die gläser Außenwände der
Zellen eine Immersionsflüssigkeit, z.B. Öl oder Kanadabalsam, gebracht werden. -Die
andere Bauweise ist in Fig. 7 verwendet: Die beiden inneren Glasplatten 17, 18 sind
beidseitig beschichtet.
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Die vorderste Platte 16 trägt vorn die Mattierung mit der Skala 5a,
rückseitig die durchsichtige,leitende, als Meßelektrode la dienende Schicht für
das Potential Uy. Platte
17 ist vorn mit der beidseitig kontaktierten
durchsichtigen linearen Widerstandsschicht, rückseitig mit der U -Schicht bzw. Meßelektrode
belegt. Platte 18 ist an ihrer vorderseitigen Widerstandsschicht um v verschoben
kontaktiert, auf der Rückseite trägt sie die Schicht, Die vierte Platte 19 trägt
nur auf der Innenseite die nicht verschobene Widerstandsschicht-Elektrode 3a.
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Die einheitliche Dicke der Flüssigkristall-Elemente 2a kann, wie dies
bei anderen Flüssigkristallzellen üblich ist, durch Teflon-Distanz stücke festgelegt
werden, Diese isolieren und sind inert gegen das Flüssigkristall-Material.