DE600068C - Vorrichtung zur Beeinflussung des Stroms oder der Spannung in einem elektrischen Kreis mittels Bestrahlung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
13. JULI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 600068 KLASSE 21 g GRUPPE 4 oe

mittels Bestrahlung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. Mai 1931 ab

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Stroms oder der Spannung in einem elektrischen Kreis mittels Bestrahlung.

Zur Umwandlung von Lichtschwankungen in elektrische Stromschwankungen hat man bereits verschiedenartige Vorrichtungen, wie z. B. photoelektrische Zellen, verwendet, wie sie unter anderem in Anlagen zur Bildübertragung auf telegraphischem oder drahtlosem Wege oder zur Wiedergabe aufgezeichneter Schallschwingungen Anwendung rinden.

Es ist bereits bekannt, Lichtänderungen in elektrische Strom- oder Spannungsschwankungen mittels einer elektrischen Entladungsröhre umzuwandeln. Die Entladungsröhre enthält zu diesem Zweck ein Gas oder einen Dampf (Hauptgas), dessen Atome oder Moleküle sich in metastabilem Zustand befinden können, während die Röhre zu gleicher Zeit eine geringe Menge eines anderen Gases oder Dampfes (Nebengas) enthält, dessen Atome (Moleküle) durch die metastabilen Atome (Moleküle) des Hauptgases ionisiert werden können. Zwischen den Elektroden dieser Entladungsröhre wird eine Spannung angelegt, durch welche die Atome (Moleküle) des Hauptgases in metastabilen Zustand versetzt werden. Diese metastabilen Atome (Moleküle) ionisieren Atome des in geringer Menge vorhandenen Nebengases, wodurch ein Strom bestimmter Stärke durch die Entladungsröhre fließt. Wenn die Entladungsröhre mit Licht bestrahlt wird, das Frequenzen enthält, die durch die metastabilen Atome (Moleküle) des Hauptgases absorbiert werden können, so verringert sich die Leitfähigkeit der Entladungsröhre. Die metastabilen Atome (Moleküle) werden infolge der Bestrahlung in einen nicht metastabilen Zustand von höherer Energie versetzt. Die Dauer dieses Zustande ist so kurz, daß die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit einem Atom (Molekül) des Nebengases sehr gering ist. Dies führt eine Verringerung der Ionisierung und des Entladungsstroms oder eine Zunahme der Spannung der Entladung herbei.

Gegenstand der Erfindung ist eine neue Vorrichtung zur Beeinflussung des Stroms oder der Spannung in einem elektrischen Kreis mittels Bestrahlung, die von der bekannten Vorrichtung wesentlich verschieden ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält eine elektrische Entladungsröhre, deren Gas-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:'

Frans Michel Penning und Marinus Jacobus Jansen in Eindhoven, Holland.

füllung aus einem Gas oder Dampf besteht, dessen Atome (Moleküle) sich in metastabilem Zustand befinden können, und als Zusatz höchstens Gase oder Dämpfe enthält, deren Atome (Moleküle) durch metastabile Atome der Gasfüllung nicht ionisiert werden können. Diese Röhre wird mit Licht bestrahlt, das Strahlen von solchen Frequenzen enthält, die durch die metastabilen Atome (Moleküle) der Gasfüllung ίο absorbiert werden können, während die Intensität dieser Strahlen so groß ist, daß sich die Leitfähigkeit des Gases verringert. Die Stärke des durch die Entladungsröhre fließenden Stroms wird in dem Maße geringer, wie die Intensität des Lichts, mit dem die Entladungsröhre bestrahlt wird, größer wird. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Vorrichtung verhältnismäßig starke Ströme beeinflußt werden können. Diese Erscheinung läßt sich wie folgt erklären: Beim Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt die Ionisierung in der Entladungsröhre dadurch, daß ein Atom (Molekül) des Gases oder des Dampfes zunächst durch ein Elektron in einen metastabilen Zustand versetzt und sodann durch ein zweites Elektron aus diesem Zustand ionisiert wird.

Wenn die Entladung mit Licht bestrahlt wird, das Frequenzen enthält, die durch die metastabilen Atome (Moleküle) absorbiert werden, so wird eine Anzahl von diesen metastabilen Atomen (Molekülen) in einen nicht metastabilen Zustand von höherer Energie versetzt. Die Dauer dieses Zustands ist sehr kurz, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Atome (Moleküle) durch Elektronen ionisiert werden, sehr gering ist. Sie tragen daher auch nicht zum Entladungsstrom bei, wodurch die Stärke dieses Stroms geringer oder bei gleichbleibend erhaltenem Strom die Spannung zwischen den Elektroden der Röhre größer als bei unbestrahlter Entladung wird.

Wie schon angegeben, kann die Röhre außer dem Hauptgas' oder Hauptdampf höchstens ein anderes Gas oder einen anderen Dampf enthalten, dessen Atome (Moleküle) nicht durch metastabile Atome (Moleküle) des Hauptgases ionisiert werden können. Das Vorhandensein eines solchen Gases oder Dampfes wird die Wirkung der Entladungsröhre nicht wesentlich ändern, hat jedoch in vielen Fällen eine Verbilligung der Röhrenfüllung zur Folge, weil vollkommen reine Gase'meistens sehr kostspielig sind.

Es ist vorteilhaft, die Entladungsröhre mit Licht zu bestrahlen, das selbst wieder durch eine elektrische Entladung erzeugt wird, die in einer Gas- oder Dampffüllung erfolgt, in der das gleiche Gas oder Dampf vorhanden ist, mit dem auch die Entladungsröhre gefüllt ist.

Die Entladungsröhre, deren Stromstärke oder Spannung geändert werden soll, und die Entladungsröhre, in der das zur Bestrahlung der erstgenannten Röhre dienende Licht erzeugt wird, können vorteilhaft zu einer Entladungsröhre vereinigt werden, die dann, mit zwei Entladungsstrecken versehen und derart ausgebildet wird, daß das in einer der Strecken erzeugte Licht die andere Entladungsstrecke bestrahlen kann.

Die Veränderung der Stromstärke, die bei der Bestrahlung der Entladungsröhre eintritt, kann auf verschiedene Weise, z. B. mittels eines empfindlichen, in Reihe mit der Entladungsröhre geschalteten Strommessers o. dgl., wahrnehmbar gemacht werden. Es ist auch möglich, einen großen Widerstand mit der Entladungsröhre in Reihe zu schalten und die zwischen den Enden dieses Widerstands bei den Entladungsstromveränderungen auftretenden Spannungsänderungen mittels eines auf Spannungsunterschiede ansprechenden, dem Widerstand parallel geschalteten Instruments wahrnehmbar zu machen'. Dieses Instrument kann auch parallel zu der Entladungsröhre geschaltet werden. Diese Schaltanordnung eignet sich auch zur" Währnehmbarmachung von Spannungsschwankungen bei gleichbleibend erhaltener Stromstärke.

In der Zeichnung sind beispielsweise zwei Vorrichtungen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Entladungsröhre 1 auf, die mit Neon, d. h. einem Gas gefüllt ist, dessen Atome sich in metastabilem Zustand befinden können. Der Druck des Neons ist ungefähr 1,5 mm. In der Röhre sind zwei aus kleinen Metallplatten bestehende Elektroden 2 und 3 angeordnet. Die eine Elektrode ist unmittelbar mit dem einen Pol einer Spannungsquelle 4 und die andere Elektrode mit dem anderen Pol dieser Spannungsquelle über einen Widerstand 5 verbunden. Parallel zu diesem Widerstand ist eine Vorrichtung 6 geschaltet, die auf die zwischen den Enden des Widerstands 5 auftretenden Spannungsänderungen anspricht.

Die Entladungsröhre 1 wird von einer schraubenlinienförmig gewundenen und ebenfalls mit Neon gefüllten zweiten Entladungsröhre 7 umgeben, die mit einer Glühkathode 8 und einer Anode 9 versehen ist. Die Glühkathode 8 wird aus einer Stromquelle 10 gespeist, während die Entladungsröhre 7 unter Zwischenschaltung eines Schalters 11 mit einer Stromquelle 12 in Verbindung steht.

Beim Betrieb· der Vorrichtung wird in der Entladungsröhre 1 zwischen den Elektroden 2 und 3 eine positive Säulenentladung erzeugt. Der Entladungsstrom hat je nach der Größe der Stromquelle 4 und des Widerstands 5 und auch im Zusammenhang mit den Abmessungen der Entladungsröhre 1 einen bestimmten Wert. Wird nun die Entladungsröhre 7 z. B. durch Schließen des Schalters 11 gezündet, so daß die

Entladungsröhre Γ mit Neonlicht bestrahlt wird, so wird das Licht durch die in der Entladungsröhre ι gebildeten metastabilen Atome absorbiert, wodurch diese Atome in einen nicht metastabilen Zustand versetzt werden. Diese Atome fallen sehr bald in den Grundzustand zurück, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß sie durch Elektronen ionisiert werden, sehr gering ist. Die Folge der Bestrahlung der Entladungsröhre ι

to mit dem durch die Entladungsröhre 7 ausgesandten Licht ist daher eine Verringerung der Stärke des durch die Entladungsröhre 1 fließenden Stroms, wodurch der Spannungsunterschied, der durch den Entladungsstrom zwischen den Enden des Widerstands 5 erzeugt wird, abnimmt. Es sind Verringerungen der Stromstärke von 3 mA auf 2 mA festgestellt worden, so daß z. B. in einem vorgeschalteten Widerstand von 17000 Ohm eine Spannungsschwankung von 17 Volt herbeigeführt werden konnte.

Wenn die Stromstärke in dem Kreis, der die zu bestrahlende Entladungsröhre enthält, gleichbleibend erhalten werden soll, so kann in diesem Kreis eine gesättigte Zweielektrodenröhre verwendet werden. Bei Bestrahlung der Entladung wird eine Anzahl von den in metastabilem Zustand befindlichen Atomen in den Grundzustand zurückgebracht, ohne sich an dem Entladungsstrom beteiligt zu haben. Infolgedessen wird die zwischen den Elektroden der Entladungsröhren erzeugte Spannung größer als bei unbestrahlter Entladung. Diese höhere Spannung verursacht dann wieder eine gleiche Stromstärke. Bei einem gleichbleibend erhaltenen Entladungsstrom von 2 mA ist z. B. eine Steigerung der Spannung zwischen den Elektroden von 60 Volt auf 85 Volt wahrgenommen worden.

Es ist ersichtlich, daß die Entladungsröhre 1 auch mit einem anderen Gas als Neon oder mit einem Dampf gefüllt sein kann, dessen Atome (Moleküle) sich in metastabilem Zustand befinden können. Ferner ist es auch möglich, dem Gas oder Dampf, der in der Entladungsröhre 1 vorhanden ist, ein anderes geeignetes Gas oder einen anderen Dampf zuzusetzen. So kann z.B. der aus Neon bestehenden Füllung der Röhre 1 eine Menge Helium, d. h. ein Gas zugesetzt werden, dessen Atome nicht durch metastabile Neonatome ionisiert werden können.

Es kann vorteilhaft sein, die Entladungsröhre mit einer Glühkathode zu versehen. In diesem Fall kann die Spannung zwischen den Elektroden viel kleiner gewählt werden, wodurch die Spannungsschwankungen relativ größer werden.

Die ganze in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung wirkt als Relais, das auf die in dem Kreis der Entladungsröhre 7 auftretenden Schwankungen anspricht. Die Erfindung läßt sich aber auch auf viele andere Zwecke anwenden, z. B. zur Wiedergabe von auf Filmbändern aufgebrachten Aufzeichnungen. Wenn man z. B. ein Filmband, das mit hellen und" dunklen Stellen in Form von Morsezeichen versehen ist, auf drahtlosem Wege zu übermitteln wünscht, so kann dies mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgen. Wenn z. B. die Entladungsröhre 1 mit einem einen Spalt aufweisenden Schirm abgedeckt gedacht wird, so kann man den zu übermittelnden Film an diesem Spalt vorbeiführen, während der Teil des Filmbands, der sich über dem Spalt befindet, durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, die Licht aussendet, das Frequenzen enthält, die durch die metastabilen Atome des in der Entladungsröhre 1 vorhandenen Gases absorbiert werden können. Die Belichtung der Entladungsröhre erfolgt infolgedessen in Abhängigkeit von der Durchlässigkeit des Teils des Filmbands, der sich über dem Spalt im Schirm befindet, und infolgedessen ändert sich die Stärke des durch die Entladungsröhre 1 fließenden Stroms entsprechend den auf dem Filmband festgelegten Zeichen. Dieser schwankende Strom kann dann auf bekannte Weise übermittelt werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung weist eine mit Neon gefüllte Entladungsröhre 13 auf, " die U-förmig ausgebildet ist. In jedem Schenkel ist ein Elektrodenpaar angeordnet. Zwischen den Elektroden 14 und 15 wird eine leuchtende Entladung erzeugt, welche die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden 16 und 17 ,bestrahlen kann. Diese letzteren Elektroden sind mit einer Stromquelle 18 und einem Widerstand 19 verbunden, während parallel zu diesem Widerstand ein Voltmeter 20 geschaltet ist. Die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden 16 und 17 entspricht der in Fig. 1 dargestellten Entladungsröhre 1 und die Entladungsstrecke zwischen den Elektroden 14 und 15 der Entladungsröhre 7 der Fig. 1. Die Elektroden 15 und 17 können gegebenenfalls zusammenfallen. Zwischen den beiden Schenkeln der Entladungsröhre 13 kann ein Filmband 21 bewegt werden, so daß die Intensität der Belichtung der Entladungsstrecke zwischen den Elektroden 16 und 17 von der Durchlässigkeit des Filmbands abhängig ist und demzufolge auch die Spannung zwischen den Enden des Widerstands 19 schwankt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   r. Vorrichtung zur Beeinflussung des Stroms oder der Spannung in einem elektrischen Kreis, der eine gasgefüllte Entladungsröhre enthält, die, während in ihr eine elektrische Entladung erzeugt wird, mit Licht bestrahlt wird, das Strahlen von solchen Frequenzen enthalt, die durch metastabile Atome (Moleküle) der Gasfüllung absorbiert werden können, wobei die Intensität der Strahlen so groß ist, daß die Leitfähigkeit der Gasfüllung abnimmt, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß die Gasfüllung der Entladungsröhre aus einem Gas oder Dampf besteht, dessen Atome (Moleküle) sich im metastabilen Zustand befinden können, und daß sie als Zusatz höchstens Gase oder Dämpfe enthält, deren Atome (Moleküle) durch metastabile Atome der Gasfüllung nicht ionisiert werden können.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre mit Licht bestrahlt wird, das durch eine elektrische Entladung in einer zweiten Entladungsröhre mit einer Gas- oder Dampffüllung erzeugt wird, wobei die Füllung dasselbe Gas oder denselben Dampf enthält, mit dem die zu bestrahlende Entladungsröhre gefüllt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige elektrische Entladungsröhre mit zwei Entladungsstrecken aufweist und die Entladungsröhre derart ausgebildet ist, daß das in einer der Entladungsstrecken erzeugte Licht die andere Entladungsbahn bestrahlen kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen