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Einrichtung zur Funkenspektralanalyse Durch das Hauptpatent ist der
Weg gewiesen, um die Konstanz und Reproduzierbarkeit -elektrischer Entladungen für
spektralanalytische Zwecke herbeizuführen. Hierbei hat insbesondere die Einfügung
von Widerständen an verschiedenen Stellen des Entladungskreises auf den Charakter
des Spektrogramms einen großen Eiinfluß.
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Ausführliche Versuche habe. nun das überraschende Ergebnis gehabt,
daß selbst dann, wenn der Entladungskreis gemäß der Erfindung mit Dämpfungen versehen
ist, die kleiner als
sind, Hochfrequenzschwingungen ausblervben können. In solchen Fällen tritt dann
eine außerordentlich gute Konstanz der Entladungen ein. Die Verwendung eines Widerstandes
von der angegebenen Größe hat ferner den großen Vorteil, däß die Entladung an sich
wesentlich heller wird als bei Verwendung eines großen Widerstandes, ohne daß Störungserscheinungen
merklichen Einfluß auf die spektrale Konstanz gewinnen können. a Der Widerstand
kann unter Umständen sogar so klein gewählt werden, daß Hochfrequenzschwingungen
erneut auftreten, ohne die spektrale Konstanz zu stören. Dies ergibt sich, weil:
die Einschaltung eines Widerstandes stets eine sitarke Dämpfung bedeutet und daher
die nachfolgenden Hochfrequenzschwing engen nur sehr geringe Energie haben und -weder
zur Erwärmung der Elektroden bzw. der Aufsiitzstellen dpr Entladung noch zu dem
spektralen Charakter der - Entladung wesentliche Bekräge liefern. Das Spektrum wird
in diesem Falle in ausschlaggebender Weise von der :ersten hochfrequenten Halbwelle
bestimmt und nicht von der sich vielleicht anschließenden späteren energiearmen
Schwingung.
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Die Einfügung dieses Widerstandes braucht nicht unbedingt in der Form
zu erfolgen, daß er als ein getrenntes Organ in den Entla.dungskreis eingeschaltet
wird; er kann vielmehr unter Benutzung sonst bekannter Dämp-. fungsvorgänge ausgeführt
werden. Als Beispiele für derartige Durchführungsmöglichkeiten seien hier genannt:
die Herstellung der Induktivität aus Widerstandsmaterial, die Vergrößerung der kapazitiven
Verluste durch irgendwelche an sich bekannten Maßnahmen und ähnliches. Der Verlust
kann auch indirekt herbeigeführt werden, indem z. B. die Induktivität des Kreises
in irgendeiner Weise mit anderen Appanateteiiien elektrisch gekoppelt ist, die zur
Energieaufnahme und Vernichtung befähigt sind.
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An Hand der beiliegenden Zeichnungen sei nun die Wirkungsweise dies
Widerstandes
dargelegt. Abb. i zeigt einen Entladungskreis, der
aus der Kapazität C, der Induktivität L, dem Widerstand R und der Funkenstrecke
F besteht. In F befindet sieh der zu untersuchende Stoff. Die Zuführung der Hochspannung
erfolgt an den Abzweigpunkten von C bzw. von L, gemäß der Abbildung also von links
her. Oszillographilert man mit dem Kathodenoszillographen beispielsweise eine Entladung,
so bekommt man ein Oszillograrnm entsprechend Abb. z, wenn der Kreiss keine Funkenstrecke
F enthält. Es ist, wie man sieht, eine gedämpfte Schwingung, die nach einigen Perioden
zum Erlöschen kommt. Schaltet man jetzt in diesen Kreis eine Funkenstrecke ein und
nimmt weder ein Oszill.ogramm auf, so erhält man als Spannungsverlauf an der Induktivitä.t
eine Kurve, wie sie in Abb. 3 die ausgezogene Kurve darstellt. Die Spannung steigt
zunächst nach Eintritt der Entladung auf einen Maximalwert, um dann ci.nusförmig
abzuklingen bis zu , dem negativen Maximalwert. .In diesem Augenblick geht, wie
die gestrichelte Stromkurve zeigt, die Entladung durch Null; es tritt ein Vorzeichenwechsel
der beiden Elektroden in F ein. Zu einer weiteren Entladung ist es erforderlich,
daß die Spannung an den Elektroden erst wieder gewisse Werte erreicht hat, was nur
innerhalb meßbarer Zeiten möglich ist. Daher sinkt die Spannung an der In duktivität
zunächst erheblich ab, um nach erneutem Ektritt der Entladung wieder auf ungefähr
den Anfangswert anzusteigen. Infolge des Energieverlustes bei der Entladung ist
die Zeit, die zum Wiederzünder des Übergangs in F erforderlich ist, bei dem zweiten
Polwechsel wesentlich größer, bei dem dritten erlischt der Funkenüb-ergang in F
überhaupt, und es findet nur noch an der Induktivität ein hochfrequenter Ausgleich
statt, der durch die Schwingung am Ende gekennzeichnet ist.
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Noch übersichtlicher ist vielleicht die Darstellung, die in Abb-.4
gegeben ist. Es: zeigt diese Abbildung den Verlauf der Spannung an der Funkenstrecke
F. Vor Eintritt des Überschlages ist hier eine große Spannung Vo vorhanden, die
mit Eintreten der Entladung steil abfällt bis zu dem Punkta. Diesle Spannung entspricht
ungefähr der normalen Bogenspannung ;in einer Höhe von etwa i oo Volt. Im weiteren
Verlaufe der Entladung sinkt diese Spannung an den Elektroden auf etwa 45 Volt,
eine Folge der zunehmenden Stromstärke im Funken. (Punkt b) und steigt gegen Ende
wieder auf die Hohe von ioo Volt (Punkte). Infolge des eintretenden Polwechsels
ist nach ihrer Umkehrung die Spannung zunächst wesentlich höher (Funkt d) ; sie
kann # 40o Volt und darüber betragen. Der weitere Verlauf ist jedoch entsprechend
dem eben Geschilderten. Infolge der verlängerten Zeitdauer für die Wiederzündung
ist auch die Spannungsspitze bei der zweiten Rückzündung wesentlich verbreitert.
Nach dem dritten Nulldurchgang erlüs.cht die Schwingung; @es bleibt eine Restspannung,
die nicht unbedeutend sein kann und mehrere hundert Volt unter Umständen erreicht.
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Es ergibt sich ohne weiteres, daß die Wiederzündung der Entladung
in dem Falle unterbleibt, wenn die Spitze der wiederkehrenden Spannung die zur Zündung
erforderliche Höhe nicht erreicht, die immerhin einige hundert Volt beträgt. Diese
Spitze ist natürlich um so flacher, je stärker der Energieentzug der Entladung gewesen
ist. Andererseits muß diese Spannungsspitze um so höher sein, eine je größere Anzahl
von Funkenstrecken hintereinandergeschaltet ist. Es ergibt sich hieraus die vorzügliche
Wirkung, die eine besonders eingeschaltete Löschfunkenstrecke auf die Dämpfung der
Entladung in dem geschilderten Fall haben muß; denn an jeder dieser Funkenstrecken
muß eine erhebliche Spannungsspitze entstehen, um die Rückzündung zu ermöglichen.
Der Widerstand, der eine periodische Dämpfung herbeiführen soll, kann daher im allgemeinen
um so kleiner sein, je höher die Anzahl von hhntereinandergeschalteten Funkenstrecken
ist.
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Um die Größenverhältnisse zu zeigen, seien hier folgende Daten gegeben:
Nimmt man einen Schv,dngungskreis, aus L und C bestehend, mit einer Wellenlänge
von :etwa 3 km, so würde sich bei einer Größe der Kapazität C= 300o cm ein aperiodischer
Grenzwiderstand ergehen von etwa 530 Ohm. Infolge der geschilderten Vorgänge
an den Elektroden wird aber noch bei: ,einem Widerstand, der nur 5o Ohm beträgt,
d. h. also den zehntenTeil des errechnetenWertes, ein aperiodischer Funkenübergang
in F erzielt, wenn man außer der Funkenstrecke F noch. drei bis vier Funkenstrecken'hinltereinanderschaltet.
Die Folge dieses stark verminderten Widerstandes ist, wie schon angeführt wurde,
eine wesentlich lichtstärkere Entladung, ohne daß die Zerteilung, namentlich an
der Kathode, in einzelne Aufsitzstellen @eintrütt, die sonst oft den einheitlichen
spektralen Charakter stört und z.77 Intelsitätsschwamkxulgen der verschledenen Spektrallntäen
Veranlassung gibt.
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Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß die Wirkung der Dämpfung
darin. besteht, daß bei dem Vorzeichenwechsel der Elektroden die wiederkehrende
Spannung an ihnen keine solche Höhe erreicht, daß eine Rückzündung stattfinden,
kann. Natürlich darf auch die vom Transformator nachgelieferte
Spannung
nicht Prersäts :eine Wiederzündung der Hochfrequenzschwingungen herbeiführen. Dies
kann verhindert werden, indem man z. B. durch geeignete: Anzapfungen oder :ähnliche
an sich bekannte Maßnahmen die,erforderliche Größe für jede Aufgabe bzw. für jeden
Schaltteil herstellt. In vielen Fällen empfiehlt es sich aber, diese Aufgabe lieber
auf zwei Widerstände derart zu verteilen;, daß der eine Widerstand die oben geschilderte
Wirkung der Verhinderung des Auftretens einer zu hohen Wiederzündungsspannungder
Hochfrequenzentladnung hat, während der zweite die vom Transformator unmittelbar
nach der Entladung gelieferte Sparmung auf der erforderlichen geringen Höhe hält.
Da nämlich der Überschlag praktisch einen I"'-uxzschluß der Objerspannungssieite
des Transfornnators darstellt, so bricht hierbei die Spannung an seinen Mennmrnen
weitgehend zusammen, besonders dann, wenn die Energieaufnahme ;aus dem Netz beschränkt
ist. Verhindert man dann durch an sich bekannte Einrichtungen die sofortige Rückkehr
der ursprünglichen Klemmenspannung, so werden zunächst die Kapazitäten aufgeladen.
Inzwischen ist aber die Wechselspannung iabgesunken, so daß neue Entladungen in
der gleichen Halbwelle nicht auftreten können. Ein Widerstand; an sich beliebiger
Art, hat also nicht etwa, wie das bisher schon bekannt war, die Höhe der Oberspannung
es Transformators zu regeln, sondern lediglich den Energienachsdhub aus dem Netz
zu begrenzen. Er ist daher vorwiegend s.o: klein, daß er ohne Funkenentladung so
gut wie keinen Einfluß auf die vom Transformator gelieferte Spannung hat; erst beim
Kurzschluß des Transformators wird seine Einschaltung bemerkbar, indem .er hierbei
einen großen, wenn nicht den überwiegenden Teil der Netzspannung aufnimmt, Bei Beachtung
dieser Maßnahmen gelingt es leicht, ein Spektrum'hervörragender GlekhmäßIgkeit herzustellen,
das zur quantitativen Analyse ohne weiteres benutzt werden kann. Außerdem. kann
man durch Einschaltung entsprechender Spierrorgane, z. B. einer unsymmetrischen
Funkenstrecke o. dgl., @es gegebenenfalls leicht :erreichen, daß ausäc!liließä@h
oder vorwiegend innmer nur die (eine Elektrode Kathode wird und daher bleispielsweis.e
nur diejienige Elektrode zur spektralen Lichtaussendung herangezogen wird, deren
Zusammensetzung man aus: besonderen Gründen möglichst für wich bestimmen will.