DE636028C

DE636028C - Relay switching for triggering switching processes using photocells

Info

Publication number: DE636028C
Application number: DES107172D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Bayha
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-11-24
Filing date: 1932-11-24
Publication date: 1936-10-01

Description

Photozellen. werden vielfach verwendet, um in Abhängigkeit von einer Beleuchtungsstärke Arbeitsvorgänge einzuleiten oder anderweitig Schalthandlungen zu bewirken. Bei einer großen Anzahl dieser Anwendungsgebiete ist es notwendig, daß eine möglichst genaue Abhängigkeit zwischen Beleuchtungsstärke urid Emission der Photozellen besteht. Im allgemeinen werden Zellen mit äußerem lichtelektrischem Effekt, d. h. Emissionszellen (Alkalizellen oder ähnliche), verwendet oder solche mit innerem lichtelektrischem Effekt, (d. h. Widerstandszellen, Selenzellen o. dgl.), da diese Zellen wegen ihres großen inneren Widerstandes Spannungen abgeben können, die in den meisten Fällen für Verstärkung mit normalen Verstärkereinrichtungen geeignet sind. Die beiden genannten Zellenarten haben jedoch den Nachteil, daß eine besondere äußere elektromotorische Kraft vorhanden sein muß und daß außerdem die Wirkung der Photozellen nicht liniear mit der Beleuchtungsstärke zunimmt. Besonders ungünstig liegen die Verhältnisse in dieser Hinsieht bei Selenzellen; denn bei diesen ist keineswegs eine eindeutige · Abhängigkeit zwischen der erzielten Wirkung und der Leuchtstärke vorhanden; diese hängt vielmehr von äußeren Umständen, von der Belichtungs dauer, von der Änderungsgeschwindigkeit der Beleuchtung und ähnlichem ab.Photocells. are often used to depend on an illuminance Initiate work processes or otherwise effect switching operations. At a large number of these areas of application, it is necessary that a precise dependency between the illuminance and emission of the photocells. In general cells with an external photoelectric effect, i.e. H. Emission cells (Alkaline cells or similar), used or those with an internal photoelectric effect, (i.e., resistance cells, selenium cells, or the like) since these cells, because of their large internal Resistance can give off voltages, in most cases for amplification with normal amplifier equipment are suitable. The two types of cells mentioned however, have the disadvantage that a particular external electromotive force is present must be and that, moreover, the effect of the photocells does not increase linearly with the illuminance. Particularly unfavorable are the conditions in this respect with selenium cells; because with these is by no means a clear · dependency between the effect achieved and the Luminosity available; it depends rather on external circumstances, on the exposure duration, the speed at which the lighting changes and the like.

Man mußte daher komplizierte Apparate und Schaltungen verwenden, um diese" Mängel auszugleichen. Man läßt beispielsweise bei Selenzellen das Licht nicht dauernd, sondern durch eine rotierende Blende intermittierend auf diese Zellen · einwirken, so daß kurzzeitige Spannungsstöße entstehen und die Änderungsgeschwindigkeit in der Belichtung stets die gleiche ist.Complicated apparatus and circuitry had to be used to compensate for these "deficiencies. In the case of selenium cells, for example, the light is not left on permanently, but rather intermittently through a rotating diaphragm these cells act, so that short-term voltage surges occur and the rate of change is always the same in exposure.

Wesentlich, günstigere Betriebsbedingungen erhält man bei den sog. Sperrschichtphotozellen. Die wichtigste dieser Zellen ist die Kupferoxydulzielle. Es gibt aber auch Selenzellen, die auf dem gleichen Prinzip beruhen. Der Hauptvorteil dieser Zellen gegenüber den obengenannten liegt darin, daß keine äußere elektromotorische Kraft erforderlich ist, sondern daß die Zelle selbst eine elektromotorische Kraft erzeugt, die in weiten Grenzen der Lichtstärke' proportional ist. Vorbelichtung und Belichtungsdauer haben bei dieser Zelle keinen Einfluß auf die Charakteristik. Trotz dieser günstigen Eigenschaften sind Sperrschichtzellen bisher nurin geringem Umfange angewendet worden. Man hat sie meist nur für Meßzwecke verwendet, nicht dagegen für technische Zwecke, bei denen es auf größere Schaltleistungen, beispielsweise zur Betätigung von Relais und ähnlichen Schaltapparaten, ankommt. Der Grund dafür liegt in der außerordentlich ge-Substantially more favorable operating conditions are obtained with the so-called barrier photocells. The most important of these cells is the copper oxide cell. But there are also selenium cells based on the same principle. The main advantage over these cells the above is that no external electromotive force is required is, but that the cell itself generates an electromotive force which, within wide limits, is proportional to the intensity of the light is. Pre-exposure and exposure time have no influence on the characteristics of this cell. Despite these favorable properties, barrier cells have so far only been available has been used to a small extent. They have mostly only been used for measuring purposes, but not for technical purposes, which require larger switching capacities, for example to operate relays and similar switching devices. The reason for this lies in the extraordinarily

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dipl.-Ing. Helmut Bayha in Berlin-Siemensstadt.Dipl.-Ing. Helmut Bayha in Berlin-Siemensstadt.

ringen Spannung von einigen Millivolt, die eine Sperrschichtzelle abgibt. Mit normalen Verstärkereinrichtungen konnte man bisher..., derartige kleine Spannungen und die entspr^ cliend geringen Ströme nicht verstärken, wwrestle voltage of a few millivolts that a junction cell emits. With normal Amplification devices could be ..., such small voltages and the corresponding ^ cliend not amplify low currents, w

Gegenstand der Erfindung ist eine Relais«^, schaltung zur Auslösung von Schaltvorgängen' mittels Photozellen, die von besonderer Bedeutung für die technische Anwendung von ίο Sperrschichtzellen ist. Erfindungsgemäß wird ein durch Wechselstrom bis in den Bereich hoher Sättigung erregter Transformator vorgesehen, der durch den Photozellenstrom so vormagnetisiert wird, daß die beim NuIlig durchgang des magnetischen Flusses in der Sekundärwickluaig induzierten Spannungsstöße in ihrer Phasenlage verschoben werden. Dabei hängt die Steuerung der übrigen Schaltung von der Phasenlage dieser in der Sekundärwicklung induzierten Spannungsstöße gegenüber einer nach Größe und Phase festliegenden Wechselspannung ab. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man diese Veränderungen in der Phasenlage der Spannungsstöße gegenüber der nach Größe und Phase festliegenden Wechselspannung zur Veränderung der Steuerung von Entladungsstrecken, insbesondere Gas- oder Dampfentladungsstrecken, verwendet. Durch geeignete Anpassung der Bemessung der Vormagnetisierungswicklung des Transformators an die Spannungs- bzw. Stromverhältnisse der Photozellen läßt es sich erreichen, daß man durch jede Photozellenart die Vormagnetisierung des Transformators in ausreichendem Maße beeinflussen kann. Wie schon oben erwähnt, ist die erfindungsgemäße Schaltung jedoch von besonderer Bedeutung für Sperrschichtzellen, da diese verhältnismäßig geringe EMK haben, die zur unmittelbaren Verstärkung durch normale Verstärkereinrichtungen im allgemeinen nicht ausreicht.The subject of the invention is a relay «^, circuit for triggering switching processes' by means of photocells, which are of particular importance for the technical application of ίο junction cells. According to the invention a transformer excited by alternating current up to the area of high saturation is provided, which is premagnetized by the photocell current so that the NuIlig passage of the magnetic flux in the secondary winding induced voltage surges be shifted in their phase position. The control of the rest of the circuit depends on this of the phase position of these voltage surges induced in the secondary winding an alternating voltage that is fixed in terms of magnitude and phase. Particularly beneficial it is when one contrasts these changes in the phase position of the voltage surges the alternating voltage, which is fixed in terms of magnitude and phase, to change the Control of discharge paths, in particular gas or vapor discharge paths, used. By suitably adapting the dimensioning of the premagnetization winding of the Transformer to the voltage or current conditions of the photocells can be achieve that the premagnetization of the transformer is achieved by each type of photocell can influence to a sufficient extent. As already mentioned above, the inventive Circuitry, however, is of particular importance for junction cells as these have relatively low emf for direct amplification by normal amplification equipment generally not enough.

In Fig. ι der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel das Schema einer Relaisschaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Bei dieser Schaltung ist ein gas- oder dampfgefülltes Entladungsgefäß 16 vorgesehen, dessen Anodenstromkreis über einen Verbraucher 25 an das Wechselstromnetz 22 angeschlossen ist und dessen Aussteuerung in. Abhängigkeit von dem Strom der Photozelle 24 verändert werden soll. Zur Erzeugung der Zündspannungsimpulse für das Entladungsgefäß, deren Phasenlage von dem Photozellenstrom abhängig sein soll, dienen die beiden Transformatoren 18 und 19, die durch die in Reihe geschalteten Wicklungen 20 bzw. 21 mit Wechselstrom erregt werden.In Fig. Ι the drawing is an embodiment the scheme of a relay circuit according to the invention is shown. This circuit is a gas or steam-filled Discharge vessel 16 is provided, the anode circuit of which via a consumer 25 is connected to the alternating current network 22 and its modulation in. Dependency is to be changed by the current of the photocell 24. To generate the ignition voltage pulses for the discharge vessel, the phase position of which depends on the photocell current should be, serve the two transformers 18 and 19, which are connected in series switched windings 20 and 21 are excited with alternating current.

Das wesentliche Merkmal der Anordnung besteht darin, daß die beiden Transformatoren 18 und 19 so bemessen sind, daß ihre Kerne stark gesättigt sind. Die magnetischen Verhältnisse sind in den Fig. 2 und 3 angegeben. ^ Der von den beiden Wicklungen 20 und 21 fan den Transformatoren 18 und 19 während ' eilier vollen Periode der Wechselspannung V;äjpä Netzes 22 erzeugte Amperewindungsdruck Verläuft nach der Kurve AW₁- In Fig. 3 ist dementsprechend der Verlauf der Induktion in dem Magnetkreis der beiden Transformatoren angegeben. Die Induktion B ist dabei als Abszisse, der Amperewindungsdruck AW als Ordinate aufgetragen. Aus dem Verlauf der Induktionskurve ist zu ersehen, daß der Eisenkern bereits bei geringen Werten des Amperewindungsdruckes, d.h. bei geringen Werten der in den Wicklungen 20 und 21 fließenden Ströme, den Sättigungszustand erreicht, daß also nur während einer sehr kurzen Zeitspanne innerhalb der Halbperiode in den Sekundärwicklungen der Transformatoren 18 und 19 Wechselspannungen erzeugt werden. Bei den in Fig. 2 und 3 angenommenen Verhältnissen erhält man Spannungen, deren Zeit verlauf durch die Kurve ^₁ dar gestellt ist.The essential feature of the arrangement is that the two transformers 18 and 19 are dimensioned so that their cores are highly saturated. The magnetic conditions are given in FIGS. 2 and 3. ^ The ampere turn pressure generated by the two windings 20 and 21 fan the transformers 18 and 19 during a full period of the alternating voltage V; äjpä network 22 runs according to the curve AW ₁ - in Fig. 3 accordingly the course of the induction in the magnetic circuit is the specified for both transformers. The induction B is plotted as the abscissa, the ampere turn pressure AW as the ordinate. From the course of the induction curve it can be seen that the iron core already reaches the saturation state at low values of the ampere turn pressure, i.e. at low values of the currents flowing in the windings 20 and 21, that is, that only during a very short period of time within the half-period in the Secondary windings of the transformers 18 and 19 alternating voltages are generated. With the conditions assumed in Fig. 2 and 3, voltages are obtained, the time course of which is shown by the curve ^ ₁ .

Wie aus dem Schaltungsschema der Fig. 1 ersichtlich ist, trägt der Transformator 19 eine Gleichstromwicjdung 23, die an die Photozelle 24 angeschlossen ist. Sobald in der Wicklung 23 Strom fließt, wird der Eisenkern des Transformators 19 vormagnetisiert, und die Amperewjndungsdruckkurve für diesen Transformator nimmt die Lage der Kurve AW₂ in Fig. 2 ein. Die ganze Kurve wird um ein geringes Maß, das von der Größe des Photozellenstromes abhängt, gehoben. Das hat den Erfolg, daß in der Sekundärwicklung des Transformators 19 jetzt eine Wechselspannung erzeugt wird, die den Verlauf e% hat. Die beiden Kurven e_t und e₂ werden gegeneinander zeitlich verschoben, wobei die Größe dieser Verschiebung von der Größe der Vormagnetisierung durch den Photozellenstrom abhängt.As can be seen from the circuit diagram of FIG. 1, the transformer 19 carries a direct current winding 23 which is connected to the photocell 24. As soon as current flows in the winding 23, the iron core of the transformer 19 is premagnetized, and the ampere-turn pressure curve for this transformer takes the position of the curve AW ₂ in FIG. The whole curve is raised by a small amount, which depends on the size of the photocell current. This has the success that an alternating voltage is now generated in the secondary winding of the transformer 19, which has the curve e% . The two curves e _t and e ₂ are shifted in time with respect to one another, the magnitude of this shift depending on the magnitude of the premagnetization by the photocell current.

Die Wirkung auf das Entladungsgefäß 16 sei an Hand der Fig. 4 erläutert. Wie aus dem Schaltungsschema der Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Spannungen der Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren 18 und no 19 an der Primärwicklung des Transformators 17 gegeneinandergeschaltet. Solange der Photozellenstrom in der Wicklung 23 Null ist, heben sich die beiden Wechselspannungen gegenseitig auf, und in dem Gitterkreis des Entladungsgefäßes 16 wirkt lediglich die negative Vorspannung der Batterie 24. Sobald in der Wicklung 23 des Transformators 19 Strom fließt, tritt die vorstehend erläuterte Verschiebung der beiden Spannungskurven e_x iao und e% ein. In Fig. 4 ist C₁' = — e_x und e₂ mit der zwischen ihnen auftretenden Phasenver-The effect on the discharge vessel 16 is explained with reference to FIG. 4. As can be seen from the circuit diagram of FIG. 1, the voltages of the secondary windings of the two transformers 18 and 19 on the primary winding of the transformer 17 are connected to one another. As long as the photocell current in the winding 23 is zero, the two alternating voltages cancel each other out, and only the negative bias of the battery 24 acts in the lattice circle of the discharge vessel 16. As soon as current flows in the winding 23 of the transformer 19, the displacement explained above occurs of the two voltage curves e _x iao and e% . In Fig. 4, C ₁ '= - e _x and e ₂ with the phase difference between them

Claims

Shift shown. As the sum of the two, a resulting voltage curve is obtained in transformer ij, which has approximately the shape of the curves. Depending on the size of the premagnetization and the resulting time shift of the two voltage curves e ± 'and e2 relative to one another, the voltage curve e3 reaches different maximum values. By setting ίο the voltage of the battery 24 it can be ensured that the passage of current of the discharge vessel is initiated as soon as the voltage £ 3 exceeds a certain value. The voltages generated on the secondary winding of the transformer 17 are still completely sufficient, even with the smallest voltages supplied by the photocell 24, for normal technical purposes. To operate strengthening devices. In the exemplary embodiment, the circuit diagram of which is shown in FIG. 1, the relay 25 is actuated as soon as the illuminance of the photocell 24 exceeds a certain value. The opposite effect can also be obtained, for example by connecting a constant, oppositely directed DC voltage in series with the photocell, which is somewhat greater than the maximum photocell voltage, or by applying a constant DC excitation to the transformer 19 Ampere-turns are slightly larger than the maximum value of the ampere-turns supplied by the photocell, but counteract this. Furthermore, the effect can be increased if the transformer 18 is provided with a direct current winding which is connected in series with winding 23, but in such a way that it has the opposite effect. The voltage surges ^ 1 'and e2 occur not only on the secondary winding of the transformers 18 and 23, but also on the terminals of the primary winding 20 and 21 and also on the terminals of the bias winding 23 Pick up voltage surges on this winding 23 and thereby save a winding. Patent claimK:

1. Relay circuit for triggering switching processes by means of photocells, in particular Junction cells, characterized in that an alternating current up to the range of high saturation energized transformer is provided, which is premagnetized by the photocell current that the at the zero crossing of the magnetic flux in the secondary winding induced voltage surges, of their phase position compared to an alternating voltage which is fixed in terms of magnitude and phase the control of the rest of the circuit depends on being shifted in 'their phase position.

2. Relay circuit according to claim 1, characterized in that the phase position the voltage surges induced in the secondary winding compared to the alternating voltage, which is fixed in terms of magnitude and phase the control of discharge paths, in particular gas or vapor discharge paths, depends.

3. Relay circuit according to claim 1 and 2, characterized in that the Secondary winding of a transformer pre-magnetized by the photocell current of the secondary winding of the same, However, the transformer is not magnetized or is oppositely magnetized by the photocell current is connected in the opposite direction, so that there is between the two secondary windings induced voltage surges with a variable photocell current result in variable differential values (Fig. 4).

4. Relay circuit according to claim 1 to 3, characterized by a constant or adjustable DC voltage source, whose DC voltage corresponds to the photocell voltage counteracts.

5. Relay circuit according to claim 3, characterized in that on one Transformer or both transformers constant or adjustable DC ampere turns are brought into action, which counteract the ampere turn generated by the photocell current.

1 sheet of drawings