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Verfahren zur Messung kurzer Zeiten mittels Dampf- oder gasgefüllter
Entladungsgefäße Zur Messung kurzer Zeiten sind Verfahren bekannt, die es gestatten,
den Beginn und das Ende des zu messenden Zeitabschnittes zu markieren. Handelt es
sich z. B. darum, die Zeit zu messen, die ein Geschoß braucht, um eine bestimmte
Strecke zu durchfliegen, so kann dies durch Unterbrechung von Strahlengängen geschehen,
derart, daß der bewegte Körper am Anfang und am Ende einer Strecke genau bekannter
Länge je einen Spannungsimpuls, beispielsweise lichtelektrisch, auslöst.
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Es ist ferner bekannt, solche Spannungsimpulse einer aperiodisch instabilen
Kippschaltung von Elektronenröhren zuzuführen und so einen Stromstoß von der Dauer
der Laufzeit des bewegten Körpers durch. die Meßstrecke zu erhalten. Dieser Stromstoß
wird im allgemeinen einem ballistischen Galvanometer zugeführt, dessen Ausschlag
alsdann proportional der Dauer des beobachteten Vorganges ist.
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Es sind auch schon Anordnungen mit gas-oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen
bekannt, die es gestatten, Stromimpulse und bei gleichzeitiger Benutzung von Photozellen
auch die Häufigkeit des Eintretens von optischen Ereignissen, also Lichtimpulse,
zu zählen. Insbesondere ist in der Arbeit von C. E. W y n n -W i 1 l i a m s in
den Proceedings' of the Royal Society of London, Serie A, Bd. 136, 1932,
S.
3i? ,ff., eine Vorrichtung mit gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen beschrieben,
bei der zwei Entladungsgefäße mit gemeinsamer Anodengleichspannung anodenseitig
durch einen Kondensator verbunden sind, so daß stets das eine Entladungsgefäß stromdurchflossen,
das andere stromlos ist und ihre Steuerspannungen von den zu messenden Impulsen
derart beeinflußt werden, daß der Betriebszustand der Entladungsgefäße durch den
ersten Impuls vertauscht, durch den zweiten aber wiederhergestellt wird.
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Gemäß der Erfindung wird dieses an sich zum Zählen von Bewegungsvorgängen
bekanntie Verfahren dadurch zur Messung kurzer Zeiten verwendet, daß zwischen die
Anoden und die einzelnen Gitter den Betriebszustand ändernde, zu Anfang und am Ende
des zu messenden Zeitabstandes Spannungsimpulse liefernde -Photozellen derart geschaltet
sind, daß der Betriebszustand der beiden Entladungsgefäße durch den ersten lichtelektrischen
Impuls umgekehrt und durch den zweiten wiederhergestellt wird. Dabei werden ein
oder mehrere Gleichrichter (Ventile) benutzt, die zwischen die Irnpulsgebereinrichtung
(Photozelle) und die Gitter der Entladungsgefäße
geschaltet sind.
Diese Ventile haben die Aufgabe, die Spannungsimpulse nur in einer bestimmten Richtung
durchzulassen. Diese Maßnahme hat folgenden Zweck.
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Die Photozelle wird beim Erfindungsgegenstand mit einem Widerstand
in Reihe geschaltet und an eine Gleichspannung gelegt:, Wird die Photozelle belichtet,
so sinkt ihr innerer Widerstand. Der Mittelpunkt des aus dein konstanten und lichtabhängigen
Widerstand (Photozelle) bestehenden Spannungsteilers erfährt eine Potentialverschiebung.
Kurzzeitige Belichtungsimpulse rufen also an diesem Punkt des Spannungsteilers Potentialverschiebungen
hervor, die die Form eines Spannungsstoßes annehmen (z. B. einer Sinushalbwelle).
Wird dieser Punkt über einen Kondensator an das Gitter eines gas- oder dampfgefüllten
Entladungsgefäßes angeschlossen, so können durch den Kondensator nur Strom- bzw.
Spannungsänderungen auf ;las Gitter des Entladungsgefäßes übertragen werden. Infolgedessen
ändert sich die Gitterspannung des Entladungsgefäßes nach dem Differentialquotienten
der ursprünglichen Spannungskurve. Der Differentialquotient einer Kurve von der
Form einer Halbwelle weist jedoch sowohl einen positiven als auch einen negativen
Spannungsimpuls auf. Infolgedessen muß eine Vorrichtung vorgesehen werden, die Spannungsimpulse
nur in einer bestimmten Richtung durchläßt.
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In der Zeichnung sind in den Abb. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele
von Schaltungen zur Durchführung des Meßverfahrens dargestellt.
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Die Spannungsimpulse, deren zeitlicher Abstand bestimmt werden soll,
können entweder auf ein und derselben Leitung (Abb. i über 2, 3) oder auch auf getrennten
Leitungen (Abb. 2 über 16, 17 und 16', 17') der eigentlichen Meßanordnung zugeführt
werden. Der eine Pol der Impulszuleitungen liegt in beiden Fällen an den Kathoden
zweier gas-oder dampfgefüllter Entladungsröhren 5 und 5' bzw. i9 und ig', die in
bekannter Weise ein symmetrisches Aggregat bilden. Der andere Pol der Impulsleitungen
ist über eine (Abb. i ) bzw. zwei (Abb. 2) Gleichrichterröhren (Ventile) ¢ bzw.
18 und 18' an die Gitter der beiden-gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäße gelegt.
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.In beiden Fällen ist die Anordnung sq getroffen, daß die positiven
Spannungsimpulse beim Austritt des bewegten Körpers aus den Strahlengängen ausgelöst
werden. Durch Vertauschen der Anschlüsse bei 2, 3 bzw. 16, 17 und 16', 17' kann
man ohne weiteres erreichen, daß positive Spannungsimpulse beim Eintritt des bewegten
Körpers in den Strahlengang auftreten. Die positiven Spannungsimpulse werden in
an sich bekannter Weise über Kondensatoren 8 und 8' bzw. 22 und 22' den Gittern
der gasgefüllten Entladungsröhren zugeleitet, welche über Gitterwiderstände g und
9' bzw. 23 und 23' eine von dem Typ der Entladungsröhre abhängige Vorspannung durch
Gitterbatterien io und 10" bzw. 24. und 24' erhalten. Unter Umständen kann
man auch statt zweier eine gemeinsame Gitterbatterie verwenden.
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Das zeitmessende Entladungsrohr ist in den beiden Schalturigen das
Entladungsrohr 5' bzw. i g. Bei der Anordnung gemäß Abb. i wird die Zeit durch die
Auslöschdauer des Rohres 5', bei der Anordnung gemäß Abb. 2 durch die Brenndauer
des Rohres i g' gemessen. Das zweite Entladungsrohr hat in beiden Schaltungen den
alleinigen Zweck, das Auslöschen des zeitmessenden Entladungsrohres zu veranlassen.
Im Ruhezustand brennt in der Schaltungsanordnung gemäß Abb. i das Entladungsrohr
5' und in der Schaltungsanordnung gemäß Abb. 2 das Entladungsrohr icg.
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In beiden Schaltungen wird der Spannungsunterschied im zeitmessenden
Entladungsgefäß zwischen gelöschtem - die gesamte Anodenspannung liegt am Entladungsgefäß
-und brennendem - nur ein Bruchteil der Anodenspannung liegt am Entladungsgefäß
-Zustand verwendet, um eine im Ruhezustand gesperrte Elektronenröhre 12 bzw. z5-für
die Dauer der Löschung von 5' bzw. des, Brennens von i9' freizugeben. Man erhält
auf diese Weise einen Stromstoß von der Dauer der zwischen zwei aufeinanderfolgenden
positiven Spannungsimpulsen liegenden Zeit. Dieser kann in bekannter Weise gemessen
werden, z..B. durch ein ballistisches subjektives Zeiger- oder objektives Registrierinstrument
27 bzw. 27'.
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Für die Dauer der Zeitmessung rnuß demzufolge das Gitter der Elektronenröhre
positiv geladen sein, während es im Ruhezustand eine so große negative Vorspannung
besitzen muß, daß praktisch kein Anodenstrom fließt. Zu diesem Zweck sind in Abb.
i die Kathoden von 5' und 12 miteinander verbunden, und das Gitter von i z äst über
eine die Spannung herabsetzende Batterie i 1 an die Anode von 5' angeschlossen.
Man erreicht dadurch, daß im Ruhezustand die geringe, positive Spannung im Entladungsgefäß
um so viel durch die Gitterbatterie gesenkt wird, daß kein Anodenstrom fließt, daß
aber im zeitmessenden Zustand der hohe Spannungsabfall im ausgelöschten Entladungsgefäß
die Gittervorspannung der Elektronenröhre so weit hebt, daß das Gitter positiv wird
und den Anodenstrom freigibt. Die Anodenspannung für eine die Steuerimpulse liefernde
lichtelektrische Zelle i, die Entladungsgefäße 5 und 5' und die Elektronenröhre
12
können bei dieser Schaltung einer gemeinsamen Batterie 13 entnomm,-n werden.
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Bei der Schaltung gemäß Abb. 2 ist umgelehrt die Anode von i g' mit
der Kathode ve. 2,5 verbunden, während die Kathode von-i9,1-mit dein Gitter
von 25 in Verbindung steht. Hier liegt im Ruhezustand der hohe Spannungsabfall längs
des Entladungsgefäßes mit dem negativen Pol am Gitter der Elektronenröhre und sperrt
den Anodenstrom. Während der Zeitmessung aber wird durch den geringen Spannungsabfall
im brennenden Entladungsgefäß das Gitter positiv und läßt den Anodenstrom hindurch.
Wenn es der Typ der verwendeten Elektronenröhre 25 erfordert, muß liier in die Gitterzuleitung-
eine Batterie eingeschaltet werden, welche die Gittervorspannung erhöht. In dieser
Schaltung benötigt man für die Elektronenröhre z5 eine besondere Anodenbatterie
26. Die Photozellen 15 und 15' sowie die Entladungsgefäße ig und i g' werden von
der Anodenbatterie 1d. gemeinsam gespeist.
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Verwendet man die Brenndauer einer Entladung zur Zeitmessung, so kann
man auf die Elektronenröhre 12 bzw. 25 verzichten und das Anzeigeinstrument in bekannter
Weise direkt in den Anodenstromkreis des zeitmessenden Entladungsgefäßes schalten.
Allerdings ist dann das Aggregat der Entladungsgefäße je nach dem verwendeten Typ
mehr oder wtniger für elektromagnetische Störungen empfänglich.