DE665115C

DE665115C - Operating circuit for photocells operated with alternating current

Info

Publication number: DE665115C
Application number: DEH142987D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1935-03-05
Filing date: 1935-03-05
Publication date: 1938-09-17

Description

Betriebsschaltung für mit Wechselstrom betriebene Photozellen Es sind mit Außenstetierelektroden versehene und mit Wechselstrom betriebene Photozellen bekannt, bei welchen bei Belichtung einer Photoschicht eine elektrische Entlaclung eingeleitet wird. Bei derartigen Anordnungen zeigt sich, daß, wenn die Entladung beim Überschreiten einer bestimmten Beleuchtungsstärke gezündet hat, die Belichtung der Zelle um einen wesentlichen Betrag sinken muß, damit die Entladung wieder abreißt. Der Grund dafür liegt darin, daß, I nachdem die Entladung in einer Halbwelle einmal gezündet war, für den Einsatz der Entladung in der folgenden Halbwelle 'günstigere Bedingungen (Ionisation, erhöhte Temperatur) vorliegen als bei der erstmaligen Zündung der Entladung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Differenz zwischen der Zünd- und Abreißspannung aufzuheben.Operating circuit for photocells operated with alternating current There are photocells equipped with external continuous electrodes and operated with alternating current known, in which an electrical discharge upon exposure of a photo layer is initiated. With such arrangements it is found that when the discharge has ignited when a certain illuminance is exceeded, the exposure the cell must drop by a substantial amount for the discharge to stop again. The reason for this is that, I after the discharge in a half-wave once was ignited, for the use of the discharge in the following half-wave 'more favorable Conditions (ionization, increased temperature) are present than at the first ignition the discharge. The invention has for its object to be the difference between cancel the ignition and chopping voltage.

Gemäß der Erfindung wird das auf die kalte oder beheizte Entladungskathode wirkende elektrische Feld in Abhängigkeit von der Stärke des durch die Zelle fließenden Stromes verändert. Es gelingt auf diese Weise, einen solchen Einfluß auf die Entladung auszuüben, daß die durch den jeweiligen Belastungsstrom bewirkte Verlagerung der Zündspannung aufgehoben wird. Das Entladungsgefäß wird deshalb bei Änderungen der Belichtung innerhalb sehr enger Grenzen zünden und wieder verlöschen. Es sind Entladungsgefäße mit Photokathode und Außensteuerelektrode bekannt, bei welchen der Außensteuerelektrode zum Zwecke der Aufhebung von Spannungsschwankungen des Netzes eine vom Netz abhängige Spannung aufgedrückt wird. Bei derartigen Einrichtungen wird die Spannung von einem Transformator abgenommen. Diese Spannung ist aber vom Belastungsstrom unabh,ingig und kann deshalb nicht die der Erfindung zugrunde liegenden Wirkungen auslösen.According to the invention, this is applied to the cold or heated discharge cathode acting electric field depending on the strength of the flowing through the cell Current changed. In this way it is possible to have such an influence on the discharge exercise that the displacement caused by the respective load current Ignition voltage is canceled. The discharge vessel is therefore with changes in the Ignite and extinguish exposure within very narrow limits. They are discharge vessels known with photocathode and external control electrode, in which the external control electrode for the purpose of eliminating voltage fluctuations in the network, a network-dependent one Tension is imposed. In such devices, the voltage of a Transformer removed. However, this voltage is independent of the load current and therefore cannot trigger the effects on which the invention is based.

Z, Die Veränderung des auf die Kathode wirkenden elektrischen Feldes gemäß der Erfindung kann entweder dadurch geschehen, daß man einer Elektrode eine der Anodenstromstärke proportionale Spannung zuführt, die gegen die Anodenspannung phasenverschoben ist, oder es wird der Abstand der Elektrode von der Kathode in Abhängigkeit von der Stärke des durch die Zelle fließenden Stromes geändert. Z, The change in the electric field acting on the cathode according to the invention can take place either by applying a voltage proportional to the anode current intensity to an electrode, which voltage is phase-shifted with respect to the anode voltage, or the distance between the electrode and the cathode is dependent on the strength of the current flowing through the cell changed.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die lichtelektrisch wirksame Schicht der Photozelle von der Entladungskathode zu trennen. Dadurch ist es möglich, auch starke Ströme mittels der Photozelle zu steuern, ohne befürchten zu müssen, daß die lichtelektrisch wirksame Schicht bei einer zufälligen Überlastung der Zelle geschädigt wird. Die lichtelektrisch wirksame Schicht kann entweder auf einen besonderen Schichtträger aufgebracht oder auf der inneren Kolbenwandung niedergeschlagen sein. Gegebenenfalls kann ihr über einen hohen Widerstand oder auf kapazitivem Wege eine geeinete Spannung zugeführt werden. Über die lichtelektrisch wirksame Schicht kann gleichzeitig auch der Ausgleich der Betriebsspannungsschwankungen und der Differenz zwischen Zünd- und Abreißspannung bewirkt werden. Um in diesem Falle eine gleichmäßige Potentialverteilung auf der lichtelektrisch wirksamen Schicht zu erzielen, kann man bei kapazitiver Zuführung der Spannung zwischen einer Außenelektrode und der Photokathode eine leitende Schicht, die mindestens von der letzteren isoliert ist, anbringen. Für diesen Zweck hat sich eine auf der Außenwand der Zelle niedergeschla.-gene Verspiegelung bewährt.It has been found to be useful to use the photoelectrically effective Separate the layer of the photocell from the discharge cathode. This makes it possible to control even strong currents by means of the photocell without having to worry about that the photoelectrically effective layer in the event of an accidental overload of the cell is harmed. The photoelectrically effective layer can either be on a special one Layer carrier applied or deposited on the inner piston wall. If necessary, you can use a high resistance or a capacitive method Appropriate voltage can be supplied. About the photoelectrically effective Shift can also compensate for fluctuations in operating voltage and at the same time the difference between ignition and chopping voltage. To in this case a uniform potential distribution on the photoelectrically active layer can be achieved by capacitive supply of the voltage between an outer electrode and the photocathode has a conductive layer insulating at least from the latter is to attach. For this purpose one fell on the outside wall of the cell Tried and tested mirroring.

Die Abbildung stellt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung beispielsweise dar. i ist die Photozelle mit der Anode 2 und der Glühkathode3. Die lichtelektrisch wirksame Schicht 4, die die Entladung steuert, ist auf einem Teil der Innenwand der Zelle, isoliert sowohl von Kathode und Anode, niedergeschlagen. Als lichtelektrisch besonders wirksam im Sinne der Erfindung haben sich u. a. die Metalle Cäsium und Barium erwiesen. Die Zelle ist zweckmäßig mit einem Edelgas und gegebenenfalls Quecksilberdampf gefüllt. Die Kathode 3 erhält ihren Heizstrom von der Sekundärwicklung 5 eines Transformators 6 mit der Priniärwicklung 7, auf dein sich außerdem noch eine Sekundär wicklung 8 befindet, der die Anodenspannung für die Photozelle entnommen wird. In den Anodenkreis ist an den Klemmen 9 der Verbraucher, z. B. eine Glühlampe, ein Motor o. dgl., eingeschaltet.The figure shows an embodiment according to the invention, for example. I is the photocell with the anode 2 and the hot cathode 3. The photoelectrically active layer 4, which controls the discharge, is deposited on a part of the inner wall of the cell, insulated from both the cathode and the anode. The metals cesium and barium, among others, have proven to be particularly photoelectrically effective for the purposes of the invention. The cell is expediently filled with a noble gas and optionally mercury vapor. The cathode 3 receives its heating current from the secondary winding 5 of a transformer 6 with the primary winding 7, on which there is also a secondary winding 8 , from which the anode voltage for the photocell is taken. In the anode circuit is connected to terminals 9 of the consumers such. B. a light bulb, a motor o. The like., Turned on.

Um Schwankungen der Netzspannungen zu kompensieren, ist der Transformator 6 noch mit einer weiteren Sekundärwicklung io versehen, die über einen hohen Widerstand -ii geschlossen ist, von dem eine Spannung für eine in der Nähe der Röhre angeordnete Außenelektrode 12 abgegriffen wird.In order to compensate for fluctuations in the mains voltage, the transformer 6 is provided with a further secondary winding io, which is closed via a high resistance -ii, from which a voltage for an outer electrode 12 arranged in the vicinity of the tube is tapped.

Das Potential der Elektrode 12 wird ferner dadurch beeinflußt, daß in der Leitung, die von dem Widerstand ii zur Elektrode 12 führt, die Sekundärwicklung 13 eines Transformators 14 liegt, dessen Primärwicklutig 15 in Reihe mit der Primärwicklung 7 des Transformators 6 geschaltet ist. Parallel zur Wicklung 15 liegt ein Potentiometer 16, das -estattet, die Spannung an der Wicklung kn 13 nach Wunsch züi regeln. Zwischen der Elektrode 12 und der lichtelektrischen Schicht 4 ist ferner eine leitende Schicht 17 vorgesehen.The potential of the electrode 12 is also affected by the fact that into the line II from the resistor to the electrode 12, the secondary winding 13 is a transformer 14 whose Primärwicklutig is connected in series with the primary winding 7 of the transformer 6 1. 5 Parallel to the winding 1 5 there is a potentiometer 1 6, which enables the voltage on the winding kn 13 to be regulated as required. A conductive layer 17 is also provided between the electrode 12 and the photoelectric layer 4.

Die in der Wicklung8 erzeugte Spannung zwischen Anode2 und Glühkathode3 ist höher als die Zündspannung. Solange die Zelle nicht beleuchtet wird, findet trotzdem keine Zündung statt, da die Elektrode 12 durch die Wicklung io eine gegen die Ailodenspannung in der Phase verschobene Spannung erhält, die Über die Zwischenschicht 17 in der als Steuerelektrode dienenden lichtelektrischen Schicht 4 eine Ladungsverteilung hervorruft, die bei geeigneter Einstellung der Spannung mittels des Widerstandes i i das die Kathode beeinflussende Feld derart schwächt, daß die Elektrizitätsträger nicht die zur Ausbildung einer selbständigen Entladung nötige Beschleunigung erreichen. Die an der Elektrode 12 liegende Spannung wird nun durch Verschieben des Kontaktes 18 auf dein Widerstand i i derart eingestellt, daß bei einer bestimmten Belichtung der lichtelektrisch wirksainen Schicht 4 z. B. durch die Lichtquelle ig eine Entladung in der Röhre einsetzt.The voltage generated in winding8 between anode2 and hot cathode3 is higher than the ignition voltage. As long as the cell is not illuminated, there is still no ignition, because the electrode 12 receives a phase-shifted voltage with respect to the Ailode voltage through the winding io, which causes a charge distribution via the intermediate layer 17 in the photoelectric layer 4 serving as control electrode, which With a suitable setting of the voltage by means of the resistor ii, the field influencing the cathode is weakened in such a way that the electricity carriers do not achieve the acceleration necessary for the formation of an independent discharge. The voltage applied to the electrode 12 is now set by moving the contact 1 8 to your resistor ii in such a way that at a certain exposure of the photoelectrically effective layer 4 z. B. by the light source ig sets a discharge in the tube.

Da die Wicklung io sich auf demselben Transformator wie die Wicklung 8 befindet, wird bei Schwankungen der Netzspamiung nicht nur die Spannung zwischen Anode 2 und Glühkathode 3, sondern auch die dagegen in der Phase verschobene Spannung zwischen der Schicht 4 und der Kathode 3 in deinselben Sinne geändert, so daß z. B. trotz zufälliger Erhöhung der Netzspannung keine unbeabsichtigte Zündung der Photozelle eintreten kann.Since the winding io is on the same transformer as the winding 8 , in the event of fluctuations in the mains voltage, not only the voltage between anode 2 and hot cathode 3, but also the phase-shifted voltage between layer 4 and cathode 3 will be in the same sense changed so that z. B. no unintentional ignition of the photocell can occur despite an accidental increase in the mains voltage.

Sobald eine Zündung stattfindet, fließt durch die Sekundärwicklung 8 ein stärkerer Strom, der eine Vergrößerung der Stromaufnahrne in der Pritnärwicklun-, 7- und damit eine Erhöhung des Stromes in der Primärwicklung 15 des Transformators 1,4 zur Folge hat. Infolge des stärkeren Stromes durch die Wicklung 15 wird auch die Spannun- an den Enden der Wicklung 13 vergrößert, d. li. die Elektrode 12 erhält ein höheres Potential gegenüber der Glühkathode 3. Durch Einstellung des durch die Wicklung 15 fließenden Stromes mittels des Potelitiometers 16 läßt sich erreichen, daß beim Wegfall der Belichtung die Entladung durch die Zelle sofort abreißt bzw. auf den Wert zurückgeht, den sie ohne Belichtung besitzt, und daß die Stärke des durch die Zelle fließenden Stromes annähernd proportional der jeweiligen auf die Photokathode fallenden Lichtmenge ist.As soon as ignition takes place, a stronger current flows through the secondary winding 8 , which increases the current consumption in the primary winding 7 and thus an increase in the current in the primary winding 15 of the transformer 1, 4. As a result of the stronger current through the winding 15, the voltages at the ends of the coil 13 is increased, d. left the electrode 12 receives a higher potential compared to the hot cathode 3. By adjusting the current flowing through the winding 15 by means of the potelitiometer 16 it can be achieved that when the exposure ceases, the discharge through the cell immediately breaks off or goes back to the value it had without exposure, and that the strength of the current flowing through the cell is approximately proportional to the respective amount of light falling on the photocathode.

Anstatt die Wicklungen io und 13 hintereinanderzuschalten und auf eine einzige gemeinsaine E, lektrode 12 wirken zu lassen, kann auch für jede der beiden Wicklungen eine Außenelektrode vorgesehen sein. Dann würde je ein Wicklungsende der Wicklungen io und 13 mit einer Außenelektrode und die anderen Wicklungsenden mit der Kathode verbunden werden. Es ist ferner möglich, die Spannung der Wicklung io ganz oder teilweise dein Transformator 14 zu entnehmen. Da es nicht allein auf die Spannung til der oder den Außenelektroden ankommt, sondern auf die Feldstärke, die auf die Kathode wirkt, so kann an die Stelle des Transforinators 14 auch eine Vorrichtung treten, durch die der Kopplungsgrad zwischen der Elektrode 12 und der Schicht 4 geändert wird. Dies kann gegebenenfalls durch Änderung der Entfernung der Elektrode12 Von der Schicht4 in Abhängigkeit vorn Anodenstrom z. B. mittels eines Drehmagneten ge- schehen, der irn Anodenkreise liegt. Ebenso kann beispielsweise die Feldstärke dadurch verändert werden, daß Kathodenpotential führende Trennwände durch einen Drehmagneten mehr oder weniger zwischen die Elektrode 12 und die Schicht 4. eingeschoben werden.Instead of connecting the windings 10 and 13 in series and allowing them to act on a single common E, electrode 12, an outer electrode can also be provided for each of the two windings. Then one winding end each of the windings io and 13 would be connected to an external electrode and the other winding ends would be connected to the cathode. It is also possible to take all or part of the voltage of the winding io from the transformer 14. Since it is not only the voltage til the outer electrode or electrodes that matters, but the field strength that acts on the cathode, a device can also be used in place of the transformer 14, through which the degree of coupling between the electrode 12 and the layer 4 will be changed. This can be done by changing the distance of the electrode 12 from the layer 4 depending on the anode current e.g. Schehen example by means of a rotary magnet Ge, irn the anode circles located. Likewise, for example, the field strength can be changed by inserting partitions carrying cathode potential more or less between the electrode 12 and the layer 4 by means of a rotary magnet.

Der Kolben der Photozelle wird zweckmäßig aus einem Material hergestellt oder mit einem Fenster aus einem Material verselten, das für die Strahlungsart, auf die die Zelle vornehmlich anspricht bzw. ansprechen soll, besonders durchlässig ist. Außer sichtbarein Licht kommt auch ultraviolette, infrarote oder radioaktive Strahlung in Frage.The bulb of the photocell is expediently made of one material or with a window made of a material suitable for the type of radiation, to which the cell primarily responds or should respond, particularly permeable is. In addition to visible light, there is also ultraviolet, infrared or radioactive light Radiation in question.

Die Photozelle kann ferner so geformt sein, daß direkt oder durch Reflexion ein Maxiinurn an Strahlung auf die lichtelektrisch wirksame Schicht fällt. Beispielsweise kann die Röhre die Form eines Hohlspiegels haben und mit einem Spiegelbelag versehen sein, so daß die einfallende Strahlung in dem Brennpunkte konzentriert wird, in dem dann die photoelektrisch wirksame Substanz angeordnet wird.The photocell can also be shaped to be direct or through Reflection a maximum of radiation falls on the photoelectrically effective layer. For example, the tube can have the shape of a concave mirror and have a mirror covering be provided so that the incident radiation is concentrated in the focal point is, in which the photoelectrically active substance is then arranged.

Für manche Verwendungszwecke ist es erwünscht, daß bei Mornentbelichtung mit irgendeiner Lichtquelle der Zündstrom auch nach Aufhören der Belichtung bestehen bleibt. Für diesen Zweck kann in dem Anodenkreis der Photozelle entweder parallel oder in Serie mit dem Verbraucher eine Glühlampe oder eine andere elektrische Strahlun igsquelle vorgesehen sein, deren Licht auf die lichtelektrisch wirksame Schicht fällt und nach Aufhören der Fremdbelichtung die Entladung aufrechterhält. Die Linterbrechung der Entladung findet entweder durch ine * chanische Schaltung im Anodenkreise oder durch Abblendung des Lichtes der genannten Lichtquelle statt.For some purposes it is desirable that, in the case of morning exposure with some kind of light source, the ignition current remains even after the exposure has ceased. For this purpose, an incandescent lamp or other electrical radiation source can be provided in the anode circuit of the photocell either in parallel or in series with the consumer, the light of which falls on the photoelectrically effective layer and maintains the discharge after the external exposure has ceased. The Linter refraction of the discharge takes place either by chanical ine * in the anode circuit or circuits by stopping the light of said light source.

Es wurde ferner gefunden, daß die Anordnung selektiv auf Licht anspricht, das mit der gleichen Frequenz oder einer Harmonischen der Frequenz des Wechselstroms, mit dem die Anordnung betrieben wird, pulsiert. Ferner kann durch Verringerung der Spannung aus der Wicklung io und Vergrößerung der Rückwirkung aus der Wick11111- 13 im Photozellenkreise eine Kippschwingung beliebig großer und einstellbarer Frequenz erzeugt werden, deren zeitliche Aufeinanderfolge durch Belichtung verändert oder aufgehoben werden kann. Erfolgt die Belichtung statt mit konstantem init einem synchron pulsierenden Licht, so erfolgt unter einem bestimmten Phasenwinkel die größte, unter einem anderen keine Einwirkung auf die Zelle, wahrend dazwischen alle möglichen Schwebungswerte erzeugt werden können.It has also been found that the arrangement is selectively responsive to light, that with the same frequency or a harmonic of the frequency of the alternating current, with which the arrangement is operated, pulsates. Furthermore, by reducing the Voltage from the winding io and increase in the reaction from the winding11111- 13 a tilting oscillation of any size and adjustable frequency in the photocell circuit are generated, the chronological sequence of which changed by exposure or can be canceled. If the exposure takes place synchronously instead of with constant initiation pulsating light, the greatest, under, takes place under a certain phase angle another does not affect the cell, while in between all possible Beat values can be generated.

Um den Einfluß statischer Rückwirkungen des Wechselstromnetzes auszuschalten, sind bei der dargestellten Ausführungsform die einzelnen Wicklungen der Netztransformatoren gegeneinander abgeschirmt und mit der Kathode verbunden. Die Gesamtanordnung kann zur Abschirmung von Fremdfelderil einschfießlich Beleuchtungs- und Hilfseinrichtungen in einem gemeinsamen, zweckmäßig metallischen, erdbaren Gehäuse 2o untergebracht werden, das ein Lichteinfallfenster gegebenenfalls mit einer Sammeloptik besitzt.In order to eliminate the influence of static repercussions of the alternating current network, are the individual windings of the network transformers in the embodiment shown shielded from each other and connected to the cathode. The overall arrangement can for shielding external fields including lighting and auxiliary equipment housed in a common, suitably metallic, groundable housing 2o which has a light incidence window, if necessary with a collecting optics.

Die Verwendung der Anordnung ist für alle denkbaren Gebiete möglich. Sie kann für Reklame-, Signal-, Sicherheitg-, Registrier-, Kontroll-, Warnanlagen, zur Erzeugung von Blinklicht, zur Aufnahme von Lichtzeichen im Blinkverkehr und für alle sonstigen durch Lichtsteuerung zu betätigeilden Gebiete verwendet werden. Infolge der geringen Spannungsabhängigkeit kann auch der Einbau in Kraftfahrzeuge und Betrieb durch einen zerhackten Gleichstrom aus der Anlasserbatterie oder durch einen besonders erzeugten Wechselstrom erfolgen. Die Zelle selbst kann mit der zugehörigen Außenelektrode auch in einer anderen Form, z. B. in einem Gummisauger, untergebracht werden, der an Flächen, z. B. Schaufenstern, angesaugt werden kann.The arrangement can be used for all conceivable areas. It can be used for advertising, signaling, security, registration, control, warning systems, for generating flashing light, for receiving light signals in flashing traffic and can be used for all other areas to be actuated by light control. As a result of the low voltage dependency, it can also be installed in motor vehicles and operated by a chopped direct current from the starter battery or by a specially generated alternating current take place. The cell itself can be associated with the Outer electrode also in a different form, e.g. B. housed in a rubber suction cup be that of surfaces such. B. shop windows, can be sucked.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Operating attitude for those powered by alternating current Photocells with a photocathode that is separate from the discharge cathode and that has its Voltage either via a high resistance or from an external electrode receives capacitive path, characterized in that to compensate for the 'difference between the ignition voltage and the chopping voltage on the cold or heated discharge cathode acting electric field depending on the strength of the flowing through the cell Current is changed.

2. Operating circuit according to claim i, characterized in that one or more external control electrodes are provided to compensate for the difference between the ignition and chopping voltage, which z. B. by means of a transformer an approximately the current strength in the anode circuits of the photocell proportional voltage is supplied, which has a phase shift with respect to the anode voltage. 3. Operating circuit according to claim i, characterized in that the influence of one or more external electrodes of the Photo7elle depending on the strength of the current flowing through the cell z. B. is changed by means of a rotary magnet. 4. Operating circuit according to claim i, characterized ' that between the outer electrode and the photocathode at least one of the latter insulated conductive layer z. B. is attached as an outer mirror coating of the cell. 5. Operating circuit according to claim i to 4, characterized by an electrical radiation source lying in the anode circuits of the photocell, for. B. an incandescent lamp, the rays of which fall on the photoelectrically effective layer, so that an ignition that has taken place only stops after this radiation source has been shielded. 6. Operating circuit according to claim i to 6, characterized in that the frequency of the alternating current lying on the Photo7elle is equal to the fundamental frequency or a harmonic of the frequency of the pulsating light to which the cell should primarily respond. 7. Operating circuit according to claim i to 7, characterized in that tilting vibrations are generated in the anode circuit, the frequency of which is changed or canceled by the exposure, by the reaction of a transformer, the voltage of which is proportional to the current flowing through the cell. 8. Operating circuit according to claim i to 7, characterized by shields of the individual windings of the transformers that are conductively connected to the cathode of the photocell. G. Operating circuit according to Claims 1 to 8, characterized in that the wall of the photocell consists of a material or has a window made of a material which is particularly transparent to those rays to which the cell primarily responds or should respond. ok Operating circuit according to claims 1 to 9, characterized by the common assembly of the photocell with the transformers, possibly the associated auxiliary and lighting devices in a suitably metallic, earthable housing with a light window with or without laminated optics, which can be brought to cathode potential.