DE740593C - Einrichtung zum Vergleichen von Helligkeitswerten mit Hilfe von zwei Photozellen - Google Patents

Einrichtung zum Vergleichen von Helligkeitswerten mit Hilfe von zwei Photozellen

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DE740593C
DE740593C DEH149873D DEH0149873D DE740593C DE 740593 C DE740593 C DE 740593C DE H149873 D DEH149873 D DE H149873D DE H0149873 D DEH0149873 D DE H0149873D DE 740593 C DE740593 C DE 740593C
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DE
Germany
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photocells
brightness
cell
light
help
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Expired
Application number
DEH149873D
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English (en)
Inventor
Dr Robert Havemann
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DR ROBERT HAVEMANN
Original Assignee
DR ROBERT HAVEMANN
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/10Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void
    • G01J1/16Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void using electric radiation detectors
    • G01J1/1626Arrangements with two photodetectors, the signals of which are compared

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Vergleichen von Helligkeitswerten mit Hilfe von zwei Photozellen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vergleichen von Helligkeitswerten, die für photometrische und kolorimetrische Messungen angewendet werden kann. Die hier in Betracht kommende Einrichtung gehört zu den bekannten Anordnungen, bei denen man zur Vermeidung verschiedener Schwierigkeiten zwei Photozellen benutzt. Die eine als Vergleichszelle bezeichnete Photozelle wird mit einer konstanten bzw. sich proportional der zu messenden Lichtintensität ändernden Lichtquelle beleuchtet. Die zweite als Meß zelle bezeichnete Photozelle wird von dem zu messenden Licht bestrahlt, wobei dessen Intensität in gemessener Weise geschwächt wird, z. B. durch eine geeichte Blende oder einen Graukeil. Bei Anwendung der normalen Kompensationsschaltung, die die Dil°rerenz der EMK der beiden Photozellen zu bestimmen gestattet, wirken sich die Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle, die wegen der sehr steilen Helligkeitscharakteristik der modernen hochgeheizten Glühbirnen schon bei ganz geringen Schwankungen der Betriebsspannungen entstehen, nunmehr auf die Differenz der EMK der Zellen aus, aus deren Größe das Meßresultat sich unmittelbar ergibt. Abgesehen von diesem Fehler treten bei diesen Schaltungen noch die Schwierigkeiten auf, daß die elektromotorische Kraft (EMK) der Sperrschichtzellen der auffallenden Lichtmenge nicht proportional ist und die EMK bei wechselnder Belastung nicht reproduzierbar ist.
  • Die bisher üblichen Kompenisationsschaltungen ergeben nun weitere Schwierigkeiten für die Messung. Einmal wird bei Nichtkompensierung die jeweils überkompensierte Zelle durch einen die Sperrschicht in verkehrter Richtung durchlaufenden Strom geschädigt.
  • Sodann haben die zur Messung verwendeten Sperrschichtzellen die Eigenschaft, daß die EMK einer Zelle, die keine Arbeit über einen Widerstand leistet, nicht linear proportional der Intensität des auf sie auffallenden Lichtes ist. Die Sperrschichtzellen, die in der Technik auch als Gleichrichter Verwendung finden, haben in einer Richtung einen sehr großen, in der anderen Richtung einen kleinen Widerstand. Durchtritt eine belichtete Sperrschichtzelle ein der durch die Belichtung erzeugten EMK entgegengesetzter Strom, so tritt eine Aufhebung des die EMK erzeugenden Vorganges, eine Polarisation der Zelle ein, die bewirkt, daß nach der Polarisation die Photozelle bei der gleichen Belichtung nicht mehr dieselbe EMK erzeugt wie vorher.
  • Zur Vermeidung dieser Mängel ist eine Aleßanordnung bekannt bei der jede Photozelle für sich mittels eines Widerstandes in einen geschlossenen Stromkreis geschaltet ist und diese beiden Vergleichsstromkreise symmetrisch hintereinander über ein Nullinstrument verbunden sind. Hierbei wird die Lichtquelle, die zwischen der Vergleichszelle und der Meßzelle mit dem Untersuchungskörper angeordnet ist, so lange verschoben, bis die auf beide Zellen fallenden Lichtmengen einander gleich sind. Die auf beide Zellen fallende Lichtmenge ist hierbei jedoch je nach der Durchlässigkeit des Untersuchungskörpers verschieden.
  • Die angewendete Schaltung hat die Wirkung, daß die Photozellen auch bei Kompew sation im Meßkreis dauernd Strom über die angegebenen Widerstände abgeben. Damit ist eine Gleichheit in ihrem Zustand gewährleistet. Außerdem sind die Photozellen gegen Strom verkehrter Richtung geschützt.
  • Es ist bekannt, daß die Photozellen bei einem ihnen angepaßten äußeren Widerstand maximale Leistungen erzeugen. Dieser Widerstand hängt von der Helligkeit des auf die Zelle fallenden Lichtstromes ab. Um aber bei der bekannten Schaltung maximale Leistung durch Anpassung des äußeren Widerstandes an die Photozelle zu erzeugen, ist notwendig, daß auf die Zelle immer die gleiche Lichtmenge fällt.
  • Deshalb wird die bekannte Schaltung gemäß der Erfindung dadurch verbessert, daß derwenige äußere Widerstand zu der Photozelle gewählt ist, bei dem sie die optimale Leistung erzeugt, und daß bei gleichbleibender Helligkeit der Lichtquelle jede Zelle bei jeder Abgleichung unabhängig von der Größe der zu messenden Helligkeit die gleiche Lichtmenge erhält. Die Intensität des zu messenden Lichtstromes wird durch ein optisches Regelungsmittel auf einen bestimmten Wert geschwächt, was daran erliannt wird, daß das eingeschaltete Nullinstrument wie bei der bekannten .\unordnung keinen Ausschlag gibt. Die Helligkeit der auf die Zellen fallenden Lichtströme wird nur dann geändert, wenn sich die Helliglieit der Lichtquelle ändert oder wenn z. B. eine andere Lampe verwendet wird. Dieser definierte Helligkeitsweit ermöglicht außer der Anwendung ideal angepaßter Widerstandswerte für die Ableitnriderstände der Photozellen auch die Durchführung der BsIessung, ohne daß Störungen durch Änderungen der Photozellencharakteristilc entstehen können.
  • Es sind schon lichtelektrische Photometer mit zwei Photozellen bekannt, bei welchen die auf beide Zellen gelangenden Lichtströme gleichgemacht werden, doch handelt es sich bei ihnen um solche Photometer mit anderer Schaltung oder um solche, bei welchen die einander angeglichenen Lichtströme abhängig von der zu messenden Helligkeit sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind beide Stromkreise durch Wahl der Photozellen hinsichtlich ihrer Spannung gleich- oder nahezu gleichgemacht.
  • Auf der Zeichnung ist die NIeßeinrichtung in einer beispielsweisen Schaltungsanordnung dargestellt. Im Zusammenhang mit der Erläuterung dieser Schaltung sollen Nbänderungen, soweit sie durch die Ansprüche gedeckt sind, behandelt werden.
  • In dem angegebenen Schema sind mit Z und Z die beiden Photozellen bezeichnet. Jede Photozelle ist über einen Widerstand R1 bzw.
  • 22 zu einem selbständigen Stromkreis geschlossen. Diese beiden Stromkreise sind symmetrisch, d. h. gleichliegend mit der Polarität ihrer Photozelle gegeneinander, zum vollständigen Meßstromkreis geschaltet, also Anschlußpunkt a1 mit a2 und bi mit b2, wobei beispielsweise ein Nullinstrument G als A zeigegerät Verwendung gefunden hat. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende.
  • Jede der beiden Photozellen leistet über den ihr zugeordneten, ihrem inneren Widerstand angepaßten äußeren Widerstand R1 bzw. R2 einen bestimmten Strom. Die auf die Vergleichsphotozelle fallende Lichtmenge ist konstant, die auf die Meßzelle fallende Lichtmenge wird, z. B. in der Anwendung als Rolorimeter, durch gemessene Änderung der Schichtdicke der absorbierenden Schicht oder durch eine andere irgendwie geartete meßbare Änderung der die absorbierende Schicht durchtretenden Lichtmenge in ein bestimmtes Verhältnis zu der auf die Vergleichszelle fallenden Lichtmenge gebracht. Dieses Vechältnis wird in der Regel bei der Verwendung von gleichen Photozellen und gleichen Widerständen in beiden Kreisen bei I liegen und wird durch die Nullstellung des Instruments G angezeigt. Vor Erreichung dieses Helligkeitsverhältnisses kann kein Strom aus der stärker beleuchteten Zelle in verkehrter Richtung durch die schwächer beleuchtete fließen, sondern dieser fließt infolge der X=entilwirkung der Zelle des anderen Kreises durch deren parallelen Außenwiderstand ab.
  • Durch diese bekannte Schaltung wird erreicht, daß nicht die schlecht reproduzierbaren EIK der Zellen verglichen werden, sondern die der Belichtung linear proportionalen Stromstärken in den beiden durch die verwendeten Widerstände Rt und R2 gebildeten Stromkreisen. Der durch das Nullinstrument G bei Nichtkoinpensation fließende Strom fließt also durch den nebengeschlossenen Außcnwiderstand der jeweils überkompensierten Zelle und nicht durch diese Zelle selbst ab.
  • Es ist auch schon bekannt, Photozellen, die bei Belichtung einen Strom abgeben, in der Wheatstone-Brückenschaltung zu verwenden, wobei aber zu beachten ist, daß die Stromrichtung der Photozellen in ihren Brückenzweigen mit der Stromrichtung der Stromquelle für die Brückenspeisung übereinstimmt. Der Nachteil dieser Schaltungtliegt darin, daß man die Photozellen mit Fremdstrom beschickt. Es wurde eben erörtert, welche Nachteile damit verbunden sind, und die Erfindung lehrt, daß man bei Verwendung von Photozellen mit eigener durch die Belichtung verursachter Stromabgabe überhaupt keiner fremden Stromquelle zum Erzeugen des Meßstromes bedarf.
  • Die zugeschalteten Widerstände Rl bzw. R2 jedes Stromkreises werden vorteilhaft der Eigenschaft der zugehorigen Photozelle nach EMK und innerem Widerstand angepaßt.
  • Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, daß die beiden Zellen, die von ungleicher EMK sind, Stromkreise mit gleichen Leistungen ergeben, um die Zellen in bestimmter Höhe zu belasten.
  • Bei dieser Anpassung der Widerstandswerte muß, wie schon oben gesagt, der für die Messung gewählten Lichtintensität Rechnung getragen werden. Werden Messungen mit Hilfe verschieden intensiver Lichtquellen ausgeführt, so ist es zweckmäßig, den Ableitwiderstand gegen einen anderen zu vertauschen, der den neuen Lichtverhältnissen optimal angepaßt ist.
  • Der eine Stromkreis kann-auch ein Stromregelungsmittel erhalten, z. B. dadurch, daß sein Widerstand regelbar ist. Man kann auch den Widerstand der beiden Stromkreise regelbar machten, wodurch man bei der Auswechs lung der Photozellen von ihren Eigenschaften, ihrem inneren Widerstand und ihrer EMK unabhängig ist.
  • Man kann auch für einen Sonderfall beide Stromkreise durch bestimmte Auswahl der Photozellen mit festen Widerständen vollständig oder nahezu vollständig gleichmachen, um für die Werkstatt eine Meßeinrichtung zu schaffen, an der nach der Abgleichung für den Verwendungszweck keine unbefugten Änderungen vorgenommen werden können.
  • Mit der neuen Meßanordnung, deren Empfindlichkeit und ~ Genauigkeit nur von der Lichtempfindlichkeit der Photozellen und von der Empfindlichkeit des Nullinstruments abhängt, lassen sich erfahrungsgemäß Resultate erreichen, deren Fehlergrenze nur etwa den zehnten Teil der bisher üblichen exakten Methoden beträgt.

Claims (2)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Einrichtung zum Vergleichen von Helligkeitswerten mit Hilfe von zwei durch dieselbe Lichtquelle bestrahlten Photozellen, von denen jede für sich mittels eines Widerstandes in einen geschlossenen Stromkreis geschaltet ist und diese beiden Vergleichsstromkreise symmetrisch hintereinander über ein Anzeigegerät verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige äußere Widerstand zu der Photozelle gewählt ist, bei dem sie die optimale Leistung erzeugt, und daß bei gleichbleibender Helligkeit der Lichtquelle jede Zelle bei jeder Abgleichung unabhängig von der Größe der zu messenden Helligkeit die gleiche Lichtmenge erhält.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, -dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromkreise durch Wahl der Photozellen hinsichtlich ihrer Spannung gleich- oder nahezu gleichgemacht sind.
    Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren in Betracht gezogen worden: amerikanische Patentschrift Nr. 2 042 28I; B. Lange, Die Photoelemente und ihre Anwendung, 2. Teil, Leipzig I936, 5. 7.
DEH149873D 1936-12-11 1936-12-11 Einrichtung zum Vergleichen von Helligkeitswerten mit Hilfe von zwei Photozellen Expired DE740593C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE977581C (de) * 1944-02-27 1967-05-03 Gustav Dr H C Weissenberg Belichtungsmesser fuer photographische Kameras

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2042281A (en) * 1934-11-02 1936-05-26 Socony Vacuum Company Inc Comparative colorimeter

Patent Citations (1)

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