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Vorrichtung zur Anzeige der einer elektrischen Einrichtung oder Maschine
zugeführten Elektrizitätsmenge Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen
von Elektrizitätsmengen, die während einer bestimmten Zeit durch eine elektrische
Einrichtung oder Maschine fließen, deren Strom mit der Zeit sich ändern kann, ohne
seine Richtung zu wechseln.
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Ein besonderes Anwendungsbeispiel einer derartigen erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Ermittlung der Durchgangselektrizitätsmenge einer Röntgeneinrichtung,
d. h. der dieser unter zeitlicher Änderung des Stromes I während der Dauer
t einer Röntgenaufnahme zugeführten Elektrizitätsmenge
womit weiterhin die Regelung und Einstellung der für die Erzielung einer einwandfreien
Aufnahme erforderliche Zeit ermöglicht wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung erreicht die Anzeige, daß eine
bestimmte Elektrizitätsmenge einer von einem mit der Zeit veränderlichen, aber gleichgerichtet
bleibenden Strom durchflossenen elektrischen Einrichtung oder Maschine zugeführt
wurde, in einfacher Weise dadurch, daß ein Kondensator mittels eines diesem Strom
proportionalen Stromes langsam auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen wirä, bei
der er durch ein dann wirksam werdendes Auslösemittel in einen Stromkreis entladen
wird, der die Unterbrechung des Speisestromes der elektrischen Einrichtung oder
Maschine hervorruft.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Vorrichtung nach der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel in Anwendung bei einer Röntgenröhre. Abb. i zeigt schematisch
das Schaltungsbild der Vorrichtung und Abb. 2 eine Einzelheit davon.
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Gemäß Abb. i wird die Röntgenröhre i durch einen Hochspannungserzeuger
2 gespeist, und der sie durchfließende Strom 1 geht auch durch einen Widerstand
R, so daß an dessen Klemmen eine
Spannung V = R - I herrscht. Ein
z. B. aus einer Funkenstrecke bestehendes Sicherheitsgerät 3 und ein Tiefpaßfilter4
dienen dazu, an den Klemmen desWiderstandes R die im Falle von gefährlichen Impulsen
sonst auftretenden Überspannungen zu vermeiden.
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Die Spannung V wird dem Steuergitter einer Elektronenröhre 2o zugeführt,
die beispielsweise als Fünfelektrodenröhre in Kathodenschaltung oder sonstwie als
Röhre mit mehreren Gittern ausgeführt sein kann. An dem Gitter dieser Röhre liegt
eine Vorspannungsquelle 5. Diese unabhängige Vorspannung wird so eingestellt, daB
die Leistung der Röhre 2o praktisch Null ist, wenn die an diese gelegte Erregerspannung
V gleich Null ist.
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Dem Schirmgitter der Röhre 20 wird seine Spannung von einem sicher
isolierten Transformator aus über Trockengleichrichter zugeführt, die als Spannungsverdoppler
wirken, und die Spannung wird vor dem Anlegen an das Schirmgitter der Röhre 2o gefiltert
und stabilisiert. Im Kathodenstromkreis liegt ein Regelwiderstand Rr.
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Bekanntlich folgt bei einer derartigen Schaltung die Kathodenspannung
ungefähr der an das Gitter gelegten Spannung V, und der Anodenstrom
i ist proportional dieser Spannung V und steht im umgekehrten Verhältnis
zum Regelwiderstand Rk. Da somit für den Anodenstrom die Gleichung
gilt, ist er von der Anodenspannung unabhängig und in jedem Zeitpunkt proportional
zur Spannung V und damit zum Strom I.
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Dieser Anodenstrom lädt einen Kondensator K auf, bis an diesem eine
vorbestimmte Spannung am Ende einer Zeitspanne t erreicht ist. Da die Aufladung
des Kondensators K linear verläuft, wird dadurch der Strom I über die Zeit
t integriert, und dies ergibt die Strommenge
Um diese Integrierung bei einer vorbestimmten Spannung zu beenden, legt man parallel
zum Kon-, densator K ein bei dieser Spannung wirksam werdendes Auslösemittel 6,
z. B. eine Neonröhre. Wenn die vorbestimmte Ladespannung am Kondensator K erreicht
ist, zündet die Neonröhre 6, so daß der Kondensator sich über die Primärwicklung
eines Transformators 8 entladen kann, dessen Sekundärwicklung den Impuls auf das
Gitter einer Dreielektrodenröhre oder sonst einer Entladungsröhre 9 überträgt, dem
eine zwischen seiner Kathode und der Transformatorsekundärwicklung eingefügte Gittervorspannungsquelle
io vorgeschaltet ist. Die leitfähig gewordene Röhre 9 läBt dann einen Strom durch
die Spule ii eines elektromagnetischen Schalters 12 gehen, der in dein vom Wechselstromnetz
abgezweigten Speisestromkreis der Röntgenröhre i angeordnet ist und für gewöhnlich
die aus Abb. i ersichtliche Schließstellung einnimmt.
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Die Schaltung nach Abb. i weist ferner einen mit dem Kondensator K
in Reihe liegenden Regelwiderstand y und einen zur Neonröhre 6 und zum Kondensator
K parallelen Schalter 7 sowie einen in Reihe mit dem Schalter 12 angeordneten Schalter
14 und zwei über einen Schalter 16 parallel an das Wechselstromnetz angeschlossene,
auf die Schalter 7 und 14 wirkende Elektromagnetspulen 15 und 13 auf. Der Schalter
7 ist für gewöhnlich außerhalb der Betriebszeit der Röntgenröhre i geschlossen und
dient zur Verhinderung einer Aufladung des Kondensators K durch Ruhestrom, während
der Schalter 14 normalerweise offen ist und die Röntgenröhre i vom Wechselstromnetz
trennt. Bei Schließung des von Hand bedienbaren Schalters 16 bewirkt die dann erregte
Spule 15 die Öffnung des Schalters 7 und die gleichzeitig mit Strom beschickte Spule
13 die Schließung des Schalters 14.
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Die ganze in Abb. i- schematisch veranschaulichte Vorrichtung wird
in der Weise benutzt, daß man den Handschalter 16 schließt, wodurch man einerseits
die Spule 13 veranlaßt, mittels des Schalters 14 die Röntgenröhre i mit dem Wechselstromnetz
zu verbinden, und anderseits die Spule 15 in den Stand setzt, durch Unterbrechung
des Schalters 7 den Kurzschluß des Kondensators K und der Neonröhre 6 aufzuheben.
Die Röntgenröhre i wird dann vom Netz aus über den Hochspannungserzeuger 2 mit Strom
gespeist und der Kondensator K durch den dem Röntgenröhrenstrom 1 proportionalen
Anodenstrom i der Vakuumröhre 2o aufgeladen. Wenn die gewünschte Elektrizitätsmenge
durch die Röntgenröhre i geflossen ist, d. h., wenn man bei der Röntgenaufnahme
die richtige Belichtungsdauer für die Erzielung eines einwandfreien Bildes erreicht
hat, ist die Ladespannung des Kondensators K auf den Wert angestiegen, bei dem die
Neonröhre 6 zündet und die Kondensatorentladung herbeiführt, was weiterhin die Dreielektrodenröhre
9 zur Wirkung bringt, die dann durch Erregung der Spule ii die Öffnung des Schalters
12 und damit die Trennung der Röntgenröhre i vom Wechselstromnetz veranlaßt.
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Da die Öffnung des Schalters 12 nicht in einer unendlich kurzen Zeit
stattfindet und daher eine gewisse Verzögerung in den ganzen Vorgang der Abschaltung
der Röntgenröhre i hineinbringt, ist zum Ausgleich dieser Verzögerung der in Reihe
mit dem Kondensator K liegende regelbare Widerstand r vorgesehen. Beim Fehlen dieses
Regelwiderstandes y gilt für die Entladespannung V, des durch den Strom i aufgeladenen
Kondensators K, wenn dessen Kapazität mit C und die zur Erzielung der Spannung V,
erforderliche La.dezeit mit Tobezeichnet wird, die Gleichung:
Ist dagegen der Widerstand r in Reihe mit dem Kondensator K geschaltet, so ergibt
sich für die Spannung V., wenn T1 die in diesem Fall notwendige Ladezeit ist, die
Gleichung:
und daraus folgt Ti =To-C-r.
Man braucht somit nur den Regelwiderstand
r so einzustellen, daß das Produkt C - r gleich der durch die Öffnung des
Schalters 12 bedingten Verzögerung ist, um diese auszugleichen.
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Wenn dabei jedoch der am Regler r eingestellte Widerstand den Stromkreis
zu stark dämpft, kann der auf die Dreielektrodenröhre 9 zu übertragende Impuls nicht
mehr kräftig genug sein, um diese zur Wirkung zu bringen. Zur Erzielung einer plötzlichen
Entladung ist es dann vorteilhaft, gemäß Abb.2 parallel zu der aus dem Kondensator
K und dem Widerstand r bestehenden Reihenschaltung einen Kondensator KZ von sehr
geringer Kapazität C2 zu legen. Für die in diesem Fall erforderliche Ladezeit T2
gilt die Gleichung
Statt des Regelwiderstandes r kann man zum Ausgleich der durch die Öffnung des Schalters
12 hervorgerufenen Verzögerung auch eine regelbare Selbstinduktion verwenden, die
nach einer ihren anders gearteten elektrischen Eigenschaften entsprechenden Gesetzmäßigkeit
zur Wirkung zu bringen ist.
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Wie das Ausführungsbeispiel der Zeichnung erkennen läßt, kann man
mittels der Vorrichtung nach der Erfindung, wenn man einen bestimmten Betrag von
Röntgenstrahlenlichtenergie als bei einer Röntgenaufnahme für eine richtige Belichtung
erforderlich und als dem Durchgang einer gewissen Elektrizitätsmenge Q durch die
Röntgenröhre entsprechend annimmt, die Belichtungszeit T als Funktion des Stromes
1 ermitteln, den man durch die Röntgenröhre schicken will. Wenn z. B. die für die
Belichtung benötigte Elektrizitätsmenge 35o mC und der die Röntgenröhre durchfließende
Strom 700 mA ist, ergibt sich die Belichtungszeit zu
Die Änderung der durch den Anodenstrom i der Röhre 2o hervorgerufenen Spannung V,
an den Klemmen des Kondensators K mit der Kapazität C erfolgt dabei in Abhängigkeit
von der Zeit t nach der Gleichung
und, damit diese Spannung V, am Ende der Zeit t = T den Wert der Entladespannung
des Kondensators erreicht, muß
sein, woraus
folgt. Der Anodenstrom i steht anderseits mit der Klemmenspannung V des Widerstandes
R und mit diesem selbst sowie mit dem Strom I der Röntgenröhre und dem regelbaren
Widerstand Rk in Beziehung nach der Gleichung
Aus diesen beiden Gleichungen für den Anodenstrom i ergibt sich
und in dieser Gleichung kann für die Größen R, V, und C, da sie feste gleichbleibende
Werte sind, die Konstante a gesetzt werden, so daß Rk =a-Q.
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Man kann demnach, wenn man den Wert des durch die Röntgenröhre i gehenden
Stromes 1 festlegt, durch Einstellung des Regelwiderstandes Rk zwangsläufig die
durch die Röntgenröhre fließende Elektrizitätsmenge und damit die Belichtungszeit
bestimmen. Diese Zeit hängt in der Regel von der Art der auszuführenden Röntgenaufnahme
ab, und die aufzuwendende Elektrizitätsmenge richtet sich anderseits nach dem zur
Erzielung eines einwandfreien Negativs erforderlichen Betrag an Lichtenergie. Unter
Berücksichtigung dieser Faktoren stellt man daher den Regelwiderstand Rk und die
Stärke des Speisestromes I der Röntgenröhre i ein. An Stelle des Widerstandes Rk
kann man auch den Kondensator K oder den Widerstand R regelbar ausbilden, um den
Zweck der Vorrichtung nach der Erfindung zu erreichen, die insbesondere auch bei
Regelung der Kapazität des Kondensators K und bei gleichbleibendem Widerstand Rk
sehr befriedigend arbeitet.
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Um ein zahlenmäßig belegtes Beispiel für die Anwendung einer nach
Abb. i ausgeführten Vorrichtung zu geben, sei angenommen, daß die zu messenden Elektrizitätsmengen
Q von der Größenordnung 50 bis 500 mC für Belichtungszeiten zwischen ungefähr
o,2 bis 5 Sekunden sind und der Strom 1 zwischen 50 und iooo mA und der Widerstand
R Zoo Ohm beträgt und demnach für die Spannung V sich Werte von io bis Zoo mV ergeben.
Die Polarisationsspannung 5 wird so eingestellt, daß bei einer Spannung von 45o
mV an der Anode der Röhre 2o, die von der Bauart 6 J 7 ist, die Leistung der Röhre
praktisch Null ist, wenn die an das Gitter gelegte Spannung V Null ist. Der Regelwiderstand
Rk ist zwischen ioo ooo Ohm und 5 Megohm und der Anodenstrom der Röhre 2o zwischen
4 N.A und i mA veränderlich. Die gewählte Entlade- und Zündspannung V, beträgt 8o
Volt, und der Kondensator K hat eine Kapazität von 0,25 #tF und lädt sich
daher auf 8o Volt in 5 Sekunden bei 4 p.A oder in o,o2 Sekunden bei i mA auf. Setzt
man in der Gleichung Rk = (R # Q) : (V, - C)
die angegebenen
Zahlenwerte für R, V, und C ein, so erhält man
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann im einzelnen auch in einer von dem Beispiel
der Zeichnung abweichenden Weise verwirklicht werden und nicht
nur
bei Röntgenröhren sondern auch bei anderen elektrischen Einrichtungen und Maschinen
zum Anzeigen von diese in einer vorbestimmten Zeit durchströmenden Elektrizitätsmengen
und zur Regelung der Dauer des Stromflusses Verwendung finden.