DE905890C

DE905890C - Photoelectric absolute colorimeter

Info

Publication number: DE905890C
Application number: DEP4447D
Authority: DE
Inventors: Franz Langhart
Original assignee: PYCHLAU KG DR
Current assignee: PYCHLAU KG DR
Priority date: 1950-10-20
Filing date: 1950-10-20
Publication date: 1954-03-08

Description

Lichtelektrisches Absolutkolorimeter Das Prinzip lichtelektrischer Kolorimeter beruht. vorwiegend auf der Schwächung eines I,ichtstrahles zwecks Erhalt eines meßbaren Fotostromes. Für eine exakte Funktion müssen an diese Schwächung bestimmte Anforderungen gestellt werden, und zwar einmal, daß sie frequenzunabhängig ist, und zum anderen, daß sie möglichst linear ist, d. h. die prozentuale Lichtschwächung soll dem eingestellten Wert des Einstellelementes, z. B. dem Drehwinkel einer Sektorblende, proportional sein.Photoelectric absolute colorimeter The principle of photoelectric Colorimeter is based. mainly on the weakening of a ray of light for the purpose of preservation a measurable photocurrent. This weakening is necessary for an exact function certain requirements are made, once that they are frequency-independent and, on the other hand, that it is as linear as possible, i. H. the percentage light attenuation should match the set value of the setting element, e.g. B. the angle of rotation of a sector diaphragm, be proportional.

Die Schwächung des Lichtstrahles erfolgt bei den bekannten Ausführungen auf verschiedenen Wegen, und zwar einmal durch Graukeile, Rundkeile oder Rasterscheiben. Der Nachteil dieser Ausführung liegt vor allem in der auftretenden Frequenzabhängi,gkeit, die ein nicht ausreichendes Maß an Genauigkeit zur Folge hat. Zum anderen Male erfolgt sie durch besonders geformte Blenden, z. B. Sektorblenden. The weakening of the light beam takes place in the known designs in different ways, once through gray wedges, round wedges or grid disks. The main disadvantage of this design is the frequency dependence that occurs, which results in an insufficient degree of accuracy. The other time takes place they by specially shaped panels, z. B. sector apertures.

Diese haben wieder den Nachteil, daß sie an die Homogenität des Lichtbündels hohe Anforderungen stellen, so daß die Genauigkeit des Verfahrens von einer bestimmten, zum mindesten symmetrischen Verteilung des Lichtes innerhalb des Lichtbündels abhängig ist Bei einer weiteren Ausführungsart wird auf eine I,ichtschwächung ganz verzichtet. Statt. dessen wird mittels eines Potentiometers der im Meßkreis auftretendeFotostrom selbst geändert. Bei den üblicherweise benutzten Alkalifotozellen muß im allgemeinen der Fotostrom verstärkt werden, wozu besondere hochohmige Gitterahleitwiderstände von etwa 50 bis Ioo Megohm notwendig sind. Es ist: aber in der Praxis außerordentlich schwierig und kompliziert, derartige Widerstände als Potentiometer auszuführen.These again have the disadvantage that they affect the homogeneity of the light beam make high demands, so that the accuracy of the method of a certain, at least symmetrical distribution of the light within the light beam dependent In a further embodiment, light attenuation is completely dispensed with. Instead of. the photo current occurring in the measuring circuit is determined by means of a potentiometer changed myself. In the case of the commonly used alkaline photocells, in general the photocurrent are amplified, including special high-resistance grid wire resistors from about 50 to Ioo megohms are necessary. It is: but extraordinary in practice difficult and complicated to implement such resistors as potentiometers.

Ein weiterer Nachteil all dieser bekannten Ausführungen liegt darin, daß sie jeweils nur für den sichtbaren Bereich oder den Bereich um UR oder den Bereich im UV benutzt werden können, da die benutzten Lichtquellen jeweils für den einen Bereich spezifiziert sind. Die einzelnen Lichtquellen, z. B. normale Glühlampen, Quecksilberdampflampen u. a. m., müssen daher dem Bereich entsprechend jeweils ausgewechselt werden, was naturgemäß außerordentlich störend ist, insbesondere wenn es während einer Meßreihe erforderlich wird. Another disadvantage of all these known designs is that that they are each only for the visible area or the area around UR or the Area in the UV can be used, as the light sources used for each a range are specified. The individual light sources, e.g. B. normal light bulbs, Mercury vapor lamps, etc. m., must therefore be replaced according to the area which is extremely annoying by its very nature, especially when it is during a series of measurements is required.

All diese Nachteile werden durch den Gegenstand der Erfindung beseitigt. Nach dieser wird weder eine meßbare Lichtschwächung vorgenommen, noch wird der Fotostrom selbst meßbar verändert, sondern es wird durch Verwendung einer Fotozelle mit zwei Anoden der Elektronenstrom in der Fotozelle in zwei Ströme aufgespalten, von denen der eine direkt gemessen wird. Zu diesem Zweck wird die eine Anode, die Meßanode, an ein konstantes Potential gelegt, während die zweite Anode, die Hilfsanode, an ein veränderliches Potential gelegt wird. Hierdurch wird eine Aufteilung des Elektronenstromes innerhalbl der Zelle erzielt, so daß bei gegebener Spannung an der Hilfsanode auf die Meßanode nur ein bestimmter ProzentteiI der Elektronen auftrifft. All of these drawbacks are eliminated by the subject matter of the invention. After this, neither a measurable weakening of the light is made, nor is the photocurrent itself measurably changed but it is made by using a photocell with two Anodes split the electron stream in the photocell into two streams, one of which one is measured directly. For this purpose one anode, the measuring anode, applied to a constant potential, while the second anode, the auxiliary anode, on a changeable potential is placed. This results in a division of the electron flow achieved within the cell, so that at a given voltage on the auxiliary anode only a certain percentage of the electrons hit the measuring anode.

Dieser Elektronenstrom wird nun in üblicher Weise verstärkt und gemessen.This electron flow is now amplified and measured in the usual way.

Die Funktion des Fotostromes im Meßkreis zu der an die Hilfsanode angelegten Spannung ist weitgehend durch den geometrischen Aufbau der Anoden bestimmt, so daß durch eine entsprechende Proportionierung und Anordnung der beiden Anoden eine direkt proportionale Abhängigkeit des Fotostromes im Meßkreis von der an die Hilfsanode gelegten Spannung erzielt wird. Hierdurch wird erreicht, daß die prozentuale Lichtschwächung von einem linear geteilten Potentiometer unmittelbar abgelesen - werden kann. The function of the photocurrent in the measuring circuit to that of the auxiliary anode applied voltage is largely determined by the geometric structure of the anodes, so that by appropriate proportioning and arrangement of the two anodes a directly proportional dependence of the photocurrent in the measuring circuit on the Auxiliary anode applied voltage is achieved. This ensures that the percentage Light attenuation read directly from a linearly divided potentiometer - can be.

Um nun weiterhin einen konstanten Lichtstrahl auf die Doppelanode einwirken zu lassen und dadurch über den Bereich des Sichtbaren sowie des L'R und UV nur einen Nfeßabschnitt zu erhalten, ist es erforderlich, eine Lichtquelle zu benutzen, die ein Kontinuum über diese drei Bereich besitzt. To now continue a constant beam of light on the double anode to act and thereby beyond the range of the visible as well as the L'R and To get UV only a Nfeßabschnitt, it is necessary to use a light source that has a continuum over these three areas.

Hierfür wird nach der Erfindung beispielsweise eine Xenonhöchstdrucklampe benutzt, die diese Forderungen erfüllt. Die Verwendung einer solchen Lichtquelle hat außerdem den Vorteil, daß sie mit Wechselstrom gespeist wird, so daß man auf Grund des WiVechselstrombogens einen Wechselstromverstärker benutzen kann. der gegenüber den (;leichstromverstärkern den Vorteil der absoluten Nullpunktsruhe aufweist und somit eine einwandfreie Ablesung des Meßwertes ermöglicht.For this purpose, according to the invention, a high-pressure xenon lamp is used, for example used that meets these requirements. The use of such a light source also has the advantage that it is fed with alternating current, so that one on Reason of Wi AC arc can use an AC amplifier. the opposite the (; light current amplifiers have the advantage of absolute zero point calmness and thus enables a perfect reading of the measured value.

In der Zeichnung ist ein Ansffihrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An example embodiment of the invention is shown in the drawing.

Bild I zeigt ein Schaltschema des Kolorimeters; Bild 2 zeigt die Schwächungscharakteristik des Fotomeßstromes als Funktion der an der Hilfsanode angelegten Spannung. Figure I shows a circuit diagram of the colorimeter; Picture 2 shows the Attenuation characteristic of the photometric current as a function of that at the auxiliary anode applied voltage.

Es bedeuten im einzelnen in Bild I: 1 die Lichtquelle, 2 Linse, 3 parallelisierte Lichtstrahlen, 4 zu messendeMaterie, 5 Zweianodenzelle, MA Meßanode, HA Hilfsanode, kr Kathode, 6 Stromquelle, 7 Potentiometer, 8 Verstärlçer mit Meßinstrumentl. Die Linse 2 parallelisiert das von der Lichtquelle I ausgesandte Licht. Die Strahlen 3 werden durch die zu messende Materie 4 geschwächt und fallen auf die Kathode K der Fotozelle 5, wo sie einen Fotostrom auslösen. Dabei ist die Spannung an der Hilfsanode HA so, daß der gesamte Fotostrom zur Meßanode MA fließt. Die Stellung des Potentiometers ist hierbei IOO (bei Durchlässigkeitsmessung). Der Ausschlag des Meflinstrumentes 8 gibt jetzt die Merkmarke. Nach Entfernung der zu messenden Materie + wird nun das Potentiometer 7 so verstellt, bis das Instrument wieder auf die Merkmarke zeigt. Durch die Verstellung des Potentiometers 7 wird die an die Hilfsanode HA gelegte Spannung geändert, so daß nunmehr nur noch ein Teil des Fotostromes zur Meßanode, der andere Teil zur Hilfsanode fließt. In detail in Figure I: 1 the light source, 2 lens, 3 parallelized light rays, 4 matter to be measured, 5 two-anode cells, MA measuring anode, HA auxiliary anode, kr cathode, 6 power sources, 7 potentiometers, 8 amplifiers with measuring instruments. The lens 2 parallelizes the light emitted by the light source I. The Rays 3 are weakened by the matter 4 to be measured and fall onto the cathode K the photocell 5, where they trigger a photocurrent. The tension is on the Auxiliary anode HA so that the entire photocurrent flows to the measuring anode MA. The position of the potentiometer is IOO (when measuring permeability). The rash of the Meflin instrument 8 is now the marker. After removing the Matter + the potentiometer 7 is now adjusted until the instrument opens again the marker shows. By adjusting the potentiometer 7, the The voltage applied to the auxiliary anode HA changed, so that now only part of the photocurrent to the measuring anode, the other part flows to the auxiliary anode.

Die dem Drehwinkel des Potentiometers entsprechende Spannung an der Hilfsanode ist direkt proportional dem Verhältnis der nun fließenden beiden Fotoströme. Also ist auch der zur Meßanode fließende Fotostrom direkt proportional der Einstellung des Potentiometers. Somit zeigt die Stellung des Potentiometers direkt die vorhandene Lichtschwächung an.The voltage at the corresponding to the angle of rotation of the potentiometer Auxiliary anode is directly proportional to the ratio of the two photo currents now flowing. So the photo current flowing to the measuring anode is directly proportional to the setting of the potentiometer. Thus, the position of the potentiometer directly shows the existing one Attenuation of the light.

Bild 2 zeigt die Charakteristik einer für den Gegenstand der Erfindung geeigneten Fotozelle. Auf der Abszisse ist die Spannung an der Hilfsanodes die der Teilung des Potentiometers entspricht, aufgetragen, auf der Ordinate der zugehörige Fotostrom an der Meßanode. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verläuft die li!unktlionskurve von B bis C geradlinig, so daß für diesen Spannungsbereich der Hilfsanode das Potentiometer linear geeicht werden kann. Die den Kurvenstücken 24-B und C-D entsprechenden Spannungen an der Hilfsanode werden für die Messung nicht benutzt. Figure 2 shows the characteristics of a for the subject of the invention suitable photocell. On the abscissa the voltage at the auxiliary anode is that of the Division of the potentiometer corresponds, plotted, on the ordinate to the associated Photo current at the measuring anode. As can be seen from the drawing, the left-hand curve runs from B to C in a straight line, so that the potentiometer of the auxiliary anode for this voltage range can be calibrated linearly. The voltages corresponding to curve pieces 24-B and C-D on the auxiliary anode are not used for the measurement.

Im vorstehenden ist der Klarheit halber nur die einfachste Meßmethode beschrieben. Dies ändert nichts daran, daß der Gegenstand der Erfindung bei allen anderen in der Praxis gebräuchlichen Meßmethoden mit gleichem Vorteil verwandt werden kann. The above is just the simplest measurement method for the sake of clarity described. This does not change the fact that the subject matter of the invention applies to all other measurement methods commonly used in practice can be used with the same advantage can.

PATENTANSPRSCHE: I. Lichtelektrisches Absolutkolorimeter für den Bereich des Sichtbaren sowie des UR und UV mit einer Zweianodenfotozelle, die den Elektronenstrnm in zwei Ströme aufteilt und als Lichtquelle zweckmäßig eine Lampe besitzt, die über die genannten drei Bereiche ein Kontinuum aufweist. PATENT CLAIMS: I. Photoelectric absolute colorimeter for the Area of the visible as well as the UR and UV with a two-anode photocell, which the The electron stream is divided into two streams and a lamp is useful as a light source which has a continuum over the three areas mentioned.

Claims

2. Photoelectric absolute colorimeter according to claim 1, characterized characterized in that one anode is at a constant, the other at a variable Potential lies.

3. Photoelectric Absalutkolorimcter according to claim I and 2, characterized characterized in that the photocurrent of the anode lying at a constant potential, the measuring anode, is measured by a conventional measuring instrument after it has been optionally was reinforced.

4. Photoelectric absolute colorimeter according to claim 1 to 3, characterized marked that the variable potential of the other anode, the Auxiliary anode, is regulated by means of a potentiometer.

5. Photoelectric absolute colorimeter according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the potentiometer corresponds to the characteristics of the photocell is linearly calibrated and the value read on the potentiometer is therefore direct is proportional to the strength of the photocurrent of the measuring anode.

6. Photoelectric absolute colorimeter according to claim 1 to 5, characterized characterized in that the size ratio of the anodes is dimensioned and their arrangement takes place in such a way that the function of the voltage on the auxiliary anode and the photocurrent a straight line at the measuring anode within the practical operating conditions is.

7. Multi-anode cells according to claim I to 4, characterized by the Use for general measurement and control purposes.

8. Photoelectric absolute colorimeter according to claim I, characterized characterized in that a known high-pressure xenon lamp is used as the light source is used.