DE908418C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lichtmengen mittels Photozellen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Lichtmengen mittels Photozellen Photoelektriselle Messungen hat man mit Hilfe voll Kolorimetern, Weißgradmessern u. dgl. durchgeführt, die mit zwei Photozellen arbeiten, von denen die eine auf die Helligkeit, die Absorption. den Reflexionsgrad usw. eines Meßobjekts anspricht, während die andere dazu dient, ein die Lampenhelligkeit berücksichtigendes Vergleichsnormal zu liefern. Bei den üblichen Verfahren erfolgen die Messungen, indem entweder durch optische Mittel, wie Meßblenden, Schwärzungskeile od. dgl., die auf beide Zellen fallende Lichtmenge gleich groß gemacht wird oder aber, indem beide Zellen in Differenzschaltung gegeneinandergesdaltet werden und der Ausgleichsstrom mit Hilfe eines Instruments gemessen wird.
• Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind mit verschiedenen Nachteilen verbunden, insofern, als es nicht in allen Fällen gelingt, hinreichend genaue, einwandfreie und sichere Ergebnisse zu bekommen. So ist z. B. die Genauigkeit und die Linearität bei der Differenzschaltung einerseits durch die Güte und Empfindlichkeit des elektrischen Meßinstruments bedingt und andererseits das Meßergebnis noch abhängig von Netzspannungsschwankungen. Auf der anderen Seite bedingen die bekannten Verfahren mit Kompensation durch Schwärzungskeil oder Meßblenden relativ komplizierte und kostspielige optische oder niechanische Konstruktionen und sind teilweise auch mit erheblichem Lichtverlust verbunden.
• Es hat sich nun herausgestellt, daß man die aufgezeigten Nachteile vermeiden und quantitative Messungen von Lichtmengen, insbesondere der Helligkeit, der Absorption, des Reflexionsgrades usw., unter Erzielung einwandfreier und sicherer Ergebnisse durchführen kann, wenn man unter Verwendung einer Lichtquelle und zweier Photozellen, von denen die eine auf die Helligkeit, die Absorption, den Reflexionsgrad od. dgl. des Meßobjektes anspricht und die andere als. Kompensationszelle ein die Helligkeit der Lichtquelle berücksichtigendes Vergle ichsnormal liefert, so verfährt, daß man die beiden bei gleichzeitiger Belichtung der Photozellen entstehenden elektrischen Ströme in einem Anzeigeinstrument mit zwei Spulen mittels eines in den Kompensationsstromkreis eingeschalteten Potentiometers oder ähnlichen Gerätes abgleicht. Die Potentiometereinstellung ergibt dann ein Maß für die auf die Meßzelle fallende, zu messende Lichtmenge.
• Man verfährt zweckmäßig in der Weise, daß der bei Belichtung der Meßzelle erzeugte elektrische Strom direkt oder über einen regelbaren Vor- oder Parallelwiderstand der einen Spule eines Drehspulen- oder ähnlichen Anzeigeinstruments mit zwei Wicklungen zugeführt wird, während der bei der gleichzeitigen Belichtung der Kompensationszelle erzeugte elektrische Strom einem Potentiometer zugeleitet wird. Zwischen dessen einem Ende und dem Mittelabgriff liegt die zweite Wicklung des Anzeigeinstruments an. Die beiden Ströme durchfließen die Spulen dieses Instruments in entgegengesetzter Richtung. Das Abgleichen erfolgt durch Einregulieren des Mittelabgriffs des Potentiometers dergestalt, daß sich die beiden Drehmomente der Spulen gerade aufheben und das Instrument Null anzeigt.
• Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann beispielsweise mit Hilfe der in den Abbildungen schematisch gezeigten Vorrichtungen ausgeführt werden.
• In der Vorrichtung gemäß Abb. I ist eine Lichtquelle L vorgesehen, die zur gleichzeitigen Belichtung der Kompensationszelle K und des Meßobjekts G mit dazwischengeschalteten Linsen H und Lichtfllter F dient. Auf die von dem Meßobjekt G bei Belichtung ausgehende zu messende Lichtmenge spricht eine Meßzelle M an. Als Anzeigeinstrument ist ein Galvanometer J mit zwei Spulen N und 0 angeordnet. Die Spule 0 liegt an einem Potentiometer P an. Der durch die auffallende Lichtmenge in der Meßzelle M erzeugte Strom fließt durch die Spule wNT des Galvanometersl I, während der bei gleichzeitiger Belichtung der Kompensationszelle K entstehende elektrische Strom über das Potentiometer P durch die Spule 0 in entgegengesetzter Richtung wie der in Spule N fließende Strom fließt, wobei er in seiner Stärke durch die Einstellung des Potentiometers so geregelt wird, daß das Instrument I Null anzeigt und die Potentiometereinstellung ein Maß für die gemessene Lichtmenge ergibt, die an einer nicht gezeigten geeichten Skala am Potentiometer P direkt abgelesen werden kann.
• Durch Änderung der Belichtungsstärke der Kompensationszelle K mittels Blenden od. dgl. oder auch durch Einschalten eines Vorwiderstandes oder Parallelwiderstandes zum Potentiometer P oder zur Spule 0 des Instruments 1 kann man vor der Messung die Apparatur dergestalt einjustieren, daß bei voller Belichtung tder Meßzelle M der Abgleich gerade bei Einstellung des Potentiometers P auf Vollausschlag (Ausschlag ioo) erfolgt. Steht nun vorder Meßzelle M beispielsweise ein Meßobjekt G, das nur noch einen Bruchteil des einfallenden Lichtes durchläßt, so muß das Potentiometer P aucb gerade auf iden gleichen Bruchteil seines Vollausschlages heruntergestellt werden, damit Abgleid im Galvanometer eintritt.
• Die in Abb. I als Beispiel dargestellte Vorrichtung kann für die jeweiligen speziellen Zwecke in mancherlei Hinsicht ausgestaltet werden. Beispielsweise macht man die Galvanometerspule N, an der die Meßzelle M liegt, um am besten einen linearen Zusammenhang zwischen Helligkeit und Photostrom zu erreichen, niederohmig, so daß sie z. B. einen zwischen etwa 15 und I00 Ohm liegenden Widerstand besitzt. Die Größe des Widerstandes richtet sich nach der maximalen Helligkeit, die auf diese Photozelle fallen kann. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den Widerstand im Vergleich zurMeßzelleM klein zu halten. Weiter macht man z. B. die an dem Potentiometer P anliegende Spulen des Anzeigeinstrumentsl hochohmig. Vorteilhafterweise wählt man die Verhältnisse so, daß die Spule 0 gegenüber dem Widerstand des Potentiometers P einen großen Nebenschluß bildet, damit ihr Einfluß als Paralleiwiderstand zum Potentiometer P vernachlässigt werden kann. Im allgemeinen genügt es, wenn der Gesamtwiderstand in diesem Kreis etwa den 50- bis Ioofachen Widerstand des Potentiometers P ausmacht. Der Widerstand des Potentiometers P gegenüber dem der Kompensationszelle K kann dabei klein gehalten werden. Der Potentiometerwiderstand wird mit Vorteil dabei so gehalten, daß an dem Potentiometer P noch ein ausreichender Spannungsabfall zur Beaufschlagung des Anzeigeinstruments I vorhanden ist; ein solcher, der zwischen etwa 50 und 100 Ohm liegt, hat sich als zweckmäßig erwiesen. Man wählt ihn am besten so daß ein linearer Zusammenhang zwischen Photostrom und Belichtungsstärke gewährleistet ist.
• Sind die Verhältnisse in besonderen Fällen so gelagert, daß eine Abweichung vom linearen Zusammenhang zwischen Kompensationsstrom und Potentiometereinstellung in dem von der KompensationszelleK, dem Potentiometer P und der Spule 0 des Anzeigeinstruments 1 gebildeten Stromkreis vorliegt, so gestaltet man die Skaleneinteilung des Potentiometers P dieser Abweichung entsprechend angepaßt aus, was in einfachster Weise rechnerisch zu ermitteln ist.
• Die Regelung von Nullpunkt und Empfindlichkeit kann man durch Verändern des Nullabgriffs am Potentiometer P sowie durch einen einstellbaren Nebenschlußwiderstand zur Spule 0 des Anzeige- instruments I vornehmen, wobei gegebenenfalls noch Blenden vor einer oder vor beiden Photozellen K und M vorgesehen sein können.
• Eine weitere beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zeigt Abb. 2.
• Um in besonders weitgehendem Maße während der Messungen Temperaturunterschiede zwischen den Photozellen zu vermeiden, sind die Zellen K und M in einem HalterA aus gut wärmeleitendem Material. wie z. B. Kupfer, montiert. Man kann die Zellen auch zur Erreichung des gleichen Zieles in anderer Weise räumlich dicht nebeneinander im Wärmeaustausch miteinander anordnen, z. B. indem man sie direkt Rücken an Rücken montiert. In diesen Fällen müssen den Verhältnissen angepaßte Umlenkspiegel oder Umlenkprismen angebracht werden, wie beispielsweise der Umlenkspiegel S. In der Abb. 2 sind die elektrischen Zuleitungen, die von den Photozellen K und M zu dem Anzeigeinstrument D, als welches ein Spiegelgalvanometer dient, führen, sowie das Potentiometer nicht gezeichnet.
• Die Anlage kann, wie es die Abbildung zeigt, baulich derart ausgestaltet sein, daß die Photometeranlage mit einem Lichtmarkengalvanometer D zu einer Einheit verbunden ist. Dabei wird zweckmäßig durch eine weitere Linse C der Faden der Lichtquelle L auf dem Galvanometerspiegel abgebildet; es wird auf diese Weise eine sehr helle Lichtmarke erhalten.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Messung einer von einem Meßobjekt ausgehenden Lichtmenge unter Verwendung einer Lichtquelle und zweier Photozellen, von denen die eine auf die Helligkeit, die Absorption. den Reflexionsgrad od. dgl. des Meßobjekts anspricht und die andere als Kompensationszelle ein die Helligkeit der Lichtquelle berücksichtigendes Vergleichsnormal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden bei gleichzeitiger Belichtung der Photozellen entstehenden elektrischen Ströme in einem Anzeigeinstrument mit zwei Spulen mittels eines in den Kompensationsstromkreis eingeschalteten Potentiometers oder ähnlichen Gerätes abgleicht, wobei die Einstellung des Potentiometers ein Maß für die auf die Meßzelle fallende Lichtmenge ergibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der bei Belichtung der Meßzelle erzeugte elektrische Strom direkt oder über einen regelbaren Vor- oder Parallelwiderstand der einen Spule eines Drehspul- oder ähnlichen Anzeigeinstruments mit zwei Wicklungen, der bei gleichzeitiger Belichtung der Kompensationszelle erzeugte elektrische Strom einem Potentiometer zugeführt wird, zwischen dessen einem Ende und dem Mittelabgriff die zweite Wicklung des Anzeigeinstruments anliegt, und daß der Mittelabgriff des Potentiometers so einreguliert wird, daß die Drehmomente der beiden die Spulen des Anzeigeinstruments in entgegengesetzter Richtung durchfließenden elektrischen Ströme gleich sind und das Anzeigeinstrument Null anzeigt.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen I und 2, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (L) zur gleichzeitigen Belichtung einer Kompensationszelle(K) und eines Meßobjekts (G), einer Meßzelle (M), die auf die von dem Meßobjekt (G) ausgehende Lichtmenge anspricht, einem Anzeigeinstrument (I) mit jeweils einer Spule (N und 0) für die beiden in den Photozellen erzeugten elektrischen Ströme und ein in denKompensationsstromkreis eingeschaltetes Potentiometer (P), um das Anzeigeinstrument (I) auf Null einzuregulieren.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Meßzelle anliegende Spule(N) des Anzeigeinstuments (I) niederohmig ist, zweckmäßig einen zwischen etwa I5 und 100 Ohm liegenden Widerstand besitzt.
5. 5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Meßzelle (M) liegende Spule (N) des Anzeigeinstruments (I) so niederohmig ist, daß ihr Widerstand im Vergleich zu dem der Meßzelle (M) klein ist.
6. 6. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Potentiometer (P) anliegende Spule (0) des Anzeigeinstruments (I) hochohmig ist, zweckmäßig derart gehalten ist, daß der Gesamtwiderstand in dem Kompensationsstromkreis etwa den 50- bis Ioofachen Widerstand des Potentiometers (P) ausmacht.
7. 7. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Potentiometer (P) anliegende Spule (0) des Anzeigeinstruments (I) so hochohmig ist, daß sie gegenüber dem Widerstand des Potentiometers (P) einen großen Nebenschluß bildet, wobei der Wilderstand des Potenti<}meters (P) gegenüber demderKompensationszelle(K) klein sein kann.
8. 8. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Potentiometer (P) einen kleinen Widerstand von solcherGrößehat, daß an dem Potentiometer (P) noch ein ausreichender -Spannungsabfall zur Beaufschlagung des Anzeigeinstruments (I) vorhanden ist, zweckmäßig einen solchen, der zwischen etwa 50 und 100 Ohm liegt.
9. 9. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Potentiometers (P) gegenüber dem der Kompensationszelle (K) so niedrig gehalten wird, daß ein linearer Zusammenhang zwischen Photostrom und Belichtungsstärke gewährleistet ist.
10. 10. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung vom linearen Zusammenhang zwischen Kompensationsstrom und Potentiometereinstellung in dem von der Kompensationszelle (K), dem Potentiometer (P) und der Spule (0) des An- zeigeinstrumentls (I) gebildeten Stromkreis die Skaleneinteilung des Potentiometers (P) dieser Abweichung entsprechend angepaßt ausgestaltet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis I0, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung von Nullpunkt und Empfindlichkeit durch Veränderung des Nullabgriffs am Potentiometer (P) sowie durch einen einstellbaren Nebenschlußwiderstand zur Spule (0) des Anzeigeinstruments (I) erfolgt, wobei gegebenenfalls noch Blenden vor einer oder vor beiden Photozellen (K und 11) vorgesehen sein können.
12. I2. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis II, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Temperaturunterschieden zwischen beiden Photozellen (K und 3f) während der Messungen die Meßzelle (M) und die Kompensationszelle (K) räumlich dicht nebeneinander im Wärmeaustausch miteinander angeordnet, z. B. in einem Halter (=4) aus gut wärmeleitendem Material oder direkt Rücken an Rücken montiert sind.
13. 13. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis I2. dadurch gekennzeichnet, daß die Photometeranlage mit einem Lichtmarkeugalvauometer (D) baulich derart zu einer Einheit verbunden ist, daß die Beleuchtung des Galvanometerspiegels durch die Lichtquelle (L) des Photometers erfolgt.