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Einrichtung zur mittelbaren Überwachung der Anzeige eines Meßgerätes
Zur Steuerung bzw. zum öffnen oder Schließen von elektrischen Stromkreisen in Abhängigkeit
von der Angabe eines mechanischen oder elektrischen Meßgerätes sind Bolometeranordnungen
hergestellt worden, bei denen elektrisch beheizte Drähte aus temperaturabhängigem
Widerstandsmaterial gerichteten, durch das Meßorgan beeinflußten Luft- oder Gasströmungen
ausgesetzt sind. Ein Flügel, der die Bewegungen des Meßorgans mitmacht, deckt den
kühlenden Luftstrom mehr oder weniger bzw. ganz ab. Die Wendel wird dann wärmer,
und ihr dadurch geänderter Widerstandswert kann in Brückenanordnungen oder sonstigen
Stromkreisen zu Anzeige-oder Regelzwecken benutzt werden.
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Sämtliche Anordnungen mit Blasvorrichtung haben jedoch den Nachteil,
daß Kräfte auf das Meßorgan ausgeübt werden, sobald der Flügel oder ein ähnliches
mit dem Meßwerk verbundenes Organ in den Bereich der Strömung kommt. Diese mechanische
Beeinflussung des Gerätes verringert in allen Fällen seine Genauigkeit und Empfindlichkeit
und ist besonders dann störend, wenn es sich darum handelt, eine der Bewegung des
Meßorgans proportionale Änderung durch das Abdecken des Luftstromes zu erhalten,
oder wenn das Meßgerät in einer Kompensationsschaltung als richtkraftloses Gerät
verwendet wird.
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Andere bekannte Anordnungen, die eine Widerstandsänderung geheizter
Drähte mittels Änderung ihrer Wärmeabgabe durch Konvektion oder Leitung zu erreichen
versuchen, haben praktisch keine große Bedeutung erlangt, da die Ergebnisse sehr
stark von äußeren Einflüssen abhängen und zu wenig konstant sind. Anordnungen mit
Lichtstrahlern und Photozelle sind bekannt, haben sich aber wegen des hohen Preises
und der begrenzten
Lebensdauer nur in Ausnahmefällen -in die Praxis
einführen können.
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Im Gegensatz zu bekannten Verfahren beruht die vorliegende Erfindung
auf der Anwendung der Wärmestrahlung. Dabei wird die Relativstellung einer Wärmestrahlenquelle
und eines Empfängerorgans, beispielsweise je eine Drahtwendel aus temperaturabhängigem
Material, unmittelbar oder mittelbar durch die Meßgröße geändert und dadurch ein
Gleichgewichtszustand gestört oder herbeigeführt, was zur Betätigung einer Anzeige,
Steuerung, Rückführung od. dgl. benutzt werden kann. Man könnte etwa die Wärmestrahlenquelle
fest und die Empfängerwendel am beweglichen System des Meßgerätes anbringen, so
daß letztere bei einer bestimmten Zeigerstellung in den Bereich der Wärmestrahlung
kommt.
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Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur mittelbaren
Überwachung der Anzeige eines Meßgerätes, wobei auf einem einstellbaren Hebel innerhalb
von Hohlspiegeln einander gegenübersitzend ein Wärmestrahler, insbesondere eine
glühende Widerstandsspirale, und ein in den überwachungsstromkreis eingeschalteter
wärmeempfindlicher Widerstand sowie ein den Strahlengang kreuzendes, vom Zeiger
des Meßwerkes beeinflußtes Organ angeordnet sind. Eine solche Einrichtung ist frei
von äußeren Einflüssen, und es wird keinerlei rückwirkende Kraft auf das bewegliche
System ausgeübt, was insbesondere bei richtkraftlosen Nüllstromitistrumenten von
großer Bedeutung ist. Gegenüber bekannten Einrichtungen mit Photozellen hat die
Erfindung den Vorzug der größeren Wirtschaftlichkeit. Sie ist billiger und hat eine
größere Lebensdauer.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Abb. i zeigt die Anordnung des Wärmestrahlers und des Empfängerorgans
bei einem Meßgerät, dessen Anzeige überwacht werden soll; Abb. 2 und 3 zeigen Ausschnitte
durch verschiedene Ausführungsformen der Strahlungseinrichtung. Auf einem Tragarm
i sind der Wärmegeber 2 und der Wärmeempfänger 3 einander gegenüberstehend angeordnet.
Der Tragarm ist um eine Achse 4 drehbar und kann mit dem Zeiger 5 auf einen beliebigen
Wert an der Skala 6 eingestellt werden. über der Skala spielt die Spitze des Zeigers
g, der mit der Drehspule 7 des Meßwerkes, beispielsweise eines Drehspulenmeßgerätes,
verbunden ist. Die Drehachse 8 der Meßwerkspule liegt mit der Drehachse 4 des Einstellhebels
in einer Richtung. Wärmegeber und -empfänger sind als Hohlspiegel 12 ausgebildet,
in deren Brennpunkt Widerstandskörper i i angeordnet sind. Im Strahlengang spielt
eine vom Zeiger 9 getragene Fahne i o. Eine Heizwendel i i aus hitzebeständigem
Material ist im Brennpunkt eines elliptischen Spiegels 12 angeordnet. Die Empfängerwendel
13 aus temperaturabhängigem Material befindet sich gleichfalls im Brennpunkt eines
elliptischen Spiegels 14. Die Spiegel werden so angeordnet, daß ihre zweiten Brennpunkte
15 sich decken, so daß sich der in Abb.2 gezeichnete Strahlengang ergibt. In der
Kontrollstellung, die mit dem festen Zeiger 5 eingestellt ist, tritt die am Zeiger
des Meßwerkes angebrachte Fahne io in den Brennpunkt 15. Dann fällt die Erwärmung
der Empfängerwendel durch die Strahlung der Heizwendel fort, und der Widerstand
der Empfängerwendel ändert sich. Selbstverständlich läßt sich die Anordnung auch
umkehren, indem die Wärmestrahlung normalerweise abgeschattet ist und bei Erreichen
des Sollwertes freigegeben wird oder etwa bei Erreichen eines unteren und eines
oberen Sollwertes freigegeben wird u. dgl. m.
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Durch die Konzentrierung der Wärmestrahlung im Brennpunkt 15 wird
erreicht; daß man mit sehr kleinen Stellungsänderungen des Meßsystems die ganze
Wärmestrahlung steuern kann. Dabei wird auf den den Strahlengang sperrenden Flügel
keinerlei Kraft ausgeübt, wie dies bei einem Luftstrom bei bekannten Bolometereinrichtungen
stets der Fall ist. Das Meßorgan wird also in keiner Weise nachteilig beeinflußt.
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Eine andere Ausführung der Spiegelanordnung zeigt beispielsweise Abb.
3. Die beiden Spiegel 16 und 17 haben elliptischen Querschnitt, derart, daß die
beiden Brennpunkte 18 und ig beiden Spiegeln zugeordnet sind, mit anderen Worten
so, daß beide Spiegel Teile einer Ellipse sind. Ein Strahl, der von dem einen Brennpunkt
18 auf den Spiegel 16 oder 17 trifft, wird in den Brennpunkt ig reflektiert. Man
ordnet also den Heizleiter in 18 an und den Empfängerleiter in ig, oder umgekehrt.
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Diese Anordnung ist beispielsweise dann geeignet, wenn man eine von
der Bewegung des Meßorgans stetig abhängige Widerstandsänderung der Empfängerwendel
erzielen will. Da auf dem Wege vom Spiegelrand nach der Mitte der Abdeckflügel immer
mehr Wärmestrahlung abdeckt, kann durch eine geeignete Form des Flügels der Zusammenhang
zwischen der Bewegung des Meßorgans und der sekundären Wirkung in weiten Grenzen
gewählt werden.
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Statt der elliptischen Spiegelform kann man auch eine parabolische
wählen. Die von dem Brennpunkt des parabelförmigen Spiegels ausgehenden Strahlen
werden parallel zur Achse reflektiert, die auf den Spiegel parallel einfallenden
Strahlen werden in dessen Brennpunkt geworfen.
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Es kann von besonderem Vorteil sein, die Hohlspiegel nicht rotationssymmetrisch,
sondern als Hohlzylinder mit entsprechendem (elliptischem oder parabolischem) Querschnitt
auszuführen. Die Zylinder werden so angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht zur Zeigerbewegung
stehen. Die Heizwendel und die Empfängerwendel sitzen in den entsprechenden Brennlinien.
Die Abdeckung der Strahlung erfolgt dann in einer Linie oder Fläche, die senkrecht
zur Zeigerbewegung steht.
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Die die Heizwendel durchfließenden Ströme müssen natürlich so bemessen
sein, daß diese geeignete Temperaturen erreicht, während die Ströme in der Empfängerwendel
so klein gehalten werden, daß deren Temperatur erheblich unter der der Heizwendel
bleibt.
Führt man beispielsweise bei einer Anordnung nach Abb. 2 den Abdeckflügel io auf
der der Heizwendel zugekehrten Seite reflektierend aus, so wird, wenn der Flügel
in die entsprechende Stellung kommt, die Strahlung der Heizwendel auf diese selbst
reflektiert und damit deren Temperatur und Widerstand vergrößert. Wenn man schließlich
noch die der Empfängerwendel zugekehrte Seite des Flügels schwärzt, wird die Wärmestrahlung
der Empfängerwendel absorbiert und damit deren Temperatur zusätzlich erniedrigt.
Es ergibt sich also eine gegenläufige Temperatur-und Widerstandsänderung von Heiz-
und Empfängerwendel, die man in geeigneten Brücken- oder anderen Schaltungen in
bekannter Weise zu überwachungs- oder auch zu Regelzwecken ausnutzen kann.
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Liegt die Empfängerwendel über der Heizwendel, so tritt neben der
Strahlenwirkung noch eine zusätzliche Erwärmung der Empfängerwendel durch den aufsteigenden
warmen Luftstrom, also durch Konvektion ein. Das kann störend werden, wenn das Meßgerät
in verschiedenen Lagen, etwa einmal stehend, einmal liegend, benutzt werden soll,
weil dann in der einen Stellung die Konvektion vorhanden ist, in der anderen praktisch
nicht, so daß die Temperaturänderungen in dem einen Fall anders sind als im anderen.
Um das zu vermeiden, wird durch geeignete Abdeckungen aus einem Material, wie Glas,
das für Wärmestrahlen durchlässig ist, die Konvektion unterdrückt oder die konstruktive
Anordnung so getroffen, daß die Empfängerwendel in keiner Gebrauchslage über die
Heizwendel zu liegen kommt.