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Farbtemperaturmesser mit beliebig wählbaren Meßbereichen
Bei den meisten
objektiven Farbtemperaturmeßgeräten beruht das Meßprinzip darauf, die Strahlungsintensitäten
zweier Spektralbereiche der zu beurteilenden Strahlung miteinander zu vergleichen.
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Es wird also der Quotient von zwei Spektralanteilen gemessen, auch
dann, wenn die Geräte selbst direkt in Farbtemperaturwerten geeicht sind, wie es
üblicherweise geschieht, da ja die Quotienten der Spektralanteile selbst nicht interessieren.
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Das Vergleichen der Strahlungsintensitäten zweier Spektralbereiche
kann geschehen entweder erstens in einer Messung mit zwei Strahlungsempfängern (Fotoelemente,
Fotozellen, Fotozellen mit Sekundärelektronenvervielfacher, Strahlungsthermoelemente,
Fotowiderstandszellen usw.) oder zweitens in zwei Messungen mit nur einem Strahlungsempfänger.
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Auch Farbtemperaturmeßeinrichtungen, die beispielsweise als Zusätze
für vorhandene fotoelektrische Belichtungsmesser vorgesehen sind, gehören in eine
dieser beiden Gruppen. Die zwei verschiedenen Spektralbereiche werden durch die
Sp ektralempfindlichkeit der Strahlungsempfänger und gegebenenfalls durch die spektrale
Durchlässigkeit der vor ihnen fest eingebauten Filter bestimmt.
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Die derzeit bekannten Meßgeräte dieser Art weisen nun aber einen
ungünstigen Verlauf der Farbtemperaturskala auf: die Farbtemperaturwerte sind nämlich
am Ende der Skala so sehr zusammengedrängt, daß eine genaue Ablesung sehr erschwert
ist. Weiterhin ist bei den Geräten der jeweilige Meßbereich so festgelegt, daß eine
Anpassung an spezielle Meßzwecke, beispielsweise an eine Messung ganz schmaler Farbtem,peraturbereiche
oder an eine Messung von Bereichen, die außerhalb der vorgegebenen Skala liegen,
nicht ohne weiteres möglich ist.
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Bei den Farbtemperaturmessern nach obengenannter zweiter Art, d.
h. mit nur einem Strahlungsempfänger, ist bereits vorgeschlagen worden, zusätzliche
Filter vor den Strahlungsempfänger zu schalten, um somit beliebige Meßbereiche zu
erzielen. Derartige Meßeinrichtungen arbeiten mit auswechselbaren Filtern.
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Die im folgenden näher beschriebene Erfindung betrifft Farbtemperaturmeßgeräte
nach obengenannter erster Art, d. h. solche mit zwei Strah-]ungsempfängern in Differentialschaltung.
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Zur Erzielung zusätzlicher Meßbereiche sind Aufsteckülter vorgesehen,
die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet sind, daß ein solches Aufsteckfilter
drehbar und beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet ist und in der einen Stellung
den einen Strahlungsempfänger ganz bedeckt und dabei einen niedrigeren, in der anderen
Stellung den anderen Strahlungsempfänger ganz bedeckt und dabei einen höheren als
den ursprünglichen Meßbereich ergibt und dieses Aufsteckfilter einen diskreten Durchlaßbereich
sowohl im kurzwelligen wie auch im langwelligen Bereich hat.
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Den folgenden Ausführungen soll nun als Beispiel ein Farbtemperaturmeßgerät
zugrunde gelegt werden, dessen Meßbereich die Farbtemperaturen von 2000 ... 100000
K umfaßt. Für einige Farbtemperaturen dieses Bereiches sind in Abb. I die Kurven
der spektralen Energieverteilung in relativem Maß dargestellt. Das Meßgerät soll
nun beispielsweise die Spektralbereiche A ... 9 und 2 7 miteinander vergleichen,
d. h. auf eine beliebige Art den Quotienten aus den Strahlungsenergien dieser Spektralbereiche
für die verschiedenen Energieverteilungen messen. In der vorliegenden Darstellung
werden also z. B. bei der Messung der Farbtemperatur 40000 K die beiden verschiedenen
schraffierten Flächen der Abb. 1, welche durch die Abszissenachse, di-e Energiekurve
von 40000 und die Ordinaten i 4 und 27 begrenzt werden, zueinander ins Verhältnis
gesetzt, d. h., der irgendwie gemessene Quotient dieser Flächeninhalte stellt ein
Maß für die Farbtemperatur dar.
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Dieser Quotient hat eine durch den Aufbau des Farbtemperaturmeßgerätes
bedingte untere und obere Grenze der Meßbarkeit. Dementsprechend hat also das Farbtemperaturmeßgerät
einen bestimmten Farbtemperaturmeßbereich, der im vorliegenden Falle von 2000 ...
IooooP K geht. Der blaue Spektralbereich R ... 4 möge nun gemäß der Erfindung durch
ein entsprechendes zusätzliches Filter auf den Bereich 23 .. . ia eingeengt werden,
dagegen bleibe der rote Spektralbereich #4...#7 unverändert. Dann wird der im vorhergehenden
näher erläuterte Quotient der Spektralanteile ein anderer, wie es sofort bei dem
Beispiel der Energiekurve für die Farbtemperatur 40000 K einzuseh.en ist.
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Aus Abb. I läßt sich entnehmen, daß die Verhältnisse von blauem zu
rotem Speidralanteil jetzt durch das Vorsatzfilter kleiner geworden sind. Das heißt,
mit Vorsatzfilter entsprechen jetzt der unteren und oberen Grenze der Meßbarkeit
des Quotienten der Spektralanteile höhere Farbtemperaturen als ohne Vorsatzfilter.
Hieraus folgt für die praktische Verallgemeinerung, daß durch ein auf den ursprünglichen
Farbtemperaturmesser aufgesetztes Filter, welches für den roten Spektralbereich
durchlässiger ist als für den blauen (also Rotfilter), ein zweiter, höher liegender
Farbtemperaturmeßbereich entsteht, der z. B. 4000 ... 150000 K umfaßt.
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Die Darstellung der Spektralbereiche in Abb. I ist mit vollem Bewußtsein
schematisiert worden, weil hierdurch die Wirkungsweise des Aufsatzfilters sofort
einleuchtet. Der Unterschied gegenüber der Wirklichkeit besteht u. a. darin, daß
die Grenzen der Spektralanteile nicht wie die Ordinoten R 2 ... 27 senkrecht verlaufende
Linien sind, sondern daß sie Kurven darstellen, die mehr oder weniger steil sind.
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Analog den obigen Überlegungen folgt, daß durch ein auf den ursprünglichen
Farbtemperaturmesser aufgesetztes Blaufilter (ein Filter, welches für den blauen-Spektralbereich
durchlässiger ist als für den roten) ein zweiter, niedriger liegender Farbtemperaturmeßbereich
entsteht.
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Ein dritter allgemeiner Fall ist der, daß durch ein anderes Filter
die ursprünglichen Spektralbereiche #1 ... #4 und 24 ... #7 der Abb.-I auf die Bereiche
22 . . . 23 und 25 . . . 26 eingeengt werden.
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Das Verhältnis von blauem zu rotem Spektralanteil ändert sich jetzt
sehr stark mit der Farbtemperatur.
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Aus Abb. I ist auch ersichtlich, daß diese Änderung noch stärker wird,
wenn man sich den Spektralbereich .... 8 auf At zu und den Bereich i 6 IZs auf Az
zu verschoben denkt. Analog den obigen Überlegungen findet man dann, daß der ursprünglichen
unteren und oberen Grenze der Meßbarkeit des Verhältnisses von. blauem zu rotem
Spektralbereich jetzt ein zweiter Farbtemperaturmeßbereich entspricht, der kleiner
ist als der ursprüngliche Meßbereich ohne ein solches' Aufsatzfilter. Hatte der
urspüngliche Farbtemperaturmesser eine Skala von 2000 . . . 10 0000° K, so kann
er jetzt mit Aufsteckfilter einen zweiten Meßbereich haben, beispielsweise von 4000
... 60000 K.
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Für die praktische Verallgemeinerung folgt daraus also, daß durch
ein auf den ursprünglichen Farbtemperaturmesser aufgestecktes Filter, welches im
blauen und roten Spektralbereich je einen engen Durchlaßbereich besitzt, ein weiterer
kleinerer Meßbereich entsteht. Und zwar wird dieser zweite Meßbereich um so kleiner,
je weiter die beiden Durchlaßbereiche bei sonst gleichen Verhältnissen auseinander
liegen. Auf Grund der früheren Überlegungen ist nun der zweite enge Meßbereich nach
höheren oder niedrigeren Farbtemperaturen verschoben, je nachdem der rote Durchlaßbereich
größer oder kleiner ist als der blaue.
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Abb. 2 zeigt die Schaltung eines Farbtemperaturmessers mit zwei Foto
elementen in Differentialschaltung, dessen schematischer Aufbau in Abb. 3 im Querschnitt
dargestellt ist. Über den beiden Fotoelementen 1 und 2 befindet sich ein an der
Drehachse 3 befestigtes Drehfilter 4 und darüber
die beiden Filter
5 und 6, welche jeweils für den kurzwelligen bzw. langwelligen Teil des Spektrums
durchlässig sind. (5 wird in der Folge mit »Blaufilter« und 6 mit »Rotfilter« bezeichnet.)
Abb. 4 zeigt den Aufbau des Meßgerätes in Draufsicht.
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Zur Messung der Farbtemperatur wird das Drehfilter so bewegt, daß
das Meßinstrument 7 den Wert Null anzeigt. Das Drehfilter 4 bedeckt die beiden halbkreisförmigen
Fotoelemente zu verschiedenen Anteilen, und zwar je nach Farbtemperatur in einer
anderen Stellung. Die Stellung dieses Filters ist also ein Maß für die Farbtemperatur.
Daher kann z. B. an der Drehachse 3 eine Skala 8 befestigt werden, so daß eine feststehende
Marke g die gemessenen Farbtemperaturen auf der Skala 8 anzeigt.
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Setzt man nun auf den Farbtemperaturmesser ein Filter IO, welches
nur das eine Filter 6 ganz bedeckt, so läßt sich dadurch ein zweiter Meßbereich
erzielen. Das Aufsatzfilter 10 möge z. B. je einen schmalen Durchlaßbereich im kurzwelligen
und langwelligen Spektralgebiet haben, z. B.
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22 zu zu zu 23 und .... . 1 gemäß Abb. I. Befindet sich also das Aufsatzfilter
IO über dem Rotfilter 6, so ist der zusätzliche Meßbereich gemäß den vorhergehenden
allgemeinen Überlegungen nach höheren Farbtemperaturen hin verschoben und zusammengedrängt.
Befindet sich dagegen das Aufsatzfilter IO in der gestrichelt gezeichneten Stellung
IO' ganz über dem Blaufilter 5, so ist der zusätzliche Meßbereich nach niedrigeren
Farbtemperaturen hin verschoben und zusammengedrängt.
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Gemäß der Erfindung wird das Aufsatzfilter nun so ausgestaltet, daß
es sich auf dem Farbtemperaturmesser verdrehen läßt und in den Nuten in bzw. I2
einrastet. Dadurch läßt sich erreichen, daß ein Farbtemperaturmesser, der ohne Aufsatzfilter
z. B. den Meßbereich 2000... IOOOO° K hat, dann mit Aufsatzfilter in der Lage IO
(eingerastet bei II) einen zweiten Meßbereich von z. B. 8000 ... 12000 und in der
Lauge 10' (eingerastet bei I2) einen dritten Meßbereich von z. B. I500 ... 30000
K erhält.