Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen von Zustandsänderungen mittels einer elektrischen Einrichtung. Das vorliegende Verfahren dient bei spielsweise zur Betätigung irgendwelcher Signal- oder Kommandogeräte durch sehr kleine elektrische Ströme oder Strom änderungen, die z. B. durch Leitfähigkeits- änderungen in Photozellen oder in Ionisa- tionskammern entstehen können.
Ein äusserst kleiner elektrischer Strom kann ein Signal- oder Kommandogerät be tätigen, indem man denselben durch Elek tronenröhren verstärkt. oder indem man durch .den Spannungsabfall, der durch diesen kleinen Strom an einem sehr hochohmigen Widerstande entsteht, ein Elektrometer speist, dessen Zeiger einen Kontakt betätigt. Alle diese Einrichtungen sind verhältnis mässig kompliziert und kostspielig.
Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, ,die Ströme in ein Signal umzuwandeln, in dem man sie zum Zünden einer .derartigen selbständigen Gasentladung G verwendet, bei der die Brennspannung u " infolge der Veränderung des elektrischen Feldes durch die Ladungsträger niedriger ist als die zur Einleitung der selbständigen Gasentladung notwendige Zündspannung u+.
Im folgenden wird eine derartige Ent ladung, Gasentladung erster Art, kurz G.E.I genannt. Als. G. E. I kann z. B. eine Glimm- oder Bogenentladung :dienen. Zu ihrer Zün- ,dung ist erfahrungsgemäss ein Mindeststrom Z+ notwendig, der häufig grösser ist als der zur Verfügung stehende zu messende Strom.
Damit der Zündstrom i+ trotzdem ent stehen kann, ist es bekannt, durch den kleinen Strom i eine Kapazität C während der Zeit t mit der Ladung
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aufzuladen und damit auf die Spannung
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zu bringen. Ein Teil dieser Ladung e der Kapazität C fliesst beim Zünden einer Gas entladung über dieselbe ab, bis die Brenn spannung u" erreicht ist. Der dadurch ent stehende Stromstoss
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kann zur Auslösung weiterer Signale dienen.
Die Erfahrung zeigt, dass es auch mit dieser Methode nicht. möglich ist, äusserst kleine Ströme i zur Zündung einer Gas entladung zu verwenden, da ein äusserst kleiner Strom durch die Gasentladungs- strecke fliesst, bevor die eigentliche Zünd spannung u+ einer G. E. I erreicht ist. Der artige Entladungen werden im folgenden G. E. II genannt. Die Kapazität C kann sich deshalb nie über eine Spannung u aufladen, die wesentlich höher ist als die Brennspan nung u" der Gasentladungsstrecke G.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens nach der Erfindung, das eine höhere Aufladung der genannten Kapazität er- möglieht, ist in Fig. 1 prinzipiell dargestellt. Die Gasentladungsstreeke G.= wird dabei nur hin und wieder durch den Schalter S plötz lich so mit der Kapazität Cl verbunden, dass eine G. E. I durch die zusätzliche Spannung du." entstehen kann.
Nur wenn die Kapazi tät C, im Moment des Einschaltens von S auf Stellung 2 eine Spannung u, hat, die zu sammen mit den Spannungen u" und du, höher als die Zündspannung u2+ für eine G. E. I in G, ist, zündet dieselbe. Der durch die Zündung mit dem darauffolgenden Zu sammenbruch der Spannung u1 auf die Löschspannung der G. E. I in G2 entstehende Stromstoss i" kann z.
B. über den Transfor mator Tr irgendwelche Signale auslösen.
Würde an Stelle des Umschalters S nur ein an sich naheliegender Ausschalter ver wendet, so müsste die gesamte Leitung von G2 nach S hoch isoliert und kapazitätsarm ausgeführt sein, damit die Leitung durch den kleinen Strom i über eine G. E. 1I in G2 auf eine geeignete Spannung von der Grösse 2c" aufgeladen würde. Zudem ist es durch die Verwendung eines Umschalters S möglich, eine geeignete Spannung u" zu wählen.
Der Umschalter S kann automatisch be trieben werden. Es kann aber auch durch eine Kippschwingung automatisch in geeig neten Zeitabständen dt die Spannung<I>du"</I> zu der Spannung uo zugeschaltet werden.
Damit die Kapazität Cl nicht schon durch einen Strom, der eine bestimmte Grenze unterschreitet, auf eine so hohe Spannung u, aufgeladen wird, dass die Glimmlampe G.= zündet, ist das Aggregat A1 vorgesehen. Dazu kann z. B. ein hochohmiger Wider stand dienen, oder ein Aggregat, bei welchem die daranliegende Spannung u, erst ober halb eines bestimmten, durch dasselbe flie ssenden Stromes i grosse Werte annimmt, das heisst eine mit Stromsättigung arbeitende Vorrichtung. Dazu kann z.
B. eine Glüh- elektrodenröhre, Photozelle oder Ionisations- kammer verwendet werden. Diese Verwen dung ist vorteilhaft, wenn ein Strom i*, der eine obere Grenze überschreitet, eignalisiert werden soll, indem man dann die Photozelle oder Ionisationskammer so wählt, dass mög lichst vollständige Stromsättigung bei i* herrscht. Ein kleinerer Strom erzeugt dann keine grosse Spannung u,, wohl aber der Strom, der gleich oder grösser als i* ist.
In folge der Gassentladungsstrecke G2 mit. der Zündspannung u2+ entsteht deshalb nur dann ein Stromstoss, wenn i mindestens so gross wie i* ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungs- bei6piel. Bei diesem Ausführungsbeispiel fliesst ein wesentlich grösserer Strom io als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Auch hier wird die Kapazität C, durch ,den Strom i aufgeladen. Wenn die Spannung u2 <I>=</I> uo -i- duo <I>-</I> u, grösser ist als die Zündspannung u2+ der G. E. I in G2, so wird dies durch die Ladung e = u, C@ gezündet, wenn der Sehalter S2 geschloesen wird.
Dadurch fällt die Spannung über G2 auf die Brennspannung u2 ", und die Span nung über der Gasentladungsstrecke G1 steigt. Dieselbe zündet nun auch, wenn die Spannung u" -I- <I>A%</I> höher ist als die Summe, gebildet aus dem Spannungsabfall an R, der Brennspannung u,2' an G2 und der Zünd- spannung u,+ einer G. E.
I in G,, oder weil durch die Zündung von G2 periodische Span nungsänderungen. an G1 entstehen, die eine Zündung herbeiführen. können.
Man kann die beiden Gasentladungs- strecken G1 und G2 in ein gemeinsames Ge fäss legen und erhält so im Prinzip eine Drei elektrodenröhre mit einem Steuergitter. Diese Anordnung erlaubt es nicht nur, die Vorrich tung zu vereinfachen, sondern sie gestattet auch die Erzielung neuer Resultate, da dann z. B. die Zündung von G2 schon durch die durch G1 freiwerdenden Ionen erfolgen kann.
Es ist .dann bei einer solchen Anordnung leicht möglich, sie so auszubilden, dass nach dem Zünden einer G. E. I zwischen der mitt leren und einer der äussern Elektroden eine direkte Entladung zwischen den beiden äussern Elektroden, zwischen welchen die Spannung w1 + u;; liegt, entstehen kann. Da ,durch wird die Differenz zwischen der Ruhe spannung ml -f- m2 und der Brennspannung u1 " -i- u," der Gasentladung sehr vergrössert, und man erhält eine viel grössere Leistung für das Relais R.
Es ist infolge des Durchgriffes der Elek troden aufeinander mit einer Anordnung, wobei .die beiden Gasentladungsstrecken in demselben Gefäss arbeiten, möglich, mit einer kleineren Zündenergie für eine G. E. I auszukommen.
Die Anordnung gestattet auch die bei kleinen Strömen sehr wesentliche Verklei nerung der Isolationsstellen, die an der freien Luft liegen. Es ist möglich, die Ka pazität Cl und das Aggregat Al, das zur Ableitung zu kleiner Ströme dient, in das Gefäss der Gasentladungsstrecken zu ver legen oder unmittelbar damit zusammenzu bauen. Es gelingt so, die Zahl der an der freien Atmophäre liegenden Oberflächen, die mit bester Isolation auszuführen sind, zu reduzieren. In Fig. 2 betrifft dies z. B.
,die vier Oberflächenisolationsstellen bei G1, G2, Cl und Al, die durch Zusammenbau von G1 und G2 und durch Einbau von Cl und Al auf eine einzige reduziert werden können.
Durch die Verkleinerung der Isolations stellen wird eine sichere Steuerung durch äusserst kleine Ströme, wie sie bei Photo zellen oder in Ionieationskammern auftreten, ermöglicht, wenn diese eine Isolationsstelle genügend gut gemacht werden kann. Dies bereitet Schwierigkeiten, da das zum herme tischen Abschluss notwendige glas- oder porzellanartige Material elektrisch leitende Oberflächenschichten ansetzen kann, da sich eine Wasserhaut bildet.
Dies kann vermie den werden, indem die Oberfläche nach Ent fernen dieser Wasserhaut mindestens teil weise mit einer wasserdichten Schicht mit grossem Oberflächenwiderstande überzogen. wird.
Um die Bildung von Kondenswasser auf dieser Schicht zu vermeiden, kann diese leicht erwärmt werden. Um möglichst wenig Wärmeenergie dazu verwenden zu müssen, ist es vorteilhaft, den Heizwiderstand, z. B. eine Heizspirale, unmittelbar in oder unter diese Oberflächenschicht zu legen.
F'ig. 3 zeigt ein drittes Ausführungs beispiel. Durch die beiden als Spannungs- teiler wirkenden Aggregate Al und Az wird die Spannung wo im Verhältnis der Leitwerte der beiden Aggregate A, und AZ aufgeteilt. Dadurch werden die Kapazitäten C, und C2 auf die Spannungen u1 und u2 aufgeladen.
Wenn die beiden Ableitwiderstände Al und Az hochohmig sind, und die beiden Kapazi täten Cl und Cz sowie die Spannung J% nicht zu gross ist, so kann durch den Ruhestrom oder durch den kapazitiven Stromstoss beim Zuschalten von Au. kein Anziehen des Re lais R stattfinden.
Die Spannung u, steigt beim Zuschalten der Spannung Auo im ersten Moment um
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Diese zusätzliche Spannung Aue sinkt, je nach den verwendeten Ableitwiderständen A, und AZ und den verwendeten Kapazitäten Cl und C2 mit der Zeit verschieden schnell ab. Sie genügt jedoch, wenn die Ruhespan nung u2 genügend gross ist, zur Zündung der Gasentladungsstrecke G.=, die dann auch zu einer Zündung der Gasentladungsstrecke G, führt.
Dadurch steigt der Strom i. beträcht lich an und betätigt das Relais R.
Die beiden Aggregate A, und A_ können z. B. hochohmige Widerstände, Photozellen oder Ionisationskammern sein. Eine Zün dung einer Gasentladung und damit eine Be tätigung des Relais R erfolgt, je nach dem Verhältnis der Leitwerte der Aggregate A, und A,. Die Einrichtung kann deshalb dazu dienen, derartige Veränderungen der Aggre gate A1 und A., anzuzeigen, welche ihre Stromspannungscharakteristik verändern.
Man kann<I>z. B. A,</I> als hochohmigen Wi derstand ausführen und A, als Photozelle. Wird nun die Photozelle beleuchtet, so sinkt ihr innerer Widerstand, und die Spannung u, wird kleiner. Wird der Schalter S_ ein geschaltet, so zündet eine Gasentladung, und das Relais R spricht an.
Vertauscht man in der Schaltung die Photozelle mit dem Widerstand, so kann die Anordnung so dimensioniert werden, dass beim Verdunkeln der Photozelle das Relais R anspricht. Man kann auch zwei Photo zellen verwenden, wobei beide z. B. durch die gleiche Lichtquelle beleuchtet werden. Man erhält Alarm, wenn der Lichtstrahl zur Photozelle Ageschwächt wird. Diese Schaltung besitzt den Vorteil, dass die Span nungsverteilung innerhalb eines grossen Be reiches unabhängig von Intensitätsschwan kungen der Beleuchtungsquelle werden kann.
Wählt man für A, einen hochohmigen Widerstand und für Aeine Ionisations- kammer, das heisst zwei Elektroden, zwi schen welchen Gas leitend gemacht wird, so entsteht dann Alarm, wenn die Ionisierung kleiner wird, oder wenn die Strömung der Ionen in der Ionisationskammer abgeschirmt wird. Im ersten Falle ist die Einrichtung als Röntgendosimeter oder zum Anzeigen der chemischen Zusammensetzung eines Gases oder der Anzahl der Moleküle im cm', das heisst des Gasdruckes, verwendbar.
Im zweiten Falle kann sie dazu dienen, einen Alarm auszulösen, wenn ein zwischen den Elektroden der Ionisationskammer bewegter Teil eine bestimmte Stellung erreicht hat.
Die Anschirmung der Strömung der Ionen kann auch durch in die Ionisations- kammer gebrachte, schwebende grössere Teil chen, wie Staub, Rauch oder Molekül komplexe geschehen. Es ist deshalb möglich, mit der beschriebenen Einrichtung einen Feuermelder zu bauen, der eine ausserrodent- liche Empfindlichkeit auf Verbrennungs gase besitzt.
Der hochohmige Widerstand A, kann durch eine zweite Ionisationskammer ersetzt werden, die von einem Gase durchflossen wird, das die anzuzeigende Verunreinigung nicht enthält, so dass die Einrichtung wie die oben beschriebene Kompensationsschal tung für Photozellen wirkt.
Method and device for displaying changes in state by means of an electrical device. The present method is used for example to operate any signal or command devices by very small electrical currents or current changes that z. This can arise, for example, from changes in conductivity in photocells or in ionization chambers.
An extremely small electrical current can be operated by a signaling device or command device by amplifying it with electron tubes. or by feeding an electrometer, the pointer of which actuates a contact, through the voltage drop that arises from this small current at a very high-resistance resistor. All of these facilities are relatively complicated and expensive.
It has therefore already been proposed to convert the currents into a signal by using them to ignite an independent gas discharge G of this type, in which the burning voltage u "is lower than that for initiating the charge carrier as a result of the change in the electrical field caused by the charge carriers independent gas discharge necessary ignition voltage u +.
In the following, such a discharge, gas discharge of the first type, abbreviated to G.E.I. When. G. E. I can e.g. B. a glow or arc discharge: serve. Experience has shown that a minimum current Z + is necessary for their ignition, which is often greater than the available current to be measured.
So that the ignition current i + can nevertheless arise, it is known that the small current i creates a capacitance C during the time t with the charge
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to charge and thus to the tension
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bring to. A part of this charge e of the capacitance C flows off when a gas discharge is ignited until the burning voltage u "is reached. The resulting current surge
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can be used to trigger further signals.
Experience shows that this method does not work either. it is possible to use extremely small currents i to ignite a gas discharge, since an extremely small current flows through the gas discharge path before the actual ignition voltage u + of a G.E.I is reached. Such discharges are referred to below as G. E. II. The capacitance C can therefore never be charged via a voltage u that is significantly higher than the burning voltage u "of the gas discharge path G.
A first embodiment of a device for carrying out the method according to the invention, which enables a higher charging of the capacity mentioned, is shown in principle in FIG. The gas discharge path G. = is only now and then suddenly connected to the capacitance Cl by the switch S in such a way that a G. E. I can arise from the additional voltage du ".
Only if the capacity C, at the moment S is switched to position 2, has a voltage u, which, together with the voltages u "and du, is higher than the ignition voltage u2 + for a GE I in G, the same ignites. The resulting from the ignition with the subsequent collapse of the voltage u1 to the extinguishing voltage of the GE I in G2 current surge i "can z.
B. trigger any signals via the transformer Tr.
If instead of the changeover switch S only an obvious circuit breaker were used, the entire line from G2 to S would have to be highly insulated and low-capacitance, so that the line through the small current i via a GE 1I in G2 would have to be at a suitable voltage of of size 2c "would be charged. In addition, by using a switch S it is possible to select a suitable voltage u".
The switch S can be operated automatically. However, the voltage <I> du "</I> can also be switched on automatically to the voltage uo at suitable time intervals by means of a breakover oscillation.
The unit A1 is provided so that the capacity Cl is not already charged to such a high voltage u by a current that falls below a certain limit that the glow lamp G. = ignites. For this purpose z. B. a high resistance was used, or a unit in which the applied voltage u, only above half a certain, through the same flowing current i assumes large values, that is, a device operating with current saturation. For this purpose z.
B. a glow electrode tube, photocell or ionization chamber can be used. This use is advantageous if a current i * that exceeds an upper limit is to be signaled by choosing the photocell or ionization chamber so that the current saturation at i * is as complete as possible. A smaller current then does not produce a large voltage u ,, but the current which is equal to or greater than i * does.
As a result of the gas discharge path G2 with. the ignition voltage u2 + therefore only generates a current surge if i is at least as large as i *.
Fig. 2 shows a further exemplary embodiment. In this exemplary embodiment, a significantly larger current io flows than in the exemplary embodiment according to FIG. 1.
Here, too, the capacitance C i is charged by the current i. If the voltage u2 <I> = </I> uo -i- duo <I> - </I> u, is greater than the ignition voltage u2 + the GE I in G2, this is caused by the charge e = u, C @ ignited when the switch S2 is closed.
As a result, the voltage across G2 falls to the running voltage u2 ", and the voltage across the gas discharge path G1 increases. The same now also ignites when the voltage u" -I- <I> A% </I> is higher than the sum formed from the voltage drop at R, the operating voltage u, 2 'at G2 and the ignition voltage u, + of a GE
I in G ,, or because periodic voltage changes due to the ignition of G2. arise at G1, which cause an ignition. can.
The two gas discharge paths G1 and G2 can be placed in a common vessel, which basically means a three-electrode tube with a control grid. This arrangement not only allows the Vorrich device to be simplified, but it also allows new results to be achieved, since then z. B. the ignition of G2 can already be done by the ions released by G1.
With such an arrangement it is then easily possible to design it in such a way that after the ignition of a G.E.I between the central and one of the outer electrodes, a direct discharge between the two outer electrodes, between which the voltage w1 + u ;; lies, can arise. As a result, the difference between the rest voltage ml -f- m2 and the operating voltage u1 "-i- u," of the gas discharge is greatly increased, and a much greater power is obtained for the relay R.
As the electrodes penetrate one another with an arrangement in which the two gas discharge paths work in the same vessel, it is possible to get by with a lower ignition energy for a G.E.I.
The arrangement also allows the very substantial Verklei reduction of the isolation points that are in the open air with small currents. It is possible to place the capacity Cl and the unit Al, which is used to divert too small currents, into the vessel of the gas discharge paths or to build it together directly. In this way, it is possible to reduce the number of surfaces in the open atmosphere that have to be designed with the best possible insulation. In Fig. 2 this relates, for. B.
, the four surface isolation points at G1, G2, Cl and Al, which can be reduced to a single one by assembling G1 and G2 and by incorporating Cl and Al.
By making the isolation points smaller, safe control is made possible by extremely small currents, such as those that occur in photo cells or in ionization chambers, if this isolation point can be made sufficiently good. This causes difficulties, since the glass or porcelain-like material necessary for the hermetic conclusion can attach electrically conductive surface layers, since a water skin forms.
This can be avoided by covering the surface at least partially with a waterproof layer with high surface resistance after this water layer has been removed. becomes.
In order to avoid the formation of condensation on this layer, it can be warmed up slightly. In order to have to use as little heat energy as possible, it is advantageous to use the heating resistor, e.g. B. to place a heating coil directly in or under this surface layer.
F'ig. 3 shows a third exemplary embodiment. The two units Al and Az acting as voltage dividers divide the voltage wo in the ratio of the conductance values of the two units A and AZ. As a result, the capacitances C1 and C2 are charged to the voltages u1 and u2.
If the two leakage resistors Al and Az are high-resistance, and the two capacities Cl and Cz and the voltage J% is not too large, then the quiescent current or the capacitive current surge when switching on Au. the relay R is not tightened.
The voltage u increases when the voltage Auo is switched on for the first time
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This additional voltage Aue decreases at different rates over time, depending on the bleeder resistances A and AZ used and the capacitances Cl and C2 used. However, it is sufficient if the rest voltage u2 is sufficiently large to ignite the gas discharge path G. =, which then also leads to an ignition of the gas discharge path G.
This increases the current i. considerably and actuates relay R.
The two units A, and A_ can, for. B. high resistance, photocells or ionization chambers. A gas discharge is ignited and the relay R is activated, depending on the ratio of the conductance values of units A and A. The device can therefore serve to display such changes in the aggregates A1 and A., which change their voltage characteristics.
One can <I> e.g. B. A, </I> run as a high resistance resistor and A, as a photocell. If the photocell is now illuminated, its internal resistance drops and the voltage u becomes smaller. If the switch S_ is switched on, a gas discharge ignites and the relay R responds.
If you swap the photocell and the resistor in the circuit, the arrangement can be dimensioned so that the relay R responds when the photocell is darkened. You can also use two photo cells, both z. B. be illuminated by the same light source. An alarm is given if the light beam to the photocell A is weakened. This circuit has the advantage that the voltage distribution within a large range can be independent of intensity fluctuations in the illumination source.
If you choose a high resistance for A, and an ionization chamber, i.e. two electrodes, between which gas is made conductive, an alarm is generated when the ionization decreases or when the flow of ions in the ionization chamber is shielded . In the first case, the device can be used as an X-ray dosimeter or to display the chemical composition of a gas or the number of molecules in cm ', that is to say the gas pressure.
In the second case, it can be used to trigger an alarm when a part moved between the electrodes of the ionization chamber has reached a certain position.
The flow of ions can also be shielded by larger floating particles such as dust, smoke or molecular complexes brought into the ionization chamber. It is therefore possible to use the device described to build a fire alarm that is extremely sensitive to combustion gases.
The high-resistance resistor A can be replaced by a second ionization chamber through which a gas flows which does not contain the impurity to be displayed, so that the device acts like the compensation circuit for photocells described above.