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Vorrichtung zur Bestimmung des Spiegelausschlags bei Galvanometern
u. dgl. meßgeräten Bei der Bestimmung des Spiegelausschlags von Galvanometern u.
dgl. Meßgeräten bedient man sich in der Regel einer aus einem Zeiger und einer Teilung
bestehenden Anzeigevorrichtung, bei der das eine der Eleinente mit Hilfe einer Projektionsvorrichtung
auf dem anderen abgebildet wird. Wegen der einfacheren Ausführung der Vorrichtung
hat man dabei stets den Zeiger projiziert, wobei man den Abbildungsstrahlengang
am Spiegel des Meßgerätes einer Ablenkung unterwarf, während die Teilung an einer
geeigneten Projektionsfläche fest angebracht war. Diese Vorrichtung hat den Nachteil,
daß die Teilungsintervalle je nach der optischen Bildvergrößerung verschiedenen
Winkelwerten der Spiegeldrehung entsprechen, so daß man gezwungen war, bei jeder
neuen Messung, bei der die gegenseitige Anordnung des Meßgerätes, der Projektionsvorrichtung
und der Teilung nicht genau mit der früheren übereinstimmte, eine neue Eichung der
Teilung vorzunehmen.
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Dieser N achteil kann behoben werden, wenn man die Projektionsvorrichtung
nach der Erfindung zur Abbildung der Teilung benutzt. Diese Lösung der Aufgabe läßt
sich am einfachsten dadurch verwirklichen, daß der Abbildungsstrahlengang der Projektion
der Teihtng eine Ablenkung am Spiegel des Meßgerätes erfährt, während man den Zeiger
fest auf der Projektionsfläche anbringt, und zwar tun Difterenzablesungen zu vermeiden,
zweckmüßig so, claß er mit (lein Nullpunkt des Teilungsbildes bei der Anfangslage
des Spiegels zusammenfällt. Eine erneute Eichung der Teilung ist dann unnötig, solange
das Meßgerät und die Projektionsvorrichtung mit der als Objekt dienenden Teilung
ihre gegenseitige Lage nicht ändern, gleichgültig, wie groß die Entfernung der Projektionsfläche,
also die Bildvergrößerung, ist.
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Bei der genannten Ausführung der neuen Lösung der Aufgabe bewegt sich
also bei Spiegelausschlägen des Meßgerätes die projizierte Teilung auf der Projektionsfläche.
Ist dieses projizierte Bild, wie es beispielsweise bei der Demonstration von Versuchen
vor einer größeren Zuhörerschaft erwünscht ist, verhältnismäßig groß, dann benötigt
tnan, wenigstens wenn nicht verhältnismäßig dicht beieinanderliegende Teilstriche
der Teilung beziffert oder bezeichnet sind, eine unerwünscht große Projektionsfläche,
um ohne Schwierigkeit die Zeigerstellung auf der Teilung ablesen zu können. Auch
strebt man danach, zu vermeiden, daß bei größeren Spiegelausschlägen ein wesentlicher
Teil des Teilungsbildes von der eigentlichen Projektionsfläche abgleitet und auf
einer anderen Fläche des Raumes verzerrt erscheint. In Anlehnung an die bekannten
Einrichtungen kann man in solchen Fällen so vorgehen. claß man die Abbildung der
Teilung fest, den Zeiger dagegen beweglich macht. Das könnte beispielsweise so geschehen,
claß man die Projektionsfläche als Zwischenbildebene benutzt, und dieses Zwischenbild
mit dem in seiner Ebene liegenden
Zeiger durch ein zusätzliches
optisches System auf der eigentlichen Projektionsfläche abbildet, wobei in den Abbildungsstrahlengang
ein zweiter, mit dem Spiegel des Meßgerätes gekuppelter drehbarer Spiegel zu schalten
wäre, durch dessen Drehungen die Bewegungen des Teilungsbildes gerade aufgehoben
würden. Der allgemeine, dieser Lösung zugrunde liegende Gedanke, zwei Projektionsvorrichtungen
mit gemeinsamer Lichtquelle zur Abbildung der Teilung und des Zeigers zu benutzen,
ergibt jedoch dann eine praktisch weniger Schwierigkeiten bietende und einfachere
Lösung der Aufgabe, wenn man nur den Zeiger beweglich, die Teilung aber unbeweglich
macht. Dabei liegen zwei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten der Ausführung
vor, je nachdem ob entweder beide Abbildungsstrahlengänge vollkommen getrennt voneinander
sind und nur die projizierten Bilder einander überdecken, oder ob beide Abbildungsstrahlengänge
zusammenfallen. Im letzteren Falle erfordert auch eine beliebige Veränderung der
Projektionsentfernung und die damit verbundene Verschiebung des Projektionssystems
keine neue Eichung der Teilung. Dasselbe gilt im ersteren Falle, da man zu berücksichtigen
hat, daß die Benutzung einer gemeinsamen Projektionsfläche bei getrennten Projektionssystemen
dazu zwingt, diese beiden Systeme nur einander entsprechend zu verschieben.
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Die Zeichnung stellt in den Abb. i bis 3 drei Ausführungsbeispiele
der Erfindung in schematischen Mittelschnitten im Grundriß dar.
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Beim ersten Beispiel (Abb. i) handelt es sich um die Bestimmung des
Spiegelausschlags eines Galvanometers mit einem Gehäuse a und einem drehbaren
Hohlspiegel b.
Das Gehäuse a hat ein ebenes Glasfenster c, durch welches Lichtstrahlen
zum Spiegel b gelangen. Diese Lichtstrahlen stammen von einer seitlich gelegenen
Lichtquelle d in Verbindung mit einem aus zwei plankonvexen Linsensegmenten el-,
e' bestehenden Kondensor. Zwischen den Segmenten befindet sich ein gleichschenklig-rechtwinkliges
Spiegelprisma f zur Ablenkung der Lichtstrahlen um 9o°. Die ebene Fläche des Segments
e2 trägt eine Teilung e°. Dem Fenster c gegenüber befindet sich eine Pröjektionsfläche
g.
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Der Kondensor bildet die Lichtquelle d auf dem Spiegel ab, der Spiegel
b die Teilung e°
auf der Projektionsfläche g. Dort, wo der Nullstrich
des Teilungsbildes liegt, ist jeweils eine als Zeiger dienende Marke h auf der Fläche
g anzugeben. Bei gleichen Schwenkungen des Spiegels b tritt bei beliebiger Entfernung
der Projektionsfläche g vom Galvanometer eine Verschiebung des Teilungsbildes um
gleichviel Teilungsintervalle gegenüber dein Zeiger h auf. Die Verschiebung dient
als Maß für den Ausschlag des Spiegels. Die Teilung e° ist nur einmal zu eichen,
solange die angegebene Lage der Lichtquelle d und des Kondensors e1, e= unverändert
bleibt.
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Beim zweiten Beispiel (Abb. 2) ist im Galvanometergehättse a ein ebener
Spiegel i drehbar, während eine als Fenster dienende Sammellinse k dem Spiegel i
gegenüber in das Gehäuse eingesetzt ist. Dem Fenster k gegenüber befindet sich eine
plankonvexe Kondensorlinse 1, deren einer Hälfte durch ein gleichschenklig-rechtwinkliges
Spiegelprisma m Lichtstrahlen einer seitlich gelegenen Lichtquelle d zugeführt werden.
Dem Fenster k gegenüber ist hinter der Kondensorlinse L ein Projektionsobjektiv
st und eine Projektionsfläche ä angeordnet. Die Linse L trägt auf ihrer ebenen Fläche
in dem von den Lichtstrahlen zuerst getroffenen Teil eine als Zeiger dienende Marke
h, auf dem anderen Teil eine Teilung l'.
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Die Abmessungen der Vorrichtung sind so zu wählen, daß die Lichtquelle
d durch die Linsen l und k auf den Spiegel i. abgebildet, und dieses Bild
durch die Linsen k und L erneut auf dem Objektiv n abgebildet wird. Die Linse l
liegt dabei mit ihrer ebenen Fläche in der Brennebene der Linse k, so daß der Zeiger
11 auf der Teilung l', und zwar in der Anfangslage des Spiegels i, zweckmäßig
auf deren Nullstrich abgebildet wird. Das Objektiv za entwirft von der Teilung
l= nebst dem Zeigerbild ein Bild auf der Projektionsfläche g, bei welchem
das Teilungsbild eine unveränderliche Lage hat, während das Zeigerbild . bei Schwenkungen
des Spiegels i über dem Teilungsbilde wandert. Die Größe des Spiegelausschlags kann
nach einmaliger Eichung der Teilung bei beliebiger Entfernung der Projektionsfläche
g aus der Lage des Zeigerbildes auf dem Teilungsbild abgelesen werden.
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Beim dritten Beispiel (Abb. 3) ist das einen ebenen, drehbaren Spiegel
i enthaltende Galvanometergehäuse a mit einem zylindrischen Glasfenster o ausgestattet.
Durch dieses Fenster fallen von einer Lichtquelle d mit einem zweilinsigen Kondensorsystem
pi, p=
ausgesandte Lichtstrahlen durch ein Projektionsobjektiv q auf den Spiegel
i, der sie nach einer Projektionsfläche r ablenkt. Die äußeren Flächen der Linsen
pl, p' sind eben; die dem Objektiv q zugekehrte Fläche trägt eine als Zeiger dienende
Marke p°. Jenseits der Lichtquelle d befindet sich ein zweites entsprechend gebautes
Kondensorsystem sl, s', dessen Linsen durch ein gleichschenklig-rechtwinkliges Spiegelprisma
t getrennt sind. Gegenüber der äußeren ebenen Fläche der Linse s', auf der
eine
Teilung s° angebracht ist, ist ein Projektionsobjektiv zc angeordnet.
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Das Verhältnis der Entfernung der Projektionsfläche r vom Meßgerät
zur Ausdehnung der Vorrichtung in der Parallelen zur Projektionsfläche r ist praktisch
immer sehr viel größer als auf der Zeichnung angegeben, so daß sich die Achsen der
vom Objektiv zs und dem Spiegel i zur Projektionsfläche r gesandten Lichtstrahlenbündel
unter einem sehr spitzen Winkel schneiden. Die Lichtquelle d wird durch das Kondensorsystem
p1, p= am Orte des Objektivs q, vom Kondensorsystem s l, s 2 am Orte des Objektivs
2s abgebildet. Das Objektiv q bildet den Zeiger p°, das Objektiv u die Teilung
s° auf der Projektionsfläche r ab.
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Die unter Umständen störenden Fehler bei großen Spiegelausschlägen
lassen sich bei allen Beispielen dadurch vermindern, daß die Vorrichtung so zum
Galvanometer angeordnet wird, daß die Spiegeldrehachse in. der Ebene des gezeichneten
Hauptschnittes der Vorrichtung liegt. In diesem Falle sind die Zeiger 1a, l1 und
p° sowie die Teilungen e°, l= und s° um cgo ':' gedreht gegenüber der gezeichneten
Anordnung anzubringen. An Stelle der Lichtquelle d kann in allen Fällen auch ein
virtuelles Bild einer solchen benutzt werden. Wegen der Form der Teilungen und Zeiger,
die ein schmales Rechteck als beleuchtetes Feld erfordern, können an Stelle der
gezeichneten oder ähnlicher, die gleiche Wirkung hervorbringenden sphärischen Linsen
Systeme mit zylindrischer Wirkung mit sich rechtwinklig kreuzenden Zylinderachsen
mit Vorteil angewandt werden.