DE1020736B - Hilfsvorrichtung mit Fotozellenabgriff zur Auswertung technischphysikalischer Vorgaenge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Technik kennt zahllose Aufgaben, die darin bestehen, unter Zugrundelegung irgendwelcher Meßwerte beliebige Vorgänge auszulösen, z. B. zu steuern, sortieren, u. dgl. Hierzu werden in steigendem Maße Fotozellen herangezogen, die den Vorteil haben, die Steuerung eines elektrischen Stromes mittels eines Licht- oder Schattenzeigars praktisch, ohne Rückwirkung auf den. Meßwert vorzunehmen. Die nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen benutzen ein Meßinstrument, dessen Masisezeiger mit einem geeigneten Mittel, z. B. einer Blende, versehen ist, die beim Erreichen des Sollwertes den Lichtstrahl zur Erregung der Fotozelle freigibt. Der durch diese Maßnahme ausgelöste Vorgang dauert so· lange an, wie die Blende den Lichtstrahl freigibt. Bei einem bekanntgewordenen Regler ist z. B. die Fotozelle samt optischer Einrichtung auf einem drehbaren Arm montiert, der zur Einstellung des Sollwertes dient. Wird dieser von dem mit einer Abdeckfahne versehenen Meßinstrumentenzeiger beschattet, »abgegriffen«, so erfolgt eine Stromänderung im Steuerkreis, und der gewünschte Vorgang tritt ein. Wichtig beim Gebrauch der Steuervorrichtungen ist der Regelbeireich, worunter zu verstehen ist der Abstand zwischen zwei Meßwerten als Grenzen des Bereiches, bei deren Überschreiten ein Ereignis eintreten, z. B. ein Vorgang ausgelöst werden soll. Mit fortschreitender Entwicklung werden die Anforderungen an die Einhaltung von Toleranzen ständig höher geschraubt, was für die in Frage kommenden Vorrichtungen die Steuerung der Vorgänge in sehr engen Regelbereichen bedingt. In der deutschen Patentschrift 707 825 wird vermerkt, daß mit der dort beschriebenen Vorrichtung der Regelbereich »praktisch« in äußerst engen Grenzen gebalten werden kann. Heute können jene Regelbereiche den gestellten Anforderungen nicht mehr genügen.

Das ausschlaggebende Kennzeichen aller bekannten Vorrichtungen für die betreffenden Zwecke ist das mehr oder weniger starke Abblenden der wirksamen Fotozellenfläche durch geeignete, obenerwähnte Mittel. Diese Art der Steuerung mittels Fotozellen kommt einer Gleichspanniungsänderung im Steuerkreis gleich, was in den meisten Fällen,, um die erforderliche Steuerenergie aufzubringen,, die Verwendung eines Gleichspannungsverstärkers notwendig macht, dem die bekannten Mängel anhaften. Außerdem sind Fotozellen, besonders wenn es sich um Halbleiter handelt, verhältnismäßig unstabil. Sie ändern ihre elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Umgebung, z. B. Temperatur, Beleuchtung, Alterung usw.

Weiterhin ist für die bisher bekannten Vorrichtungen charakteristisch, daß mit ihnen lediglich die Entscheidung entweder — oder getroffen werden kann, Hilfsvorrichtung mit Fotozellenabgriff

zur Auswertung technischphysikalischer

Vorgänge

Anmelder:

Institut Dr. Förster,
Reutlingen (Württ), Grathwohlstr. 4

Dr. phil. Friedrich Förster und Dipl.-Ing. Fritz Valet,

Reutlingen (Württ.),
sind als Erfinder genannt worden

d. h. ob die Stellgröße unterhalb oder oberhalb ihres Sollwertes liegt, um sie danach durch geeignete Maßnahmen auf ihren Sollwert zu bringen. Hierbei ist die gewünschte Stellgröße als Grenzwert aufzufassen, der durch Abgreifen mittels der Fotozelle festgestellt wird. Damit sind der Verwendbarkeit jener Vorrichtungen, die nach dem Blendenverfahren arbeiten, Schranken gesetzt und ihre weitere, höheren Ansprüchen genügende Vervollkommnung nicht zu erreichen.

Aus dieser Erkenntnis wird deshalb bei der vorliegenden Erfindung jenes Verfahren aufgegeben und ein neuer Weg beschriften mit dem Ziele einer lichtelektrischen Vorrichtung zur Auswertung physikalischer Meßwerte unter Benutzung bekannter elektronischer Hilfsmittel und Schaltungen.

Hierbei läuft erfindungsgemäß ein gesteuerter Lichtstrahl, vorzugsweise der Lichtzeiger eines Spiegelgalvanotneters, mit einer Mindestgeschwindigkeit über Fotozellen mit besonders schmaler Oberfläche, die einer Meßskala zugeordnet sind, hinweg, und die hierbei erzeugten Spannungsimpulse dienen nach entsprechender Verstärkung zur Auslösung von zu steuernden Vorgängen.

Zufolge dieser Maßnahme können sämtliche physikalischen Vorgänge zur Steuerung herangezogen werden, die sich in elektrischen Spannungs- bzw. Stromgrößen ausdrücken lassen.

Bei der Verwendung der genannten Fotozellen mit besonders schmaler wirksamer Oberfläche in der Größenordnung von 1 mm² ist vorgesehen,, daß diese Fotozellen beliebig verschiebbar den Meßwerten der Galvanometerskala zugeordnet werden können. So lassen sich beispielsweise auf einer 300 mm langen Skala 100 Zellen zur Erfassung von 102 Teilbereichen

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nebeneinander anordnen und etwa bei einem Meßumrang von 10° C des in Temperatureinlieiten geeichten Lichtzeigergalvanomieters noch 0,1° C, das ist 1 °/o des Meßumfanges zu Steuerzwecken erfassen.

Als weitere Maßnahme wird ein Impulsverfahren bei dem Gegenstände der Erfindung verwendet. Dabei wird beim Überlaufen des Lichtzeigers über eine Fotozelle mit einer gewissen, wenn auch sehr geringen Mindestgeschwindigkeit ein Spannungsimpuls auf das

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Mangel kann durch eine im folgenden Beispiel erläuterte Anordnung behoben werden, die in Fig. 2 schematisch gezeichnet ist. Hier sind die einzelnen Grenzwerte mit je zwei Fotozellen besetzt, und zwar der Grenzwert 3 mit den Fotozellen Fo3a/FoSb, Grenzwert 4 mit den Fotozellen Fo&a/FoAb, und mit den Verstärkern Ve3 bis Ve6 und den zu diesen gehörigen Vorgängen X 3 bis Ä'6 zusammengeschlossen. Die Lichtmarke Li befindet sich gerade in dem Inter

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Gitter einer Verstärkerröhre gegeben und nach Ver- io vall, das zwischen den Grenzwerten 5 und 6 liegt. Anstärkung zur Auslösung des gewünschten Vorganges genommen die Lichtmarke Li bewegte siah aus dieser

Bd Lage nach links und überliefe dabei den Grenzwert 5,

so würde durch Belichtung der Fotozelle 5 & 3ie Gasentladungsröhre im Verstärker i'V4 gezündet werden.

benutzt. Bei Vorrichtungen nach dem »Blendenverfahren« können, da die Anzeige hier ein statischer Vorgang, nämlich das Verweilen des Lichtes auf der

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Aus diesem Grunde können sich auch die Eigenschäften der einzelnem Fotozellen um den Faktor 10 ändern, ohne daß dadurch die einwandfreie Auslösung des S teuer Vorganges beeinflußt wird.

Die erwähnten Maßnahmen als wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind in der vorliegenden lichtelektrischen Vorrichtung benutzt worden, mit welcher unter anderem der Vorteil eines sehr engen Regel-

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des Auslöseimpulses nötigen Mindestgeschwindigkeit über die Fotozellen hinwegläuft.

Um diese Einschränkung zu beseitigen und auch die Fälle zu erfassen, in denen sich die Meß- bzw. Stellgröße nur sehr langsam oder kriechend ändert, wird das sonst bekannte Mittel der Modulation des die Lichtmarke erzeugenden Lichts verwendet. Die Modu-

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Zelle ist, zur Verstärkung, sofern eine solche not- 15 Gleichzeitig wird dabei die Röhre im Verstärker Ve 5-wendig ist, nur Gleichstromverstärker benutzt werden. gelöscht bei Benutzung der gleichen Schaltung, die deren relativ große Unstabilität sich für das zuver- schon beim, ersten Beispiel zum Zünden — Löschen belässige Arbeiten der Vorrichtung nachteilig auswirkt. nutzt wurde. Wäre jedoch die Lichtmarke Li von ihrer Demgegenüber liefern die beim Impulsverfahren be- ursprünglichen Lage im Intervall 5/6 nach rechts nutzten Wechseilspanmungsverstärker die für den aus- 20 weitergelaufen und hätte dabei den Grenzwert 6 überzulösenden Vorgang notwendige Energie störungsfrei. laufen, so wäre durch Belichtung der Fotozelle Fo 6 b

die Röhre im Verstärker Ve6 gezündet, gleichzeitig die Röhre im Verstärker Ve 5 gelöscht und der Vorgang λ'6 ausgelöst worden. Damit ist der Licht-25 markenstandort immer eindeutig definiert, gleichgültig aus weicher Richtung die Lichtmarke in ein Intervall eingelaufen ist.

Mit der Maßnahme der Besetzung durch zwei Fotog zellen je Grenzwert ist ein weiterer Schritt zur Verbereiches erzielt wird, wie er zur Bewältigung wohl 30 vollkomninun-g der Vorrichtung gemäß der Erfindung der meisten heute vorliegenden Aufgaben genügen getan, wobei noch die Voraussetzung erfüllt sein dürfte, die mit Vorrichtungen bekannter Art unter mußte, daß die Lichtmarke mit einer zur Erzeugung keinen Umständen zu lösen sind.

Ein einfaches Beispiel soll zusammen mit der sehemaitisch gezeichnetem Fig. 1 zunächst die Vorrichtung 35
gemäß der Erfindung erläutern. In der Fig. 1 steht die
umrandete Fläche A stellvertretend für die einen beliebigem Vorgang steuernde Anlage. Das von einer in
bekannter Weise zusammengesetzten Beleuchtungsan-lage kommende Lichtbündel erzeugt auf dem 40 lation kann z. B. durch mechanisches Zerhacken des Spiegel Ms eines Meßinstruments das leuchtende Lichtbündels, d. h. seine Auflösung in einzelne scharfe Spalitbiid Sp, das vom hier als Lichtmarke Li auf der Impulse, vorgenommen werden, wobei der erste auf Skaila Sk abgebildet wird. Unterhalb der Skalen- eine Fotozelle auf treffende Lichtimpuls die betreffende striche 1 bis 5 sind die auf dem Steg Λ verschiebbaren Gasentladungsröhre zündet. Ein anderes, reim olek-Fo'tO'zellem bzw. deren lichtelektrisch wirksame Ober- 45 irisches Mittel, das sich beim Gegenstand der Erfinflächen Fo 1 bis Fo 5 eingezeichnet. Von diesen führen dung als zweckmäßig erwiesen hat, ist durch BeVerbindungen zu den Verstärkern VeI bis Ve 5, an nutzung vom nur einer Halbwelle des- Wechselstroms welche die durch Kreise Xl bis X5 angedeuteten Ein- zur Speisung der die Lichtmarke erzeugenden Lampe richtungen zur jeweiligen Steuerung, Sortierung gegeben. Zu diesem Zweck wird eine Einweggleichu. dgl. angeschlossen sind. Bei der Vorrichtung ist in 50 richterschaltung verwendet, die nur eine Hailbwelle dem Verstärkern z. B. von einer bekannten Schaltung hindurchläßt und eine zweckmäßige Modulationistiefe Gebrauch gemacht, bei der die Löschung eines gezün- sichert. Die Zündung der Gasentladungsröhre wird deten Gasentladungsrohres in dem Augenblick erfolgt, dann durch die erste posith^e Halbwolle der über die in. dem ein weiterer Zündimpuls die nächste Röhre Fotozelle am Eingang des Verstärkers auftretenden zündet. In dem Beispiel der Fig. 1 befindet sich die 55 Wechselspannung vollzogen, deren Amplitude genü-Lichtmarke Li zwischen den Skalenteilen 3 und 4, gcmd groß ist.

welche im Sinne der obigen Ausführungen Grenzwerte Die Breite des Skaknteils (Grenzwertes) hat stets

bezeichnen. Dabei hat die Lichtmarke Li in der Pfeil- eine bestimmte Größe, welche durch die Breite der richtung- über die Skaila Sk laufend bei den Skalen- Liohtmarke sinnvoll bestimmt ist. Soll das Intervall, teilen 1 und 2 (Grenzwerten) gezündet und gelöscht 60 oben definiert als Abstand zweier benachbarter Gretiz- und durch Zündung an dem Skalenteil 3 (Grenzwert) werte, schmal sein, so· muß notwendig auch die Breite dem Vorgang X3 ausgelöst. Ein Mangel bei dieser der Lichtmarke¹ klein sein.

Vorrichtung ist offensichtlich·, daß die Lichtmarke Li Eine Aufgate, die vom bisher bekannten Vorrich-

bei einem zweiten Überlaufen des Grenzwertes 3 in tungen nicht völlig gelöst werden konnte, ist z. B. die entgegengesetzter Richtung wie zuvor die Gasentla- 65 Potentiometersteuerung ohne Rückwirkung auf die dungsröfare im Verstärker VeZ nicht zu löschen ver- Stellgröße. Diese Aufgabe löst die Vorrichtung gemäß mag, weil dies nur beim Überlaufen des Grenzwertes 4 der Erfindung z. B. mit der im zweiten Beispiel auf- oder 2 geschehen könnte. Eine definierte Angabe, in gezeigten Anordnung. Das in geeignete Stufen auf gewelchem Intervall .sich die Liehtmarke befindet, ist nur teilte Potentiometer wird, wie in Fig. 3 gezeichnet, über bei Berücksichtigung der Meßrichtung· möglich. Dieser 70 die Schalter Sa mit den Verstärkern verbunden. Zu-

sätzlich bedeuten in Fig. 3 Rhi, Rh2, Rh3 . . . die einzelnen Widerstandsstufen des Potentiometers. Teilspannungen der an O und P angelegten Spannung können zwischen O und Y oder zwischen P und Y abgegriffen werden. Diese Vorrichtung erscheint z. B. da zweckmäßig, wo· die zur Verfügung stehenden mechanischen Kräfte zur Rh-Verstellung des Potentiometers nicht ausreichen.

In den angeführten Beispielen sind zunächst geradlinige Skalen verwendet worden, deren Skalenstrichen die Fotozellen zugeordnet wurden; es können natürlich, wenn es der Zweck erfordert, auch z. B. Kreisskalen mit Fotozellen besetzt werden.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtungen gemäß der Erfindung lassen sich bereits von anderen bekannten Vorrichtungen mehr oder weniiger befriedigend gelöste Aufgaben in umfassender und zuverlässiger Weise bewältigen als auch solche z. B. auf dem Sektor der Automatisierung, die bisher noch nicht in Angriff genommen werden konnten.

Während die zeitlichen Änderungen der Fotozellen die Zuverlässigkeit der bisherigen Vorrichtungen beeinträchtigen, bleiben sie bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung völlig belanglos. Desgleichen, fallen irgendwelche Nachjustierungen und Korrekturen, die bisher infolge der starken Exemplarstreuungen der Fotozellen notwendig waren, nun gänzlich weg.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lichtelektrische Vorrichtung zum Zwecke der Auswertung physikalischer Meßwerte unter Benutzung bekannter elektronischer Hilfsmittel und Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesteuerter Lichtstrahl, vorzugsweise der Lichtzeiger eines Spiegelgalvanomeiters, mit einer Mindestgeschwindigkeit über Fotozellen mit besonders schmaler Oberfläche, die einer Meßskala zugeordnet sind, hinwegläuft und daß die hierbei erzeugten Spannungsdmpulse nach entsprechender Verstärkung zur Auslösung von zu steuernden Vorgängen dienen.

2. Lichtelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Werten einer Galvanomeitjerskal'a je zwei unmittelbar beieinander liegende Fotozellen oder eine Doppelzelle zugeordnet sind und. zufolge dieser Maßnahme der zu steuernde Vorgang ausgelöst wird, gleichgültig in welcher Richtung der Lichtzeiger über die Skala läuft.

3. Lichtelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht für den Lichtzeiger in bekannter Weise moduliert, d. h. in diskrete Impulse unterteilt wird und zufolge dieser Maßnahme bei Verwendung von Wechisel'Spannungsverstärkern der zu steuernde Vorgang ausgelöst wird, gleichgültig mit welcher Geschwindigkeit und in welcher Richtung der Lichtzeiger über die Skala läuft.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 707 825.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 7»9 805-/275 12.