-
Strahlungsgesteuertes Potentiometer. Die vorliegende Erfindung betrifft
strahlungs- . -gesteuerte Potentiometer, insbesondere Potentiometer dieser Art,
die sich durch hohe Linearität-, niedriges Rauschen und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen.
-
Potentiometer hoher Linearität enthalten gewöhn lieh einen drahtgewickelten
Widerstand, der zwischen zwei Eingangsklemmen geschaltet ist und als Teilerelement
des Potentiometers dient. Auf dem drahtgewickelten Widerstand gleitet ein mit einer
Ausgangsklemme verbundener Schleifer. Drahtpotentiometerdieser Art haben den Nachteil,
daß das Ausgangssignal nicht kontinuierlich ist, sondern digitalen Charakter hat,
da der Schleifer von Drahtwindung zu Draht.-. windeng springt, wenn er über den
drahtgewickelten Widerstand
bewegt. wird. Drahtpotentiometer sind
außerdem unzuverlässig, da der elektrische Kontakt zwischen dem Schleifer und dem
drahtgewickelten Widerstand infolge der-nie völlig zu vermeidenden Verschmutzung
des Kontaktbereiches zu Schwankungen oder Unterbrechungen neigt. Dureh den Ab@ rieb
und Verschleiß des drahtgewickelten Widerstandes und des Schleifkontaktes ist das
Rauschen hoch und die Zuvor. lässigkeit gering Die sich aus dem Gleiten des mechanischen
Ab..,
griffes auf dem drahtgewickelten Widerstand ergebenden Nach. teile werden
bei den bekannten strahlungsgesteuerten Po.., tentiometern (Photopotentiometern)
vermieden; die sich also durch niedriges Rauschen und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen.
Strahlungsgesteuerte Potentiometer konnten bisher je@ doch nicht mit der gleichen
hohen Linearität hergestellt werden;- wie Drahtpotentiometer. Die Linearität der
bekannten Phötopotentiometer, bei denen eine als Spannungsteilerele. ment arbeitende
aufgedampfte Schicht mittels einer durch einen beweglichen Lichtstrahl gesteuerten
Photoleiterschicht mit einer Ausgangsklemme verbunden wird, ist beim derzeitigen
Stand der Aufdampftechnik auf einige Prozent be" schränkt. _ Der vorliegenden Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine Potentiometeranordnung anzugeben, die sichdurch
dieselbe hohe Linearität wie Drahtpotentiometer aus..
zeichnet und
-gleichzeitig das günstige Rauschverhalten und die hohe Zuverlässigkeit von Photopotentiometern
hat: Allge-. mein gesprochen soll ein strahlungsgesteuertes Potentiometer angegeben
werden., das einelektrisches Ausgangssignal liefert,»-welches-mit sehr hoher Genauigkeit
proportional einer mechanischen Auslenkung ist: Eine elektrische-Widerstandsanordnung:mit
einem Widerstandselement aus einem bestimmten Werkstoff und einem leitenden Element,
das in im wesentlichen gleichbleibendem Abstand längs eines Randes des Widerstandselementes
angeord._ net ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daB das leitende
Element längs des dem Widerstandselement zage.., wandten Randes mit dem bestimmten
Werkstoff überzogen ist und daß ein strahlungsempfindliches fqateriäl,, das bei
Bestrahlung eine hohe Leitfähigkeit hat, in Kontakt mit dem Widerstandselement und
dem überzogenen leitenden Element angeordnet ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Po.. tentiometer, das
ein Substrat enthält, auf der sich ein Teilerelement in Form einer Widerstandsschicht
und eine A-usgangso klemme in-Form einer leitenden Schicht befinden, die die Form
benachbarter-Streifen haben und in einem bestimmten Abstand voneinander verlaufen.
Auf dem Substrat sind außerdem noch leitende. Dünnschicht-Klemmen angeordnet, die
die Enden der Widerstandsschicht kontaktieren: An der Widerstandsschicht ist ein
drahtgewickelter Widerstand kolinear angebracht, der
mit dieser
Schicht das Teilerelement,also den abgreifbaren Widerstand des Potentiometers,bildet.
Dieser Widerstand ist über seine ganze Länge durch ein photoleitendes Element mit
der benachbarten Ausgangsklemme gekoppelt, dieses phötolei@ tende Element wird durch
eine optische Anordnung, z.B. einen beweglichen Lichtstrahl, aktiviert oder gesteuert.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert, es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische
Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung und . Fig. 2 eine schematische
Draufsicht eines Teiles einer zweiten Ausführungsformaler Erfindung.
-
In Fig. 1 sind mit zum Teil vergrößerten Abmessungen ein strahlungsgesteuertes
Potentiometer 10 und eine Anordnung zum Verstellen eines Abgriffes dieses Potentio..
meters entsprechend einer translatorischen Bewegung 1ängseiner Führungsbahn dargestellt.
Das strahlungsgesteuerte Potentiometer 10 enthält einen Träger 14 mit einer glatten
Oberfläche 16; der Träger kann aus irgend einem elektrisch isolierenden Werkstoff,
wie Glas oder Keramik, bestehen.
-
Auf der glatten Oberfläche 16 des Trägers 14 sind eine längR liehe,
rechteckige elektrisch leitende Schicht 18 und zwei leitende Streifen 20 angeordnet,
die aus. Silber oder einem anderen gut leitenden Metall bestehen und durch Aufdampfen
oder
kaltes Auftragen mit einer Bürste oder durch ein Siebdruckverfahren hergestellt
werden. Die leitenden Streifen 20. sind in-einem bestimmten Abstand von der leitenden
Schicht 20 bei deren Enden angeordnet. Eine längliche, rechteckige --Widerstandsschicht
22 überlappt mit ihren Enden die leitenden Streifen 20 auf der glatten Oberfläche
16 des Trägers 14 und verläuft neben der leitenden-Schicht 18, die sie jedoch nicht
berührt. Die Widerstandsschicht 22 kann beispielsweise eine aufgedampfte Schicht
aus Cermet-Widerstandsmaterial bestehen und bildet-das Spannungsteilerelement-des
Potentiometers 10. Die leitenden Streifen 20, die mit den Enden der Widerstandsschicht
22 Kontakt. machen, dienen als Eingangsklemmen des Potentiometers,-während die leitende
Schicht 18 die Ausgangsklemme des Potentiometers darstellt: Die Widerstandsschicht
22 ist über eine photoleitende Schicht 24, die einen hohen Dunkelwiderstand hat,
mit der die Ausgangsklemme bildenden leitenden Schicht 18 gekoppelt. Die photoleitende
Schicht 24 besteht beispielsweise aus Cadmium-Sulfid oder Cadmiumselenid. Sie kann
auf die Oberfläche 16 des Trägers@14 durch Aufdampfen im Vakuum, Auftragen einer
farbartigen Suspension gesinterten Materials in einem Bindemittel, das zu einer
festen Schicht aushärtet, durch-Siebdruck usw. aufgebracht werden.
-
Wenn die Kontaktstelle zweier verschiedener Werk-. Stoffe, wie der
Widerstandsschicht 22 und-der Photoleiter.-schickt 18 mit Strahlung, wie sichtbarem
Licht, beaufschlagt
wird, entsteht eine sogenannten Photo..,Spannung.-
Das Auftreten dieser bei höheren Genauigkeitsanforderungen sehr störenden Photospannung
kann dadurch verhindert werden, daß auf die glatte Oberfläche 16 des Trägers 14
eine längliehe, rechteckige Widerstandsschicht 26 aufgebracht wird, -die der Widerstandsschicht
22 entspricht und die leitende Schicht 18 überlappt, die benachbarte Widerstandsschicht
22 jedoch nicht berührt. Die auf der Oberfläche 16 angeordnete Photoleiterschicht
24 überlappt dann die gleichartigen Widerstandsschichten 22, 26, so»daß bei Bestrahlung
der photoleitenden Schicht 24 zwei gleichartige Werkstoffe elektrisch miteinander
verbunden werden und im Effekt keine Photospannung auftreten kann.
-
Auf der Widerstandsschicht 22 ist ein drahtgewickelter Präzisionswiderstand
28 angeordnet, der sich über die ganze Länge dieser Schicht erstreckt und mit ihr
durch eine Kleberschicht 30 .verbunden ist, welche einen gewissenelektrischen Widerstand
hat und beispielsweise aus einem leitenden Epoxyharz bestehen kann. Der drahtgewickelte
Wi.. derstand 28 und die Widerstandsschicht 22 bilden den Spannungsteilerwiderstand
des Potentiometers 10. Die leitende Kleberschicht 30 und die Widerstandsschicht
22 sollen einen niedrigen Querwiderstand, jedoch einen hohen Längswiderstand haben,
damit der drahtgewickelte Widerstand 28 nicht kurzgeschlossen
wird.
Der drahtgewickelte Widerstand ist also der Widerstandsschicht 22 elektrisch parallelgeschaltet.
Der pro Längeneinheit gerechnete Widerstand des drahtgewickelten Widerstandes 28
ist kleiner als-der der parallelgeschalteten Widerstandsschicht 22, so daß sich
der Spannungsteilerwiderstand elektrisch praktisch wie der drahtgewickelte Widerstand
28 hoher Linearität verhält.
-
Wenn das strahlungsgesteuerte Potentiometer 10_ nicht bestrahlt ist,
sind der drahtgewickelteWiderstand 28 und die Widerstandsschicht 22 von der leitenden
Schicht 18 praktisch vollständig elektrisch isoliert,-da-die-photoleitende Schicht
24 einen hohen.Dunkelwiderstand hat. Wenn jedoch ein Teil der photoleitenden Schicht
24 bestrahlt wird, nimmt der Widerstand des bestrahlten Teiles stark ab. Der drahtgewickelte
Widerstand 28-und die Widerstandsschicht 22 sind dann über den bestrahlten Bereich
direkt mit der leitenden Schicht 18 verbunden. Es ist meistens zweckmäßig, den bestrahlten
Bereich auf eine schmale Zone-zu begrenzen, die wenigstens annähernd mit einer Linie
gleichen Potentials in der-Widerstandsschicht 22 zusammenfällt. Dieses Potential
wird dann an die Ausgangsklemme 18 angelegt und kann durch ein Anzeigegerät 32 angezeigt
oder von irgend-elnem anderen Verbraucher nutzbar gemacht werden: Bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die äqüipotentiallinien parallele Gerade,
die im rechten Winkel zur Lwngsachse
der Widerstandsschicht 22
verlaufen, da die durch die Streifen 20 gebildeten Anschlußklemmen beispielsweise
durch eine Batterie 34 auf verschiedenen Potentialen gehalten werden. Die bestrahlte
Zone hat also vorzugsweise die Form eines schmalen Rechteckes 36; das sich mit seiner
Längsseite im rechten Winkel zur Längsachse der photolei@-tenden Schicht 24 quer
über diese erstreckt.
-
Die bestrahlte Zone 36 kann beispielsweise durch eine Lichtquelle
38 erzeugt werden, die einen beleuchteten Spalt und eine Anordnung zur Projektion
des aus dem Spaltaustretenden Lichtes 40 auf die Oberseite der Photoleiter=. schicht
24 enthält. Die Lichtquelle 38 kann an einem gerad.. linig verschiebbaren Schlitten
42 montiert sein, der auf zwei Führungen,44 läuft, die parallel zur Längsachse der
photoleitenden Schicht 24 oberhalb von dieser angeordnet sind. Die Lage der beleuchteten
Zone 36 kann dann durch einen Eingangs und Steuermechanismus 46, der durch eine
nicht näher dargestellte Kupplungsanordnung 48 mit dem Schlitten 42 verbunden ist,
längs der photoleitenden Schicht 24 verstellt werden.
-
_ Fig. 2. zeigt einen Teil eines Potentiometers 101, das gegenüber
dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend abgewandelt worden ist,
daB sich eine niedrigere Ausgangsimpedanz ergibt: Die leitende Schicht 18 ist .mit
leitenden-, fingerartigen Ansätzen 50 versehen, die
seitlich in
Richtung auf die Widerstandsschicht 22 vorspringen, diese Jedoch nicht berühren:
Zwischen den-Ansätzen 50 sind auf der Oberfläche des Trägers 14 leitende Streifen
52 angeordnet, die den Ansätzen 50 entsprechen, die leitende Schicht 18 oder deren
Ansätze jedoch nicht berühren. Die Widerstandsschicht 22 überlappt die leitenden
Streifen 52 und die Anschlußstreifen20-und macht mit diesen elektrisch Kontakt:
Die photoleitende Schicht 24 ist so auf der Oberfläche der Unterlage 14 zwischen
den gegenüberliegenden Rändern-,der-leitenden Schicht 18 und der Widerstandsschicht
22 angeordnet, daß sie die Ansätze 50 und Streifen 52 erheblich überlappt. Da die
leitenden Ansätze 50 und -Streifen 52 aus gleichartigem Material bestehen, kann
ebensowenig wie-bei dem in FigR 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Photospannung
(Volta-Effekt) auftreten. Auf der Widerstandsschicht 22 ist wieder ein drahtgewickelter
Widerstand 28 angeordnet, der sich über die ganze Länge dieser Widerstandsschicht
erstreckt und an dieser mit einem nichtdargestellten Widerstandskleber befestigt
ist.
-
Wenn die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle-38 längs des in Fig. 2--dargestellten
Potentiometers 10t bewegt wird, tritt beim Überlaufen der aufeinand,erfolgenden
An" Sätze 50 und Streifen 52 ein. Ausgangssignal auf,-das digitalen Charakter hat.
Der digitale Verlauf des Ausgangssig, nales kann vermieden werden, wenn man eine
Lichtquelle verwendet,
die eine schmale, rechteckige Zone-.beleuchtet,'die
in einem solchen Winkei zur Längsachse der Photoleiterschickt 24 verläuft, daB sie
mehr als eines der leitfähigen Teile 50,52 schneidet.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den Figuren
beispielsweise dargestellten linearen .Potentiometer beschränkt, sondern kann auch
auf Potentiometer anderer Gestalt angewendet werden, wenn dies erwünscht ist. Die
Potentiometer 10, 101 können beispielsweise ohne Schwte. -rigkeiten konzentrisch
aufgebaut werden, so daß die verschiedenen Schichten beispielsweise auf Kreisring-
oder Zylinderflächen liegen. Die Steueranordnung 12 (Fig. 1) für das.-Potentiometer
enthält in diesem Falle dann eine-Lichtquelle, die eine Drehbewegung auszuführen
vermag.