DE3044857A1

DE3044857A1 - Schaltungsanordnung zum messen und anzeigen von widerstandsaenderungen eines lebenden koerpers

Info

Publication number: DE3044857A1
Application number: DE19803044857
Authority: DE
Inventors: James 01106 Pasadena Calif. Briggs
Original assignee: Individual
Current assignee: Church of Spiritual Technology Inc
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1981-09-03
Also published as: FR2472186A1; AU544944B2; US4300574A; CA1160688A; GB2065899A; AU6551380A; DK161240C; MX148788A; FR2472186B1; DK509480A; JPS5697436A; JPS5919692B2; GB2065899B; DK161240B; DE3044857C2; ZA803636B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits Einrichtungen zum Messen des Widerstands eines lebenden Körpers bekannt. Diese Einrichtungen werden· bisweilen als galvanische Hautempfindlichkeits (galvanic skin response = GSR) - Geräte bezeichnet und auf verschiedenen Gebieten verwendet. Derartige Anwendungsgebiete sind z.B. die Polygraphie oder die Forschung.

Die bekannten Geräte weisen indessen verschiedene Nachteile auf. So haben die besseren Geräte einen hohen Energieverbrauch, sind teuer und sehr komplex aufgebaut, um die erforderliche Stabilität zu erreichen, und sie sind groß, nicht transportfähig und weisen umfangreiche und verwirrende Steuereinrichtungen auf. Die weniger teuren und auch tragbaren Geräte besitzen ebenfalls bestimmte Nachteile. Diese Nachteile bestehen insbesondere im hohen Energieverbrauch, in der schlechten Stabilität, in der geringen Empfindlichkeit, in einer teuren und komplizierten Batterie und in einem aufwendigen Batterie!adegerät, um Berührungsspannungen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen und Anzeigen von Änderungen des elektrischen Widerstands des lebenden Körpers zu schaffen, die einen geringen Energieverbrauch hat, eine sehr gute Stabilität und eine große Empfindlichkeit aufweist und die

zudem tragbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

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Ol Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß die Einrichtung zum Messen und Anzeigen von Widerstandsähderungen des lebenden Körpers einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Außerdem ist es möglich, ein einfaches und sicheres Batterieladegerät zu verwenden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält eine sehr stabile Referenzspannungsquelle, welche die Referenzspannung auf eine abgleichbare Widerstandsbrücke gibt, wobei d<"-r lebende Körper ein Teil dieser Brücke ist. Ferner enthält ., ie einen Verstärker zum Verstärken der Verstimmungen, ^;e in der Widerstandsbrücke auftreten ,und zum Versorgen des Anzeigegeräts mit dem verstärkten Signal. Die sehr stabile Referenzspannung wird dadurch erreicht, daß mindestens eine Diode über der Batterie vorgesehen ist und die Spannung über dieser Diode als Eingangsgröße für einen Puffer-Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 dient. Der Puffer-Verstärker ist ein Operationsverstärker mit hoher Eingangsund niedriger Ausgangsimpedanz. Die gewöhnliche Diode wird anstelle einer Zener-Diode zur Erzeugung der stabilen Referenzspannung verwendet, um die Kosten zu reduzieren. Ferner ist im Spannungszweig, der die Diode enthält, eine lichtemittierende Diode vorgesehen, so daß der Arbeitszustand des Instruments festgestellt werden kann. Indem die lichtemittierende Diode auf diese Weise vorgesehen ist, wird der Energieverbrauch reduziert. Um die Abmessungen zu verringern und die Tragbarkeit zu erhöhen, werden integrierte Schaltungen für den Puffer-Verstärker und den Brückenverstimmungs Verstärker verwendet.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung enthält ferner eine Ladeschaltung, die für den Benutzer der Erfindung einen hohen Grad an Sicherheit darstellt. Insbesondere ist die Ladeschaltung so angeordnet und ausgelegt, daß dieselbe

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Ol Buchse, in welche die Stecker eingesteckt werden, die dazu dienen, die Veränderungen des Widerstands im lebenden Körper zu fühlen, auch zur Aufnahme des Steckers der Ladeschaltung dient. Deshalb muß für die Ladung der erfindungsgemäßen Einrichtung zunächst der Stecker für die Elektroden herausgezogen und dann der Stecker des Ladegeräts eingeschoben werden. Somit ist es nicht möglichj Ladestrom auf die Elektroden zu geben und den Benutzer einer gefährlichen Situation auszusetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der einzigen Figur ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die zum Messen und Anzeigen des elektrischen Widerstands eines lebenden Körpers gemäß der Lehre der Erfindung dient. Diese Schaltungsanordnung weist eine ungeerdete und normalerweise geschlossene Buchse Jl auf. Parallel zu dieser Buchse Jl sind ein Widerstand 2 und ein Kondensator 4 geschaltet. Der Widerstand 2 ist derart mit der normalerweise geschlossenen Buchse Jl verbunden, daß dann, wenn der Stecker in die Buchse Jl gesteckt ist, eine Trennung des Widerstands 2 von der Buchse Jl stattfindet. Die Spitze der Buchse Jl ist einerseits mit dem Anschluß 6 der Klemmleiste 8 und andererseits über einen veränderlichen Widerstand 10 mit dem Anschluß 12 der Klemmleiste 8 verbunden.

Der Ringkontakt der Buchse Jl ist mit dem Schleifer eines veränderlichen Widerstands 14, mit dem Kontakt c eines Schaltteils SlB eines Mehrfachschalters Sl und mit dem Anschluß 16 der Klemmleiste 8 verbunden. Der Kontakt a des Schaltteils SlA ist über eine lichtemittierende Diode 22 mit dem Anschluß 20 der Klemmleiste 8, mit dem Anschluß

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Ol 2.4 der Klemmleiste 8 und über einen Widerstand 14 mit dem Anschluß 26 der Klemmleiste 8 verbunden.

Der Kontakt b des Schaltteils SlA ist mit dem positiven Anschluß des Meßgeräts Ml, mit dem Kontakt c des Schaltteils SlC und mit dem Anschluß 28 der Klemmleiste 8 verbunden. Der negative Anschluß des Meßgeräts Ml ist mit dem beweglichen Kontakt des Schaltteils SlC verbunden.

Der Kontakt c des Schaltteils SlA ist mit dem Ai- >luß 30 der Klemmleiste 8 verbunden, während der Kontakt b des Schaltteils SlC, der Kontakt b des Schaltteils SlB sowie der Kontakt a des Schaltteils SlB mit den Anschlüssen 32 bzw. 34 bzw. 36 der Klemmleiste 8 verbunden sind. Der Kontakt a des Schaltteils SlC ist mit dem Anschluß 38 der Klemmleiste 8 sowie mit dem beweglichen Kontakt des Schalters S2 verbunden.

Die Kontakte a,b und c des Schalters S.2 sind mit den An-Schlüssen 42 bzw. 44 der Klemmleiste 8 verbunden. Außerdem ist zwischen den Anschlüssen 46 und 48 der Klemmleiste 8 ein veränderlicher Widerstand 50 vorgesehen.

Der Anschluß 20 ist über einen Widerstand 52 mit einer Seite des veränderbaren Widerstands 54 und mit dem Anschluß 36 über die in Rei'he geschalteten Dioden 56,58 verbunden. Die andere Seite des veränderbaren Widerstands 54 ist über den Widerstand 60 mit dem Anschluß 36 verbunden. Der Anschluß ist weiterhin über einen Widerstand 62 mit dem Anschluß 38 verbunden, ferner mit dem Anschluß 12 über einen veränderbaren Widerstand 64 und weiterhin mit dem Anschluß 16 über eine Reihenschaltung, bestehend aus dem veränderlichen Widerstand 64, dem veränderlichen Widerstand 66 und dem festen

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-ßr-Ol Widerstand 68.

Der Schleifer des variablen Widerstands 54 ist'mit dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers 70 verbunden, während ein Kondensator 72 zwischen den Plus- und Minuseingängen des Operationsverstärkers 70 liegt. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 70 ist außerdem mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 70 verbunden unc¹ zudem an den Anschluß 26 über einen variablen Widerstauu /4 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers .O ist ferner mit dem Anschluß 48 verbunden sowie über einen festen Widerstand 76 mit dem Anschluß 46. Der Anschluß 46 ist auch über einen variablen Widerstand 78 an den Minus-Eingang des Operationsverstärkers 80 und über einen festen Widerstand 82 an den Anschluß 40 sowie über eine Reihenschaltung von Festwiderstand 82 und 84 an den Anschluß 42 und über die Reihenschaltung der Widerstände 82,84 und 86 an den Anschluß 44 angeschlossen. Der Minus-Eingang des Operationsverstärkers 80 ist weiterhin über einen Kondensator 88 mit dem Plus-Eingang sowie über einen Kondensator 90 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 80 verbunden.

Die Reihenschaltung eines Widerstands 92 und einer Diode ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 80 und den Anschluß 28 der Klemmleiste 8 geschaltet. Ferner ist der Anschluß 28 mit dem Anschluß 34 über einen Widerstand 96 und mit dem Anschluß 32 über die Reihenschaltung von Widerstand 96 und variablem Widerstand 98 verbunden. Eine Diode 100 liegt zwischen den Anschlüssen 6 und 30, wobei der Anschluß 6 außerdem über einen Widerstand 102 mit dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers 80 verbunden ist. In der praktischen Ausführung können die Operationsverstärker 70 und 80 beliebige hochverstärkende und mit einer hohen Ein-

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Ol gangsimpedanz versehene Operationsverstärker sein, beispielsweise ein National-Semiconductor-Verstärker LM 358. Weiterhin sollte der Widerstand 2 ein hochgenauer Widerstand sein. Ferner sollten die Dioden 56,58 vorzugsweise eine Durchlaßspannung von größer oder gleich 0,5 Volt haben; eine solche Diode ist beispielsweise die Diode 1N914. Außerdem kann derjenige Bereich der Schaltungsanordnung, der mit gestrichelten Linien umgeben ist, auf einer gedruckten Leiterplatte vorgesehen sein, während d '..rigen Elemente, z.B. Schalter, Meßgerät und Buchse, a* einer Frontpaneele angeordnet und mit der gedruckten Leiterplatte über einen Kabelbaum verbunden sein können.

Im Betrieb, d.h. wenn sich der Schalter Sl in einer solchen Position befindet, daß die beweglichen Kontakte der verschiedenen Schaltteile mit dem Kontakt c verbunden sind, ist die Einrichtung in der AUS/LADE-Stellung. In dieser Stellung ist die Batterie von der Schaltungsanordnung getrennt, und das Meßgerät Ml ist kurzgeschlossen. Folglich ist die Einrichtung ausgeschaltet. Sie kann jedoch in dieser Stellung geladen werden.

Wenn der Schalter Sl dann so bewegt wird, daß die beweglichen Kontakte jedes Schaltteils SlA₅SlB und SlC mit den b-Kontakten verbunden sind, befindet sich die Einrichtung in der Test-Position. In dieser Position wird die Spannung der Batterie 18 auf das Meßgerät Ml·gegeben, und es kann festgelegt werden, daß die Batterie eine ausreichende Spannung besitzt.

Wenn dann der bewegliche Kontakt des Schalters Sl so bewegt wird, daß die beweglichen Kontakte jedes Schaltteils SlA, SlB und SlC mit einem a-Kontakt verbunden werden, ist die

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Ol Einrichtung eingeschaltet. In dieser Stelling des Schalters Sl kann die Einrichtung dazu verwendet werden, Veränderungen des Körper-Widerstands zu messen un'd anzuzeigen. Insbesondere wird in dieser Stellung von der Batterie, 18 eine Spannung über die lichtemittierende Diode 22 und den Widerstand 52 auf die Parallelschaltung der Dioden 56,58 mit dem variablen Widerstand 54 und dem Widerstand 60 gegeben. Somit erscheint die gesamte Batteriesn^nnung über der lichtemittierenden Diode 22, dem Widers... .d 52 und der Reihenschaltung der Dioden 56 und 58. D> ¹TcIItemittierende Diode 22 wird hierdurch eingeschaltet und sendet aufgrund des durch die Diode 22, den Widerstands 52 und die Dioden 56 und 58 fließenden Stroms Licht aus. Außerdem fällt über den Dioden 56 und 58 eine Spannung ab, die der Summe der Übergangsspannungen der Dioden 56 und 58 entspricht. Auf diese Weise kann eine Bezugsspannung mittels preiswerter Dioden erzeugt werden. Ferner kann dadurch, daß der Strom, der durch die Dioden 56 und 58 fließt, zur Erzeugung von Licht auch durch die lichtemittierende Diode 22 fließt, eine einfache EIN-Anzeige mittels der Diode 22 ermöglicht werden, welche den Leistungsverbrauch der Einrichtung nicht wesentlich erhöht.

Mit Hilfe des veränderlichen Widerstands 54 kann die Eingangsspannung des Operationsverstärkers 70 auf verschiedene Bezugspegel gesetzt werden, z.B. auf 1 Volt. Dieser Bezugspegel ist kleiner oder gleich der Summe der Übergangsspannungen der Dioden 56,58. Der Operationsverstärker 70 ist so angeordnet, daß er einen Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, mit niedriger Ausgangsimpedanz und ^it einer Einheitsverstärkung darstellt. Wenn deshalb eine B&zugsspannung von 1 Volt auf den Eingang des Operationsverstärkers 70 gegeben wird, erscheint eine Spannung von 1 Volt am

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Ol Ausgang. Der Operationsverstärker 70 arbeitet folglich als Pufferstufe und gibt einen sehr stabilen Bezugspegel ab.

Der Ausgangs-Bezugspegel des Puffers wird sodann auf eine Brückenschaltung gegeben. Die Brückenschaltung enthält die Widerstände 10,14,64,66,68 und 74. Wird außerdem der Stecker Pl in die Buchse Jl gesteckt, so wird der Widerstand 2 von der Buchse 2 getrennt, und die mit d* tecker Pl verbundenen Elektroden werden mit der Einrieb, ig verbunden. Wenn dann ein lebender Körper an die Elektroden angeschlossen wird, wird der Widerstand des lebenden Körpers an die Einrichtung angeschlossen. Dieser Widerstand des lebenden Körpers ist ebenfalls Teil der Brückenschaltung. Wenn deshalb die Brückenschaltung abgeglichen ist und sich der Widerstand des lebenden Körpers ändert, wird die Brücke verstimmt, wodurch eine Spannungsänderung hervorgerufen wird. Diese Spannungsänderung wird auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers 80 gegeben.

Zusammen mit seinen zugeordneten Schaltungselementen bildet der Operationsverstärker 80 eine Treiberschaltung für das Meßgerät. Diese Treiberschaltung besteht im wesentlichen aus dem Operationsverstärker 80 mit den Widerständen 50, 76,78,82,84,86 und 102 und den Kondensatoren 88 und 90. Sie ist im wesentlichen eine Stromquelle für die Erzeugung eines ungedämpften Stroms, wobei die Rückkopplung in der Treiberschaltung proportional zum Strom ist, der durch das Meßgerät fließt. Somit gibt diese Art der Treiberschaltung ein Ausgangssignal auf das Meßgerät Ml, das sich sehr schnell in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers ändert und hierdurch die gewünschte Empfindlichkeit zur Verfugung stellt. In der Treiberschaltung bilden

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/β,

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Ol die Widerstände 82,84 und 86 zusammen mit dem Schalter S2 außerdem eine Auswahleinrichtung für die Verstärkung. Indem der Schalter S2 von dem Kontakt a auf den Kontakt b und auf den Kontakt c geschaltet wird, ändert sich die Verstärkung der Treiberschaltung. Ferner kann die Empfindlichkeit der Treiberschaltung durch Verändern der Widerstände 50 und 78 eingestellt werden. Um die Störungen durch Rundfunkstrahlungen und der 50- oder 60-Hz-Wechselströme zu beseitigen, sind Tiefpaßfilter vorgese' , die aus dem Widerstand 102 und den Kondensatoren 88 -_:c! 90 bestehen. Der Kondensator 90 stellt im wesentlichen einen Tiefpaß dar, der die 60- oder 50-Hz-Wechselstromsignale beseitigt, während der Widerstand 102 und der Kondensator 88 ein Tiefpaßfilter bilden, das im wesentlichen radiofrequente Signale beseitigt.

Um die Kalibrierung der Einrichtung gemäß der Erfindung zu überprüfen, wird der Stecker Pl aus der Buchse Jl herausgenommen. Dies bewirkt, daß die normalerweise geschlossene Buchse Jl den Kalibrierungswiderstand 2 schließt und als Teil der Widerstandsbrücke anstelle des über die Elektroden mit dem Stecker Pl verbundenen lebenden Körpers einführt. Der Kalibrierungswiderstand 2 hat einen festgelegten Wert und ist ein hochpräziser Widerstand. In der Praxis ist der Widerstand 2 z.B. ein 5000 0hm- und 0,1 Prozent-Widerstand, damit eine nominale Bezugslage für die Nadel des Meßgeräts gewährleistet ist. üblicherweise ist der Widerstand 62 so festgelegt, daß das Meßgerät Ml über 1/3 des vollen Bereichs mißt.

Um die erfindungsgemäße Einrichtung zu laden, wird der Stecker Pl von der Buchse Jl entfernt. Der mit dem Ladegerät verbundene Stecker P2 wird sodann in die Buchse jl

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Ol gesteckt. Hierauf wird der Schalter Sl so angeordnet, daß der bewegliche Kontakt jedes Schaltteils SlA₅SlB und SlC den c-Kontakt berührt. Dies ist die sogena-nnte AUS-LADE-Position. Das Batterieladegerät wird hierauf eingeschaltet und die Batterie wieder aufgeladen. Es versteht sich, daß es bei diesem System, wo dieselbe Buchse Jl sowohl für den Elektrodenstecker Pl als auch für den Ladestecker P2 verwendet wird, unmöglich ist, daß der Ladestrom auf die Elektroden gelangt, die mit e^ !ebenden Körper verbunden sind. Auf diese Weise wird e Sicherheit während des Ladens der Einrichtung wesentlich verbessert.

Die Erfindung wurde zwar anhand eines konkreten Beispiels beschrieben, doch ist sie keineswegs auf dieses beschränkt. Dem Fachmann ist es möglich, weitere Schaltungsanordnungen zu finden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims

P 157-FZ/80

FRANK ZURN

5120 Franklin Avenue

Hollywood

California 90027

Vereinigte Staaten von Amerika

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM MESSEN UND ANZEIGEN VON WIDERSTANDSÄNDERUNGEN EINES LEBENDEN KÖRPERS

Patentansprüche

01 / 1/Schaltungsanordnung zum Messen und Anzeigen von Wider-

02 ^ Standsänderungen eines lebenden Körpers, gekennzeich-

03 net durch

04 a) eine Batterie (18),

05 b) eine Einrichtung (54,56,58) zum Einstellen eines

06 Referenzspannungspegels_sder über der Batterie (18)

07 ansteht;.

08 c) einen Verstärker (70) mit einem Verstärkungsfaktor

09 1 und einer großen Eingangsimpedanz sowie einer kl ei -

10 nen Ausgangsimpedanz, der als Puffer arbeitet, und

11 an dessen Eingang der Referenzspannungspegel an-

12 steht;

13 d) eine abgleichbare Widerstandsbrücke (10,14,64,66,68,

14 74), welcher das Ausgangssignal des Puffer-Verstär-

15 kers (70) zugeführt wird, wobei der lebende Körper

16 als Teil der Brücke (10,14,64,66,68,74) angeschlossen

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ORIGINAL INSPECTED

01 . ist;

02 e) einen Me3geräteverstärker (80), der Jede in der

03 Brücke (10,14,64,66,68,74) auftretende Verstimmung,

04 die durch Änderung im Widerstand des lebenden Kör-

05 pers hervorgerufen wird, verstärkt und

06 f) ein Meßgerät (Ml), das an den Ausgang des Meßgeräte-

07 Verstärkers (80) angeschlossen ist, um die Änderungen

08 im Widerstand des lebenden Körpers anzuzeigen. 09

10 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch jekenn-

11 zeichnet, daß die Einrichtung zum Einstellen des

12 Referenzspannungspegels mindestens eine gewöhnliche

13 Diode (56) enthält.
14

15 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

16 zeichnet, daß eine lichtemittierende Diode (22) in Reihe

17 zur gewöhnlichen Diode (56,58) vorgesenen ist, die an-

18 zeigt, daß die Einrichtung eingeschaltet ist. 19

20 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

21 zeichnet, daß die Batterie (18) nicht nur den Referenz-

22 spannungspegel bereitstellt, sondern auch den Pufferver-

23 stärker (70) und den Meßgeräteverstärker (8) mit Energie

24 versorgt.
25

26 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-

27 net, daß der Meßgeräteverstärker'(80) einen Operations-

28 verstärker enthält, der einen derartigen Rückkopplungs-

29 Schaltkreis aufweist, daß die Rückkopplung proportional

30 zu dem Strom in dem Meßgerät (Ml) ist und der Verstärker

31 (80) als eine ungedämpfte Stromquelle wirkt. 32

33 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich-

34 net, daß der lebende Körper in die Brücke (10,14,64,66,74)

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01 über eine Buchse (Jl) und einen Stecker (Pl) zum

02 Einfügen in die Buchse (Jl) eingekoppelt ist. wobei

03 der Stecker (Pl) mit Elektroden verbunden i.st. 04

05 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

06 zeichnet, daß die Buchse (Jl) normalerweise geschlossen

07 ist und ein Kalibrierungswiderstand (2) derart mit der

08 Buchse (Jl) verbunden ist, daß dann, wenn der Stecker

09 (Pl,P2) von der Buchse (Jl) entfernt wird, de ' aIi-

10 brierungswiderstand (2) mit der Brücke (10,1' 54,66,

11 74) verbunden wird.
12

13 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

14 zeichnet, daß ein Mehrfach-Schalter (Sl) zum Ein- und

15 Ausschalten der Einrichtung und zum Verbinden der

16 Batterie (18) mit dem Meßgerät (Ml) vorgesehen ist, so

17 daß der Zustand der Batterie (18) an dem Meßgerät abge-

18 lesen werden kann,
19

20 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

21 zeichnet, daß ei'ne Batterie-Ladeeinrichtung vorgesehen

22 ist, die ein Batterie-Ladegerät aufweist, welches mit

23 einem Stecker (P2) verbunden ist, aer in die Buchse (Jl)

24 gesteckt wird, nachdem der Stecker (Pl), der mit der

25 Elektrode verbunden ist, weggezogen wurcfe und sich der

26 Mehrfachschalter (Sl), der verschiedene Positionen ein-

27 nehmen kann, in der AUS-Stellung, befindet.

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