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Ein neues Linearbolometer.

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308
5. E&n n ezc es L i n e a r b o 2 o,waet er ;
v o n G o t t h e l f Ledwabacii.
Den von L u m m e r und K u r l b a u m ’ ) aufgestellten Bedingungen fur eine hohe Empfindlichkeit eines Bolometers ist
zum Teil leicht zu entsprechen, zumal wenn es sich um
Fliichenholometer handelt. Fur Linearbolometer insbesondere
sind folgende Bedingungen zu erfullen: Es mu6 der Widerstand w ein mijglichst hoher sein, da der Ausschlag des Galwachst; gleichzeitig sol1 auch der
vanometers proportional
Hauptstrom mijglichst hoch sein. Dam muB trotz mijglichst
groBer Oberflache die Warmekapazitat moglichst klein sein,
was der Forderung sehr geringer Dicke der Bander gleichkommt. Um nun bei geringer Dicke die bestrahlte Flache zu
vergroBern , hatte man bisher mijglichst dunne Driihte flach
gehammert oder Wollastonblech verwandt. Zur Herstellung
meines Bolometers wurde Wollastondraht, dessen Platinseele
0,003 mm Durchmesser besal3, nach dem Verfahren der Lamettafabrikation auf Vorschlag von Prof. S i m o n geplattet.2) Nach
Abiitzen des Silbers erhielt man ein iiuflerst dunnes Platinband, dessen Breite mit Hilfe eines Mikroskopes zu 0,025 mm
ermittelt wurde. Die Dicke ergab sich durch Rechnung zu
ca. 0,000283, das ist ein Viertel dor Dicke des bisher mit
grotler Muhe hergestellten Wollastonbleches. Nunmehr murden
gleichlange Streifen dieses Randes in grij6erer Aiizaiil auf
Rahmchen aus Hartgnmmi, die mit Kupferstreifen versehen
waren, angelijtet. Leider war es riicht miiglich, die Bander
mit dem Silbermantel aufzuloten und dann erst abzubeizen,
da so stets verschiedene Langen resultierten, und schon eine
Zunahme der Lange um 0,l mm einen Zuwachs des Widerstandes um mehr als 1 Ohm zur Folge hatte. Um gleiche
LSnge der Bander zu erzielen, mn6te - die Aussparung der
1;
1)
0.L u m m e r u. F. K u r l b a u m , Wied. Ann. 46. p.
2) durch E. I<u h 11 s Drahtfabrik, Niirnberg.
204. 1892.
Ein neues Linearbolometer,
309
Rahmchen durch gemejnsames Ausfrasen vorgenommen werd en ;
die Abweichung in der LBnge wurde dadurch unter 0,1 mm
herabgedriickt. Es gelang nach einiger Ubung , die feinen
Platinbiinder durch Anloten an die Kupferstreifen der Rahmchen
auf eine Lange von 12 mm frei auszuspannen. Bei einer Breite
von 0,025 mm und unter schiitzungsweiser Beriicksichtigung
der durch das Walzen verursachten Ausbuchtungen betrug die
Flache des einzelnen Bandes 0,315 qmm. AUS einer groBeren
Zahl wurden vier Bander von moglichst gleichem Widerstand
und zwar von 162, 164, 165 und 168 Ohm nusgewahlt, einseitig beruBt und i n einer starken Messinghulse (Fig 1) zum
Bolometer vereinigt.
Eine Messingplatte trug , durch Hartgummi (schraffiert)
isoliert, die Kontaktstucke fur die Rahmchen; je zwei derselben waren durch eine Glimmerplatte J voneinander getrennt.
Fig. 1.
Die durch den rechteckigen Ausschnitt links in Richtung
des Pfeiles eintretende Strahlung wurde durch eine mattschwarz lackierte Platte W von dem zweiten Paare abgehalten.
Gute Kontnkte wurden durch Anziehen der Schrauben S hergestellt. Die Kontaktstiicke 1-4
und G wurden mit den
Klemmen 1-4 und G verbunden; die ersteren an die Brucke,
die letztere an das Galvanometer angeschlossen. Die Bolomm hintereinnnder
meterbander lagen in Wirklichkeit nur ca.
und etwa 'I, mm auseinander, so da13 ein Strahlnngsbundel von
12,5 mm Lange und 1mm Breite die beiden Bander vollstandig
zu decken imstande war. Die gesclilossene Messinghiilse wurde
noch zurn Schutze gegen thermische Einfliisse in drei, durch
dicke Watteschichten voneinander getrennte Holzkasten eingebaut. Die Strahlen traten durch eine sich verjungende
G. Aeimbach.
310
Hartgummihulse ohne GlasabschluB in das Bolometer ein. Der
sich stetig verengende Weg von 88 mm Lange - von der
Offnung bis zum ersten Hahmchen - verhinderte das Eintreten von auljeren Luftstrtjmungen vollstandig. Die Empfindlichkeit des Instrumentes - in Verbindung mit dem D u B o i s R u b e nsschen Kugelpanzergalvanometer - verglichen mit
anderen Hilfsmitteln zur Strahlungsmessung ist in der folgenden Tab. 1 angegeben.
T a b e l l e 1.
Hilfsmittel
Radiomikrometer (Boys)
Radiometer (Nichols) .
Bolometer (Snow). .
Radiometer (Coblentz)
Bolometer (Leimbach)
,
.
. .
. .
. .
Bestr. FlLche
in qnim
T
in Sek.
4
3
10
12
14
50
10
0,35
1
0,63
Ausschlag
in cm
0,9
7(3,
14,7
52,3
rd. 200
Die erste Kolumne enthalt die Hilfsmittel nebst den
Beobachtern; die zweite die bestrahlte Fliiche, die dritte die
Schwingungsdauer des Apparates oder des verwandten Galvanometers, die letzte die Empfindlichkeit nach C o bl e n t z l)
definiert durch den Ausschlag in cm pro qmm bestrahlter
Flache, fur eirien Skalenabstand von 1m, hervorgebracht von
eiiier Kerze in 1 m Abstnnd vom Instrument.
Das Bolometer wurde mit sechs Widerstanden von je
165 Ohm nunmehr zu einer Bruckenanordnung zusammengestellt. I m Prinzip hatte diese die von R u b e n s und
Paalz o w vorgeschlagene Schaltung, zweckmaflig erweitert, wie
es durch Fig. 2 dargestellt ist.
1-4 sind die vier Zweige des Bolometers, 1 und 2 kijnnen
bestrahlt, 3 und 4 durch einen Hilfsstrom geheizt werden.
Vor jeden Bolometerzweig wurde einer der 165 Ohmwiderstande geschaltet. J e zwei dieser Kombinationen bildeten in
Parallelschaltung zwei benachbarte Zweige a b und b c der
Brucke; die anderen beideri Zweige a d und dc der Bruclie
1) W.
W. C o b l e n t z , Invertigations ofhfraved-Spectra, p, 298. 1905.
Ein neues Linearbolometer.
311
wurden durch die letzten zwei Widerslnde von 165 Ohm
gebildet.
Zum Abgleichen der Brucke konnte der Verzweigungspunkt d auf einem etwa 40 cm langen blanken Draht A,
mittels eines Quecksilberkontaktes in Form eines T-Rohres
verschoben werden. Das Nullinstrument ist durch Galvanometer G angedeutet. Den Bruckenstrom lieferte die
Batterie Ba. Dieser passierte erst einen Regulierwiderstand Y W
und ein Milliamperemeter 34 und trat dann durch den Umschalter U, in die Briicke bei a und c ein. Die identisch
Fig. 2.
hergestellten Zweige a b und b c sind kleine Brucken fur sich.
Die Brucke b e enthalt die beiden Bolometerbander 3 nnd 4,
die durch die Batterie H B a geheizt werden konnten. Der
Heizstrom trat jedoch nicht unmittelbar hinter dem Umschalter U, in die kleine Brucke b f c e ein, sondern durch
Abzweig iiber dem Widerstand A’W wurde nur
seines
Wertes den Verzmeigungspunkten e uncl f zugefuhrt. Die
Regulierung des Gesamtheizstromes wurde durch Regulierwiderstande - durch R angedeutet - von ca. 3000 Ohm vorgenommen; das Milliamperemeter iK2 gab den zehnfachen Wert
312
G. Leimbach.
des zur Heizung verwandten Stromes an. Die genaue Abgleichung der Heizstrombrucke wurde wie bei d durch einen
Schleifdraht (A,) mit Quecksilberkontakt vorgenommen. Der
Umschalter U. endlich diente dazu, das Galvanometer G von
der grol3en Brucke a 6 c d auf die kleine b f c e zu schalten und
eriibrigte so ein zweites Nullinstrument.
Die doppelte Kommuta,tion durch Ul und U, machte einmal
die Resultate von den durch minimale Thermostriime hervorgerufenen Fehlern unabhangig, und sie erlaubte auBerdem noch
die sichere Kontrolle, ob nicht ein Teil des Heizstromes infolge
ungenauer Abgleicliung in die Briicke a 6 c d iibertrat. Die
Stromstarke in der Hauptbriicke a 6 c d betrug 12-15. lo-, Amp.
wahrend zur Kompensation der Strahlungsenergie Strorne von
3 . lo-* bis ca, 4.10-5 Amp. erforderlich waren.
Samtliche Briickenwiderstande - aus Konstantandralit von
0,3 mm Durchmesser hergestellt, - die Schleifdrahte und der
Umschalter U, wurden nebst zwei Stromschlusseln in eine
groJ3e Kiste eingebaut, die durch ein dickes, allseitiges Wattepolster die Briicke vor thermischen Einfltissen moglichst bewahrte. Urn die trotzdem auftretenden Thermostrome auf das
Mindestmafl zu beschranken, wurden alle Verbindungsstellen
durch starke Messingklemmen unter Vermeidung von Lot hergestellt. Da auch das Bolometer thermisch vortrefflich geschutzt war, so war die Nulllage des Galvanometers wiihrend
der Messung viillig von Schwankungen frei, was fur die Genauiglreit der Messungen sehr wichtig ist. Die Anordnung der
einzelnen Teile der geschutzten Briicke zeigt Fig. 3.
llie Bezeichnungen korrespondieren mit denen der Fig. 2.
a, b, c, d sind die vier Verzweigungspunkte der groBen Brucke,
zu denen noch e und f der kleinen treten. A, und A, sind
die Schleifdrahte mit den Queksilberkontakten , deren Verschiebung - auf einem Schwalbenschwanz - ebenso wie die
Umlegung der Um- und Ausschnlter von auflen bewirkt werden
konnte; uud zwar A , und A , durcli eine iiluer Rollen gefiihrte
Schnur, die Schalter durch starre Fiihrungsstangen. Vier der
links gezeichneten Kleminen (0)
wurden mit dem Bolometer B,
zwei rnit der Heizbatterie H B a und zwei mit der Bruckenbatterie U a verbunden. Die Anschluflstellen fiir dss Galvsnometer sind rnit G bezeichnet. Die Verbindungsleitungen auBer-
Ein neues Linearbolometer,
313
halb der Kiste wurden gegen thermische und elektrische
Einfliisse dureh Bergmannrohr und Verlegung auf Hartgummi,
dort wo es niitig erschien, geschutzt. Auf einem Tische vor
dem Beobachter waren die beiden Milliamperemeter Ml und M,,
dazu die Regulierwiderstande R und Y W (Fig. 2), Batterien B a
und H B a und Schliissel so aufgestellt, dab sie mit einem Blick
iibersehen und rasch bedient werden konnten.
In Verbindung mit einem Saitengalvanometer grogen Typs
von E d e l m a n n diente das gesamte Instrumentarium zur Ermittelung der absoluten Strahlungsempfindlichkeit von Bromsilbergelatineplatten gegen Licht verschiedener Wellenlange. l)
I n einer andereu Untersuchung ,,iiber die Strahlungseigenschaften der elektrischen Gliihlampen"
verwandte ich das
gleiche Bolometer und die gleiche Brucke nebst einem
D u R o i s - Rubensschen Kugelpanzergalvanometer von S i e m e n s & H a l s k e , astasiert auf eine halbe Schwingungsdauer
von 8 Sek. Die W h e a t s t o n e s c h e Briicke und das Bolometer
wurden etwa 1 Stunde nach Einschalten des Briickenstroines
stationar. Der Temperaturausgleich war dann so vollkommen
vollzogen, daB der vom Galvanometerspiegel reflektierte Lichtstreifen auf der 3 m weit abstehenden Skala praktisch viillig
ruhig blieb. Das lastige Wandern - drift - war nur bei
stetiger Veranderung der Zimmertemperatur zu beobachten.
1) G. L e i m b a c h , Zeitschr. f. wiss. Phot. 7. p. 157. 1909.
2) G. L e i m b a c h , Zeitachr. f. wiss. Phot. 8. p. 333. 1910.
G. Jeimhach,
314
Kleine Ungenauigkeiten, hervorgerufen durch Reflexionen an
der Wand W (Fig. l), wurden wertlos durch Uberziehen derselben mit feinstem schwarzen Snmt und einen dichter vor den
Bandern angebrachten Spalt beseitigt. Mit dem A n g s t r o m schen Absolutwert fur Strahlung der Hefnerlampe lieB sich
die Oberflache und die Absorption des Bolometers iiachIrontrollieren.
Uin eine mijglichst hohe Empfindlichkeit der ganzen Anordnung zu erzielen, benutz te ich einen wesentlich hoheren
Bruckenstrom wie in der zitierten Arbeit. Auf Grund friiherer
Erfahrung war clamit eine betrachtliche Erwiirmung der Bolometerbiinder und so auch eine Widerstandserhohung verbunden.
Der EinfluB derselben nu€ die Bolometerkonstante ergibt sich
folgendermaBen :
I n Fig. 4 ist die kleine Bruclte aus der fruheren Schaltung dargestellt, die aus den Bolomeserbandern 1 und 2, die
zur Kompensation des durch Bestrahlung der anderen beiden,
nicht gezeichneten Bander erzielten Effektes angeheizt wurden,
und aus den Widerstanden 3 und 4 (gleicher GroBe) besteht.
6rass. BE
B
J
J8r
Fig. 4.
B sei die Heizbatterie, G das Milliamperemeter, 5 ein
NebenschluB- und 6 ein Regulierwiderstand. Es wurde nun
mit Ja der durch die Bolometerbander AieBende Strom bezeichnet, mit Jb der durch die Widerstande 3 und 4 AieBende
und mit JErder in die kleine Bruclre hineingeschickte Gesamtstrom, der selbst ein durch die GroBe des Nebenschlusses 5
bestimmter Teil des das Milliamperemeter durchflieBenden
3 i n neues ihearbolometer.
315
Stromes J ist. Wurde nun keine Erwarmung der Bander 1und 2
mit wachsender Stromstarke eintreten, so wiirde der Widerstand derselben konstant bleiben und damit J, leicht zu ermitteln sein. Da J, als Bruchteil von J den absoluten Wert
des Strahlungseffektes bestimmt, so ist die Abhangigkeit des
Widerstnndes von 1 und 2 von der Stromstarke zu ermitteln.
Wir gelangen zu Ja mit Hilfe folgender Beziehungen:
Es ist bei Bezeichnung der entsprechenden Widerstande
mit 2u nebst Index:
J, = Jnr
(1)
- J61
Andererseits ist:
(5)
JE~=
J - J,,
T
J
Die Kombination von Gleichung (4) und (8) liefert das gesuchte J, als Funktion der verschiedenen Widerstande und der
StromstPke J , die abgelesen wird. Es ist:
(9)
Um eine Anschauung yon den Anderungen zu geben, seien die
Werte von wa, wBr und der Zahlwert der Bolometerkonstante C
fur eine Anzahl von J-Werten aufgefiihrt.
316
G. Lcimbach.
T a b c l l e 2.
Stromstarke in loe2 Amp.
I
C
w,
176
178
180
193
196
198
191
193
212
209
207
205
202
3 99
197
194
1,73
1,74
1,75
1,76
1,78
1,79
1,80
1,81
Sollte C dasselbe bleiben, so muBte eine Ironstante Bruckenstromstarke beibehalten werden. Sie betrug 1 9 . 10W3Amp.
Inzwisclien ist nun noch eine verbesserte Form dieses
Linearbolometers ausgearbeitet , die von dem Mechaniker des
hiesigen Institutes fur angewandte Elektrizitat, Herrn W ilh.
Miiller, hergestellt wird. Durch Verwendung noch duiinerer
Eiinder ist bei zwei weiteren Exemplaren der Widerstand yon
176 Ohm auf 343 und 424 Ohm gesteigert - gleiche Lange
Ohm
410
Iw
350
' O 0 0 r 2 T 6-5
6 78
kQ
9
10 11 12 I3 14 I5 16 17 1 19 20 21
2 21 I4 25
Fig. 5. Widerstandszunahme eines Bolometerbandes mit der Strombelastung.
und Strombelastung vorausgesetzt. Wird letztere zu gro8, so
treten durch Erwarmung der Bknder Luftstromungen auf, die
eine gute Ruhelage unmoglich machen. Die in Tab. 2 angegebene Widerstandsznnahme mit der Strombelastung wurde
Ein neues Jinearbolometer.
317
genau verfolgt, Figg. 5 und 6 stellen den Widerstand als
Funktion der Stromstarke dar. Man ersieht daraus, da6 man
miiglichst im Bereiche des schwachen Anstieges bleiben mug,
urn nicht zu starke Widerstandsanderungen zu erhalten. Vor
Fig. 6. Widerstandszunahme eines Bolometerbandes mit der Strombelastung.
allem sieht man von neuem, daB der Bruckenstrom unbedingt
konstant zu balten ist, wenn man eine Verauderung der Bolometerkonstante, wie sie Tab. 2 schon zeigt, vermeiden will.
Von Interesse diirfte hier noch die Angabe sein, daB die
Bander bei ca. 20.
Amp. gluhend wurden und erst bei
Amp. durchbrannten. Die Qefahr des Durchca. 2 7 .
brennens bei geringer Steigerung der Bruckenstromstarke ist
also ziemlich klein.
Konstruktive Einzelheiten zeigen die Figg. 7 und 8. Der
Liingsschnitt (Fig. 7) zeigt zunachst die Hartgummiplatte P, auf
cler die Klemmen K , , K, . . . K4 und B (Fig. 3) fur den QalvanometeranschluB montiert sind. Auf der anderen Seite ist
das das Gehiiuse bildende Messingrohr R eingeschraubt , auf
das wiederum ein dem Spektralapparat oder dgl. angepa6tes
Ansatzstuck A aufgeschraubt werden kann. Viillig neu sind
sodann der durch die Hartgummischraube G bewegbare
Schlitten 8, der die zu bestrahlenden Bander mit den Rnhmchen 1 und 2 tragt und der Hartgummistopfen H. W i d letzterer herausgeschraubt, so ist das Bolometer in Richtung des
318
G. Leimbach. Zin neues Linearbolometer.
Strahlenganges durchsichtig. Der Spalt Sp erlaubt eine erste
Orientierung, die Schraube G eine genaue Einstellung der
Bander auf Spektrallinien usw. Nach der Einstellung wird
der StGpsel H wieder eingeschraubt ; mit feinem schwarzen
Samt iiberzogen, verhindert er schadliche Reflexionen. Die
Bander 3 und 4 liegen verdeckt hinter dem Schieber, nahe
den beiden anderen, urn moglichst gleiche Temperaturverhalt-
J
Fig. 7.
Fig. S.
verhBltnisse zu erreichen. Die Lage der einzelnen Rahmchen
zueiiiaiider zeigt Fig. 8. Die einzelnen BBnder sind mit einem 2
bezeicbnet. Samtliche stromfuhrende Teile, auch die Klemmen
hr1- K4 und .B sind aus Kupfer hergestellt, um Thermostriime
nach Moglichkeit zu vermeiden. Unter Zuhilfenahme der Brucke
(Fig.3) und einesKugelpanzerinstruments sind bequem Strahlungsmessungen difiziler Art auszufuhren, Linter Verwendung der
Heizschaltung (Fig. 2) auch solche in absolutem DIaBe. Xur
empfiehlt es sich , das Messinggehause des Bolometers durch
ein- oder mehrfache Wattepackungen vor aul3eren Tempersturschwankungen zu schiitzen.
(Eingegangen 24. Juni 1910.)
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