Schaltung mit SBM-20 Zählrohr

Begonnen von DO1MUE, 01. Mai 2022, 13:14

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DO1MUE

Hallo,

der ein oder andere erinnert sich vielleicht noch an meinen letzten Thread in diesem Sub-Forum.

Hab ein bißchen was erweitert, und ich denke das rechtfertigt ein neues Thema (da ich nun auch komplett zu SBM-20 Rohr gewechselt bin).

Kurzdemo:

https://youtu.be/1Dynqv0Iu4U

Technisches Konzept ist immer noch dasselbe, aber ich werde mich beizeiten mal mit den Vorschlägen von DG0MG auseinandersetzen (Impulse an der Anode abnehmen, Spannungsstabilisierung etc.; danke übrigens auch für deine Antwort im Thread "Anfangsspannung").

Nun, wie man im Video hört die Spule fiept recht störend. Gibt es da eine mögliche Abhilfe?

Auch mit den LEDs gefällt mir noch nicht so sehr. Die Impulse sind sehr kurz (ungefähr 0.3ms). Da kann ich aber vielleicht in der SW was drehen. Momentan gehe ich den Weg über IRQs; ist ein C-Programm auf einem Raspberry Pi Pico µC welcher sowohl die PWM erzeugt wie auch "zählt".

Mehr Details gibt es hier:

https://hackaday.io/project/184266-geiger-counter-with-z1a-or-sbm-20-tube

Grüße und schönen Sonntag

DG0MG

Zitat von: DO1MUE am 01. Mai 2022, 13:14Nun, wie man im Video hört die Spule fiept recht störend. Gibt es da eine mögliche Abhilfe?

Ich hör' zwar nichts, aber es ist ist technisch sowieso nicht mehr "best practice", die Hochspannungserzeugung dauerhaft durchlaufen zu lassen. Bestes Beispiel ist ein batteriebetriebenes Foto-Elektronenblitzgerät, das hat schon vor mindestens 40 Jahren und auch in der DDR den Transverter abgeschalten, wenn der Kondensator aufgeladen war. Mit der von Dir gewählten Schaltung kann man locker auch 1000 Volt erzeugen, wenn Spule, Strom, Transistor und Pulslänge es hergeben. Dass Du also die gewünschten 400 V am Zählrohr hast, ist reiner Zufall - bzw. hast Du es mit dem PWM-Ratio so hingebogen. Eine geringste Änderung der Umgebungsbedingungen lässt die Spannung dann weglaufen. z.B. sinkende Batteriespannung, höhere Belastung der HV weil größere Dosisleistung (=mehr Impulse), Temperatur. Ziel kann sein, dass nur noch 1-3 Impulse pro Sekunde auf die Spule die Hochspannung aufrecht erhalten. Dann fiept auch nichts mehr.
Dazu muss der Prozessor eine Information bekommen, ob am Ladekondensator 400 V anliegen, oder nicht. Wenn sie anliegen, braucht er die Spule gar nicht mehr oder nur in zeitlich verlängerten Abständen ansteuern.
"Bling!": Irgendjemand Egales hat irgendetwas Egales getan! Schnell hingucken!

NuclearPhoenix

Zitat von: DO1MUE am 01. Mai 2022, 13:14Nun, wie man im Video hört die Spule fiept recht störend. Gibt es da eine mögliche Abhilfe?

Kannst du in der Firmware vom Pi die PWM Frequenz ändern? Höher bei geringerem Duty Cycle zB, ich hoffe du hast irgendein Spannungs-Feedback an den µC zurück. Das wäre das erste was mir einfallen würde. Ansonsten evtl. eine andere Spule probieren (?). Die Last wirst du ja nicht wirklich ändern können, deswegen hat das auch so seine Limitierungen.

DO1MUE

Zitat von: NuclearPhoenix am 01. Mai 2022, 15:17
Zitat von: DO1MUE am 01. Mai 2022, 13:14Nun, wie man im Video hört die Spule fiept recht störend. Gibt es da eine mögliche Abhilfe?

Kannst du in der Firmware vom Pi die PWM Frequenz ändern? Höher bei geringerem Duty Cycle zB, ich hoffe du hast irgendein Spannungs-Feedback an den µC zurück. Das wäre das erste was mir einfallen würde. Ansonsten evtl. eine andere Spule probieren (?). Die Last wirst du ja nicht wirklich ändern können, deswegen hat das auch so seine Limitierungen.

Ja, PWM-Frequenz ändern geht natürlich (hier übrigens der Quellcode: https://github.com/Florian-Wilhelm/Raspberry-Pi/blob/main/Project-6/geigerPWM_triggeringLED.c ). Duty cycle und Frequenz sind empririsch, hab so lange herum manipuliert bis ich so um die 400V erzeugen konnte ;D .

Bei >2 kHz bricht die Spannung sehr schnell ein. Somit konnte ich hier leider nicht viel drehen.

Aber eine Spannungsregelung im eigentlichen Sinne gibt es nicht. Ich denke das Rohr verhält sich ja in einem weitem Spannungsrange gleich (Plateaubereich), somit bin ich davon ausgegangen dass es nicht so das kritische Thema ist. Fürs Erste zumindest. Kommt aber auf die To-Do list.

Die 9V von der Batterie werden von einem 5V Spannungsregler L7805 heruntergeregelt. Die 5V Versorgung sollten daher eigentlich lange Zeit konstant sein (ausser die Batterie ist fast leer natürlich).

Naja, so weit so gut. Das nächste Ziel wäre erstmal ein Display dranzuhängen, die LEDs kann ich mir dann sparen. Ein OLED-Display über C anzusteuern ist eigentlich einfach...

Grüße

Turbo-Tom

Der Spannungseinbruch bei höheren Frequenzen liegt an der ungeeigneten Gleichrichterdiode (1N4007). Diese hat eine Sperrverzugszeit in der Gegend von 2µs. Das bedeutet, wenn der Ladeimpuls (Selbstinduktion) bei höherer Frequenz (kürzere Ladestromflussdauer) immer kürzer wird, dann kann, bis die Diode wieder sperrt, mehr Ladung zurück fließen als in den Kondensator hineingeladen wurde. Es stellt sich dann ein Gleichgewicht bei niedrigerer Spannung ein.

Ich würde eine schnelle Diode (z.B. UF4007, trr ~ 50ns) verwenden. Dann hätte ich noch ein simples "digitales" Feedback eingebaut (Z-Diodenkette und Serienwiderstand), um (zur Sicherheit über einen Transistor) dem Microcontroller "Ladespannung erreicht" signalisieren zu können. Danach wird das PWM einfach auf Null gesetzt, und bei Bedarf wieder aktiviert.

Der PWM "tröpfelt" dann, um je nach Strombedarf die Spannung am Zählrohr konstant zu halten. Das klingt eher wie ein Rauschen als ein Pfeifen, und wenn durch die schnelle Diode der Ladestrom durch die Drossel reduziert werden kann (kürzere ED), wird's auch viel leiser.

NuclearPhoenix

Genau das was @Turbo-Tom sagt. Diode wechseln, dann funktionieren die höheren Frequenzen besser.

Du könntest evtl statt dem digitalen Feedback auch einfach einen Spannungsteiler aus mehreren hohen (~10M oder so) Widerständen basteln um die Zielspannung +-bisschen auch am ADC zwischen 0 und 3.3V zu haben, so könntest du ständig die Spannung überwachen und direkt den Duty Cycle darüber regulieren. Sowas ähnliches habe ich auch schon mal gemacht mit einem ATTiny84a. Das einzige worauf man achten muss ist, dass man die Spannungsquelle nicht wieder selbst zu stark belastet und eben mehrere Widerstände, damit nicht über einem die ganzen 400V liegen.

DO1MUE

Ah das ist interessant. An die Diode hätte ich nun überhaupt nicht gedacht.

Danke, melde mich demnächst mal mit ein paar neuen Versuchen zurück  :) .

DO1MUE

Hier zunächst noch eine LCD-Version meines Geiger-Zählers, für die die es interessiert.

https://youtu.be/3AXAFBmc7Pw

DO1MUE

So, nun mit IoT Fähigkeiten. Die SW habe ich noch nicht komplett im Griff, aber rein von der HW her funktioniert es.

Das auf den Pico aufgesteckte Modul das man auf dem Bild hoffentlich gut erkennt kostet etwa 15 Euro und basiert auf dem ESP8266.

Wenn man alle Kosten zusammenzählt (einschließlich die des Zählrohrs und der hier nicht angeschlossenen Flüssigkristallanzeige) kommt man auf ca. 60€ (genausoviel wie der GZ in der Make https://www.heise.de/news/Selbstgebauter-Geigerzaehler-gibt-Mail-Alarm-bei-ansteigender-Radioaktivitaet-7103138.html).