Herfurth Babyline 31 Nardeux Type E 433 A

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Im Handuch ist die Verstärkerfunktion wie folgt beschrieben:

Der Verstärker besteht  aus zwei MOSFET-Transistoren mit einer Einganqsimpedanz von 10¹⁵ Ohm, denen ein integrierter Operationsverstärker mit einer Verstärkung von 60 dB nachgeschaltet ist. Die beiden MOSFET-Transistoren passen den Differentialeingang des Operationsverstärkers an die  Ionisationskammer an.

Die Eingangsspannungsdifferenz des MOSFET-Verstärkers wird am Gate von T2 kompensiert. Das Gate vom Transistor T1 ist einerseits mit der Sammelelektrode der Ionisationskanmer verbunden. Am Gate liegen gleichzeitig die hochohmigen Widerstände R1, R2, R3.

Die Differenz der beiden Drain-Spannungen der MOSFET-Transistoren steuert den Eingang des Operationsverstärkers. Der Ausgang des Operationsverstärkers besitzt eine Gegenkopplung auf das Gate von Transistor T1. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird durch ein Drehspulinstrument angezeigt.

Für jeweils zwei Messbereiche wird ein gemeinsamer Hochohmwiderstand verwendet, da zur Bereichsumschaltung außerdem die Gegenkopplung geändert wird.

In Schalterstellung "Dosis" dient der Kondensator C1 in Verbindung mit dem Operationsverstärker zur Integration der von der lonisationskammer gelieferten Ladungsmenge.

Dazu ist folgender Übersichtsschaltplan angegeben:
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Die Nullstellung wird mit dem Potentiometer P1 eingestellt. P3, P4 und P7 dienen zur Kalibrierung der einzelnen Messbereiche und sind von außen nicht zugänglich. Sie werden im Werk eingestellt.

Es sind drei verschiedene Hochohmwiderstände vorhanden, die für jeweils zwei Messbereiche verwendet werden:
- 1 TOhm (10¹² Ohm): 0 .. 10 µSv/h und 0 .. 100 µSv/h
- 10 GOhm (10¹⁰ Ohm): 0 .. 1000µSv/h und 0 ..10 mSv/h
- 100 MOhm (10⁸ Ohm): 0 .. 100 mSv/h und 0 .. 1000 mSv/h

Beim Umschalten zwischen den Messbereichen wechselt der Verstärker zwischen zwei Konfigurationen.

In den Messbereichen 0 .. 100 µSv/h, 0 .. 10 mSv/h und 0 .. 1000 mSv/h arbeitet der Verstärker in Standardschaltung:
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Der Feedback-Widerstand ist dabei direkt mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden und die Ausgangsspannung U_OUT = -I_IN*R_F.

In den Messbereichen 0 .. 10 µSv/h, 0 .. 1000 µSv/h und 0 .. 100 mSv/h ist der Feedback-Widerstand über einen Spannungsteiler mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden.
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Das ergibt eine zusätzliche Verstärkung der Ausgangsspannung die sich wie folgt berechnet: U_OUT = -I_IN*R_F*(1 + R_A/R_B).

Quelle: Keithley - Low Level Measurements Handbook; 7. Auflage; S. 1-19 und 1-20

In den Bereichen 10 µSv/h, 1000 µSv/h und 100 mSv/h beträgt die Spannung am Feedback-Widerstand 48 mV. Das Zeigerinstrument benötigt aber 150 mV für Vollausschlag. Daher wird die Konfiguration mit dem Spannungsteiler verwendet und der Messbereich wird über Potentiometer P7 eingestellt. 48 mV im Messbereich 10 µSv/h sind gleichbedeutend mit einem Stromfluss von 48 fA für Vollausschlag!!!

In den Bereichen 100 µSv/h, 10 mSv/h und 1000 mSv/h beträgt die Spannung am Feedback-Widerstand hingegen 480 mV. Daher wird die Konfiguration mit dem direkt angeschlossenen Feedback-Widerstand verwendet die Spannung wird über Potentiometer P4 herabgesetzt und abgeglichen.

Potentiometer P3 dient zur Kalibrierung im Dosisbereich.

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Es fehlt noch die Beschreibung des Überlastschutzes. Das Handbuch schreibt dazu:

Um die MOSFET-Transistoren gegen zu hohe Eingangsspannung zu schützen, wird bei zu großem Signal die Spannung für die Ionisationskammer kurzgeschlossen. Es leuchtet die rote Signallampe im Anzeigeinstrument auf, und der Zeiger geht auf Rechtsanschlag.

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Die 300 V für die Ionisationskammer werden nicht tatsächlich kurzgeschlossen, sondern es wird einfach der Spannungswandler abgeschaltet. Damit werden weder 300 V, noch +5,5 V und -5,5 V erzeugt. Die 300 V Leitung, die zur Ionisationskammer führt, wird über einen 54 MOhm Widerstand auf Masse gelegt. Damit liegt die Ionisationskammer auf einem definierten Potential, nahe dem Massepotential.

Das Relais in meinem Gerät ist ein Kammrelais von Siemens "V23154-D0706-B110". Das Datenblatt zu genau diesem Typ habe ich nicht gefunden, aber die V23154-Serie gibt es mit Spulenspannungen von 1,1 V bis 125 V (siehe: Datenblatt). Das verbaute Relais dürfte eine Spulenspannung von 1,1 V haben, da es direkt über die Batterie angesteuert wird. Ein paar 100 mV fallen ja auch noch am Schalttransistor (2N397) ab.
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Wenn der Überlastschutz ausgelöst hat bleibt das Relais dauerhaft geschaltet, auch denn die Überlastbedingung nicht mehr erfüllt ist. Man muss das Gerät aus- und danach wieder einschalten, damit normal weitergearbeitet werden kann.

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Auf einer französischen Seite habe ich den kompletten Schaltplan gefunden, der durch zusätzliche Anmerkungen ergänzt wird. Die Quelle steht in der Abbildung.
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Der Originallink in besserer Auflösung: https://www.pascalchour.fr/ressources/babyline/babyline_31_schema.jpg

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Hier sind zwei kurze Videos. Im ersten Video habe ich die Dosisleistung eines Schalters mit Radiumleuchtfarbe gemessen. Der Zeiger blieb am Ende auf 18 µSv/h stehen.

Im zweiten Video kann man sehen, wie die Ionisationskammer ohne aufgesteckte Wandverstärkungskappe auf die Betastrahlung von Uranglasur reagiert. Der Zeiger steht am Ende auf 24 µSv/h, wobei das natürlich keine Dosisleistung ist, sondern nur ein Maß für die Betaaktivität.

[NoLi]

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Im zweiten Video kann man sehen, wie die Ionisationskammer ohne aufgesteckte Wandverstärkungskappe auf die Betastrahlung von Uranglasur reagiert. Der Zeiger steht am Ende auf 24 µSv/h, wobei das natürlich keine Dosisleistung ist, sondern nur ein Maß für die Betaaktivität.
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Doch, das ist die Beta(Haut)dosisleistung!

Dies ist gerade der große Vorteil des Babyline, dass man damit auch die Beta-Hautdosisleistung messen kann, denn die Kammerwandung (ohne Wandverstärkungskappe!) entspricht dem durchschnittlichen Flächengewicht der menschlichen Haut.
Allerdings mittelt die Kammer die Dosisleistung über ihr ganzes Volumen, so dass der Anzeigewert dem Messwert in ca. 5 cm Abstand vom Messobjekt entspricht.

Norbert

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Danke Norbert!

Ich wollte ohnehin fragen, wie dieser Passus im Handbuch zu interpretieren ist:

Es kann in Sonderfällen zur Dosisbestimmung bei Elektronenstrahlung eingesetzt werden, wenn eine
sinnvolle Geometrie hinsichtlich Kammergröße, Art der Quelle etc. besteht.

Leider ist das im Handbuch nicht detaillierter ausgeführt.