Das Openmess-Projekt

[Peter-1]

Heute habe ich bei Vacutec eine Anfrage zum Preis und der Liefermöglichkeit gestartet. Mal sehen 
Dann hatte ich trotz Dauerhusten noch etwas Zeit gefunden und mir den Testbericht mit den 16 "Spielzeuggeräten" herausgesucht. 7 Geräte mit SBM-20. Vergleicht man die Auswertung, so erkennt man für gut 7 Diagramme auch eine Ähnlichkeit.
Ziel: diesen Überhang im unteren Energiebereich zu reduzieren. Also aus NIST den MSK genommen und etwas gerechnet. Da in einigen Lit.Stellen zur Kompensation Zinn genommen wird, habe ich auch mit Zinn gerechnet.
Ein dünnes Zinnrohr über das SBM-20. Nicht PTB-gerecht, aber ich würde es so machen.
Das war jetzt nur eine kleine Fingerübung. Ich warte nun auf die Absage von Vacutec ..... und dann 
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[U235]

Der EBucht-Händler verkauft die HV-Module auf Anfrage auch ohne Anodenwiederstand, wenn ich mich recht erinnere.

[DG0MG]

Ein dünnes Zinnrohr über das SBM-20. Nicht PTB-gerecht, aber ich würde es so machen.

Wahrscheinlich haben das die Russen auch schon genauso gemacht:

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(Zählrohr des Radiometers "Bella")

Allerdings würde ich für das hiesige Vorhaben das Vacutec-Zählrohr mit genau dokumentierten Eigenschaften auch vorziehen - das umwickelte SBM-20 kann nur eine Kompromiss-Lösung sein. Dazu kommt, dass beim Vacutec-ZR die Impulsrate wesentlich höher ist und man damit schneller zu einem brauchbaren Messergebnis kommt.

[opengeiger.de]

Ich weiß nicht, wieviel selbst gebaute Geigerzähler es hier im Forum gibt. Aber wird da einfach nur in blindem Vertrauen und ohne Eigenkreativität nachgebaut?    Ich kanns ja fast nicht glauben  . Aber gut, die wahren Cracks halten sich ja meist mit ihrer Erfahrung vornehm zurück. Von daher verzeihe ich es auch, dass hier keine konkreten Vorschläge zur Beschaltung des Zählrohrs kommen. Aber ich will mal bewusst nen anderen Weg gehen  . Ich leg jetzt einfach meine Experimente und Simulationen offen, und lass mich dann gerne von den Cracks zerlegen. Mal sehen wie gut das funktioniert! 

Also zur Zählimpulsauskopplung beim 70031A, da habe ich mir jetzt erstmal ein Modell gemalt, wie das ohne den sonstigen Firlefanz bis zum Zählimpuls-Verstärker aussehen muss. Bei der Simulation bin ich davon ausgegangen, dass sich das Zählrohr wie eine Stromquelle verhält, wobei eine Entladungslawine einen negativ exponentiellen Stromfluss von 80uA mit einer Zeitkonstante von 150us erzeugt. Wie vom Datenblatt gefordert habe ich den Anodenwiderstand R1 mit 5.1MegOhm angesetzt. Für den Strombegrenzungswiderstand der Hochspannungsquelle bin ich bei 1MegOhm rausgekommen und für die Eingangsimpedanz des Zählimpulsverstärkers bei 10kOhm und die Auskoppelkapazität bei 100nV. Das war allerdings ein iterativer Prozess.

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Das Ganze habe ich mit LT Spice simuliert und auf einer Lochrasterplatine aufgebaut um Messung und Simulation zusammen zu bekommen. Zum Aufbau muss man noch Folgendes sagen: Die Hochspannung habe ich mir von einem Arduino-Geiger-Zähler-Shield der IoT-Firma Libelium geholt. Ich bin mit dem HV-Ausgang einfach auf eine Hochspannungs-Kapazität von 100nF gegangen und habe diese mit 110MegOhm belastet, wobei 10MegOhm von einem Multimeter sind, damit ich die Spannung beobachten kann. Diese Spannung lag dann bei knapp 500V. Da die 100nF Hochspannungskapazität nicht so schnell ihre Spannung ändern kann, kann man die so geformte HV-Quelle für die gegebenen Verhältnisse gut als Konstantspannungsquelle mit 500V ansehen.   

Das Zählrohr habe ich als Stromquelle I0 simuliert, in der Annahme, dass wenn eine Entladungslawine ausgelöst wird, dies einen Stromfluss mit geringer Amplitude darstellt und das Zählrohr dabei viel hochohmiger ist als der Anodenwiderstand. Damit kann man den Anodenvorwiderstand R2 aus der Simulation rausnehmen, da er ja einfach ohne eine Wirkung auf den Rest der Schaltung von dem Zählrohrstrom durchflossen wird. Nun speist aber die Zählrohr-Stromquelle DC-mäßig gesehen den Strombegrenzungswiderstand R1 mit 1Meg, der dann zur Stromquelle parallel liegt. Das darf man laut Schaltungstheorie ersetzen durch eine Spannungsquelle mit dem Wert U0 = I0*R1 = 80V und einem Innenwiderstand R1. Nun bildet also R1 in Serie mit C1 einen Spannungsteiler mit dem Verstärker-Eingangswiderstand von 10kOhm. Da C1 mit höheren Frequenzen eine immer niedrigere Impedanz bekommt, erzeugt er einen Hochpasscharakter für diese Auskopplung. Deswegen darf man die Auskoppelkapazität nicht zu klein wählen. Der Hochpass ist demnach ein einfacher RC-Hochpass mit der Zeitkonstante von R*C = 1010kOhm*100nF was ungefähr 100ms beträgt. Das aber bedeutet, dass z.B.  Rechteckimpulse mit einer Dauer von 150us noch völlig formgetreu übertragen werden. Eine leichte Dachschräge würde erst sichtbar werden, wenn man C1 zu 10nF oder weniger wählen würde. Das habe ich zusätzlich mit einem Pulsgenerator getestet.

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Für das Pulsgenerator-Experiment kann man die Hochspannungsquelle durch einen Kurzschluss (0 Volt) ersetzen, da sich die DC-Hochspannung auf das dynamische Übertragungsverhalten nicht auswirkt.

Nun habe ich versucht die Simulation und das Experiment mit dem 70031A Zählrohr von VacuTec in Einklang zu bekommen. Die Simulation sah so aus:

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Die Spannungsquelle erzeugt also eine exponentielle Impulsform mit 80V Amplitude und 150us Zeitkonstante für die Exponentialfunktion. Dieser Wert ist angepasst an das Ergebnis des Experiments.
 
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Was man hinten als Reihe an schwarzen SMD-Bauteilen sieht, das ist die Last für die Hochspannungsquelle von 10*10MegOhm, der eine 100nF/2kV Hochspannungskapazität parallelgeschaltet ist. Die andere Hochspannungskapazität mit 100nF/2kV wird zum auskoppeln verwendet. Der hell-türkise Widerstand zwischen den Kapazitäten ist die Strombegrenzungswiderstand R1 mit 1MegOhm und der lange blaue Widerstand ist der Anodenvorwiderstand R2 mit 5.1MegOhm. Am unteren Rand des Fotos sieht man den kurzen blauen Widerstand, der den Eingangswiderstand des Verstärkers symbolisiert. An ihm ist ein Koaxialkabel angelötet, das zum Oszi geht.

Das erste Ergebnis der Messung zeigt einen typischen Zählimpuls des Zählrohrs, der an R3 gemessen wurde.

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Man sieht, dass Simulation und Messung weitestgehend übereinstimmen. Der gemessene Zählimpuls hat allerdings nicht ganz den langen Auslauf einer Exponentialfunktion, das könnte mit den Eigenheiten der Selbstlöschung zusammenhängen. Ansonsten sieht der Impuls wie im Bilderbuch aus.

Wenn man nun das Scope auf ,,Infinite Persistence" stellt und das ,,Color Grading" anmacht, dann überlagern sich viele Impulse (hier von einem U-Erz Stück). Man kann erkennen, dass die Zählimpulsform auch über eine längere Zeit recht stabil bleibt.

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Viele Zählimpulse in einem größeren Zeitintervall sehen so aus:

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Dieses Bild ist allerdings auch eine Überlagerung mit ,,Infinite Persistence", wobei auf den linksten Impuls getriggert ist, es ist kein Single Shot.

Eine echte Überlagerung innerhalb der Totzeit kann man hier sehen, die quasi den Pile-Up Fall darstellt:

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Insgesamt kann man also sagen, dass diese Art der Auskopplung die Zählimpulse sehr sauber und auch signalgetreu liefert. Die Impulsamplitude beträgt für das 70031A Zählrohr mit dieser Beschaltung 800mV. Die Zeitkonstante der Zählimpulse liegt zwar bei 150us, die Halbwertsbreite liegt dagegen eher bei 200us.

Man kann nun den Zählimpuls-Verstärker auf diese Amplitude und Impulsform auslegen und dabei einen Eingangswiderstand von 10kOhm realisieren. Das verstärkte und damit auch gepufferte Signal kann man auf einen Komparator führen, der die Zählpulse in digitale Zählimpulse überführt. Mit den digitalen Zählimpulse kann man schließlich einen Interrupt-Eingang eines Mikro-Controllers sicher und zuverlässig treiben. 

[Peter-1]

Ich würde ja gerne mitmachen, aber ohne eine feste Zusage für das Vacutec bringt mich das nicht weiter. Und utopische Summen für das 70031A mag ich auch nicht.

[opengeiger.de]

Nein, @Peter-1 , völlig vorschnell gedacht! Du machst mit und zeigst uns, dass Du das Gleiche mit nem SBM-20 im Zinnrohr rausbekommst! 

Du kannst dabei die gleiche Elektronik benutzen!   

[DL3HRT]

Ich habe das erste 70031A vom besagte Ebay-Verkäufer im Jahr 2018 gekauft. Seit dieser Zeit wurden sie relativ zuverlässig angeboten. Natürlich hat sich der Verkaufspreis im Laufe der Jahre erhöht 

Auf meine Anfrage zur Historie der Zählrohre habe ich 2018 folgende Antwort erhalten:

Die Zählrohre waren entweder bei uns in der Testreihe oder beim Kunden in Messstationen eingebaut.
Dort liefen diese entweder ein paar Monate oder ein paar Jahre. Eine genaue Aussage wie lange sie in Betrieb waren kann ich nicht sagen, manche davon waren bei uns 2 Monate im Testlauf und sind dann wieder ins Lager gekommen.

Natürlich spielt die vorherige Verwendung eines gebrauchten Zählrohrs eine große Rolle, wenn es um die Restlebensdauer geht. Ich habe daher mit der im Datenblatt angegebenen Lebensdauer von >6*10¹⁰ Impulsen gerechnet und komme auf folgende Lebensdauer in Abhängigkeit von der Dosisleistung:
- 0,2 µSv/h -> 679 Jahre 
- 1 µSv/h -> 135 Jahre
- 10 µSv/h -> 13,5 Jahre
- 20 µSv/h -> 6,8 Jahre
- 30 µSv/h -> 4,5 Jahre

Man sieht, dass es schon Einschränkungen gibt, wenn die Zählrohre bei erhöhter Dosisleistung eingesetzt wurden. Geht man aber von der Überwachung der Umweltaktivität aus, so ist nicht die maximale Impulszahl der begrenzende Parameter.

An einen Neukauf sollte man unter dem Preisaspekt sicher keine Gedanken verschwenden.

[NoLi]

...
An einen Neukauf sollte man unter dem Preisaspekt sicher keine Gedanken verschwenden.

Wo liegt denn der Neupreis in etwa? Auf deren Homepage gibt es ja keine diesbezügliche Angaben.

Norbert

[Peter-1]

Ok Bernd,

dann gehe ich mal in den Löwenkäfig und warte wie mein Vorschlag gesehen wird 
Die Strombegrenzung durch R1 sollte ausreichend sein und 13 µA Spitzenstrom wird sicher im grünen Bereich liegen.
Ich liebe einfache Schaltungen die gut nachvollziehbar sind. Q1 als Impedanzwandler und Q3 als Verstärker, Pulsformer und Pol.Umkehr. Mehr wäre direkt am Zählrohr nicht nötig. Die Bilder zeigen die wichtigen Punkte. Die Schaltung kann von +5 bis +15V betrieben werden ( R7 kann auch vergrößert werden).
Es reicht eine 3 pol. Leitung zum Hauptgerät. Kabelkapazität bis 1nF ohne Auswirkung getestet.

Jetzt noch zum 70031A. Wenn das dann in einem Alu-Schutzrohr mit ca. 40 cm steckt und das Steuergerät auch eine bestimmte Größe hat, so werde ich beim Spaziergang durch die Fußgängerzone sicher nach kurzer Zeit von uniformierten Herrn angesprochen. Das ist also sicher nicht der Einsatzort. Soll das Projekt eher für die eigene Gartenlaube sein? 
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Schönen Feiertag
Peter

[Radioquant98]

Hallo Peter,

sieht doch gut aus. Endlich mal eine Schaltung ohne  Mikroprozessor
Für längere Kabel wäre eine Impedanzanpassung oder ein hochohmiges Kabel günstig. Für Letzteres wüßte ich aber keine Bezugsquelle.
Dieses Zählrohr sitzt doch ab Werk schon im Alurohr. Noch ein Rohr drumherum würde dich die Energiekompensation verändern - oder?

Viele Grüße
Bernd

[Peter-1]

Hallo Bernd,

die letzte Stufe Q3 liefert genügend Energie und ist bereits ausreichen. 5 bis 10 Meter Kabel gehen ( entspricht ca. 1nF ).
Und wie ist das Zählrohr in den ODL Sonden eingebaut? Ich glaube die könnten auch aus Alu sein.

[DL8BCN]

Ich würde keine weitere Abschirmung um das 70031 anbringen.
Die Leute von Vacutec haben sich sicherlich da etwas bei gedacht es genau so zu machen, wie es ist.

[NoLi]

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Dieses Zählrohr sitzt doch ab Werk schon im Alurohr. Noch ein Rohr drumherum würde dich die Energiekompensation verändern - oder?
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So sieht die IMIS-Sonde im Inneren aus. Die Platine mit Zählrohren und Elektronik befindet sich in einer äußeren Hülle. Woraus diese äußere Hülle besteht und wie dick die Wandung ist, weiß ich nicht...dies ist aber mit maßgeblich für die Kalibrierung und Meßwertermittlung. Ein nacktes Zählrohr alleine ist nur "die halbe Miete".


( https://archiv.bge.de/archiv/www.endlager-konrad.de/Konrad/DE/aktuell/info_konrad/artikel/081024-odlsonde-funktion.html )

Norbert

[Peter-1]

Ich habe noch ein Bildchen gefunden.
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Wenn das Schutzrohr einen wesentlichen Einfluß hat, so wird ein Eigenbau doch etwas fraglich    Oder sehe ich das falsch ?

[NoLi]

Schönes Schnittbild.
Da ja für die Dosisermittlung z.B. des menschlichen Organismus die Ortsdosisleistung in 1 m Höhe außen an der Sonde maßgeblich ist, zählt für deren Messung (ODL) das gesamte Ensemble.

Norbert