Самодельный дозиметр на счетчике СБМ-20

Самодельный дозиметр на СБМ-20

Измерять уровень радиоактивности можно путем подсчета числа импульсов за определенное фиксированное время, то есть, практически прибор должен работать как очень низкочастотный частотомер. Судя по паспортным данным для счетчика Гейгера-Мюллера СБМ-20, если время подсчета установить равным 40 секунд, то показания прибора должны будут соответствовать уровню радиации в микрорентгенах час. Но это только в том случае, если параметры имеющегося СБМ-20 соответствуют паспортным данным, то есть, если датчик старше 30 лет, так как с возрастом его чувствительность снижается.

Во всяком случае, опять же, согласно паспортным данным, его параметры сохраняются 30 лет. И так, если взять за основу калибровки прибора паспортные данные счетчика, то, теоретически, можно достигнуть весьма неплохой точности, во всяком случае, не хуже погрешности в 5%.

Для питания счетчика Гейгера-Мюллера нужен источник постоянного тока напряжением 400V. Он сделан на блокинг-генераторе на транзисторе VT1, с повышающим трансформатором на выходе и выпрямителем на вторичной обмотке. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце. Блок вырабатывает очень слабое по мощности (и току) напряжение, поэтому в выпрямителе нужно го похожего в своих запасах не нашел, но обнаружил большую кучу 1N4148. Диод 1N4148 обладает низким обратным током, но обратное напряжение всего 75V. Поэтому, решено было последовательно включить 9 шт диодов.

Конденсатор С2 на напряжение 1000V. Источник повышенного напряжения на нагрузке 15 М должен выдавать 400V. Измерить это простым мультиметром типа М830 не получается, так как входное сопротивление влияет, поэтому нужен высокоомный вольтметр, или можно измерять тем же мультиметром, но через делитель на резисторах 15 М и 150 К. Показания мультиметра будут в 100 раз ниже реального напряжения, то есть при напряжении 400V прибор показывает 4V. Если напряжение выходит за пределы 375-425V, нужно его подогнать подмоткой или отмоткой витков коллекторной обмотки трансформатора Т1. У меня трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце МН1000 внешним диаметром 23 мм. Конечно можно использовать и другие ферритовые кольца, и меньшего и большего размера, но не менее все же диаметра 12 мм, так как при меньшем диаметре будут проблемы с укладкой необходимого числа витков. Теперь о числе витков. Вторичная обмотка содержит 450 витков ПЭВ 0,12. Первичная - 8 в коллекторной цепи VT1 и 3 в базовой, провод ПЭВ 0,31.

Самодельный дозиметр. Изготовление трансформатора требует большой тщательности. Сначала кольцо нужно обернуть одним слоем тонкой изоляции (можно использовать материал тонкого упаковочного пакета для продуктов). Затем наматывается вторичная обмотка. Мотать виток к витку не обязательно, - можно в навал, но равномерно двигаясь по кольцу в одну сторону, так чтобы между началом обмотки и её концом осталось расстояние несколько миллиметров. Закрепить концы обмотки можно тем же целлофаном. Но скручивать их между собой нельзя. Затем покрываем первичную обмотку еще слоем целлофана, и наматываем первичную обмотку. Вообще, вместо целлофана лучше использовать фторопластовую пленку, но за неимением таковой сойдет и целлофан.

Только нужно очень осторожно паять и оставлять выводы трансформатора длинными, так как в отличие от фторопласта целлофан очень легко плавится. Счетчик Гейгера-Мюллера F1 подключается к выходу источника через резистор R2 сопротивлением 15М. При прохождении через счетчик ионизирующей частицы в нем возникает электрический разряд. На очень короткое время его сопротивление резко снижается. В результате на нем образуется отрицательный импульс. Этот импульс поступает на вход логического элемента D1.1. Чтобы импульсы проходили через данный элемент нужно чтобы на его двух других входах были логические нули. Теперь переходим к схеме частотомера. Она состоит из генератора временных интервалов на микросхеме D2, схемы управления на D1 и трехдекадном счетчике на D3-D5.

Микросхема D2 - К176ИЕ12, широкоизвестная микросхема в радиолюбительском кругу. Предназначена для электронных часов. При включении как показано на этой схеме, на её выводе 10 будут импульсы следовать с периодом в одну минуту. Но, интересно то, что протяженность отрицательного перепада составляет 39 секунд. А нам нужно время измерения 40 секунд. Ну что же, приходится идти на компромисс и согласиться на 39 секунд. Таким образом, получается что уже в самой схеме прибора заложена ошибка на 2,5%. Но, для бытовых применений это вполне подходит. Таким образом, после обнуления счетчика D2 единица на его выводе 10 появляется через 39 секунд. Уровень с вывода 10 D2 подается на один из входов D1.1. Теперь, в течение 39 секунд этот элемент будет открыт для импульсов, поступающих через него на вход трехдекадного счетчика D3-D5. Затем, на выводе 10 D2 возникает логическая единица, которая закрывает элемент D1.1. Теперь импульсы от счетчика Гейгера-Мюллера больше на вход D3 не проходят.

В то же время, единица с вывода 10 D2 поступает на базу транзистора VT3 через резистор R12, и транзисторный ключ VT3-VT4 открывается, подавая питание на семисегментные светодиодные индикаторы Н1-НЗ. И мы видим результат измерения. Индикация длится еще 21 секунду (время, пока длится положительный перепад импульса на выводе 10 D2). Можно не ждать этого времени и обнулить счетчик кратковременным нажатием кнопки S2 или выключив питание прибора.

Когда уровень на выводе 10 D2 меняется с единицы на ноль происходит две вещи. Во-первых, на выходе элемента D1.2 возникает логическая единица, из которой цепь C10-R9-VD11 формирует коротенький импульс, поступающий на соединенные вместе входы «R» всех трех счетчиков D3-D5 и обнуляет их. Во-вторых, ноль поступает на вывод 4 D1.1 и элемент D1.1 открывается, пропуская через себя импульсы на вход трехдекадного счетчика D3-D5. Диапазон измерения этого прибора лежит в пределах 0 - 400 мкР/час. На сколько я помню, нормальным считается фон не выше 12 мкР/час. При уровне радиации более 400 мкР/час прибор зашкаливает, он перестает измерять уровень радиации и загорается красный светодиод HL1, показывающий что уровень радиации превышает 400 мкР/час. Схема этого зашкаливания работает следующим образом.

У микросхемы К176ИЕ4 есть вывод 3, на котором появляется единица при достижении счетчиком состояния «4». Это нужно было для электронных часов, чтобы при наступлении времени 24 часа счетчики обнулялись. Здесь это используется по другому назначению. Как только показания достигают «400» единица с вывода 3 D5 поступает на вывод 5 D1.1 и закрывает элемент D1.1 не давая проходить импульсам на вход счетчика. Счетчик D3-D5 замирает в положении «400», а транзистор VT2 открывается и включает красный светодиод HL1. Зажигание данного светодиода следует воспринимать как показание того, что уровень радиации очень высок, - более 400 мкР/час. Можно параллельно цепи HL1-R10 включить еще и пищалку со встроенным генератором, тогда будет еще и звуковая индикация. В принципе, если в этом есть необходимость, расширить пределы измерения данного прибора совсем не сложно, достаточно увеличить число десятичных разрядов счетчика D3-D5, добавив, например D6, D7 и т.д.

При добавлении еще одного разряда максимальным станет показание «4000», а при пятиразрядной индикации 40000 мкР/час. Светодиод HL2 служит индикатором включения. С его помощью можно убедиться что прибор включен, ведь в течение первых 39 секунд после включения его индикаторы не светятся и непонятно работает он или нет. Светодиод HL2 - зеленого цвета. Светодиоды HL1 и HL2 - любые индикаторные, HL1 - красный, HL2 - зеленый. Дисплей состоит из трех семисегментных светодиодных индикаторов типа АЛСЗЗЗА1 каодый. Это одиночные одноциферные индикаторы с общим катодом. Можно использовать и другие индикаторы, например трехразрядный блок или три одиночных.

Если индикаторы cамодельного дозиметра будут с общим анодом их тоже можно использовать, только нужно будет внести в схему изменения, в частности, нужно будет выводы 6 счетчиков К176ИЕ4 переключить с отрицательной на положительную шину питания. И нужно будет переделать схему ключа на транзисторах VT3-VT4 таким образом, чтобы они коммутировали индикаторы не на отрицательную, а на положительную шину питания. В принципе, можно этот же самый каскад подключить коллекторами к положительной шине питания, а эмиттером VT4 - к общим анодам индикаторов. Ну и уменьшить сопротивление R12. Резисторы R13-R33 по типовой схеме для ИМС К176ИЕ4 вроде не требуются, но без них яркость свечения сегментов получается очень не равномерной и даже пониженной.

Возможно это связано с некорректной работой ограничителей выходного тока, которые имеются на выходах данных микросхем. С резисторами по 330 ом свечение сегментов не только равномерное, но и даже в общем более яркое чем без них. Счетчик Гейгера-Мюллера СБМ-20 можно заменить на СТС-5. Заменять его каким-то другим без существенного изменения в схеме вряд ли получится. При другой чувствительности потребуется изменить время измерения, а это сделать без существенной переделки схемы не получится. Либо нужно подобрать другой счетчик, но с чувствительностью близкой чувствительности СБМ-20