Sistema NIM - HV Power Supply

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Sistema NIM - HV Power Supply

Messaggio da marconmeteo » 11/08/2016, 16:27

Un modulo sicuramente molto importante per il nostro sistema è l'alimentatore di alta tensione.
Praticamente ogni produttore di tale strumentazione ne ha vari modelli a catalogo: a tensione fissa, regolabile, con varie tensioni massime, con indicazione della tensione tramite strumento analogico oppure digitale, ecc.
Sul mercato dell'usato se ne trovano in discreto numero di questi moduli, ma il loro costo è, generalmente, molto elevato; questo perchè, al contrario degli altri tipi di moduli (al vero poco conosciuti), questi ultimi sono ricercati, potendo essere utilizzati autonomamente anche per scopi diversi dall'utilizzo in un sistema NIM, dato che basta fornirgli una tensione duale (+/- 12 volt oppure +/- 24 volt, a seconda del modello).

Ho cercato anche io qualcosa sul mercato, ma ovviamente i prezzi sono molto elevati. Dopo un lungo cercare, mi sono imbattuto in un alimentatore HV regolabile, della J & P instruments, ditta di cui si trova solo qualche riferimento sul web.
Il modello in questione è il NM 120, con tensione regolabile in due gamme: da 0 a 1000 volt e da 500 a 1500 volt, selezionabili tramite un deviatore.
Un potenziometro multigiri permette di regolare la tensione (ma dobbiamo misurarla perchè non vi è corrispondenza tra tensione erogata e lettura del potenziometro).
L'uscita è su un connettore Lemo per alta tensione, frontalmente, e su un BNC, posteriormente.
IMG_3236.JPG
Alla prova questo alimentatore mi ha deluso, in quanto la tensione era poco stabile e con un alto ripple, molto probabilmente era pensato per un utilizzo con strumentazione per effettuare misure di conteggi e non certo di spettrometria. La tensione aveva poi una elevata deriva nel tempo.
Aperto il modulo si poteva notare la circuiteria non proprio moderna e a dire il vero nemmeno tanto curata per un oggetto del genere.
IMG_3233.JPG
IMG_3234.JPG
Dopo qualche giorno di meditazione, ho metabolizzato una idea: utilizzare un modulo Bertan o simile, tipo quello che utilizzo quì: [Local Link Removed for Guests]" onclick="window.open(this.href);return false;, ed inserirlo nel contenitore NIM.
La fortuna ha voluto che le dimensioni fossero perfette, soprattutto per quanto riguarda lo spessore. Una ricerca sul WEB mi ha portato a reperire ad un prezzo onesto uno di questi moduli, nello specifico un Bertan 2325.
Si tatta di una unità custom, con una tensione massima di 1300 volt (regolabili), una corrente di 3 mA ed un ripple di 2 mV alla massima uscita; grazie alla Spellman (che ha acquisito il marchio Bertan vari anni fa) ho avuto il foglio con le caratteristiche di questa unità:
Bertan 2325.pdf
Ho quindi provveduto a fissarlo in posizione tramite tre piccole viti svasate (non deve sporgere nulla dal modulo NIM o non potrà scorrere tra i vari moduli del sistema) da 3 MA.
IMG_3264.JPG
Ho dovuto anche estrarre, non senza difficoltà, i due pin di alimentazione dal connettore NIM, in quanto l'alimentatore originale aveva alimentazione a +/- 24 volt mentre il modulo Bertan in mio possesso può essere alimentato da +/- 12 volt oppure da +/- 18 volt e quindi ho spostato i pin nelle posizioni relative alle tensioni di 12 volt.
Il connettore Lemo è stato sostituito con un SHV (il foro è lo stesso), l'interruttore di accensione, in origine ad una sola sezione, l'ho sostituito con uno doppio in modo da interrompere entrambe le alimentazioni.
Il potenziometro multigiri, da 5 Kohm, è rimasto essendo dello stesso valore necessario per variare la tensione nel modulo Bertan.
IMG_3268.JPG
IMG_3269.JPG
Ho anche pensato come poter visualizzare la tensione di uscita....a dire il vero c'era pochissimo spazio per inserire sul frontale un voltmetro, sia analogico che digitale, se pensiamo che il modulo NIM è largo appena 32 mm....
Ma nel catalogo Lascar (una ditta che amo perchè produce dei bellissimi strumenti visualizzatori) cè un voltmetro digitale da 3 1/2 che sembra fatto apposta:
data-logger0081170001277713303.pdf
ho quindi provveduto ad effettuare, con molta pazienza, il foro rettangolare necessario, sul pannello frontale (tanti piccolissimi fori sul perimetro e poi....vai di lima...per fortuna è alluminio).
IMG_3265.JPG
IMG_3270.JPG
Il display ha anche un basso spessore ed è stato quindi fissato sul retro del pannello con della colla epossidica.
IMG_3271.JPG
Dal datasheet è stato realizzato il partitore per il fondoscala di 2 volt, dato che il modulo Bertan ha un'apposito terminale che da 1 volt per 1000 volt di uscita.
Le due resistenze che formano il partitore sono saldate sul retro dello strumentino utilizzando un piccolissimo pezzettino di millefori.
IMG_3272.JPG
Il piccolo voltmetro richiede una alimentazione di 5 volt, ottenuta dalla linea a + 12 volt con un 7805 e soliti due condensatori di filtro, montati su un pezzo di millefori. Lo stesso 7805, fissato al contenitore (è tutto a massa), sostiene il circuitino.
7805.gif
IMG_3276.JPG
IMG_3279.JPG
Un 7805 sembra sprecato in questa applicazione e molti potrebbero pensare basti un 78L05, ma se guardate le specifiche del voltmetrino, questo può arrivare ad assorbire (con tutti i display accesi, ossia visualizzando le cifre 1888, che non raggiungeremo mai, nel nostro caso) 100 mA e questo è il limite di un 78L05.

Ho anche pensato di utilizzare il deviatore che in origine faceva le due gamme, utilizzando un trimmer multigiri (da 2 o 5 Kohm) in serie al terminale del potenziometro collegato alla tensione di riferimento ed il deviatore collegato in modo da poterlo cortocircuitare.
Con il trimmer cortocircuitato (o meglio, bypassato) il potenziometro svolge la sua normale funzione e regola la tensione fino al massimo dei 1300 volt.
Se il trimmer viene inserito, il potenziometro, quando arriva al termine della sua corsa, trova la resistenza in serie del trimmer, che opportunamente regolato, fa otttenere una tensione massima minore (nel mio caso 1000 volt).
IMG_3275.JPG
Uno schema credo illustri in modo migliore la cosa:
PotenziometroHV.jpg
Ecco la foto dell'alimentatore con il cablaggio terminato, prima della chiusura del case:
IMG_3273.JPG
I lati superiore ed inferiore del modulo erano ,originariamente aperti, ho quindi provveduto a realizzare dei lamierini forati di chiusura, i quali permettono l'adeguata ventilazione senza il pericolo che possano entrare corpi estranei.
IMG_3283.JPG
Le solite prove e test di funzionamento hanno completato il tutto.
IMG_3286.JPG
IMG_3287.JPG
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Re: Sistema NIM - HV Power Supply

Messaggio da eliocor » 12/08/2016, 9:30

I miei complimenti!


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Re: Sistema NIM - HV Power Supply

Messaggio da marconmeteo » 12/08/2016, 10:57

Grazie Elio, detto da te per me è un enorme complimento.

Ho anche effettuato una misura del ripple, seguendo quanto indicato quì:
SHV Standard Test Procedure.pdf
Ho realizzato il piccolo circuitino con condensatore, resistenza e spark-gap e racchiuso provvisoriamente in un contenitore metallico, altrimenti captava disturbi e non si riusciva a visualizzare il ripple. Penso che ne realizzerò uno definitivo, sempre utile per effettuare misurazioni di questo tipo.
IMG_3293.JPG
Nella foto l'oscilloscopio è settato a 5 mV/div e il valore del ripple risulta esattamente di 2 mV p.p.
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