微电流的测量技术其实电路并不复杂,难点是各种细节。之前在隔壁论坛也看到一个网友做过一个,用的是IV法,100G电阻。而我制作的是要用于测量电离室的输出电流,最小在fA级,要求会更高些。但是从来没有玩过这块,为了积累些经验还是先依瓢画葫芦做一个类似的。关键的器件是超高阻值的电阻,先考虑用国产的“大红袍”,即使国产的也不便宜,玻璃封装的100G要六十几大洋,1T的要一百多大洋。先买两个100G和一个1T的回来尝试。另外是运放的选择,适合做微电流的运放有好几种,国外也有用JFET配合OP07制作的。初次制作还是用运放比较靠谱,买了LMC662A、LMC6062A、LMC6001A三种运放,其中LMC6062A是出厂参数经过了筛选,偏置电流有保证,虽然说偏置电流引起的误差可以计算时减去,但是影响了测量范围。本次全部先用最好的料尝试,先上的是LMC6062A,本来PCB是想用整块特氟龙板制作,买来才发现特氟龙板太软了,还是用洞洞板算了。
一、微电流计制作
买的是黑色铝壳,为了保证屏蔽效果把接触的边都用砂纸打磨了一遍,还有那个大按键看上去是金属,用万用表测量不导电,又用砂纸打磨一遍螺纹的才算满意。BNC座和开关都有个O型圈,最好去掉。
安装好后用万用表测量各部分是否都导通,避免电磁波泄露进去。
输入岛的制作是用BNC从中间切开,没有经验导致里面的绝缘管和导电芯都切断了。有把握里面的绝缘管就是特氟龙,因为这几天切特氟龙板已经对这个材料的手感很熟悉了。
全部放到水里用清洁剂清洗了一遍,再用热风枪吹几分钟。由于里面被切断,所以组装就自由组合了,能用即可。
电容5pF,自己用外径0.8mm,内径0.4mm特氟龙镀银线缠绕成的,差不多138mm长度的特氟龙细线双绕后把尾部剪开即为5pF电容。电源没有稳压,用其中一个运放输出4.5V作为参考地。
也许是太激动了,把运放电源焊反了,一按开关直接闻到了IC的味道,心痛30S。损我一员大将啊。改完电路后用一个LM158做**灰按上去试下,测量几个节点的电位正常后才敢换上LMC6062。
全部结束后要记得用纸巾沾水把高阻电阻的玻璃管擦洗一遍,输入岛先用洗板水把焊接残留焊剂清洗掉再用湿纸巾擦洗。再用热风枪开150度吹了3分钟。完成后激动的盖上了盖子。上电测量输出接近0V,基本上正常,因为偏置电流和偏置电压导致的。接着打算测下100G电阻加3.7V的电流,发现不能在外部测量,干扰太大了,必须要全部屏蔽。看来输入的BNC座是多余的,而且现在还要用铝箔包裹住,否则有微小的50Hz输出。
测量S8550 BC的反向电流,4.5V电压约10几pA,测量橡皮擦为1pA,测量一小块1.6mm厚双面敷铜板,开机-15mV之后降到11.5mV(该表输出为负电压,100mV=1pA),干簧管用清水擦净吹干为-48mV左右。用手摸一遍从-0.138左右不断上升到0.2左右,而且还继续上升。1T电阻表面没有擦则可以满量程输出。
这是敲击铝壳的输出,如果没有敲击振动的影响,噪声非常小,2mV左右,当然这个值也许是示波器测量本身造成的。
玩了一晚上就对这个微电流计没有什么兴趣了。
二、制作电离室测量辐射
电离室的制作非常简单,没有什么技术含量。为了用上制作的微电流计需要做一些小改动。首先电阻换成1T的,因为电离室一般电流非常微弱,需要更灵敏的电路,反馈电容也换成了2.2pF,依旧是特氟龙细线绕的。输入岛重新做了一个。铝壳的底部需要开一个孔,输入岛就是从这里穿过,要注意高压是加在电离室的外壳上,所以电离室不能与铝壳直接接触(包括输入岛),我在这个饼干桶电离室底部贴了一圈胶布,铝壳用3M胶粘到电离室底部。
这个饼干桶有点过大了,不知道效果如何。一根细导线的一端焊接在输入岛,另一端是固定在特氟龙条上,这个特氟龙条两端固定了一段金属线,并用螺丝锁到饼干桶上,这样拧紧螺丝就可以拉直中间的细导线。在盖上盖子前要用热风枪加热下里面的空气,减小湿度。
全部组装好花了一个下午
高压电源先用锂电池,成功后再做个升压电路放进去。
刚开始并没有用铝箔,而是饼干桶自己的盖子,用镅241靠近发现只有几个mV的变化,这让我非常不满意,当时我都想拆了加一级放大,但是想到没有输入时已经0.2V输出,在加一级放大则零点电压太大了。后来才想到是否要用铝箔试试。加了铝箔果然效果不一样,把镅241靠近既然满量程啊。用一张A4纸挡下马上恢复到0.2V左右,说明是贝塔射线有进入到电离室里面。主要是这种铝箔非常薄,只有0.02mm,所以连穿透能力差的贝塔粒子也能穿过。
使用时发现要先开机再上高压,关机前要先下高压放完电才关机。否则再次使用会没有反应,或者输出1V多,且反应不灵敏。要非常长(至少半个小时)才能开始正常工作。主要是4.5V的地是需要运放正常工作才能满足的。
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