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Digitale Spannungsquelle zur präzisen Erzeugung sehr kleiner Ströme entwickelt

20.12.2018

Digitale Spannungsquelle zur präzisen Erzeugung sehr kleiner Ströme

Die Primärstandards der Strahlenschutzdosimetrie sowie in der Dosimetrie für die Brachytherapie basieren weitestgehend auf Messungen der Ionisationsströme luftgefüllter Ionisationskammern. Diese bis zu einigen Femtoampere kleinen Ströme werden mit hochpräzisen Elektrometern der PTB gemessen [1]. Um diese Elektrometer zu kalibrieren und zu Testen müssen definierte kleinste Ströme in der Größenordnung von Ionisationsströmen erzeugt werden. Hierfür wurde im Fachbereich 6.3 (Strahlenschutzdosimetrie) eine digitalen Spannungsquelle [2] nach neuesten technischen Standards entwickelt.

Ein rauscharmer und gut auflösender 12-Bit Digital-Analog-Wandler (DAC) bildet das Herzstück der Spannungsquelle. Mit ihm werden stetig kleine Spannungssprünge erzeugt, welche in Kombination mit einem Ausgangskondensator einen entsprechend kleinen Ladungsfluss entstehen lassen. Über die Frequenz der Schritte, die Kapazität des Ausgangskondensators sowie über den maximalen Spannungshub kann der Stromfluss über einen großen Bereich von einigen Pico- bis in den Nanoampere variiert wer-den.

Die Einstellung der Parameter erfolgt über einen 8‘‘ Touch-Screen, welcher an einen Raspberry Pi gekoppelt ist. Eine unter Lazarus erstellte Bediensoftware setzt die Eingaben in entsprechende Steuerungssignale an die elektronischen Bauteile (DAC, digitaler Zähler, Oszillator) zur Erzeugung der Ströme um. Zusätzlich ist zur besseren Verknüpfung mit der Messplatzsoftware eine Remote-Steuerung über eine RS-232 Schnittstelle realisiert.

Im Rahmen der Entwicklung der Spannungsquelle wurden in Kooperation mit der Teutloff‑Schule die Technikerarbeiten von Herrn Edmund Erlin und Herrn David Godau erstellt.

Literatur

  1. Gerd Buchholz:
    Hochempfindlicher Ladungsmesser,
    PTB-Bericht EW-16, 2017
  2. Gerhard Hilgers:
    Digitale Spannungsquelle, Modell 9803,
    PTB-Bericht EW-11, 2000

Ansprechpartner
Opens window for sending emailP. Kramer, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.35,
Opens window for sending emailJ. Roth, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.35