Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
Пример 11.2. Сцинтилляционный счетчик, состоящий из СД и ФЭУ, предполагается использовать для измерения энергии ионизирующего излучения (рис. 11.8) на искусственном спутнике Земли. При облете Земли за время, примерно равное одному часу, спутник находится периодически под воздействием солнечного излучения либо в тени. При этом рабочая температура спектрометра изменяется от положительной 400C до отрицательной -40°С.
Амплитуда импульса на выходе ФЭУ равна (рис. 11.9):
^ = E°°<-°™°'M\W, (О
где E0 — энергия измеряемого ИИ, поглощенная в рабочем объеме детектора; єсв — коэффициент, характеризующий преобразование энергии излучения, поглощенной СД, в световое излучение, попадающее на фотокатод ФЭУ; єфк — квантовая эффективность
338
1 2
Г?
Рис. 11.8. Принцип работы сцинтилляционного счетчика: 1 — сцинтилляцион-ный детектор; 2 — фотокатод; 3 — ФЭУ; 4 — диноды; 5 — анод; БВН — блок высокого напряжения; R1, Rn — сопротивления делителя напряжения, питающего диноды ФЭУ
I
АфЭУ
К.
Рмс. 11.9. Модель преобразования сигнала в первичном преобразователе с сцинтилляционным детектором:
^СД' ЛФЭУ'
- коэффициенты преобразования сигнала в сцинтилляционном
Детекторе, ФЭУ И ИМПУЛЬСНОМ усИЛИТеле; ^СД = ЄСВ, ^фЭУ = 8ФКЄ1^> ^У- ^вых/овх'
АЕсв, AQ, Д^вых — генераторы основной и дополнительной составляющих погрешностей, возникающих в соответствующих преобразователях; AT и AUn — изменения температуры и напряжения питания
фотокатода ФЭУ, определяющая отношение числа электронов вылетающих с фотокатода, к энергии света, падающего на фотокатод; E1 — коэффициент, характеризующий эффективность собирания электронов, вылетевших с фотокатода, на первый динод динодной умножительной системы ФЭУ; М(1/ф) — коэффициент усиления динодной системы ФЭУ, который возрастает примерно в два раза при изменении напряжения иф на 100 В относительно 1/ф0 — номинального рабочего напряжения ФЭУ:
M[UФ) = M0(U00) ¦ 2^-^00 = М0(иф0)ехр
ил
'^ф(Мп2Л
100
(2)
q — заряд электрона, равный 1,6- 10~19 Кл; С — суммарная емкость на выходе ФЭУ, состоящая из выходной емкости ФЭУ, вход-
339
ной емкости усилителя и паразитной емкости; ф(А.) — функция сбора заряда на входной емкости усилителя, зависящая от соотношения X = т/тв, где і — постоянная времени выходной цепи ФЭУ; тв — постоянная времени импульса тока на выходе ФЭУ, имеющего экспоненциальную форму, повторяющую форму импульса высвечивания СД.
Требуется определить дополнительные погрешности, возникающие при измерении энергии ИИ в диапазоне температур от -40 до -н40°С, и изменения напряжения питания ФЭУ ±1% при следующих данных для индивидуального образца сцинтилляционного счетчика:
— нормальная температура равна 20°С;
— изменение коэффициента єсв в области положительных температур от 20 до 600C составляет 6єсв = -0,12%/°С;
— изменение коэффициента єсв в области температур от 20 до -500C составляет 6єфк = -0,5%/°С;
— изменение квантовой эффективности в диапазоне рабочих температур составляет -0,1%/°С;
— постоянная времени высвечивания СД тв, равная 0,25 мкс при нормальной температуре, 0,16 мкс при температуре 400C и -1,0 мкс при температуре -40°С;
— постоянная времени выходной цепи ФЭУ т= 15 мкс;
— изменение коэффициента усиления ФЭУ при изменении напряжения питания ?/ф происходит по формуле (2), рабочее (номинальное) напряжение ФЭУ ?/ф0 = 1600 В;
— коэффициент усиления ФЭУ M практически не изменяется при изменении температуры окружающей среды в указанном диапазоне.
1. Используя (1) и модель рис. 11.9, получаем соотношение для определения относительного изменения параметров сцинтилляционного счетчика (без учета нестабильности Кт)\
ъи = А?/вых = Д8св , А8ФК , AM | Дф = ^вых Єсв ЄФК М Ф
= 6єсв + 5єФК + Ш + 6Ф- (3)
2. Определим дополнительные составляющие погрешности из-за изменения температуры окружающей среды при крайних значениях температуры, т.е. при ±40°С.
Функция влияния на систематическую погрешность, определяющая дополнительную погрешность, будет равна 6ц/ = є AT, где
340
є — температурный коэффициент изменения параметра сцинтил-ляционного счетчика; А Г — изменение температуры. Таким образом, дополнительная относительная погрешность из-за изменения светового выхода при температуре 400C будет составлять 5є^в = -0,12АГ=-0,12-20 = -2,4%, а при температуре -400C Se^0 = = -0,5АГ= -0,5 • 60 = -30%. Дополнительная относительная погрешность из-за изменения квантовой эффективности фотокатода при температуре 400C будет равна 5є+фк = -0, IAT= -0,1 • 20 = -2,0%, а при температуре -4O0C Se^8 = ОДАГ= 0,1 • 60 = 6,0%.
Функцию влияния температуры на составляющую дополнительной погрешности, обусловленной изменением постоянной времени импульса тока на выходе ФЭУ, определим по графику на рис. 11.10: ф(20°С) = ф(15/0,25) = ф(60) = 0,9, Ф(40) = Ф( 100) = 0,95, ф(-40) = ф(15) = 0,8. Тогда относительное изменение амплитуды из-за температурного изменения длительности импульса с ФЭУ будет составлять 5ф+ = 5,5% при температуре 40°С и -5ф_ = -1,1% при температуре -40°С.
ф
1,0
