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" Perfectionnements aux appareils de mesure de rayonnements ionisante ". la présente invention se rapporte aux appareils de mesure de rayonnements ionisante du genre comportant un tube compteur du type GEIGER-MULIER ou d'autres moyens analogues de détection . adqptés à délivrer dans un champ do rayonnement des impulsion* électriques avec une cadence statistiquement proportionnelle à l'intensité dudit rayonnement ou du moins croissante en fonction de cette intensité.
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L'invention a pour objet la réalisation aussi simple et économique que possible d'un tel appareil sous une forme aisément maniable et utilisable pour permettre la mesure de débita de dose dans les circonstances les plus variées aveo le minimum de risque d'erreurs,..
Elle propose à cet effet un ensemble de perfectionne. sente susceptibles d'être employée séparément ou en combinai- sons en vue de la constitution- d'appareils adaptée à l'emploi tant en laboratoire, en atelier ou en campagne faciles à étalonner, à contrôler ou à dépanner.
Un objet plus particulier de l'invention est un appa- reil portatif capable de mesurer de façon précise des débite de doses s'écnelonnant depuis les valeurs les plus faibles pos- sibles ( mouvement propre ou radioactivité naturelle) jusqu'aux plus tartes intensités susceptibles d'être rencontrées dans la pratique,
Un autre objet de l'invention consiste à réaliser un tel appareil aveu une échelle de lecture unique et affichage direct du résultat à l'exclusion de toute conversion ou opéra- tion, supprimant ainsi toute possibilité d'erreur d'interpré- tation.
Afin de permettre d'étendre la gamme des mesures effectuées avec un même compteur,on prévoit pour celui - ci deux régimes d'alimentation .l'un continu ,l'autre par inter- mittence, de façon à réduire dans les champs intenses le tempo effectif de fonctionnement et soulager le compteur.
Un tube compteur particulièrement approprié à une telle utilisation cet constitué avec des sorties rectilignes dispo- sées en prolongement l'une de 4 'autre, éliminant les capacité parasites qui seraient susceptibles de compromettre le fone-
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tiionnement intermittent.
-Salon une autre disposition de l'invention, c'est tiana le retour de cathode du tutu. que l'on place la résistances charge de celui-ci : on peut réduire ainsi dans une mesura considérable la largeur des impulsions de même que la capacité, ramenée centre électrodes du compteur tout en ménageant la pos- sibilité de transmettre lesdites impulsions sans fatigue pour le compteur sur un câble de grande longueur.
Selon un autre perfectionnement proposé, un dispositif
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d'alimentation du type convertisseur A courant continu avec transistor e4 diodes et destiné à <tre alimenté pîjr pile.j .. est équipé d'un organe de régulation genre diode $jouer cou-
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plant une tension continue secondaire à la '5a as du transistor de façon à tendre à stabiliser la puissance 3oràsocuàào.
7,9 convertisseur devient capable ainsi de fonctionner oorreceaten ' sur une plage plus étendue de variation de la tension des
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piles et la durée de vie.d celle-ci est notablement prolongée il Les caractéristique et avantages de l'i-ivantioa - #.?# rassortiront d'ailleurs de La description qui va suivre , * titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels;
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la figure 1 est' uno vue ec perspective d'une forme de réalisation d'appareil suivant l'inventiez ;
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la figure 2 est un schéma général de celui-ci ' t.< 1 figure 3 est un schéma électrique d'une font* pré-'"," férôe de réalisation de l'alimentation * t* la figure du est au shoéma d'une sonde 0 forte activité" j la figure. 5 est la schéma d'une sonde de type courant.
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pour rayonnements 3ak.a et gamma la figure 6 *et un schéma des dispositifs de mise en ' forme ot de mesure ;
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la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un tube-compteur C.M. suivant l'invention.
Suivant la forme de réalisation choisie et représentée l'invention est appliquée à la construction d'un appareil portatif destiné à la mesure ,de rayonnement ionisante) comme détecteur de contrôle et de décontamination et éventuellement comme dispositif d'alarme. Conçu avant tout pour la détection des rayonnements gamma, il permet dos mesures précises de- ,. puis le mouvement propre jusqu'aux débits de dose les plus intenses,pouvant atteindra mille roentgens par heure (R/h) , par lecture directe sur une échelle unique pour neuf gammes, ce qui élimine tout risque d'erreur de lecture.
L'appareil se présente (fig.l) sous la forme d'un boîtier parallèliplp6dique 1 comportant uur son couvercle 2 une poignée de portage 3 dont le corps tubulaira sert égale. ment de logement aux piles d'alimentation, ce logement étant obturé par un bouchon vissé 4 . Pour les utilisations de l'appareil par temps froid (au-dessous de O C) il est éga- lement prévu pour les piles d'alimentation un bottier amovible que l'on peut mettre à l'abri du froid ( dans les vêtements par exemple,) et raccorder à l'appareil par un cordon souple,
Toute l'électronique qui sera décrite ci-après est solidaire du couvercle,
à l'exception de l'ensemble tube - compteur dont le logement esp solidaire du boîtier et acces- sible par un bouchon vissé 5 de façon à pouvoir être employé comme sonda au bout d'un prolongateur (non représenté) prévu à cet effet.Le' couvercle 2 comporte une fenêtre 6 laissant apparaître le cadran 7 de l'appareil de mesure constitué par un miero-ampéremètre monté sur le couvercle.
Ce cadran porta une échelle unique de graduation en regard d'une fente 8
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derrière laquelle un rouleau d'indication de Multiplication est susceptible de présenter au choix l'une quelconque de
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trois dchelleu 0-1G,O-lOO,O-lOOO.Au-4essUI de cette fente est; ménagée, une ouverture ovale 9 en regard de laquelle un disque . indicateur peur. faire apparaître au choix l'un des trois
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symboles s " 0/0,x.(o,oups par seconde) , -mR/h" (m111iroentona par heure) ou 09/h* ( roentgens par heure) .
Deux boulot de commande S1,3S!, située immédiatement en dessous de la t,ftr8, 6- / sont adaptés à commander indépendamment l'un de l'autrej tou- pectivement le disque indicateur d'unités qui coopère avec l'ouverture 9 et le rouleau d'indication de multiplication disposée/derrière la fente 8.
Le bouton S2 a cinq positions possibloa ;
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Aï'r$t Contrôle des piles
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0-1000 ,1 1.-.
0-100 0-10 Ce* cinq positions seront respectivement désignées dans ce qui suit , et notamment dans les figures suivantes par les
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références Au (ARRET},"B" (ESSAI), *0" (CENTAINES), ' f "Dit DIZAINES), "u" (UNITES).
Le bouton 81 de sélection d'unités comporte .ii1plt..nt' le trois positions J"R/h", MR/hu et *c/s .
Grâce à ces dispositions, l'appareil de mesure permet de lire dans tous les cas un seul résultat alors que neuf sensibilités sont possibles.
Les six sensibilités :
0-10 mR/h
0-100 mR/h
0-1000 mR/h
0-10 R/h
0-100 R/h
0-1000 R/h
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sont destinées à la mesure des rayonnements gamma sur le compteur incorpore,lequel peut, soit être laissé à l'intérieur du bottier, soit disposé en bout d'un prolongateur pour ferras* une sonde en vue, par exemple,' de mesures de radioactivité à partir d'un abri ou d'un véhicule quelconque.
Les sensibilités
0-10 c/ é
0-100 c/s 0-1000 c/a sont destinées à servir pour la mesure des rayonnements bêta ou cama sur une sonde susceptible d'être branchée sur une prise 11 prévue à l'arrière du couvercle : on peut faire ainsi des mesures diverses (mesurer sur liquider aérosols, etc.. décontamination de matériel et de personnel, etc...) depuis quelques coups-minute jusqu'à 1,000 c / s.
Aux faibles cadences, un contrôle visuel est possible au moyen d'un tube à néon placé derrière un voyant 12 situé qu bas du cadran, de méme qu'un contrôle auditif au moyen d'un casqua susceptible d'être branché sur une prise prévue à cet effet.
En référence au schéma' ,général de la figure 2 , l'appa- rail comporte un dispositif d'alimentation 20 constitué par un convertisseur à courant continu qui est adapté à délivrer à partir de la tension d'une batterie par exemple de deux piles 21 ,sur trois sorties 22,23 et 24, respectivement une basse tension régulée (par exemple + 12 volts,une haute ten- sion stabilisée (par exemple-500 volts) et une haute tension stabilisée et. réduite (par exemple - 400 volts) dont on verra les utilisations ci-après.
r
Les références 30 et 40 désignent respectivement les connecteurs de la sonde "forte activité " et de la sonde
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"beta-gamca" .La sonde "forte activité " comporte deux bornes isolées a;h tandis que la sonde "b8ta-ga=a" comporte une borne unique à liaison co6.Uale.La borne q de la sonde
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"forte activité" de même que la borne isolée de la sonde
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"bt,-gau" sont connectées par un commutateur 311 (tous le* commutateurs 8lleSl2p$13*etc..* dont il sera question ci- après, sont supposés commandés par le bouton SI, de maate que
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tous les commutateurs 21,22 etc.*. sont supposés accouplés au
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bouton S2) au point 34 de départ d'une résistance de charge 3? de faible valeur ot d'un condensateur de liaison 36 .
La. résistance de charge 35 est connectée par un commutateur 312 à la borne 24 (haute tension réduite) dans li position IVIU et à la borne 23 (haute tension) dans les positions atS/h et */s.
Le condensateur du liaison 36 assure la transmission des ibm- pulsions recueillies aux bornes de la résistance 3 vers la ligne 37 qui constitue l'entrée du dispositif 50 di *la* *,n forme et. d'intégration dsa impulsions, et à la sortie duquel bzz #"i! est connecté l'inutrument da mesure GO.e potentiel de la, ligne 37 est limité par rapport à la massa au moyen da v, diode Zoner 30. La borne i de la aonde * -forte aat.v3,t x, . connectée, par l'interaediaitt d'une cellule de filtrage $ résistance capacité 31, au plot *?%/b" d'un commtfiteur 813 dont le levier est relié à la borne 22 (basa* tension régulée) de l'alimentation 20.
Ainsi qu'il ressort de la figure 3, la batterie 21
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formée par deux piles torches d'un modèle courant et shunt*
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par un condensateur ±01, est appliquée en fonctionnement par
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un commutateur 821 à l'une des bornes de l'enroulement pri- maire 202 d'un transformateur 200 qui constitue avec un.
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transistor 205 et un ensemble de circuits de redresaemant
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et de stabilisation , un convertisseur à courant continu, classique dana son ensemble, dgstiné â délivrer /Sur ses trois bornes z les tensions djà mentionnées.
L'autre borna de l'enroulement primaire 202 est connectée au collecteur du transistor 205 dont It6metteur'6st à la masse, tandis que la base est connectée à la borne positive de la pile par une résistance 206 et à la masse du montage par une chaîna compru.
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na,nt un rhéostat 207,le couplage en parallèle d'une résistance fixe 208 et d'une résistance régulatrice 209 à coefficient température négatif, ainsi que' l'enroulement de réaction 210 du-transformateur 200.
Celui -ci comporte deux enroulements secondaire*: un secondaire basse tensicn 211 associé à une diode 212 et à une cellule de filtrage 213 pour délivrer sur la borne 22 la basse tension de + 12 V. par exemple ; et un
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- enroulement secondaire haute tension 215 ahuntê1 par un tube à néon 216 en série avac une forte résistance 21' et débitant sur un circuit comprenant successivement un redresseur 220 suivi d'une cellule de filtrage 221 1 la sortie de laquelle est placé un premier tube régulateur à effet Corona 223 assurant la stabilisation de la haute tension délivrée sur la borne 23
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Un second tube régulateur à effet Corona 224 *hunté par un condensateur 225 et assurant une stabilisation complémentaire de la haute tension réduite délivrée sur la borne 24,
est connecta au précédent tube Ccrona 223 par 1* intermédiaire d'une forte
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résistance série 226 et du commutateur 57..; ainsi qu'il est a; visible sur le schéma cette connexion n'est établie que pour les mesures en Roentg3n/heure,
De façon connue en soi le rôle du transistor 205 est de découper sous forme d'impulsions le courant débité par
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la batterie 21: ces impulsions de courant traversent l'enrou-.
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latent primaire 202 et sont entretenues à une cadence régu" libre par Ivenroulement de réaction 210.Les secondaires 211 et 215 alimentent titi Impulsions les circuits respectifs de redressement.
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le tube à néon 2le qui s'allume chaque foie que 1!alî.
Mutation fonctionne, est utilisé non seulement pour consoler ce fonctionnement,mais en outre pour éclairer le cadras de l'appareil et permettre ainsi les lectures en obscurité. ?
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La principale particularité de ce montage réside d*'& / la -présence de la diode Zoner 230, élément régulateur de tension, branché entre la borne 22 et la base du transistor1 205 réalisant ainsi une régulation sur le circuit primaire, En
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effet, lorsque la tension secondaire délivrée en 22 à tea- dance à dépasser la tension de régulation de la diode Zexer,
cette dernière devient conductrice et transmet une tension positive a la base du transistor 205 tendant ainsi à le bloquer* Un équilibre se produit et l'on obtient ainsi un fonctionnement à puissance constante en supposant la régulation parfaite* C'est ainsi que pour des puissances secondaires constantes le '
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convertisseur décrit consomme 90 mua pour une tension dialimit- tation de ,2 Y et ne consomme plus que 75 %L pour 3 Y, tandis qu'en l'absence de régulation on trouverait 90 ma pour 2,2 V et 120 mA pour 3 V;
de plus les puissances secondaires ne resteraient pas constantes Des essais récents ont même outré la possibilité de remplacer la batterie 21, d'une tension nominale de 3 volts,par une batterie de voiture 6 volts {la régulation assurée par la diode 230 reste suffisante pour maintenir les conditions normales de fonctionnement.
La tension (de - 500 volts par exemple) stabilisée par le tube Corona 223 correspond à la tension requise pour
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amener sur son palier le point de fonctionnement, du ou des compteurs utilisés.La haute tension réduite de -400 volts par exemple délivrée sur la borne 24 est destinée à réaliser dans les champs élevas un régime de fonctionnement intermittent;
le seuil du compteur se trouvant à une tension supérieure 4 400 volts,on va superposer selon la description qui va suivre , à cette hauto tension réduite', une série d'impulsions de 150 volts par exemple. Il convient de noter que le deuxième tube stabilisateur 224 bénéficiant-déjà de la stabilisation du pre- mier tube 223 ,on obtient une régulation de l'ordre du millième ce qui ast particulièrement intéressant dans le cas de régime d'alimentation En continu plus impulsions*
La figure 4 montre, 4 'partir d'un connecteur 300 adapté à être connecté soit directement, soit par l'intermédiaire d'un prolongateur à la prise 30 de la figure 2,
le schéma d'un ensemble-compteur "forte activité" adapté à ce régime de fonc- tionnement intermittent. Au départ de la borne a, recevant l'alimentation haute tension ou haute tension réduite selon les cas, on trouve, dans un circuit à haute tehsion se formant à la masse, un tube compteur 301 précédé du cote cathode d'une forte résistance 302 shuntée par le condensateur de dé- couplage 303 et suivi coté anode de l'enroulement 304 d'un transformatsur 305, cet enroulement étant shunté par une diode 306.Au départ de la borne b qui reçoit (dans les gammes R h) la basse tension positive de 12 volts par exemple, on trouve une chaîne potentiométrique comprenant une résistance fixe 310,
une résistance régulatrice 311 à coefficient de température négatif et une résistance fixe 312,ces deux dernières étant shuntées par un condensateur 313.Aux bornes de la résistance régulatrice 311 est connectée par 1 'intermédiaire d'une résis-
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tance série 314 une résistance parallèle variable 315 shuntée' par un condensateur 316 et par le circuit émetteur-base d'un transistor 320, circuit qui comprend en outre l'enroulement d'entretien 321 du transformateur 305, l'enroulement primaire 322 de celui-ci étant connecté entre le collecteur du transis- tor et la masse.
On constitue ainsi de façon connue en soi un oscillateur.
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blocking auto-déclanché, dont la, fréquence de récurrence et *" réglable au moyen de la résistance variable 315 Cet oscilla- teur est adapté à induire dans l'enroulement tertiaire 304
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à la cadence de 1,.05g des impulsions de ter-.3ion d'inné valeur de crête de l'ordre de 200 volts ut d'une durée dtage micro" ' seconde.Ce régime de fonctionnement à impulsons impose des , précautions particulières en regard du risque d'intégratioa des impulsions par capacité parasite du tube compteur ** '11 .
périence a montré que la disposition du découplage 302-303 dans le retour de cathode du tube constitue un moyen efficace de
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protection contre ce risve.pette disposition est le Contraire -t de celle habituellement adoptée et que 1'en retrouve sur 7. schéma ( figura 5) de l'ensemble compteur 'Ibtta-ga=aO t D'autres précautions sont prises par ailleurs pourréduire toutes les capacités parasites antre anode et cathode du compteur
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tort* activité ", t cet effet,les tubes compteurs utilisés . , sont réalisas selon 1* 448,fflît4on représentées 1 figurt 1 .
la connexion d'anode 331 d'une part et la connexion de cathode 332 d'autre part sont constituées par des sorties reotilignes disposée sensiblement en prolongement l'une de lautx des extrémités opposées de l'enveloppe en verre 333 du tube, Grâce à cette disposition, la capacité, interna dit capteur est réduite à l'espace situé entre le fil de l'anode et la
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surface en regard de la cathode . On évite ainsi toute capacité parasite dans le cas d'alimentation par impulsions et on ne recueille ainsi sur la résistance de charge 35 (fig.2) de la cathode du compteur que les impulsions désirées.
La disposition dans le retour de-cathods du tube-compteur de la résistance de charge 35 permet de choisir pour celle-ci une valeur réduite ( de l'ordre d'un millier d'ohms par exemple) ..Ceci facilite la transmission des impulsions de comptage sur un câble de grande longueur sans aucune fatigue pour le compteur, la capacité du câble n'intervenant que sur une résistance de fermeture de faible valeur. C'est cett disposition qui facilite d'autre part l'alimentation en impul- sions du compteur par l'anode..
Le compteur utilisé est adapté d'autre part à donner un coup par seconde en moyenne dans un rayonnement de 1 mR/h : la cadence des impulsions fournie dans le premier régime d'application aux bornes du compteur d'une tension supé - rieurs au plateau ou palier de fonctionnement normal, pourra donc Atteindre 1.000 o/e dans la gamme 0-1000 mR/h.
A partir de la gamme 0-10 R/h s'établit le second régime comportant l'application en continu de la haute tension ré- duite inférieure au palier et de la succession des impulsions de commande dont le niveau est suffisant pour que le seuil de fonctionnement se trouve franchi pendant la durée de cet impuisions.
Dans les conditions indiquées ci-dessus (1000 impulsions de commande d'une micro-seconde de durée, par se- conde) 3 'efficacité du compteur se trouve en somme divisée par 1000 et le taux de comptage du tube rste pratiquement proportionnel au champ jusqu'à 100 R/h. L'expérience , ainsi que le calcul d'ailleurs, montre qu'au delà de cette valeur
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des pertes de comptage apparaissent qui détruisent la linéa-
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rité désirée de la cadenca moyenne des impulsions délivrée > en fonction de l'intensité du champ radioactif.
Des disposi- tions particultèreu s'imposent par conséquent pour conserver ' dans la gamme 0-1000 R/h est-à-3ire dans la gamme .Clt de comptage des centaines de R/h la linéarité indispensable pour permettre, conform6ment 1 la description précédente, la lec- ture des centaines it/ sur l'échelle unique linéaire 7 (fig.l) ,,-* de 1'appareils Pour la correction du défaut do linéarité dans cette gamme, on fait appel,
suivant l'invention à la tech- nique décrite dans le brevet déposé par la demanderesse le marne jour pour * Perfectionnements et dispositifs de mesure d'un nombre d'impulsions à caractère périodique ou statistique et l'on se référera à ce sujet à la figure 6 qui représenta le schéma des dispositifs de mise en forme et d'intégration des impulsions de comptage.
Sur le schéma de la figure 6, où l'on retrouve d'abord la borne 37 4'entrés des impulsions de comptage captées aux
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bornes de la résistance de charge 35 (fiv.2), on reconnaît, conformément à la description du certificat d'addition 01-4eo- : SUIS mentionné, un dispositif de mise en forme des impulsions . ]
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essentiellement constitué par un univibrateur comprenant tu*" ; transistor 401 normalement conducteur et un transistor 402 normalement bloqué.
Un commutateur 322 assure le choix dans les différentes gammes de comptage C,D,U, des condensateurs 411,
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t12 stl3 de capacité croissante, adaptés à fixer la dur4, des impulsions délivrées à des valeurs appropriées à chacune de ces gamma* Dans le circuit de charge du collecteur du . tran- sistor normalement bloqué 402, on retrouve l'organe régulateur constitué par la dioda Zener 415 aux bornes de laquelle deux
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commutateurs S23-S24 assurent la connexion de groupes respec- tifs 421 - 422 - 423 de résistances de charge appropriées.
Chacun de ces groupes comprend le couplage en parallèle de trois potentiomètres, un de ces potentiomètres étant affecté dans chaque groupa aux mesures en R/h, un second aux mesures en mR/h et un troisième aux mesures c/s. Les sélections appro- priées sont assurées par les commutateurs S15,S16,S17 donnant respectivement accès aux condensateurs de pompe à diode prin- cipale 431, 432,433 destinés à coopérer avec la diode charge 434 et la diode de décharge 435 aux bornes de l'instrument de mesures 60.
Ainsi que le montre le schéma,les deux commuta - teurs S18 et S19,en combinaison avec les commutateurs Sé5, S26, sont adaptés à assurer pour les mesures en R h et la gamme des centaines (position C du commutateur 825) la connexion aux bornes de la pompe à diodef principale, de la pompe à diode auxiliaire antagoniste comprenant le condensateur 440,la diode de charge 441,la diode de décharge 442, un condensateur addi- tionnel 443 ainsi que la résistance de saturation 444.
Ainsi qu'il a été expliqué dans l'addition ci-dessus mentionnée, en conférant par un choix approprié de la résis- tance 444 une courbe de réponse convenablement saturée à la pompe à diode auxiliaire, qui Débite dans le micro-ampèremètre 60un courant inverse à celui délivré par la pompe à diode principale, il est possible d'obtenir une variation sensible- ment linéaire du courant résultant en fonction du champ dans la gamme des centaines de R/h , c'est-à-dire de corriger les pertes de comptage qui affectent dans cette gamme la linéarité du compteur.
On notera encore la présence, dans le circuit de charge du transistor normalement bloqué 402 , d'un petit transforma.
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teur 450 dont le secondaire alimente le tube à n6on 451 c'est le tube qui est placé derrière le voyant 12 (fig.11 du cadran de l'appareil et qui permet notamment de compter vi- suellument coup par coup dans le caa des faibles cadences et
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de s'assurer du fonctionnement de 1'univibrateur sur toutes gammes, La référence 453 désigne enfin la prise prévue pour le branchement d'un casque en vue de permettre un contrôle
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auditif, ou de tout autre dispositif susceptible d'être com..
mandé par les impulsions ' L'invention n'est,bien entendu , pas l4-m4.tce à la ' forme de réalisation choisie et représentée (lui n'a. été dé. crite qu'à titre d'illustration, mais dont los divers éléments peuver.t, au contraire, faire l'objet de nod."uee& variantes et de combinaisons ou d'applications différibptes Ainsi, '#. par exemple, une variante au 30conti régime , de 4-a tube compteur est pooslble et consista II remplacer l'<?seil'* ,'.-# lateur blocking auto déclencha de la sonda "forte activité"
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par un oscillateur- blocM.ng déclenché fournissant comme le précédent des impulsions de tension d'une valeur de crête de l'ordre de 200 volts et d'une durée d'une râicro-4;
3ccnde , nais une cadence imposé par un oscillateur blocking 4tuto-d4elane6 (non représenté} situé dans l'appareil et dont la fréquence de récurrence est établie selon les gammes de mesure de façon
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à toujours ramener à un même taux de comptage les maxiua 10 # 100 1000 R/4 ce qui, nécessitera respectivement dans le cas de l'exemple considéré des fréquences d'environ 50,000 Use 5.000 Hui et 1,000 Hz pour les gammes 10 - 100 et 1000 &%Y pour obtenir 500 c s de taux de comptage unique.
Cette variante présente l'énorme avantage d'avoir sur les gammes 10 et 100 R/h un taux comptage plus important
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permettant ainsi une réponse plue rapide de l'appareil avec des fluctuations moindres,Cette variante reste cependant simple puisque toutes les ganses en R h deviennent équivalentes à 500 c s. Cependant le dispositif correcteur de la Sa=* 1.000 R h doit âtre maintenu'et la prise sonde " forte activité* devra avoir un contact supplémentaire pour amener les impul- sions de déclenchement.