Hoffman Countmaster Model 216-1 - ca. 1955

[DL3HRT]

Der Hoffman Countmaster ist ein High-End Geigerzähler aus der Mitte der 1950er Jahre. Er kostete damals mehr als 250 USD, was in etwa einem halben Monatsgehalt entprach.

Als Zählrohr kommt ein 900V-Typ zum Einsatz. Es war entweder ein Victoreen 6530, wie im vorgestellten Gerät, oder ein Raytheon CK1021 verbaut. Leider habe ich kein Datenblatt zum 6530 gefunden. Auf jeden Fall registriert das Zählrohr sowohl Beta- als auch Gammastrahlung. Um auch Betastrahlung zu registrieren, kann das Zählrohr aus dem Zählrohrgehäuse herausgeschoben werden (siehe Foto #2).

Das damalige Alleinstellungsmerkmal des Countmaster war ein dekadischer Zähler auf Basis von Neon-Glimmlampen in Verbindung mit einem mechanischen Timer mit Schaltkontakt. Am Timer kann die Messzeit von bis zu 2 Minuten eingestellt werden. Sobald der Timer gestartet wurde, werden die Zählrohrimpulse gezählt. Nach Ablauf der eingestellten Messzeit wird der Zähler gestoppt und die Impulszahl kann abgelesen werden.

Ich habe ein Video auf Youtube hochgeladen. Messobjekt ist eine Erdprobe von meiner "Lieblingswiese" bei Gauern. Während der eingestellten Messzeit von 30 Sekunden wurden 446 Impulse gezählt, wobei das Zährohr ohne Beta-Abschirmung betrieben wurde.

Der Hoffman Countmaster benötigt mehrere Batterien:
- 4x 1,5V Monozelle für die Röhrenheizung
- 2x 75V B-Batterie für die 150V Anodenspannung
- 1x 15V Batterie für die negative Schirmgitterspannung

Das letzte Foto zeigt den originalen Batteriesatz, den ich mit dem Gerät bekommen habe. Die Hochvoltbatterien sind heute nicht mehr zu vernünftigen Preisen beschaffbar. Die 150V Anodenspannung und die -15V Schirmgitterspannung werden daher über elektronische Spannungswandler erzeugt, die von einem 18650er Lithium-Akku gespeist werden.

Links zum Handbuch und zum Servicehandbuch:
- Handbuch
- Servicehandbuch

Weitere Informationen zum Hoffmann Countmaster (Innenansicht, Funktionsweise des Zählers etc.) folgen demnächst.

[DL3HRT]

Die 900V für das Zählrohr werden über ein sogenanntes Corotron geregelt. Das ist eine Spanungsstabilisatorröhre, die auf Corona-Entladungen basiert. Derartige Röhren wurden in vielen Geigerzähler-Modellen der 1950er Jahre verwendet.

Im Hoffman Countmaster ist entweder eine Raytheon CK1038 oder eine Victoreen 5841 verbaut. Die Stabilisatorröhren sind nur für geringe Ströme (< 100µA) ausgelegt.

- Datenblatt CK1038
- Datenblatt 5148

Ich habe gestern 3 Stück Victoreen 5841 ausgemessen. Die Röhren sind NOS, also unbenutzte Lagerware. Spannungsquelle war ein einstellbares HV-Netzteil (Keithley 240A: +/- 0 .. 1200V in 1V-Schritten @ 10mA). Als Vorwiderstand habe ich 10MOhm gewählt. Die Spannung an der Stabilisatorröhre habe ich mit einem hochohmigen Tastkopf gemessen. Alle Röhren zündeten bei 930V .. 940V. Man kann die Entladungen aufgrund des mechanischen Aufbaus der Röhren leider nicht sehen.

Die gemessenen Spannungen bei einem Strom von ca. 100µA waren wie folgt:
- #1: 890V
- #2: 901V
- #3: 914V

Alle Werte liegen innerhalb der Spezifikation von +/-2%.

[Henri]

Das ist ja ein wunderschönes Gerätchen, das Dir da zugeflogen ist 

Sieht, trotz des Alters, fast wie neu aus. Das Gerät bildet aber wohl den Übergang von "tragbar" zu "stationär", oder? Lange möchte man mit dem Kasten sicherlich nicht durch die Landschaft laufen.

Machst Du irgendwann noch mal Fotos vom Innenleben?

Ich habe mal gehört, dass einige Corotrons selber radioaktiv sein sollen - Details habe ich aber vergessen. 

Viele Grüße!

Henri

[NoLi]

...
Ich habe mal gehört, dass einige Corotrons selber radioaktiv sein sollen - Details habe ich aber vergessen. 
...

Mit Radium-226 oder Tritium. Zur Vorionisation zum stabileren zünden.
Es gab ein Dosisleistungsmessgerätetyp von der Fa. HERFURTH beim Luftschutzhilfsdienst (mit typischer k.ckbrauner Farbe) mit 4 Stück Ra-226 Glimmstabilisatorröhren...Gamma-Dosisleistung am Dosisleistungsmessgerät knapp 20 µSv/h. Machte aber nichts, da der kleinste ablesbare DL-Messwert auf der log. Skala 5 mr/h (50 µSv/h) betrug.

Norbert

[DL3HRT]

Machst Du irgendwann noch mal Fotos vom Innenleben?

Natürlich, die kommen so nach und nach.

Ich habe mal gehört, dass einige Corotrons selber radioaktiv sein sollen - Details habe ich aber vergessen.

Für die verwendeten 44 Stück NE-96 Glimmlampen steht im Datenblatt, dass sie schwach radioaktiv vorionisiert werden. Das muss ich noch prüfen. Ich vermute allerdings, dass nach knapp 70 Jahren kaum noch etwas messbar ist. Oft hat man Kr-85 verwendet und da ist sicher nicht mehr viel übrig.

Nachtrag: Victoreen soll auch oft Ni-63 verwendet haben. Das ist außerhalb der Röhren vermutlich gar nicht nachzuweisen. Die Glaswandung dürfte nahezu alles abschirmen, auch die niederenergetische Bremsstrahlung.

Hier werden für eine GV9A-2800 0,4µCi Ni-63 behauptet: http://lampes-et-tubes.info/vs/vs003.php?l=d

[DL3HRT]

Nachfolgend einige Fotos des Hoffman Countmaster mit dem originalen Batteriesatz.

Ohne Batterien wiegt das Gerät inclusive Zählrohr 2250 g. Der originale Batteriesatz wiegt 1200 g, so dass sich ein Gesamtgewicht von 3450 g ergibt. Auf Dauer ist es sicher anstrengend, mit 3,5 kg Gewicht in der Hand durch die Gegend zu laufen. 

Die Batterien werden durch Federn in Position gehalten. Das ist eine der typisch amerikanischen Lösungen - simpel aber funktionell.

Die vier 1,5 V Monozellen sind parallel geschaltet. Sie erzeugen die Heizspannung für die beiden Röhren. Die beiden 75 V Batterien hingegen sind in Reihe geschaltet um die 150 V Anodenspannung zu erzeugen.

Ich habe die Stromaufnahme der einzelnen Zweige gemessen:
- Heizspannung 1,5 V: 130 mA -> 0,195 W
- Anodenspannung 150 V ohne Scaler: 1,9 mA -> 0,285 W
- Anodenspannung 150 V mit Scaler: 2,9 mA -> 0,435 W
- Gittervorspannung -15 V: wenige µA

Es ergibt sich daraus folgende Leistungsaufnahme des Geräts:
- ohne Scaler: 0,48 W
- mit Scaler: 0,63 W

Die um 1mA erhöhte Stromaufnahme bei eingeschaltetem Scaler ergibt sich dadurch, dass immer 4 Glimmlampen leuchten, wobei die Glimmlampen mit 250 µA Lampenstrom betrieben werden.

Die Leistungsaufnahme des Geräts von weit unter 1 W ist ein für die damalige Zeit ausgesprochen guter Wert. Sie wurde dadurch erreicht, dass Batterieröhren mit niedriger Stromaufnahme verwendet wurden. Die für die Impulsauswertung zuständige Röhre wird sogar deutlich unterheizt, da sie nur mit der halben Heizspannung betrieben wird.

Aus heutiger Sicht erscheint die Verwendung von vier parallelgeschalteten Monozellen überdimensioniert. Man muss sich aber die damalige Zink-Kohle-Batterietechnik vor Augen halten. Die Monozellen hatten eine viel geringere Kapazität und die Spannung brach auch schneller zusammen. Bei Verwendung heutiger moderner Alkalibatterien dürfte eine einzige Monozelle ausreichend sein, um die gleiche Laufzeit zu erreichen.

[DG0MG]

Sehr schön!

Das Parallelschalten von D-Zellen ist auch eine Sache, an die ich mich in älteren deutschen Geräten (Radios etc.) nicht erinnern kann. Im Gegenteil, ich habe in der Lehre gelernt: Primärbatterien DÜRFEN nicht parallel geschalten werden. Die Russen haben das aber auch gern gemacht.

[DL3HRT]

Das Parallelschalten von D-Zellen ist auch eine Sache, an die ich mich in älteren deutschen Geräten (Radios etc.) nicht erinnern kann. Im Gegenteil, ich habe in der Lehre gelernt: Primärbatterien DÜRFEN nicht parallel geschalten werden. Die Russen haben das aber auch gern gemacht.

Bei den Amerikaner war das wohl üblich. Beim Chicago Super Sniffer wurde auch zwei Monozellen parallel betrieben. Interessant übrigens, dass der Chicago Super Sniffer eine Stromaufnahme von 250 mA hat. Das ist der doppelte Strom gegenüber dem Hoffman Countmaster, bei dem vier parallel geschaltete Batterien verwendet wurden.

[miles_teg]

Sehr spannend. Vorallem Batterien zu sehen, von denen ich noch nie gehört habe. :-D

[DL3HRT]

In der Gehäuseschale sind praktischerweise die empfohlenen bzw. verwendbaren Batterietypen verschiedener Hersteller aufgelistet. Die 75 V Batterien für die Anodenspannung und auch die 15 V Batterie für die Gittervorspannung sind heutzutage nicht mehr verfügbar. Es gibt einen Hersteller, der entsprechende Ersatztypen anbietet, aber die sind preislich jenseits von gut und böse.

Der im Gerät vorhandene originale Batteriesatz war natürlich auch nicht mehr brauchbar. Normalerweise bastele ich mir dann einen Ersatz aus 9 V Blöcken. Zum Erreichen von 150 V hätte ich allerdings 17 Stück benötigt und die Unteringung im Gehäuse wäre schwierig geworden. Die 15 V Batterie könnte man durch Reihenschaltung von 3 V Lithiumbatterien ersetzen.

Ich habe mich letztendlich für einen elektronischen Ersatz auf Basis eines 3,7 V Lithium-Akkus der Bauform 18650 entschieden. Zur Realisierung wurden folgende Module verbaut (siehe Fotos):
- Step-up-Wandler: Lithium Akku -> 15 V
- HV-Modul: 15 V -> 150 V (Anodenspannung)
- ICL7662 auf Lochrasterplatte: 15 V -> -15 V (Gittervorspannung)

Für die Heizspannung werden weiterhin Monozellen verwendet, allerdings nur zwei Stück parallel geschaltet (Ja ich weiß, wenn schon parallel schalten, dann auch gleiche Typen. Ich hatte nur keine anderen ).

Es blieb die Frage, wie ich die Elekronik einischalten soll, ohne dass ich etwas an der Schaltung verändere oder sogar Löcher in die Frontplatte bohre. Die Lösung war ein Relais mit 1,5 V Spulenspannung. Ja, so etwas gibt/gab es tatsächlich. Das eingebaute Relais zieht ab 1,1 V an und der Spulenstrom beträgt bei 1,5 V erträgliche 36 mA. Die Relaisspule ist am 1,5 V Kontakt des Schalters angeschlossen. Sobald das Gerät eingeschaltet wird, zieht die Relaispule an und die Elektronik wird vom Lithium-Akku versorgt.

Beim ICL7662-Modul musste ich Lehrgeld zahlen. Das erste Modul funktionierte nur wenige Sekunden. Ich habe festgellt, dass die Spannung am Gitter der Auswerteröhre durchaus um etliche Volt schwanken kann, wenn Zählrohrimpulse kommen. Dadurch gab es eine Rückwirkung auf den ICL7662, dessen maximal zulässige Spannung überschritten wurde. Ich habe dann zwischen ICL7662-Modul und der Schaltung eine Diode zur Entkopplung eingefügt. So kann es keine Rückwirkungen mehr auf das Modul geben. Die Lösung mit der Diode funktionierte allerdings erst, nachdem ich die Spannung hinter der Diode über einen 2,2 MOhm-Widerstand belastet habe, damit ein geringer Strom fließt. Der Teufel steckt halt im Detail   

Der Lithium-Akku muss bei einer Akkuspannung von 3,9 V ca. 220 mA bei ausgeschaltetem Scaler und ca. 260 mA bei eingeschaltetem Scaler liefern. Mit sinkender Akkuspannung steigt der Strom an, aber 8 - 10 Stunden Dauerbetrieb sollten möglich sein.

[DL3HRT]

Sehr spannend. Vorallem Batterien zu sehen, von denen ich noch nie gehört habe. :-D

Na dann werden dir einige Batterien im angehängten Eveready-Katalog sehr gefallen .

Speziell der Typ 493 mit 300 V Batteriespannung wurde anfangs gern für Geigerzähler verwendet. Mit 3 Batterien in Reihe hat man mühelos ein 900 V Zählrohr betreiben können.


Es gab sogar 510 V Batterien für Blitzgeräte (Typ 497).


Wenn man sich die Konnektoren anschaut, so ist das nichts für ängstliche oder schwache Nerven. 

Ich finde übrigens das damalige Eveready-Logo sehr gut gewählt.

[DL3HRT]

Als Zählrohr kommt laut Schaltplan entweder ein Raytheon CK1021 oder ein Victoreen 6530 zum Einsatz. In meinem Gerät ist das Victoreen 6530 verbaut. Leider habe ich nirgends ein Datenblatt dazu gefunden.

Hier findet man das Datenblatt zum CK1021: Link zum Datenblatt

Die technischen Daten dürften ähnlich sein, wobei das CK1021 ein Glasgehäuse hat und das 6530 ein Aluminiumgehäuse. Für das CK1021 wird eine Flächendichte von nur 35 mg/cm²angegeben. Ich bin mir nicht sicher, ob das 6530 eine ebenso geringe Flächendichte hat. Das Aluminiumgehäuse hat keinerlei Versteifungen/Sicken, so dass man wahrscheinlich äußerst vorsichtig damit umgehen muss.

Das Zählrohr sitzt sicher in einem verchromten/vernickelten Gehäuse mit einem 1 m langen angeschlossenen Kabel. Der Stecker zum Anschluss an den Countmaster stammt von Amphenol. Es handelt sich um eine verpolsichere zweipolige Ausführung. Das Zählrohrgehäuse ist mit "HOFFMAN LABS INC. MODEL CM-1" graviert.

Man kann den Beta-Absorber nach hinten in Richtung Kabel schieben. Das Zählrohr liegt dann in großen Teilen frei und ist nur durch eine Kunststofffolie im Zählrohrgehäuse geschützt.

Der Beta-Absorber lässt sich zum Zählrohrwechsel abschrauben. Das Zälhrohr liegt dann komplett frei. Es hat drei Anschlüsse mit unterschiedlichen Abständen und wird in eine dreipolige Buchse von Amphenol gesteckt.

Das Zählrohr läuft mit 900 V. Die Nullrate liegt laut Handbuch im Bereich von 30 .. 60 Impulsen pro Minute. Das Zählrohr kann anscheinend etwas niedrigere Beta-Energien als die russischen SBM-19/SBM-20 registrieren. So reagiert es auf eine C-14 Quelle mit leicht erhöhter Zählrate. Ein SBM-19/SBM-20 reagiert hingegen überhaupt nicht.

Das verbaute Victoreen 6530 hat "5 33" aufgestempelt. Wenn das ein Datumscode ist, könnte das für Kalenderwoche 33 im Jhr 1955 stehen.

Falls jemand Informationen zum Victoreen 6530 hat, würde mich das sehr freuen. Ich habe allerdings schon viel Zeit mit der erfolglosen Suche im Netz verbracht. 

[Henri]

Vielen Dank für die ausführlichen Bilder in "Museums-Qualität" und all die anderen Infos!    

Mich wundert ja, dass die Batterien noch nicht ausgelaufen sind nach all den Jahren. Schön, dass man aber mittlerweile alle gängigen "Spannungsprobleme" mit einer kleinen Schaltung beheben kann. Ich bin selber auch ein großer Freund von diesen Step-Up-Wandlern. Die haben eine Effizienz von über 90%, und fast alles betreibe ich mittlerweile mit einer USB Powerbank und diesen Wandlern.

Nach dem Datenblatt fürs Zählrohr habe ich gerade mal geschaut, aber ich kann leider nicht damit dienen. Vielleicht mal in den US-Foren anfragen, wenn es die noch gibt? Da hat garantiert jemand was für Dich. Interessant ist der 3-polige Sockel - vielleicht hat der einfach mechanische Gründe? Sind im Gerät alle Pins angeschlossen?

Viele Grüße!

Henri

[DL3HRT]

Interessant ist der 3-polige Sockel - vielleicht hat der einfach mechanische Gründe? Sind im Gerät alle Pins angeschlossen?

Der 3-polige Sockel ist eine pragmatische Lösung, da man vorhandene Systeme nutzen konnte. Im Datenblatt des CK1021 steht, dass zur Kontaktierung des Zählrohrs Mikrofonbuchen von Amphenol verwendet werden können. Ein Pin am Zählrohr ist unbeschaltet. Man wollte vermutlich nur  Verpolsicherheit erreichen.

[DL3HRT]

Interessant ist die Hochspannungserzeugung für das Zählrohr. Wenn auch mit Röhren umgesetzt, so erscheint das Schaltungsdesign doch sehr modern.

Es handelt sich um einen Kippgenerator, der mit einer Frequenz von ca. 400 Hz den Strom durch die Drossel L1 (8,35 H !!!, 3000 Ohm DC-Widerstand) ein- und ausschaltet. Beim Ausschalten entsteht ein induktiver Impuls, der gleichgerichtet wird. Die Widerstände R40 (5,6 MOhm), R41 (5,6 MOhm) und R91 (1 MOhm) bilden zusammen mit den Kondensatoren C31, C32 und C34 (hinter R91, im Schaltplanausschnit nicht zu sehen) ein Siebglied, um die Hochspannung zu glätten. Die Kondensatoren haben eine Kapazität von 4,7 nF und eine Spannungsfestigkeit von 1600 V. Das Zählrohr wird damit an einem effektiven Anodenwiderstand von 12,2, MOhm betrieben.

Der Gleichrichter trägt die Bezeichnung D3273. Ich habe leider keine Unterlagen dazu im Netz gefunden. Vermutlich ist es ein Selengleichrichter mit einer Reihenschaltung von vielen Zellen.

Der Corona-Spannungsstabilisator V4 (Raytheon CK1038 oder Victoreen 5841) begrenzt die Hochspannung auf 900 V. Der Strom durch den Regulator darf laut Datenblatt des CK1038 maximal 125 µA betragen. Der Regulator ist für Lastströme zwischen 5 µA und 55 µA ausgelegt, was optimal für Zählrohre ist.

Auch die Funktion des Generators mit der Röhre V3 (1U5) ist einfach nachvollziehbar. Die Glimmlampe I23 (NE2) liegt in Reihe mit R38 (2,2 MOhm) und R43 (10 kOhm) an der Anodenspannung von 150 V. Parallel zur Glimmlampe ist der Kondensator C29 (1,3 nF) geschaltet.

Beim Einschalten läd sich C29 über R38  und R43 allmählich auf, bis die Zündspannung der Glimmlampe erreicht ist. Diese zündet und C29 wird sehr schnell entladen. Sobald die Brennspannung der Glimmlampe unterschritten wird, verlöscht diese und der Vorgang beginnt aufs Neue. Damit entsteht an der Glimmlampe ein sägezahnförmiger Spannungsverlauf. Dieser wird über C30 auf das Gitter der Röhre V3 gegeben und schaltet den Anodenstrom im Takt ein und aus.

So ähnlich arbeiten auch viele heutige Schaltungen, nur dass wir FETs zum Schalten verwenden und der Takt z.B. durch einen Mikrocontroller vorgegeben wird.