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NotaPublicado: Sab May 07, 2016 7:46 pm 
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Buenas a todos!!
Siempre he tenido problemas a la hora de cuantificar la presión cuando ha bajado de 10E-5 mBar.

Para su medición hay dos opciones realizables a nivel amateur:

- Magnetron invertido (catodo frio)
- Sonda de ionización (catodo caliente)

La sonda de magnetrón invertido trabaja a alta tensión y concentra la ionización con un imán. Ambas características van a ser una desventaja en las futuras experiencias que quiero realizar a muy alto vacío. También es una desventaja que soy un inútil con la alta tensión, pero eso es otra cuestión.

La sonda de ionización se basa en la ionización que sufren las moléculas de gas en una atmosfera enrarecida por el flujo de electrones. Para la gran mayoría de gases, hay un máximo en la probabilidad de ionización del gas cuando estos electrones tienen una energía de 80-180 eV.

Basandome en el esquema que me pasó Adolfo M:

Imagen


Se puede observar que la configuración es muy similar a un triodo. La presión se deriva de la corriente de colector. Esta corriente es proporcional a la cantidad de gas residual en la campana de vacío según la ecuación:
P=C*I , donde I es la corriente de colector y C la constante de calibración de la sonda.

Hice un “circuito” preliminar:

Imagen

Con las características:

- Alimentación a 220V.
- 8’2 voltios, 0,9 amperios para el filamento
- La rejilla a 155V.
- Colector o anodo a 34V

Todo correcto hasta este punto. Ahora toca fabricar la sonda. Como no confiaba demasiado en el resultado usé primero materiales de reciclado.

Como en anteriores trabajos, para los pasamuros he usado teflón comprimido y aluminio. Asi que con un redondo de aluminio de 10cm de diámetro, redondo de teflón de 10mm y varilla de aluminio de 4mm me puse manos a la obra:

Imagen

Imagen

Para esta primera prueba usé una configuración en línea (craso error), colocando en la misma línea el filamento, la rejilla y el colector:

Imagen
Vista desnuda

Imagen

Imagen
Vista ya con su futuro cuerpo.

A continuación una foto en funcionamiento a través de un cristal:

Imagen

Las mediciones realizadas (bastante erráticas) y los problemas surgidos (se fundió el filamento) me han llevado a la reforma tanto del circuito como de la sonda.

[continua en el siguiente mensaje]

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NotaPublicado: Sab May 07, 2016 8:13 pm 
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Por los problemas comentados tuve que reformar sonda y circuito.
Para la sonda el primer cambio fue cambiar el filamento que usé de nicrom (por pura impaciencia) por lamina de tungsteno de 0’1mm de grosor, cortada a 1mm de ancho. El primer intento que hice de filamento, también en forma de U, también dio problemas:

Imagen

la lamina es tan fina que bailaba y por otro lado un descuido hizo que entrase aire en el sistema y fundió. De modo que tuve que cortar otro trocito de lamina de tunsteno, esta vez de 1,5mm aprox y colocarlo en una configuración mas estable:

Imagen

En el circuito cambié el cargador con el que alimentaba el filamento a tensión fija por un transformador 220-30, alimentado a 110v y regulado con un variac de 110v. De este modo puedo regular la potencia que llega al filamento y evitar que se funda. Para evitar mas inestabilidades en el sistema, aunque en el esquema ponía que se puede alimentar el filamento a alterna, le puse un puente rectificador y unos condensadores (̴5000uF). Como el primer puente que le puse se calentaba demasiado, creo que hasta ha roto, opté por la solución bestia:

Imagen

Doble puente y refrigerado.


Tras estas reformas, el “controlador” ya tiene un mejor aspecto:

Imagen

Las pruebas realizadas muestran que la sonda es muy resistente (de resistencia eléctrica) de modo que a muy bajos vacíos la corriente ionica es del orden de picoamperios…
Para poder medir algo proporcional, AlbertToy, me propuso una solución muy sencilla. Colocar una resistencia de alto valor y medir el voltaje a ambos lados de esta. Luego aplicar la ley de ohm y listo. Como no se cual va a ser la sonda definitiva y no tenía claro que resitencia poner, pues puse un potenciómetro lineal de 470kohm:

Imagen

El problema de la medición de los picoamperios se solucionó. Pero en cualquier caso la sonda construida es bastante sorda.
El siguiente paso, construir una sonda similar a las comerciales.

[continua en el siguiente mensaje]

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NotaPublicado: Sab May 07, 2016 8:46 pm 
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La ultima sonda que he hecho ha sido, salvo el aislante de los pasamuros que sigue siendo de teflón, totalmente metalica. Tanto base, como cuerpo, junta…
Basandome en una imagen de una sonda comercial:

Imagen

Me he puesto manos a la obra.
He partido de una tapa ciega con-flat de acero inoxidable. Le he hecho los taladros pasantes a 6mm y ampliado el hueco por el otro lado hasta los 10mm.

Imagen

Imagen

El hueco de 10mm se bisela un poco con la dremel para que el teflón entre mas fácil. Se cortan 4 trocitos de unos 20mm de largo y 10mm de diámetro de teflón.
Con ayuda de una prensa manual se introducen en los huecos. Se les hace un taladro de 3mm (si, el aluminio conductor es de 4mm) y con la prensa manual se mete la varilla de aluminio hasta la altura necesaria.
La rejilla helicoidal la he hecho de alambre inox de 1mm con la ayuda de un tornillo M20 y dándole un poco con el soplete. El colector, esta vez en posición central, es de la misma varilla inox. Y dado que el filamento ahora puedo regular la alimentación, lo he vuelto a hacer de 1mm. El resultado:

Imagen

Imagen

Le he puesto junta metálica, he apretado fuertemente los tornillos y asi queda en el cuerpo:

Imagen

La he conectado al controlador y aquí hay otra foto de la misma luciendo a través del cristal:

Imagen

Ahora me toca revisar los datos de las pruebas que he hecho, leer un poco mas y os pongo la calibración final. Las pruebas preliminares... muy esperanzadoras.

Saludos!!

P.D.- Por si a alguien le interesa, os pongo un poco de bibliografía:

http://cds.cern.ch/record/455555/files/p75.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Hot-filam ... tion_gauge

http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/ ... hotapp.pdf

http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/ ... sequence=1

http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/ ... BAGapp.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_ ... tion_gauge

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NotaPublicado: Sab May 07, 2016 11:18 pm 
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A que acabas inventando la válvula de vacío, :D

Supongo que lo sabes, pero las válvulas van con tensión negativa de rejilla, y mucha mas tensión positiva de placa, creo que es porque así son mas sensibles; claro que lo que interesa en su caso es amplificar, no medir vacío.

Saludos

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NotaPublicado: Dom May 08, 2016 12:09 am 
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Hola Rove,

Si, aquí la configuración es a la inversa, la rejilla esta en positivo. La emisión termoiónica crea un flujo de electrones entre el catodo (filamento) y la rejilla. Como la superficie de la rejilla es relativamente pequeña, los electrones emitidos no aciertan a la primera a neutralizarse. Es durante este vaivén que se encuentra con las moleculas de gas residual ionizandolo. Cuando los iones de gas residual acaban en el anodo (colector) generan la corriente ionica, esta corriente es directamente proporcional al numero de moleculas en la camara de vacío.

En realidad no mides la presión, sino el numero de moleculas. Gracias a dios, presión y numero de moleculas están directamente relacionadas. Lo bueno, y lo malo, de esta sonda es que es totalmente lineal, y esto es un problema para los sistemas de deteccion de voltaje/amperaje que tengo: Si tengo 1V de medida a 10E-6mbar... Tengo 1mV para 10E-9 mbar... Y 100V para 10E-3mbar.

¿¿Conoces algun medidor que, sin cambiarlo yo manualmente de rango, cubra todo eso??

Saludos!!

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NotaPublicado: Dom May 08, 2016 12:48 am 
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Cómprate un autorango, lo pones en voltios, y el solito va cambiando de escala. No son mucho mas caros.

Saludos.

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NotaPublicado: Dom May 08, 2016 1:03 am 
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NotaPublicado: Dom May 08, 2016 6:32 pm 
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Son solo ejemplos, no me comprometo..., en especial el que tiene el botón range.

Los míos (son algo mas caros), cambian solitos de escala sin problema.

¿Piensas meter el medidor dentro de la campana?. Tampoco es tan complicado cambiar de escala, y te hace estar mas consciente de lo que estás haciendo. Los digitales están bastante bien protegidos, y admiten errores de escala sin estropearse, por lo menos en V-DC; en amperios es otra cosa.

Los analógicos son mas delicadillos.

Con un ard.uino podrías hacerlo con lectura directamente en milibares,

..... y arrancar las distintas bombas en su momento preciso,

..... y controlarles la velocidad,

..... y.....,


Saludos.

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NotaPublicado: Mar May 10, 2016 3:46 pm 
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Ahora mismo, tengo dos sondas de alto vacío, una de ionización como la que estas construyendo y otra de cátodo frio ( magnetron invertido) y nunca uso la de ionización porque me parece muy delicada. No obstante aplaudo tu iniciativa y te brindo mis materiales. La sonda que yo tengo es la KJLC 354, que tiene dos filamentos uno de wolframio y otro de Iridio recubierto de oxido de Ytrio.
entre los materiales que te puedo brindar, están el hilo de wolframio, platino, tántalo y molibdenos de 50 micras hasta 1 mm.
Salud!!


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NotaPublicado: Mié May 11, 2016 4:47 am 
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