Construcción de un medidor de alto vacío de cátodo frío.

[pfdc]

Creo que estamos todos ansiosos y siguiendo este hilo, gracias Profe por compartir.

Supongo que la fuente de alta tensión puede ser perfectamente el inversor de los tubos fluorescentes de emergencia, o cualquier inverter de las pantallas LCD, donde en la salida se pone un doblador de tensión, y supongo que para estabilizar la salida un optoacoplador con una realimentación en la señal de excitación del inversor.

Saludos

Efectivamente, un inversor de tubos fluorescentes, con un doblador de tensión y ademas el doblador puede caber en la misma placa. Pensaba estabilizarla y tenia diseñado el procedimiento, pero he llegado a la conclusión de que no es necesario, debido al bajo consumo (200 uA) . Basta con regular la tensión de baja. Tened en cuenta que un error de un 5% el fuente es mucho menos importante que los errores del orden del 20% que tienen los dispositivos de medida del vacío. De todas maneras Mi objetivo es centrarme en el sensor, dejo abierta la puerta para los que quieran linealizar la respuesta, mejorar la electronica o incorporar medidores digitales.

Ahora debo de seguir con la descripción del sensor.
Salud!!

[pfdc]

hola profesor.
el electrodo y pasauros, pueden ser una bujía con un electrodo tig de tungsteno puro soldado en la punta?
saludos.

No hace falta complicarse la vida. La bujía es demasiado grande y el tungsteno es prácticamente imposible soldarlo a nada. Tal como lo he realizado es simple y y fácil de construir.


Continuamos con el cátodo.



Aquí vemos un diodo DO-4 (metálico) y como con un poco de trabajo de torno, separamos una especie de cazoleta con pasamuros con el tornillo para sujeción. Realmente es mas fácil de lo que parece pero hay que sujetar el diodo por el tornillo. De esta forma obtenemos una cazoleta metálica que termina en una especie de ala. El electrodo central del diodo es un tubo de unos 2,5 mm de diametro con un orificio de 1 mm aproximadamente, que aunque este aplastado en un extremo es fácil recuperarlo con el dremel.

Como cátodo, yo he empleado varilla de acero inoxidable de 1,5 mm. No puedo asegurarlo, pero creo que no seria conveniente emplear cobre ya que es posible que ensuciase la cámara.

Lo mas conveniente es agrandar el agujero del diodo con una broca de 1,5 mm (o del diámetro de alambre que dispongamos) y soldarlo con plata. Hay que hacer la soldadura con mucho cuidado para no dañar el cierre de vidrio,. No obstante si metemos la barrita a presión por el orificio y rellenamos la pequeña cazoleta con epoxi, los resultados que se obtienen son muy buenos, ya que el epoxi no se expone directamente a la cámara del medidor.
El ala con que termina la cazoleta, nos viene muy bien porque con una junta toroidal de goma nos proporcionará el cierre del cátodo contra la cámara. El diámetro de esa cazoleta varia de unos os diodos a otros entre 7 mm y 9 mm.

Continuara...

[alberttoy]

Este tema me interesa mucho. Vengo usando la pt100. Hace unos meses pensé que cambiaba de categoria con una electrónica de termovac que me cedieron amablemente, pero no consigo resucitarla (esto da para un hilo).

El pasado sábado estuve haciendo la sonda.
Lastima que no leí a tiempo que es mas fácil amarrando por el lado del tornillo.


Hacerlo de esta forma me permitió refrentar hasta tener el grosor de ala que me pareció. Y también sacar décima a décima como una tomografía.Es curioso como el diodo mezcla cobre, aluminio, acero y vidrio (solo en esta parte del terminal aislado).
Como parte negativa me vi obligado a hacer un útil en forma de pinza de aluminio para poder amarrar correctamente el cuerpo del diodo. (se observa entre la garra y el diodo)



El electrodo con montado en en el pasamuros


Otra vista


Tapón con una rosca de 20x0.5 mm

[pfdc]

Jajaja, eso pasa por adelantarse.
Si no voy mas rápido es porque estoy haciendo un trabaja meticuloso dentro de lo que puedo. De hecho he fabricado dos sondas con diferentes tamaños, he probado ánodos con diferentes diámetros y cuatro tipos de imanes diferentes.
En total he realizado unas 25 mediciones de toda la escala de vacío y cada una se lleva mas de una hora.

Bueno, habréis entendido de que se trata de poner una electrodo en el eje de la cámara y que debe de estar aislado. No se debe de exponer plásticos en el interior de la cámara porque el plasma que se produce los descompone.

Para el electrodo central yo empleo diodos DO-4, los cuales desarmo. Me he encontrado que siendo DO-4 hay unos que tienen la el cuerpo de 6,8 mm y otros que lo tienen de 7,8 mm (aprox). Yo empleo los de 6,8 mm.


Para terminar el cuerpo de la CCG vamos a hacer el alojamiento del ánodo. Para ello, primero taladramos con una broca de 7 mm hasta pasar. Después con una broca de 10 mm taladramos parcialmente 10 mm, dejando por tanto 5 mm a 7 mm de luz que es donde se alojará la parte ancha del ánodo. Después se rosca con un macho de métrica 12 la parte taladrada a 10 mm.

Para terminar haremos la pieza que aprieta el ánodo contra el cuerpo. Tomamos un tornillo de M-12, a ser posible de latón, o un trozo de barra roscada, también vale de aluminio o hierro aunque es peor este ultimo. Se corta un trozo de 15 mm, se pone en el tormo y se perfora completamente con una broca de 7 mm. En un extremo se quitan unos hilos de rosca para que pueda enroscarse completamente en el cuerpo de la sonda ya que no habremos podido roscar hasta el fondo. En el otro extremo con la lima se hacen unos cantos de unos 3 mm para facilitar el apriete con una llave.

Antes de montar el ánodo se coloca una junta torica para que haga el cierre de vacío. Conviene ademas poner una arandela entre el ánodo y el tornillo de cierre. Procurar que el asiento de la junta torica, tanto en el ánodo como en el cuerpo estén lisos para evitar las fugas. Si es necesario repasar con lija fina los asientos.

De esta manera es como yo he construido la sonda, pero por supuesto que cada uno puede hacerlo como quiera, tan solo tiene que respetar las dimensiones internas de la cámara y el anodo si quiere que le sirvan los datos de calibración que proporcionaré.

Seguirá....

[pfdc]

Voy a seguir..... que me he retrasado bastante debido al mucho trabajo que tengo.

A continuación esta el esquema de la fuente de alta tensión.



Es mucho mas sencillo de fabricar de lo que parece. Lo encerrado en el rectángulo de trazos rojos corresponde a los típicos convertidores para iluminar pantallas. El esquema que pongo es de los que yo tengo. No es necesario que sean iguales en cuanto a circuito pero si funcionales.
Como se puede ver, mediante un oscilador y un transformador se eleva la tensión de salida. La entrada del convertidor son los puntos A y B . Normalmente los convertidores tienen la masa de la baja tensión y la alta conectados. Para nuestro uso debemos desconectarlas (Nota 1). Un convertidor de este tipo suele dar una tensión en circuito abierto de unos 1500 v cuando los alimentamos a 12 V. Para obtener 3000, que es lo que necesita la sonda no podemos subir la tensión de alimentación a 30 V o mas porque destruiríamos el convertidor, por ello debemos colocar un doblador de tensión (formado por los diodos D1 y D2 y los condensadores C1 y C2 ) a la salida del transformador

Los convertidores suelen tener a la salida del transformador de alta un condensador de unos nF en serie, y un conector. Conviene quitar ambos. En el espacio que dejan y con un poco de maña se puede montar el circuito doblador de tensión formado por los diodos D1 y D2 y los condensadores C1 y C2. Mucho cuidado, con este montaje porque tenemos mucho riesgo de que salten arcos. Una vez montado el circuito conviene darle varias capas de barniz aislante para impedir los arcos.


la medida del vacío se hace midiendo la corriente que circula por el sensor. Teníamos dos opciones, colocar el medidor en la rama positiva o en la masa. Hemos tomado la decisión de medirla en la masa porque no seria prudente tener un medidor conectado a 3000 V dc. y por ello hemos tenido que separar las masas del convertidor.

C1 y C2 son de 4,7 nF 5000 V y D1 D1 diodos rápidos de 6000 v, 200 ns.
RG es un resistencia que limita la corriente y el voltaje en el medidor, esta confeccionada poniendo en serie 4 resistencias de 3,3 Megoms 1 W.


Nota: el valor se esta resistencia conviene ajustarlo. se explicara al final.
Conviene colocar entre los extremos el medidor un condensador electrolitico de unos 100 uF /25 V para amortiguar las posibles inestabilidades.
Continuara...

[pfdc]

Hace mas de un año que dejé esto inconcluso, tal vez porque nadie me reclamo que continuase y yo ando siempre mas liado de lo que parece. A ver si lo termino de una vez porque este equipo es mas necesario de lo que parece.

En el circuito anterior, tenemos 3000 V conectado al sensor a través de cuatro resistencias de 3,3 megas, total 13,3 megas. En corto esto nos da una corriente de 230 microamp.

Si montamos el aparato sin imanes y conectamos la tensión, en cuanto la presión baje un poco se inicia la descarga y la corriente sube a unos 200 micro amperios, permaneciendo casi invariable mientras baja hasta que llega aproximadamente a los 100 microbares en que la descarga se interrumpe.

Pero si colocamos los imanes, la corriente sigue circulando hasta presiones mucho mas bajas. Hasta aproximadamente 5 microbares, la corriente no es proporcional a la presión, pero a partir de ahí, si hay proporcionalidad.

Aquí hay una tabla aproximada.
Milibares Pascales Corriente
2,0 x 10e-3 2,0 x 10e-1 180 uAmp.
1,5 x 10e-3 1,5 x 10e-1 175 uAmp.
1,0 x 10e-3 1,0 x 10e-1 170 uAmp.
7,0 x 10e-4 7,0 x 10e-2 166 uAmp.
5,0 x 10e-4 5,0 x 10e-2 160 uAmp.
3,0 x 10e-4 3,0 x 10e-2 155 uAmp.
2,0 x 10e-4 2,0 x 10e-2 145 uAmp.
1,5 x 10e-4 1,5 x 10e-2 136 uAmp.
1,0 x 10e-4 1,0 x 10e-2 120 uAmp.
7,0 x 10e-5 7,0 x 10e-3 100 uAmp.
5,0 x 10e-5 5,0 x 10e-3 80 uAmp.
3,0 x 10e-5 3,0 x 10e-3 64 uAmp.
2,0 x 10e-5 2,0 x 10e-3 50 uAmp.
1,5 x 10e-5 1,5 x 10e-3 40 uAmp.
1,0 x 10e-5 1,0 x 10e-3 31 uAmp.
7,0 x 10e-6 7,0 x 10e-4 24 uAmp.
5,0 x 10e-6 5,0 x 10e-4 17 uAmp.
3,0 x 10e-6 3,0 x 10e-4 12 uAmp.
2,0 x 10e-6 2,0 x 10e-4 8 uAmp.

Insisto en que los medidores de vacío, tienen todos un error de medida del 30 % y ademas la medida depende mucho del gas que hay en la cámara, por lo que se deben de corregir para cada uno de los gases.

Recordar que :
1 Bar = 10 e5 Pascales = 760 Torr.

1 miliBar = 10e2 Pa = 0,76 miliTorr.

Continuará.

[pfdc]

Continuamos :
Que imanes podemos emplear?
Dentro de la sonda tenemos un campo radial, ya que el electrodo central esta a unos +3000 V respecto al exterior. Si no hay campo magnético los electrones seguirán el camino del eje central al cilindro exterior, pero lo que queremos es que en vez de ese camino corto los electrones se pongan a hacer círculos durante al mayor tiempo posible, mientras se van acercando al exterior. Durante esta trayectoria los electrones, mucho mas larga que un simple radio, chocan con las moléculas del gas residual y las ionizan haciendo que se establezca una corriente proporcional a la presión.

Para eso necesitamos que el campo magnético sea lo mas intenso posible y perpendicular al radio, es decir paralelo al eje. esto lo podemos conseguir mediante uno o varios imanes toroidales, bien sean de ferrita o de neodimio. La opción mas económica es emplear imanes de ferrita procedentes del desguace de magnetrones de horno microondas. La condición es que el diámetro interior sea de 22 mm y que la magnetización sea entre las caras. Esta ultima condición la cumplen todos los imanes de microondas. Deben de ser de 22 mm para que ajusten perfectamente en el cuerpo de la sonda. El diámetro exterior puede ser de 40 a 70 mm aunque si son muy grandes estorbaran mas.

Las dimensiones de los que estoy empleando son: 56 diámetro exterior, 22 interior, 13 mm altura. en una sonda empleo dos de estos. Si son mas finos se pueden colocar tres incluso cuatro, siempre que la altura total no supere los 35 mm. Cuanto mas intenso y mas espacio ocupe el campo magnético mas intensa sera la corriente lo que nos permitirá llegar a medir presiones mas bajas.
Si no se dispone de imanes de desguace, pueden adquirirse por un precio económico en las tiendas de imanes. Los de neodimio son bastante mas caros pero ocupan menos volumen para un resultado equivalente.


Nota:
Durante todo el funcionamiento de la sonda hay una pequeña descarga en su interior, cuando hay esa descarga se dice que esta encendido. A veces me ha pasado que he conectado el medidor cuando ya había vacío bastante alto y no circulaba corriente y por lo tanto no había medida. Entonces se dice que el tubo esta apagado. Cuando esto pasa hay que esperar un poco para que el tubo se encienda. Curiosamente el encendido se produce cuando la radiación cósmica natural u otra fuente ionizante atraviesa el tubo e ioniza alguna molécula. A partir de ese momento se produce una avalancha y el tubo se enciende. Esto solo suele ocurrir cuando las presiones son extremadamente bajas.


Continuara....

[pfdc]

No parece que tenga mucho publico este medidor de vacío a pesar de lo fácil que es construirlo. No obstante voy a seguir con el porque no me consta que haya ningún otro papel como este en Internet, ni siquiera en ingles.

Bueno, después de mas de 10 series de medidas, sacando promedios y alisando la respuesta, me sale la siguiente curva de calibración:


El eje X representa la presión en milibares 2-3 significa 2 x 10 e-3 milibares y el eje Y, la medida de 0 a 10. Como veréis , las medida las hago en la serie 1 1,5 2 3 5 y 7, para que esten proporcionalmente espaciadas.

Solo falta poner el plano del la pieza que sujeta los imanes y el conector de salida...



Aqui se puede ver con detalle la sonda de medicion,



y en esta ultima, durante la calibración. Para calibrarla, la comparo con una sonda de ionización comercial, mas precisa, pero mucho mas difíciles de construir y sensibles a los desastres.

Continuara.
Salud!!

[OPTON]

hola
la indicación de su sensor - depende de la distancia del electrodo a la pared (carcasa) y del campo magnético y su ubicación en la cámara de vacío

[OPTON]

hola
la indicación de su sensor - depende de la distancia del electrodo a la pared (carcasa) y del campo magnético y su ubicación en la cámara de vacío