Introducción.Hace ya mas de 10 años, que diseñe el sensor de vacío basado en la PT100. Desde entonces ha sido la alternativa mas barata y precisa, para los que no se podían permitir adquirir una sonda profesional. Aquel viejo diseño basado en una económica resistencia de platino ha sido ampliamente utilizado, mejorado en la electrónica, con diversos añadidos, aunque lo importante, la filosofía ha permanecido. He realizado versiones parecidas, empleando hilo de platino, que eran mas sensible y rápidas, pero no han sido tan populares como la basada en la PT100.
Ya hace años que manifesté mi intención de diseñar una sonda de alto vacío, pero repetidamente retrasé el proyecto, tal vez porque pensaba que pocos aficionados la iban a necesitar, pero recientemente se han puesto muchas bombas turbomoleculares en manos de aficionados y eso me ha animado a construirla con la ayuda del gran Leotardo de Bici.
En el caso de la sonda con la PT100 nos aprovechamos de las características térmicas de los gases para calcular la presión, pero para vacios mas bajos de 10 e -2 milibares estas no son utilizables y hay que recurrir a la ionización de los gases residuales para poder aunque sea de manera indirecta a medir la presión. Para la medida del alto vacío, hasta el ultraalto vacío, prácticamente no hay mas que dos tipos de sensores. Los llamados de cátodo frío (CCG, Clod Cathod Gauge), y los que emplean un filamento que actúa como cátodo caliente (HCG, Hot Cathod Gauge).
Quien haya intentado descargas en gases a presiones inferiores a 10-2 milibares habrá observado, que se necesitan voltajes altos para establecerlas y que se extinguen rápidamente cuando la presión baja mas todavía. Si queremos medir la presión basándonos en las corrientes que atraviesan los gases tenemos que emplear algún truco para ionizar los gases residuales y hacerlos conductores.
En el caso de las HCG, las ionización se consigue mediante un filamento caliente que emite electrones, una rejilla que los acelera y un ánodo que los recoge. Tiene una configuración en algunos aspectos similar a los de un triodo en el que la presión es proporcional a la corriente.
Nuestro compañero amalitus I ha estado trabajado ampliamente en este campo y ha compartido aqui sus realizaciones:
http://www.cientificosaficionados.com/foros/viewtopic.php?f=2&t=19052En el caso de las sondas de cátodo frío, incluyendo la Penning, esto se logra empleando altas tensiones, de 2 a 10 Kv y un campo magnético perpendicular de un par de kilogauss o mas.
Los dos tipos de sonda, tienen aproximadamente el mismo rango de utilización de 10 e -2 a 10 e -10, empleando los diseños adecuados, pero las sondas de cátodo caliente, son mas precisas, mas lineales y mas fáciles de calibrar. Sin embargo aquí realizaremos una sonda de cátodo frío. Ambas nos dan medidas calibradas para el aire y son necesarias tablas para corregir por la presión parcial de otros gases .
Las razones son que la sonda de cátodo frío es mucho mas fácil de construir, por un aficionado, y son prácticamente indestructibles. Por contra las sondas de cátodo caliente tienen un filamento que se puede fundir si se expone por error a la atmósfera cuando esta caliente. Ademas para conseguir estabilidad de medida en el tiempo este filamento debe ser construido en wolframio toriado recubierto de iridio, material no muy accesible precisamente. Igualmente el controlador de la HCG es mucho mas complicado.
Una de las configuraciones mas empleadas y precisamente la que vamos a emplear es la de magnetrón invertido. Esta configuración tiene una cámara en forma de tubo en el que en el eje esta el ánodo conectado a una alta tensión positiva (al contrario que en los magnetrones) lo cual crea un campo eléctrico radial. La cámara externamente esta rodeada por unos imanes toroidales que crean un campo magnético axial. Tenemos por tanto un campo eléctrico y uno magnetice perpendiculares que hacen que las partículas cargadas que se mueven en el interior de la cámara por efecto de ambos campos, sigan una trayectoria helicoidal chocando con otras moléculas de gas e ionizandolas con lo cual entre ánodo y cátodo se establece una corriente proporcional a la presión del gas.
Como hemos dicho, con una CCG, se pueden llegar a medir vacíos de 10 e-2 hasta 10 e-10, pero nosotros, para simplificar la fabricación hemos decidido centrarnos en una sonda que cubra de 10 e -2 hasta menos de 10 e -6, porque creemos que con esto se satisfacen las necesidades de casi todos los aficionados y a cambio hemos conseguido simplificar la construcción de manera notable. Basándonos en este diseño, quien lo desee con un poco de electrónica podrá ampliar fácilmente un par de décadas mas el rango de esta sonda.
Continuara en breve.