- Dos circuitos experimentales con bombillas de vapor de mercurio - II -
Realizo una segunda prueba a más intensidad, bajando la resistencia de carga a 11 K-ohms. En el momento del cebado observo que el modo de luminiscencia normal es inestable, hasta el punto en que el brillo aumenta repentinamente y la tensión cae hasta unos 40 volts, sin duda saltando hasta la tensión de arco, y ello me sugiere que dentro del tubo no solamente hay vapor de mercurio, sino que probablemente también hay algún gas noble. Entonces, a baja intensidad, la descarga se establecería a través del gas, el cual al calentar evapora más mercurio, elevando la presión interna y provocando una segunda descarga ya de vapor de mercurio, con una segunda tensión en modo arco que concuerda mucho más con los valores que he visto en los libros para este elemento.
Ahora, con la carga de nuevo a 22 K. pruebo el electrodo de control. Sin tensión en el ánodo, voy dando tensión con el potenciómetro hasta que se actíva a 193 Volts, bajando después a una tensión de arco de 140 Volts. Más tarde, dando la tensión de ánodo compruebo como en efecto, la descarga principal, se activa sin problemas hasta una tensión principal de 200 Volts.
Naturalmente, a igual que ocurre en los demás tubos de gas (y con cierta semejanza en los tiristores de estado sólido) una vez establecida la descarga principal ya no puede anularse con el electrodo disparador, sino que será necesario interrumpir la tensión de ánodo el tiempo suficiente para que se recombinen los iones internos y el tubo vuelva al estado inicial de aislamiento.
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Ultravioletas y fluorescencia
Según algunos compañeros de foros de Internet, este tipo de lámparas podrían ser una buena alternativa para generar ultravioletas "duros" de forma económica. La siguiente prueba trata de utilizar un oscilador-inversor electrónico procedente de la reactancia de una luz de emergencia para alimentar esta lámpara de forma autónoma. Recorto el circuito impreso para aislar el oscilador. Seguidamente conecto la lámpara y le doy tensión. El brillo aparece a partir de 3 volts de alimentación y aumenta considerablemente hasta los 5 volts, en que la intensidad consumida por el circuito comienza a dispararse. El consumo para 5 volts es de 0,8 Amps, es decir una potencia de 4 vatios, muy lejos de los 80 w. nominales del bulbo, pero que nos servirán para certificar su emisión ultravioleta.
Cortando el circuito impreso de una luz de emergencia defectuosa para aislar el oscilador-inversor de alta tensión
El oscilador-inversor alimentando el tubo de vapor de mercurio, con una tensión de 5 volts y un consumo de 0,8 Amp.
La luz ultravioleta se manifiesta al instante en elementos como el sulfato de zinc o como muestran las imágenes que viene a continuación, sobre el propio fósforo que obtuve de la bombilla, que brilla en un bonito color rojo. También excita los cristales de Autunita, una muestra de mineral de Uranio procedente de Salamanca, que en este caso brilla en verde.
El hecho que el fósforo brille en color rojo me extraña un poco, ya que su luz debería ser blanca. Pero pensándolo bien, este fósforo ha de ser a la fuerza una mezcla de distintas sustancias que complementan sus emisiones cromáticas para sintetizar el blanco, y es muy posible que al trabajar la lámpara a una potencia muy inferior a la nominal, cambie su espectro y sólo se excite una parte del fósforo, dando lugar al color señalado.
Aparte de ello, es necesario remarcar que al decir "fósforo" no nos referimos al elemento químico de símbolo "P", sino a sustancias que presentan "fluorescencia" de algún tipo, las cuales pueden ser de naturaleza muy distinta.
Excitando la fluorescencia del fósforo que obtuve de la propia bombilla, que se manifiesta en un bonito color rojo
En este caso la fluorescencia ilumina con verde brillante los cristales del mineral Autunita, un fosfato de uranio
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Circuito de barrera fotoeléctrica
Un a vez averiguadas las características del bulbo de mercurio ya puedo ponerme en faena de construir un circuito de aplicación. Primeramente pienso en una barrera fotoeléctrica, que pudiera por ejemplo utilizarse para abrir una puerta o activar una alarma al cortar un haz de luz.
El circuito ha de ser sencillo. La célula LDR, metida en un tubo para aislarla en lo posible de la luz ambiente, estará enfrentada al haz creado por una lamparita de 4,8 Volts. La célula formará el elemento bajo de un divisor de tensión, cuyo punto medio irá al electrodo disparador a través de una resistencia de alto valor.
Mientras la LDR reciba luz de la lamparita su resistencia será baja y el divisor entregará al electrodo disparador una tensión insuficiente para su activación. Pero en el momento en que se interrumpa el haz de luz, la célula fotoeléctrica aumentará de valor, subiendo la polarización del electrodo por encima de 190 Volts y provocando la conducción del tubo.
La corriente resultante del cebado del ánodo activará entonces un relé de 220 Volts, el cual a través de sus contactos encenderá una pequeña bombilla indicadora de la acción.
Fotocélula LDR, que actuará como elemento receptor de la barrera fotoeléctrica
Lamparita de filamento de 4,8 volts, que actuará como elemento emisor de la barrera
El circuito deberá de funcionar con corriente continua pulsante, porque en caso de utilizar continua filtrada se activaría una sola vez y permanecería en este estado hasta que se retirase la tensión de alimentación, lo cual no nos interesa. De esta manera el circuito deberá activarse de nuevo a cada semiciclo cuando la tensión ascendente supere los 190 Volts (y siempre que la barrera fotoeléctrica esté interrumpida) y se desactivara cuando la tensión baje de 140. Aunque al ocurrir esta secuencia 50 veces por segundo, por la luz del tubo disparador no vayamos a notar el "tiempo muerto" entre ciclos.
Sólo hay un elemento que sí puede resultar afectado. Se trata del relé, que probablemente vibrará de forma evidente al faltarle medio ciclo de conducción. Para evitarlo dispondremos de un condensador en paralelo con su bobinado, cuya carga le permitirá seguir activado en el medio ciclo negativo en que no hay conducción.
Tras estas consideraciones planteo el siguiente circuito:
Circuito completo de barrera fotoeléctrica con una bombilla de mercurio como tubo disparador
El montaje es totalmente espartano, puesto que es un circuito experimental que no ha de ser permanente: una base de madera, regletas eléctricas como elementos de unión y tubos de fontanería para la barrera fotoeléctrica.
En las dos imágenes siguientes, la de la izquierda muestran el circuito encendido pero en en stand-by, y la de la derecha el circuito activado al interrumpir con la mano la barrera fotoeléctrica. En esta segunda imagen se observan encendidas la luz de mercurio y la lamparita indicadora de 4,8 volts.
Circuito encendido pero en stand-by, al tener libre la barrera de luz
Circuito activado al interrumpir con la mano la barrera de luz. Tanto la lámpara de mercurio como la indicadora de 4,8 volts brillan de forma evidente
El montaje funciona, aunque si se activa durante mucho tiempo, aparece el problema de las histéresis del vapor de mercurio, y al apartar la mano del haz, al estar el tubo muy sensibilizado a veces no interrumpe su conducción. Este problema limitaría la utilidad real de la lámpara de mercurio como tubo disparador, aunque como experiencia algo insólita para esta lámpara destinada sólo a la iluminación, bien vale la pena repetirlo.
Las formas de onda presentes en el ánodo del tubo disparador son las siguientes: en la primera se ve únicamente el semiciclo rectificado, y en la segunda se observa muy claramente el punto de activación que provoca la caída brusca de tensión. Entre los ciclos se observa también la carga remanente del condensador de filtro del relé, que provoca una tensión negativa puntual respecto a masa.
Tensión de ánodo en stand-by
Tensión de ánodo en modo activado
Y para finalizar con este montaje, un vídeo (aunque de calidad mejorable) que muestra el funcionamiento del circuito:
https://youtu.be/bb4aO-wOPDc
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Circuito detector de contacto
Una vez acabada la barrera fotoeléctrica y mostrado su funcionamiento, podemos plantear otras utilidades, como por ejemplo aprovechar la característica de alta impedancia del tubo de mercurio para construir un sensor de contacto con la mano.
El circuito no cambia demasiado respecto al anterior, sólo se ha cambiado la parte correspondiente a la célula fotoeléctrica, por un sensor de contacto construido a partir de un trozo de placa de circuito impreso en que las tiras de cobre han sido soldadas en dos grupos, de manera alternativa.
Circuito completo de sensor de contacto con una bombilla de mercurio como tubo disparador
Aquí podemos ver que en sensor de contacto está conectado en serie entre una resistencia de 2,2 megaohms y otra de 60. Cuando lo toquemos, aunque sea ligeramente, los contactos de dicho sensor serán "cortocircuitados" por la relativa baja resistencia de la piel de nuestros dedos y polarizarán la resistencia de entrada de 1 megaohm, elevando la tensión del electrodo de disparo por encima de los 190 Volts, y provocando el cebado del tubo que a su vez accionará el relé.
En este montaje, nuestro improvisado tubo disparador obtiene una ganancia de intensidad de 600/1.
En las pistas alternas del sensor hay presente una tensión de 190 Volts, pero la intensidad disponible es muy baja, del orden de 4-5 microampers, y por lo tanto ni en las peores circunstancias es capaz de causar calambre. De hecho cuando tocamos el sensor, la tensión cae inmediatamente a una decena de voltios, y como la totalidad del circuito no está puesto a tierra, tal tensión se encuentra en "flotación" y no hay diferencia de potencial con el suelo o con objetos metálicos como armarios o mesas de trabajo.
Montaje práctico del sensor de contacto con tubo disparador
Para fabricar el elemento "sensor" he utilizado un pequeño rectángulo de circuito impreso de pistas perforadas, uniendo las pares por una parte y las impares por otro.
Detalle del circuito impreso del "sensor de contacto"
A igual que el anterior, el montaje ha sido fácil y ha funcionado a la primera, con total seguridad de respuesta, como muestra el vídeo que viene a continuación:
https://youtu.be/CqZUnExt8yc
¿Y cuáles podrían ser las utilidades de este circuito?, pues por ejemplo para una botonera de cualquier máquina o electrodoméstico, especialmente para contactos sin resalte, o para aquella cosas que en la época en que se utilizaban los tubos disparadores, allá por lo años 40 ó 50 del siglo pasado, quisieran dar un aspecto de "modernidad".
Saludos a todos
