Sensores de Alto Vacío
Figura P57.
Medidor de termopar
En este caso se usa una serie de filamentos que se calientan por el efecto del paso de una corriente. La temperatura de estos filamentos será proporcional a la presión a la cual están sometidos, uno estará en una cámara de referencia en alto vacío y otro estará expuesto a la presión a medir. Para medir la temperatura de los filamentos se utiliza un arreglo de termopares, ver figura P58. Estos generan una corriente eléctrica que es función de la temperatura medida, por lo tanto la diferencia entre las corrientes eléctricas medidas en cada termopar será directamente proporcional a la presión del proceso.
Ventajas:
Bajo costo, Larga duración y Confiabilidad.
Desventajas:
sensible a la composición del gas y presenta riesgos de combustión si se expone a la atmósfera.
Figura P58.
Manómetro de Resistencia (PIRANI)
Operan bajo el principio de que la perdida de color de un alambre caliente varía de acuerdo con los cambios de presión a los que está sujeto, las variaciones en pérdidas de calor son relativamente grandes cuando se operan con presiones alrededor de 1mmHg absoluto, ver figura P59.
Este manómetro tiene un tubo sellado a una presión menor de 1 micrón (1x10-3mmHg) lleva en su interior una resistencia que constituye la celda de compensación y otro tubo abierto con una resistencia igual a la anterior el cual se conecta a la fuente de presión que va a ser medida. Ambas celdas forman parte de un circuito que fundamentalmente es un puente de Wheatstone y finalmente las variaciones de voltaje se miden con un potenciómetro graduado en términos de presión absoluta.
Figura P59.
Medidores de Ionización
Estos se basan en la formación de iones que se producen en las colisiones que existen entre moléculas y electrones. La velocidad de formación de los iones, es decir la corriente iónica, varía directamente con la presión. Existen principalmente tres tipos: Medidor de de filamento caliente, de cátodo frío y por radiación.
Medidor de filamento caliente
Consiste en un tubo electrónico con filamento de tungsteno, rodeado por una rejilla en forma de bobina, la cual a su vez está envuelta por una placa colectora, ver figura P60. El filamento emite electrones los cuales pasan a través de la rejilla y en su camino hacia la placa colectora chocan con las moléculas del gas. La corriente positiva que se forma es función del número de iones, y por lo tanto constituye la medida de la presión del gas. Este instrumento es capaz de medir presiones entre 10-8 μHg a 1μHg. Si se someten a presiones mayores el filamento se puede quemar. Otra desventaja de este instrumento es que el filamento puede descomponer el gas.
Figura P60.
Medidor de cátodo frío
Este se basa en la medida de una corriente iónica producida por una descarga de alta tensión, ver figura P61. Este instrumento es más robusto y no presenta el problema de combustión del filamento. Pero tiene el defecto de no poder ser vaciado del gas rápidamente y es susceptible a contaminación por mercurio. Además posee una escala logarítmica. Su campo de aplicación es de 10-2 a 10-7 mmHg.
Figura P61.
Radiación
Este utiliza una fuente de radio sellada la cual produce partículas alfa (α) que ionizan las moléculas de gas, los iones resultantes se recogen en un electrodo, y producen una corriente que es proporcional al número de moléculas en la cámara, por lo tanto a la presión del gas. Este instrumento, por no poseer filamento, puede exponerse sin daño a la presión atmosférica, además tiene una emisión estable y no es frágil. Su intervalo de medición va de 760 mmHg a 10-4mmHg, pero para presiones muy pequeñas requiere un amplificador ya que la corriente producida es del orden de 10-11 a 10-13 A,ver figura P62.
Figura P62.
Estos métodos permiten medir presiones con una precisión muy grande, pero su utilidad principal es la de medir presiones de vacío por debajo de 1 mm de columna de mercurio, que es la presión de vacío más pequeña que se puede medir con un instrumento que posea una muy buena sensibilidad.
Medidor de McLeod
Se utiliza como aparato primario de calibración de los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen más pequeño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo capilar de volumen conocido. La presión del gas se deduce aplicando la ley de Boyle-Mariotte. Su intervalo de medida es de 1 a 10-4 mm Hg. Debido a la compresión que se realiza en la medida no puede utilizarse para vapores. (Ver figura P57).