Ya he perdido la cuenta de cuanto hace que desarrolle el medidor de la PT100, 15 años o mas. A partir del diseño original se hicieron algunas modificaciones en la electrónica pero sin tocar lo fundamental, el sensor. Hace ya bastante que hice otro diseño basándose en hilo de platino, pero no tuvo mucha aceptación. Hasta hoy sigue siendo la única alternativa barata para medir el vacío y creo que ya es hora de mejorar.
Uno de los mayores problemas de la PT100 era la calibración. Como cada uno construía la sonda a su medida había que calibrarlas individualmente. Pretendo evitar eso empleando un sensor comercial.
En Aliexpres venden una sonda https://es.aliexpress.com/item/40009563 … 6db36JIQZ2 por menos de 20 €, lo cual es un precio muy competitivo, y he pensado en desarrollar la electrónica para este dispositivo. El «poblema» es que no dan ninguna información de la misma. Supongo que será como otras muchas que tengo, un hilo caliente con una conexión de termopar en el centro. Voy a adquirir una, estudiarla y ponerla en marcha. Si alguien tiene alguna información sobre ella , será bien recibida.
Traducción de la información conseguida de la sonda china:
Vacuómetro de resistencia tipo ZJ-52T
Este tipo de calibre adopta un cable calefactor estabilizado con una capacidad calorífica muy pequeña como elemento sensible al vacío, y tiene funciones automáticas de compensación de temperatura ambiente y protección contra el polvo. Tiene una amplia gama, respuesta rápida, anticontaminación, resistencia a la oxidación, pequeña deriva y larga vida., Rendimiento estable y otras características. Especialmente indicado para medición de vacío basto y bajo.
Los principales parámetros técnicos
1. Rango de medición: 1 × 10 5 ~ 1 × 10 -1 Pa
2. Material del filamento: alambre de tungsteno (el alambre de platino o el alambre de níquel-cromo son opcionales)
3. Resistencia al frío del filamento: 86.5 ± 1.7Ω (23 ± 3 ℃)
4. Temperatura del filamento: 40 ~ 300 ℃
5. Dispersión: no más de ± 25% (3 × 103 ~ 1 × 10 -1 Pa)
6. Forma de conexión de vacío y temperatura de horneado:
Φ15.5 ± 0.5 vidrio 80 ℃
Φ15. 5 ± 0.1 Metal 80 ℃
Brida de liberación rápida KF10 80 ℃
Brida de liberación rápida KF16 80 ℃
Brida de liberación rápida KF25 80 ℃
Brida de liberación rápida KF40 80 ℃
Brida súper alta
CF16 450 ℃
Brida súper alta CF25 450 ℃ Brida súper alta CF35 450 ℃
Por lo que veo es muy similar al funcionamiento con la PT100. Una resistencia, en este caso de 83 Ohms, se mantiene a temperatura constante. Internamente hay otra resistencia para compensar la temperatura ambiente. Creo que debería pedir más para ver que dispersión hay entre las diferentes sondas.
El jueves pasado recibí la sonda y ya tengo bastantes conclusiones sobre ella, pero mientras tanto doy unas observaciones.
Aparte de la sonda en Aliexprex se puede comprar tambien el controlador: https://es.aliexpress.com/item/40002654 … web201603_
Como veréis el precio sugerido es de 220 euros, a lo que supongo que habrá que incrementar un 21 % de IVA y gastos de importación con lo que se pone en unos 280 €. Si te lo puedes permitir es un buen precio. Los medidores comerciales serios están en unos 600…800 €. La especificaciones que dan del aparato como suele ser habitual son un cuento chino. Hablan de precisiones del 1%, MENTIRA. No hay medidor de vacío que de esta precisión. Las medidas de presión indirectas, ya sea por efectos térmicos como es este caso o por ionización o de cátodo frío, no suelen tener una precisión mayor del 20 % y eso si corregimos para la composición del gas. Normalmente los medidores suelen venir referenciados para nitrógeno, el aire se comporta más o menos igual, pero si pasamos a Argón , Hidrógeno u otro gas el error puede ser del 200% salvo que apliquemos correcciones para ese gas.
Si no te puedes gastar ese dinero, con la sonda y sin muchas complicaciones por menos de 30 € y la sonda te puedes construir un medidor de vacío razonable. Ahora si no te quieres complicar la vida casi es mejor que te compres el mencionado. A mi los medidores de vacío que mas me gustan son los de aguja, en mi laboratorio tengo 8 de aguja y 2 digitales y no hay cosa que me ponga mas nervioso que andar viendo como saltan los números y las escalas en vez de deslizarse suavemente la aguja.
Primeras impresiones de la sonda ZJ-52T:
La construcción mecánica es buena, el conector octal es bastante habitual en estos medidores. La construcción eléctrica es otra cosa. La medida se realiza en base a un filamento de wolframio de 87 ohmios de resistencia. El wolframio no es un metal noble, por lo que se oxida a más de 400ºC y a esta temperatura el óxido no lo protege de posterior oxidación como puede pasar con otros metales. Yo he decidido mantener la temperatura del filamento por debajo de los 250ºC para evitar la oxidación pero obtener la máxima sensibilidad. De esa manera esta sonda es bastante mas sensible, como era de esperar, que la fabricada con la PT100 y tiene una buena resolución en el rango 0,001 a 1 mBar que es la parte más interesante de vacío.
En el esquema hay un error. El transistor 2N2222 se queda un poco corto. Lo he sustituido por un Bd139 o equivalente.
Aquí esta el esquema de control para la sonda china. Yo lo he montado en un circuito impreso de 35x 70 mm. Al final pondré el circuito impreso. Salvo el transformador y el medidor todo cabe en ella. La parte mas evidente es un rectificador de onda completa con un regulador de 15 V que alimenta el resto del circuito. Con 100 mA va de sobra. Como se puede ver se emplea el mismo LMC662 que empleaba en el el circuito de la PT100, pero en este caso se emplean dos en vez de uno.
De aquel circuito se hicieron muchas adaptaciones, que generalmente no fueron muy acertadas. Una de ellas fue sustituir el LMC662 por el mas popular LM741. No hagáis eso!!!. El LMC662 es un operacional pensado en funcionar con tensión de alimentación única y que tanto la entrada como la salida pueden ir de «Rail to Rail». El LM741 era un estupendo circuito hace 50 años, que empleaba alimentación doble, y no podía llegar a los «Rails».
Al la izquierda del esquema tenemos el controlador de temperatura de la sonda formado por medio LMC662 y el transistor Q1. Ese circuito se encarga de mantener la sonda a una temperatura tal que la resistencia de la sonda alcance 180 ohmios lo cual es aproximadamente 200 ºC.
A la presión atmosférica el voltaje en la sonda es de aproximadamente 8,5 voltios mientras que a vacío total el voltaje es mucho menor, unos 2 voltios. Este voltaje es menor porque la sonda necesita menos energía para calentarse porque el filamento no se enfría por no haber gas circundante.
La otra mitad del LMC662 (U1:B) es un desplazador de nivel que se ajusta con RV1. Este hace que el voltaje varíe entre 0 V para vacío y 6,5 voltios para presión atmosférica. Si no quieres complicarte mucho con esto es suficiente para conectar aquí un polímetro y medir el vacío, pero es mejor completar el circuito. La mitad de un segundo LMC662 hace de ajuste de amplitud. Por si se quiere emplear la señal externamente he pensado que es mejor que varíe entre 0 y 10 voltios. Con RV4 se ajusta la ganancia de este amplificador para que la salida a presión atmosférica sean 10 voltios. Se ve que la salida de este amplificador se aplica al instrumento de medida. Si quieres medir con un circuito basado en un arduino deberías tomar la señal del terminal 1 de J3.
Yo prefiero para este circuito emplear un medidor analógico de aguja, en concreto de 1 mA de fondo de escala. En modificaciones que hicieron sobre mi anterior circuito con la PT100 hacían hasta tres cambios de escala con un conmutador. La precisión de este tipo de sensores no da para tanto, pero tal vez dos escalas puedan se convenientes. Pero en este caso en vez de un conmutador las he realizado electrónicamente.
La otra mitad del segundo LMC662 esta configurada como un Smith-triger. Cuando la señal es superior a 3 V la salida de U3:A es cero el led D6 esta apagado y el FET Q2 no conduce. Entonces el miliamperímetro cierra el circuito con R15 y RV3 que se deberá ajustar a fondo de escala para presión atmosférica.
Cuando la presión baja de tal manera que el voltaje es menor de 3 V (lo cual correspondería a una presión de aproximadamente 300 mBar) La salida de U3:A es alta, lo cual hace que el FET Q2 conduzca por lo que el circuito del miliamperímetro se cierra poniendo en paralelo con las anteriores RV2 Y R14. Además se enciende el Led D6 para indicarnos que esta en la escala de alto vacío.
El circuito tiene histéresis gracias a la realimentación positiva de R20, para evitar que salte de una escala a otra innecesariamente.
Para poner a punto el medidor.
Con todos los componentes montados y asegurándonos de que la tensión de alimentación es correcta. Conectamos la sonda a una bomba de vacío, preferiblemente turbo molecular o de difusión ya que lo primero que debemos hacer es calibrar el cero. ponemos la bomba en marcha conectamos la sonda y la dejamos un rato prudencial para que consiga el mejor vacío posible.
Conectamos un polímetro digital entre el terminal 1 de J2 y masa en la escala de 20 voltios DC. Cuando suponemos que se ha alcanzado un vacío alto ajustamos el potenciómetro RV1 de 5 K para que voltaje medido por el polímetro sea cero. Ahora ajustaremos para presión alta. Cortaremos el vacío y ponemos la sonda a presión atmosférica. Entonces ajustamos el potenciómetro RV4 de 5k para que la tensión medida por el voltímetro sea 10 V.
Si no tenemos mas que una bomba mecánica como las de frigorista el máximo vacío que conseguiremos con ella suponiendo que todo este bien conectada será de unos 50 microbares. entonces tendremos el cero mal puesto, por eso después de estos dos ajustes pasamos de nuevo a realizar el vacío mas alto que podamos y reajustamos el potenciómetro RV1 para un voltaje medido de 70 milivoltios. De nuevo ajustamos las presión atmosférica.
Una vez hecho esto podemos aplicar la siguiente tabla de equivalencia en la escala de un voltímetro de aguja o mediante un arduino con una tabla de conversión. La presión esta en microbares y el voltaje en milivoltios.
Presión Voltaje.
__0_________ 0
_10_______240
_20_______410
_50_______740
100______1150
200______1890
500______3260
__1k_____4520
__2k_____5810
__5k_____7290
_10k_____8190
_20k_____8780
_50k_____9190
100k_____9320
200k_____9430
500k_____9650
Atm.____10000
A continuacion la placa del circuito impreso.
