¿Cómo funcionan los medidores de presión directa?
Medidores con lectura de presión independiente del tipo de gas
Los medidores mecánicos miden la presión de forma directa registrando la fuerza que ejercen las partículas (moléculas y átomos) de un espacio lleno de gas sobre una superficie en virtud de su velocidad térmica.
Medidores de Bourdon
En estos equipos, el interior de un tubo doblado para formar un arco circular (el denominado "tubo de Bourdon") (3) se conecta al recipiente del que vaya a efectuarse la evacuación (Fig. 3.2). Por efecto de la presión ambiente externa, el extremo del tubo se dobla en mayor o menor grado durante la evacuación, y se acciona el mecanismo de puntero incorporado (4) y (2). Puesto que la lectura de presión depende de la presión atmosférica externa, la exactitud de estos dispositivos solo llega hasta aproximadamente los 10 mbar, siempre y cuando no se corrija la modificación que se produce en la presión atmosférica.
Fig. 3.2: Sección transversal de un medidor de Bourdon.
- Conexión del tubo a la brida de conexión
- Puntero
- Tubo de Bourdon
- Sistema de palanca
Medidores de diafragma
Medidores de cápsula
El diseño más conocido de un medidor de diafragma es un barómetro con cápsula aneroide a modo de sistema de medición. Contiene una cápsula de diafragma hermética, evacuada y de paredes finas, fabricada con una aleación de cobre y berilio. A medida que cae la presión, el diafragma de la cápsula se expande. Este movimiento se transmite a un punto por medio de un sistema de palanca. El medidor de cápsula, diseñado conforme a este principio, indica la presión en una escala lineal (de forma independiente de la presión atmosférica).
Medidor de diafragma DIAVAC
Suele necesitarse la lectura de presión más exacta posible para valores por debajo de los 50 mbar. En tales casos, lo más indicado es usar un medidor de diafragma distinto, el DIAVAC, cuya escala de presión se prolonga considerablemente entre el 1 mbar y los 100 mbar. La sección del interior en la que se encuentra el sistema de palanca de la cabeza manométrica (2) (véase la Fig. 3.3) se somete a una evacuación conforme a un valor de referencia de presión pref inferior a 10-3 mbar. El cierre del depósito tiene forma de diafragma corrugado (4) de acero especial. Mientras no se haya evacuado el recipiente, el diafragma permanece presionado firmemente contra la pared (1). A medida que aumenta la evacuación, se reduce la diferencia entre la presión cuya medición vaya a efectuarse px y la presión de referencia. Al principio, el diafragma se dobla solo ligeramente, pero a menos de 100 mbar lo hace en mayor grado. En la unidad DIAVAC, la dobladura del diafragma se transmite asimismo a un puntero (9). El rango de medición de entre 1 y 20 mbar se amplía considerablemente para poder efectuar lecturas de presión con bastante exactitud (hasta aproximadamente los 0,3 mbar). La sensibilidad ante las vibraciones de este instrumento es algo superior a la del medidor de cápsula.
Fig. 3.3: Sección transversal del medidor de diafragma DIAVAC DV 1000.
- Base
- Sistema de palanca
- Brida de conexión
- Diafragma
- Presión de referencia pref
- Extremo de pinzamiento
- Lámina reflectante
- Lámina de plexiglás
- Puntero
- Lecho de vidrio
- Placa de montaje
- Carcasa
Los medidores de cápsula efectúan mediciones con exactitud hasta los 10 mbar (como consecuencia de la escala lineal, son menos exactos en el límite de baja presión de la escala). En caso de que vayan a efectuarse mediciones únicamente para presiones inferiores a los 30 mbar, se recomienda usar la unidad DIAVAC, ya que su lectura (véase anteriormente) es sustancialmente más exacta. Si se necesita una exactitud de medición extraordinaria, deben usarse medidores de diafragma. En caso de tener que medir presiones bajas y con exactitud, y en consecuencia se elija un rango de medición de, p. ej., hasta 100 mbar, deja de ser posible efectuar mediciones de presiones más elevadas, ya que estos medidores cuentan con una escala lineal. Todos los medidores mecánicos son sensibles a las vibraciones hasta cierto punto. Las vibraciones de pequeña envergadura, como las que se producen como consecuencia de una conexión directa con una bomba auxiliar, no suelen resultar perjudiciales.
Medidores de deformación/piezorresistivos
La deformación del diafragma también puede medirse por medios eléctricos en forma de "extensión" o modificación de la capacitancia. Anteriormente se hacía uso de cuatro extensómetros (cuya resistencia se modifica con la flexión del diafragma, esto es, cuando se aplica esfuerzo de tracción), montados en un diafragma metálico situado en un circuito de puente. En Leybold se ha dado una denominación especial a estos instrumentos: MEMBRANOVAC. Posteriormente, se utilizaron diafragmas de silicio que contenían cuatro de estas "resistencias a la deformación" directamente en su superficie. De nuevo, la disposición de los componentes eléctricos consistía en un circuito de puente; asimismo, se suministraba una corriente continua a dos puntos esquineros opuestos, al tiempo que se obtenía una señal de tensión lineal proporcional a la presión en las otras dos esquinas. En la Fig. 3.4 se indica el principio de funcionamiento de esta disposición. A estos instrumentos se los denominaba anteriormente PIEZOVAC y en la actualidad, DI/DU2000; siguen usándose en muchas situaciones.
Fig. 3.4: Sensor piezoeléctrico (diagrama básico)
Medidores de diafragma de capacitancia
Medir la flexión como parte de un circuito de puente ofrece un excelente grado de exactitud, pero en un rango limitado. Un método más avanzado consiste en medir la deformación del diafragma en forma del cambio de capacitancia de un condensador de placas: un electrodo es fijo y el otro lo conforma el diafragma. Cuando el diafragma se dobla, se modifica la distancia entre los electrodos y, por consiguiente, también la capacitancia del condensador. En la Fig. 3.5 se indica el principio de funcionamiento de esta disposición, empleada en la gama CEREVAC CTR. Se distingue entre sensores con diafragmas metálicos y cerámicos. Los medidores de diafragma de capacitancia se usan para presiones que van de la atmosférica a los 1·10-4 mbar (a presiones de menos de 10-4 mbar, la incertidumbre de las mediciones se incrementa con rapidez). Para verificar que se produzca una deformación suficiente del diafragma a presiones así de bajas, se hace uso de diafragmas de distintos grosores para los diversos valores de presión. En todo caso, es posible medir la presión con los sensores hasta exactitudes del grado de 3 potencias de diez:
De 1000 a 1 Torr
De 100 a 10–1 Torr
De 10 a 10–2 Torr
De 10 a 1–3 Torr
De 10–1 a 10–4 Torr
Para incrementar aún más la exactitud, también puede calentar la celda capacitiva. En este caso, la celda capacitiva está fuertemente aislada de la temperatura ambiente y hay un pequeño filamento calefactor que calienta la celda hasta una temperatura fijada. De este modo, se facilita la tarea de eliminar cualquier variación debida a las fluctuaciones de temperatura ambiente. También se emplea al trabajar con gases de los que no quiere que se condensen dentro del medidor, ya que se produciría un punto frío en el sistema.
Fig. 3.5: Sensor capacitivo (diagrama básico)
Si las presiones que van a medirse superan estos límites de rango, se recomienda usar una unidad multicanal con dos o tres sensores.
En consecuencia, el medidor de diafragma de capacitancia constituye, a todo efecto práctico, el único instrumento de medición que es independiente del tipo de gas y está diseñado para presiones de menos de 1 mbar. Hoy en día existen dos tipos de sensores capacitivos:
- DI/DU 200
- CTR100N/101N
Fundamentos de la tecnología de vacío
Descargue nuestro libro electrónico "Fundamentos de la tecnología de vacío" para descubrir los procesos y elementos esenciales de las bombas de vacío.
Referencias
- Símbolos de vacío
- Glosario de unidades
- Referencias y fuentes
Símbolos de vacío
Símbolos de vacío
Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo
Glosario de unidades
Glosario de unidades
Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas
Referencias y fuentes
Referencias y fuentes
Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
Símbolos de vacío
Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo
Glosario de unidades
Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas
Referencias y fuentes
Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
