DYI-pirani vakummätare

[xxargs]

Har börjat med en första test att göra pirani vakummätare.

Har sedan tidigare säljtrådar köpt en riktig pirani-sensor med med hårdvakum referenstub och har förmodligen platina-trådar i sig.

Men innan man gör något dumt på den och får den förstörd så testar jag på glödlampor - som man slipar ett litet hål på i toppen på den ena av dessa och använder den andra som referens med antagandet att det är hyffsad vakum i dessa - vilket dom flesta småglödlampor sägs ha - det är bara de större 230V-lamporna och xeon/halogen-glödlamprna som har gas i sig, vad jag sett hittils.

Dock har jag ännu inga schemor på hur piraniensor med referensrör skall kopplas in - det finns ett antal baserade på 1 st temistor eller glödlampa och återkoppling baserad på konstantemperaturhållning av termistorn, men termistorer av rätt sort är betydligt bökigare att få tag på än glödlampor...

Mitt problem är alltså hur referens och mätsensorn skall koppa in på wheatstonebryggan - är det i serie eller sitter dom på varsitt ben - skall dom matas med konstant spänning eller konstant ström ? eller skall dom köra med konstanttemperaturprincipen på båda med varsin reglerloop och därefter jämföra?. - förslag eller länkar till detta mottages gärna.

---

Hur eller hur så har jag gjort ett första test - basera på biltemas julgransbelysningslampor - 34 V 3 Watt närmare bestämt och provade enl. seriekopplingsprincipen och matat med konstant spänning.

jag Ohmmätte och parade lamporna så att dom var så lika möjligt (mental note innan nästa utprovning, löd in sladd på lamporna innan Ohm-mätning - att bara proba direkt på lampan ger tyvärr inte tillräckligt säkra värden pga. oxider och annat skit, trots att man klämmer till så mycket man vågar..)

I en sådan process så här i startläget så vet man inte riktigt vad man skall titta på - så givetvis mätte man inte några värden som man efteråt tycker vore _väldigt_ bra att ha - dvs. jag lödde inte in lamporna i serie och såg vilken spänning det var över dessa - innan jag tog hål på ena lampan...

(man ville heller inte ägna för mycket tid om lampan skulle gå sönder under hålslipningen - vanliga billampor med rund kolv sprack gärna och nästan alltid med mycket med sprickor i glaset och ibland glasbitar som slet av glödtråden mm. - spetsiga jullampor visade sig gå lätt att göra hål i utan allt för stora 'bieffekter')

Problemet var också hur mycket spänning skall man mata in på dessa - lamporna börja glöda synligt i becksvart rum redan vid 3-4 Volt, vilket indikerar runt 400 grader och är för varmt (glödtråden oxiderar i luft) - en huggskott så valde jag 1.5 Volt per lampa - dvs. 3.00 Volts matning när man hade 2 lampor i serie.

Slipningen av toppen skedde med dremmel och dess kapskiva och helt enkelt putsa toppen mot sidan av kapskivan tills det gick hål - det syns när det går hål då det plötsligt blir lite dimmigt inuti av glasdamm - jag lyckades få ut det mesta glasdammet igen genom att med tryckluft på burk och dess munstycke pressa mot hålet och trycka upp trycket en bit (hanskar och glasögon på!) och när det släppte så drog det med lite av dammen ut per gång man gjorde det tills det var hyffsat klart invändigt igen - jag uppfattade att även resistansen ändrade när man släppte in luft sig då multimeter trots allt skickat in lite mätström och värmer tråden en smula...

Därefter tog jag en tryckluftsnabbkoppel hanne för 12.5 mm slang och på slangsidan epoxylimmade jag toppen av glödlampan med hålet in mot slanganslutningen (isopropanoltvättning innan) - det verkar som blev tätt - dock förmodligen inte Henry-tätt eftersom hans pryttlar jobbar i en annan dimmension liksom... synd att man inte vet hur man gör glasförslutningar mot metall eller viken metall som behövs för detta och i rätt format (rör)...

Nu var det spännande - två lampor seriekopplade - applicera 3.00 Volt noga injusterat och vad blev det för spänning över den håltagna lampan - jo 0.884 Volt - vid atmosfärstryck, ganska långt ifrån dom tänkta 1.5 Volt vid full balans (det var här som det hade varit bra att mäta upp spänningarna _innan_ håltagningen...) - kopplade in sensorn till vakumpumpen med en kran mot pumpen och manometer (biltema 15-1366) - en koppling som jag vet sedan tidigare är tillräckligt tätt för att stå flera dagar vakumsugen innan visare börja röra sig igen - den är dock inte helt tät, hur fasen jag än gör... den är slangansluten mellan T-korset och mätaren så det finns misstanke att läckan kommer den vägen eller via dess nipplar eller gängningarna i T-korset - så fort det är slang med i bilden så verka det vara lögn att få det helt tätt hur man än drar åt på slangklämmor, använder gängtätning etc..

Koppla in vakumpumpen (julapump) och med kran sakta pysläcka så att man hinner studera tryckminskningen samtidigt som spänningsvärde över glödlampa (här är det fördel med glödtråd i jämförelse med termistor - glödtråd reagerar snabbt) - hände ingenting alls ens när visare på manometern nådde sin vanliga plats i ändläget vid full vakum (platsen varierar lite beroende på vädret utanför - dvs. barometerståndet!) - men kort stund efte började spänningsvärdena på lampan att ändra sig - eftersom allt var nystartat med lång slang som behöver gasa ur sig så var det ganska segt, men efter 10 minuter och full öppen kran så stannade värdet på 1.036 Volt över glödlampan. Stängde man kran så sjönk värdet igen ganska snabbt (ca 0.001 Volt/s) och öppnade man ingen så återgick värdet tämmligen snabbt. - det är kanske så känsligt att jag faktiskt ser läckan här, men kan också vara epoxylimmet eller något annat som gasar sig i det lilla utrymmet på kanske 75 ml ...

Med denna enkla koppling kunde jag också konstatera att vakumpumpen presterade högst vakum när den var halvvarm (och smattrade som värst) - men när den har gått 1 timme så är värdet lägre på ca 1.016 Volt eller så - vakumpumpen smattrar fortfarande men lite mjukare i detta läge - lite retligt, men beror antagligen på den varma oljan och dess lösta gaser/vattenånga... jag vill ha tvåstegs vakumpump - NU!, men de kostar ju så in i h****.

Problemet är att jag inte har någon referensmätare för att se hur bra vakum jag fått till - dels behöver man också referensmätare för att se hur bryggan jobbar då när spänningen blir högre över ena glödlampan (mätsensorn) så blir blir det mindre spänning över den andra och svalare tråd (och leder bättre ström) - hur påverkar det skalan? blir det någon kvadratisk funktion? - det är därför jag har frågeställningen hur bryggan skall se ut om spänningen skall ändra sig något så när linjär när trycket är 10log-skala som de flesta skalor av den här typen brukar vara.
Någon som har en spicemodell av en liten glödlampa liggande ??

och sedan har jag heller inte tillräckligt bra vakumpump för att komma mycket lägre än 0.5 mBar (gissning) - helst bör den gå under 10 µtorr om man skall göra en fullrange skala.

Så, just nu står jag vid den här punkten - och funderar på hur skall jag fortsätta - hur skall man kalibrera, går sådant räkna fram från teoretisk i kombination med praktiska lösningar och stega sig fram till en viss precision.. etc.

kan någon (Henry?) göra en referensmätning med sina elektronska mätare på ovanstående kopplingsexempel beskrivet ovan etc.

---

Typiskt är att man får tummen ur och provar ovanstående typ dagen innan man skall iväg ut på landet, så det här kommer att stå still minst en och en halv vecka för min del... men har ni några förslag, länkar mm. på pirani-inteface (och även spice-modell på glödlampa) så är jag väldigt intresserad av det.

[grym]

mycket intressant, anmäler mig till tråden för att kopiera ditt resultat om du får ordning på fulvarianten

har lite saker jag vill prova men saknar tid och utrustning

[Norpan]

Frontglaset på ett bildrör är ju limmat med nån epoxiliknande sörja och det brukar väl vara ganska bra vacuum i såna, så uppenbarligen finns det ju nåt lim som är gastätt.

[xxargs]

Hade man en kalibrerad tryckmätare och plottat en kurva för olika tryck (med högvakumpump) så hade man kunnat använda den här kopplingen rätt av bara med att mäta med multimeter över håltagna lampan och slå i tabell... - tills man orka göra inteface med en PIC/AVR och en display alternativt en visarinstrument och några OP-ampar

Men det är just kalibreringen som är utmaningen och man är lite i samma läge som en forskare skall göra sin första kalibrerade pryl - själv - eftersom det inte finns något att köpa (eller är för dyrt) och man måste gaffla in precisionen själv. - men det är klart - om någon med mätare och bra vakumpump också köpte biltemas jullampor (34V 3 W !). mäta upp dess Ohmtal - seriekoppla och mäta spänning före (vid 3.00 Volt matning) - slipa av toppen och anslut mot vakum och göra en tabell på spänningarna över lamporna vid olika vakum uppmätt med den riktiga mätaren sedan publicera tabellen här så skulle jag ju inte gråta (hint för er som har möjligheter! )

Kan ju finnas möjlighet om det är gjort att det går att reproducera för andra genom att skaffa samma lampor och koppling och ändå ha +/- 10% rätt

Om man tittar på kurvan så ser det ut som en frammåtlutande utdraget 'S' med lång rak del i mitten i en 10log tryckskala som x-led som finns tex. på http://www.ee.ualberta.ca/~schmaus/vacf/thermis.html, överdelen av 'S' startar runt 10 mBar - rak lutande passage från 1 mBar och nedåt i mitten och platta ut i underkanten av 'S' igen vid 10 - 1 µtorr. (0.013 - 0.0013 mBar) - det är här som mina funderingar är på hur bryggan skall utföras och hur det distorderar kurvan... - för om man tar mina värden och diagrammens min max-skala och jag har ungefär 25% av skaländringen - vilket i tabellen skulle indikera runt 500 µtorr eller 0.66 mBar - inte helt orimligt faktiskt - dock vet jag hur mycket Henry fick jobba med sin julapump för att nå 0.5 mBar och jag vet inte var min slutar vid att ha som refrenspunkt.

---
Man inser här att om en termos (eller vakumsugna solfångare) skall isolera bra så måste trycket vara under 10 µtorr (0.013 mBar) och helst ännu lägre... - vid 10 mBar så är isolationen nästan lika dålig som om det vore fylld med luft vid atmosfärstryck...

Nå - tyvärr måste det här vara på stå ett tag i vidare expriment - skall senare prova med strömgeneratorkoppling och diverse bryggkopplingar och ev prova med temperaturkonstant matning, även om jag inte inser hur just det skall fungera om man har referenstub...

(vitsen att har två tuber tätt ihopbundna är att man får temperaturkompensering i bryggan)

[joharohl]

Intressant idé. Vi har en liten testkammare på jobbet med bra vakummätare som man skulle kunna mäta kalibrering med. Enda problemet är tid, finns så mycket man skall hinna med. Om det blir tid över någon gång så skall jag se vad jag kan göra.

Får man fråga vad man som hobbyist vill göra med vakum?

[xxargs]

just nu är 'problemet' som sådant en utmaning - alla mekaniska (manometer-typ) mätare inom rimlig prisrymd slutar att visa något vettigt när vakumet är 50 mBar och lägre och har man pump som kan gå ned till 1 - 0.5 mBar så vill man helst kunna se det ocksåmed viss antydan till precision - utan att betala många tusen för en proffesionell mätare.

det är ju på hobbynivå...

[grym]

joharohl, kolla på henrys projekt, klart icke amatör

för min del så har jag annvänt undertryck från att torka kött
till att rensa rör invändigt inför heatpipes och liknande, exemeplvis då med vatten som media

det finns lite annat jag vill prova

att ha en vettig vakumgivare kan ibland vara så enkelt att man vill se när pumpen bottnar i undertryck, lite svårt att se det med vanliga mätare

[joharohl]

Kollade runt efter henrys lekstuga men hitta inget. Amatör är väll en defininitionsfråga. Vi kanske tänker på vakumteknik på olika sätt. Min enda kontakt med det är i samband med partikelstrålar och den sortens användning har jag svårt att se att någon vanlig (någon som inte får pengar av Vetenskapsrådet) dödlig person skulle ha så mycket nytta av.

Lite kul att höra vad man kan göra för praktiskt med undertryck i alla fall. Kanske skulle slänga in en skinkbit i högvakumet och se vad som händer. Skulle bli svårt att göra experiment sen dock...

[blueint]

Finns väl en del processer som endast kan äga rum i under visst tryck ..?, skulle kunna användas som referens. T.ex vakuumpumpas ju bildskärmar för att elektronstrålen ska nå fram. Därmed borde antalet elektroner som träffar vara ett mått på vakuumet?

[Mizzarrogh]

joharohl
Detta var vad Henry tänkt sig:
Ytreflekterande speglar

[joharohl]

tack för länken.

[Henry]

Problemet var också hur mycket spänning skall man mata in på dessa

Glödtråden skall egentligen inte glöda eller bara mycket svagt som man knappt ser i ett mörkt rum eller med bara om man kanske tittar på den med ett starkt förstoringsglas. Max en 200 grader eller så, eller inom ett område där det är tillrcäklig stor ändring i glödtrådens resistans. Har mätare som använder 100 - 200 grader på sin tråd vilket verkar vara rätt normalt med volframglödtrådar även om de är platina eller guldbelagda då de håller även för vanligt lufttryck utan att förlora något i livslängd.


epoxylimmade jag toppen av glödlampan med hålet in mot slanganslutningen (isopropanoltvättning innan) - det verkar som blev tätt

Tätt blir det på ett sätt men det hade inte kommit i närheten av mina grejer, epoxin hade gasat till förbannelse nästan hur länge som helst. Det går dock rätt ok att använda vid ner mot 10^-3 Torr ner dit kan man använda nästan vad som helst i tätning men och vid detta är det petigare. Det finns typer av tätning som påminner om lack för höga vakuum men det är alltså inte Epoxi eller ens lack i den bemärkelsen utan speciella grejer upplösta i likaså speciella typer av lösningsmedel. Allt noga kontrollerat förstås så det inte blir några rester kvar efter att det stelnat så det kostar lite. Det finns även speciella vaxer som kan användas långt ner i vakuum och de fungerar mycket bra dock lite dyra men man får en hel del.

synd att man inte vet hur man gör glasförslutningar mot metall eller viken metall som behövs för detta och i rätt format

Man använder normalt Dumet tråd för detta, du kan läsa lite om det här om du inte sett det innan:

http://www.dumet.net/glass_to_metal_seals.html
http://www.dumet.net/glass_to_metal_seal.html

Hade du gjort en liten beställning av Madmodder när han hade tråden med glasgrejer för en tid sedan så hade du haft färdiga trådgenomföringar i glas som du kunnat tagit dessa delar ifrån eller använt direkt. Detta var dessutom även borosilikatglas så det spricker normalt inte vid uppvärmning eller avsvalning, dock har det en högre smältpunkt än vanligt glas så man måste ha en ordentlig brännare. Det är ju mer kvarts i borosilikatglas så det blir aldrig lika flytande som vanlig glas vid samma temperatur men det är ändå fullt arbetsbart och mjukt då det blir som bäst lite som kall sirap kan man kanske beskriva det vid 1300 grader medan vanligt glas i princip rinner som rumstempererad sirap vid denna temperatur.


så fort det är slang med i bilden så verka det vara lögn att få det helt tätt hur man än drar åt på slangklämmor, använder gängtätning

Tätt är det på ett vis men är det inte en slang specifikt för vakuum så är det alltid mer eller mindre skit i dessa som gaser, lösningsmedel eller vad som eller vattenånga. Gjorde misstaget en gång att använda en gummislang som var för höga tryck och således tätare trodde jag när jag skulle testa sluttrycket en 2-stegs vakuumpump. Pumpen gick dock bara ner till knappt 10^-3 Torr men visste att pumpen var god för lite under 10E-4 Torr och att den skulle vara i tipp topp skick så jag fattade ingenting. Senare förstod jag att det förstås var slangen så testade jag med att löda ihop allt med kopparrör som anslutning direkt mot pumpens inlopp och mätaren och visst då gick den snabbt under 1 mikron som var vad mätaren klarade av, så jag rekommenderar dig att göra något liknande om du kan så du utesluter allt och bara kan koncentrera dig på mätarens värde.


Därmed borde antalet elektroner som träffar vara ett mått på vakuumet?

Det finns faktiskt vakuummätare som fungerar efter principen att använda elektroner som ett indirekt mått på vakuum. Elektroner accelereras iväg av ett kraftigt magnetiskt eller elektriskt fält och på vägen mot en (i ett fall av några få) upplindad spiralformad tunn volframtråd så träffar elektronerna på atomer som blir positiva joner vilka dras mot en annan upphängd tråd vilket skaparen svag ström. Denna vid kraftig vakuum extremt låga ström som då skapas som kan handla om så lågt som femto till attoampere i de lägsta regionerna kan man dock mäta en elektrometer och som ger en direkt relation till vakuumnivån. Dessa typer används dock enbart för kraftiga vakuum och börjar normalt bara användas strax vid eller efter den nivån en 2-steg vakuumpump klarar av som max i vakuum.

[xxargs]

Får man fråga vad man som hobbyist vill göra med vakum?

vill man evakuera luft ur slangar och behållare så är vakumpump väldigt bra, likaså om man inte vill ha gaser kontaminerad av luft och slipper spola ur slangarna. även att torka slangar och behållare om det har varit vatten eller lösningsmedel i dessa, vilket inte är så lätt eller kanske farligt att göra på annat sätt.

en direkt användning av vakum som jag har gjort och ser svårt att lösa på annat sätt är att torka silicagel och zeoliter (molecular sieve) till knastertorrhet (dvs. nära 0 %Rh) genom att torka dessa under vakum och 230 grader i ugn. Det räcker inte att bara låta dessa ligga i ugnen och torka under ett antal timmar, speciellt inte zeoliter då fukten sitter hårt fast i dessa och är redan till 70% mättat vid 1 % Rh fukt - med vakumsugning drar man ut ganska mycket mer vatten ur torkmedlet av kondens på utblåset och mjökfärgade oljan i vakumpumpen att dömma trots att det legat tunt utbrett i ugnen fllera timmar innan....

Att ha en vettig vakumgivare kan ibland vara så enkelt att man vill se när pumpen bottnar i undertryck, lite svårt att se det med vanliga mätare

I mina ögon ser min enkla uppkoppling i första inlägget en tydlig markör när pumpen bottar - klar tydlig markering att det händer något men inte i ändan av skalan - långt efter att mekaniska manometer slutat att röra sig.

konstaterade efter en andra körning efter att ha kopplat runt lite att jag bara fick 1.006 även efter väldigt lång tids pumpning - stängde kran och och manometer börja röra sig efter några timmar istället efter något dygn innan - så 'mätsensorn' verkar vara väldigt känsligt...

Med ovanstående kopplingn behövs bara en stabil strömkälla (regulator 3 Volt) - två glödlampor enligt ovan (så bra matchade som möjligt) ena håltagen och vakumuttag ansluten på något sätt och ett mätuttag för multimeter över sensorn med vakumuttaget - det hela ser ut att dra så lite ström (< 20 mA) att det skulle gå bra att batterimata.

och man helt enkelt mäter man upp vilken spänning det blir och notera som referens när man har gjort en så tät koppling som möjligt ( kopparrör och konade kopplingar hela vägen som sagt tidigare)

såg någonstans att 50% bivax och 50% 'rosin' (vad det nu är) ihopsmält skulle fungera ganska bra som lim även för ganska höga vakumnivåer - lätt att lossa (värme) och lätt att täta med typ lödpenna om det ändå skulle läcka...

nå - nu kommer jag att vara borta ett antal dagar så det dröjer ett tag innan jag skriver här igen

[PF013]

'Rosin' brukar betyda harts, dvs samma harts som används till fiolstråkar och flussmedel. Finns billigt på DX (och blir ett fungerande flussmedel löst i isopropanol). Skulle helt klart vara lattjo om man kan göra vakuumdugligt lim av det. Jag hade inte gissat på bivax, då det tenderar att lukta en del (vilket borde innebära att det gasar en del?)

[Henry]

Hade rekommenderat rent kolofonium/harts från DX i stället för att blanda upp det fungerar bra till grovvakuuum i alla fall, se längre ner om detta.

såg någonstans att 50% bivax och 50% 'rosin' (vad det nu är) ihopsmält skulle fungera ganska bra som lim även för ganska höga vakumnivåer

Höga vakuumnivåer kan vara relativt, för mig är högt vakuum runt 10^-6 Torr eller bättre men det börjar industriellt redan vid ungefär 10^-4 allt sämre än det betraktas som grovvakuum. För högvakuum ser jag ovan blandning som oanvändbar då det kommer att gasa en hel del bland mycket annat pga isopropanolen. Som ovan även nämner så om det överhuvudtaget luktar något av det, speciellt om det är lite lätt uppvärmt, så kommer det att gasa och även om det inte luktar kan det absolut gasa ändå men risken är mindre.

Harts generellt hade inte varit något jag hade använt mig av till högvakuum såvida det inte varit speciellt framtaget för det , det kan i vissa fall innehålla mycket små mängder organiska lösningsmedel. Bivax vet jag däremot ej hur det är med men är det helt luktfritt så är det kanske ingen omöjlighet till i alla fall grovvakuum, högvakuum skulle jag tagit det lugnt med.

Om harts kan jag tipsa om att använda DX kolofonium för det visar sig vara förhållandevis rätt så rent av sig och jag har faktiskt använt det för tätning av en mätare som jag fäste till en vakuumpump för test och det verkar som det höll tätt för jag kom i alla fall ner till rätt vakuumområde. Det var dock en stor pump så en ev lite mindre läcka hade jag inte märkt av som man kanske hade gjort med en mindre pump. Till högvakuum hade jag dock inte att använt det men till grovvakuum verkar det vara ok vad jag testat i alla fall och då du inte har någon 2-stegs pump så bör det fungera helt ok.

Det är bra med för det är lätt att smälta så det blir mycket lättflytande så det kan rinna ner i gängor och dylikt och blir stenhårt när det stelnar. Det är dock inte helt bra på ett sätt då det kan bildas små sprickor efter stelning men är underlaget det är på också varmt och man har på lite större mängd harts så hindras det till stor del.


Sedan undrar jag varför du vill ha två glödtrådar? Det räcker med en om det är lite lägre tryck man vill mäta och det är mer eller mindre konstant temperatur runt mätaren. Temperaturkompensering behöver du bara om temperaturen i rummet kommer att ändra sig en del inte direkt annars som jag ser det.

Hittade ett schema nu som jag hittade på nätet för en tid sedan som kanske kan vara till användning, såvida du inte redan har det vls, och som bara använder en glödtråd.

http://people.umass.edu/dac/projects/Li ... ematic.png

Tror att jag även ev kan ha schemat till en kommersiell piranimätare som jag har några av som använder sig av en wheatstonebrygga men, tror jag, två glödtrådar där ena är för kompensering av temperatur men går kanske att anpassa till andra lampor eller glödtrådar. Kan skicka schemat till dig om jag hittar det om det kan vara av intresse, det är ganska så enkelt om jag inte minns fel. Kopierar du schemat så kan du sedan få tag på röret som används till denna typ för en helt ok summa på Ebay för de brukar säljas där ibland men som inte för sällan kan sluta på mer än vad en komplett mätare kostar. Du kan få tag på en hel komplett mätare där till detta rör om du har bra med tur för 250:- inkl frakt, de brukar även gå som köp nu men det brukar landa på det dubbla inkl frakt.

I denna pdf så finns det även några grafer som visar spänning ut vid olika vakuumnivåer så jag kan ta och leta efter den om du vill för den kan kanske ge lite extra idéer.