۞ Versuchschemie.de :: - Eigenbau eines Pirani-Vakuummessgerätes
Zum Portal Experimente Periodensystem Über_VC Foren-Index Suche
    Registrieren      Login        

Eigenbau eines Pirani-Vakuummessgerätes
Gehe zu Seite 1, 2, 3, 4  Weiter
Neues Thema eröffnenNeue Antwort erstellen || Forum-index » Chemie » Physikalische Chemie » Eigenbau eines Pirani-Vakuummessgerätes Printable version
Autor Nachricht
MasterOfDisaster



Hier seit: 08.06.2004
Beiträge: 6607

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 00:33  Titel:  Eigenbau eines Pirani-Vakuummessgerätes Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Hier wird die kürzlich geführte Diskussion über den Eigenbau eines Druckmessers nach Pirani-Prinzip fortgeführt.

Grundsätzliches: In einem Pirani-Drucksensor befinden sich zwei Glasröhren mit Heizdrähten. Die eine Röhre ist evakuiert und verschlossen (Referenzzelle), die andere Röhre ist offen und steht mit der umgebenden Atmosphäre in Kontakt.

Image

Die Funktionsweise besteht darin, daß eine konstante Heizspannung an beiden Drähten anliegt und über eine Wheatstone-Brücke der Ausgleichsstrom zwischen beiden Messzellen ermittelt wird. Der Ausgleichsstrom kommt durch die unterschiedlichen Widerstände der beiden Drähte bei unterschiedlichen Drücken zustande. Dies wiederum ist eine Folge der stärkeren/geringeren Erhitzung des Messdrahtes bei geringerem/höherem Druck. Bei niedrigem Druck sind nämlich nur wenige Gasmoleküle vorhanden, die Wärme vom Heizdraht abtransportieren könnten. Dementsprechend wird der Draht - bei konstanter Spannung - heisser und sein Widerstand nimmt etwas zu.
In der Praxis werden normalerweise Platin- oder Wolfram-Heizdrähte verwendet; für unsere bescheidenen Hobby-Anwendungen wäre aber wohl auch Konstantan ausreichend und hätte den Vorteil, leicht ersetzt werden zu können.
Der Anwendungsbereich einfacher Pirani-Sensoren erstreckt sich ganz grob auf den Bereich 10-3 mbar bis etwa 40 mbar. In diesem Bereich ist eine nahezu lineare Abhängigkeit von Strom/Widerstand und Druck bei Luft zu beobachten. Ein Pirani-Messgerät wird sinnvollerweise in Verbindung mit Drehschieberpumpen verwendet, weil deren Arbeitsbereich praktisch im Anwendungsbereich des Pirani-Prinzips liegt.

Soviel zum Hintergrund.
Nun wollte ich hier die Diskussion eröffnen, wie man so einen Sensor wohl am besten bauen könnte. Ich habe mir noch keine grossen Gedanken dazu gemacht, weil ich keinen wirklichen Bedarf hatte. Aber für einige andere User könnte so ein Eigenbau durchaus interessant sein.
Mein Hauptproblem bei der Konstruktion ist z.Zt. noch, wie man eine vakuumdichte Durchführung (einen Flansch ?) für die elektrischen Kontakte basteln könnte.
Die erste Idee wäre, einfach isolierte Drähte durch Bohrungen in einer Blindflansch-Kappe zu stecken und diese mit Epoxidharz zu versiegeln oder gleich richtig heftig zu vergiessen.
Das nächste Problem ist die Kontaktdurchführung bei der Referenz-Zelle. Könnte man aber vielleicht auch noch mit Epoxi hinpfuschen.

Wen das Thema interessiert, der darf gerne Ideen beisteuern.
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
ultrachemiker
 Moderatoren helfen, wo sie können.
Was ist ein Superuser?


Hier seit: 08.12.2005
Beiträge: 7060

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 00:43  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Hey das ging ja richtig schnell! Aber sag mal ehrlich, für den Selbstbau braucht man doch mehr als grundlegende Kenntnisse der Elektrotechnik und sollte schon wenigstens ein Mini-Elektrolabor zuhause haben, oder? Leider trifft beides bei mir nicht zu, dafür kenne ich aber einen Elektriker. Vllt. kann der weiterhelfen.
Priorität: erst Private Nachricht, dann Email!
VerstecktBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
MasterOfDisaster



Hier seit: 08.06.2004
Beiträge: 6607

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 00:51  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Ich sehe hauptsächlich bei den mechanischen Aspekten Probleme bei der Konstruktion. Die Elektronik ist ein Witz dagegen.
Eine Konstantspannungsquelle, ein oder zwei Potentiometer zum Abgleichen (im Idealfall nur einmal nötig), ein Drehspulinstrument und zwei kleine Wicklungen aus Draht - fertig.
Die einzige Herausforderung besteht bei der Elektronik darin, die richtige Drahtlänge und den passenden Draht zu finden. Da wird ein Bisschen Raten & Probieren nötig sein.
Könnte auch passieren, daß ein kleiner Verstärker für den gemessenen Strom notwendig wird. Ich habe keine genaue Vorstellung davon, in welchem Bereich die Ströme liegen. Wahscheinlich im Mikro- bis unteren Milliampere-Bereich. Muss mal sehen, was ich noch an Widerstandsdraht rumliegen habe und ein Bisschen zaubern. Ich werde wohl auch mal an meinem VAP5-Sensor ausmessen, in welcher Grössenordnung der Drahtwiderstand der beiden Messzellen liegt.
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
ultrachemiker
 Moderatoren helfen, wo sie können.
Was ist ein Superuser?


Hier seit: 08.12.2005
Beiträge: 7060

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 00:56  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Für Dich ist die Elektronik ein Witz, für mich dagegen ein Buch mit sieben Siegeln. Wie gesagt, kann ich auch gerne nochmal "meinen" Elektriker befragen.
Priorität: erst Private Nachricht, dann Email!
VerstecktBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
MasterOfDisaster



Hier seit: 08.06.2004
Beiträge: 6607

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 01:04  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Jo, frag ruhig mal, was er von der Machbarkeit der Konstruktion hält.
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
ultrachemiker
 Moderatoren helfen, wo sie können.
Was ist ein Superuser?


Hier seit: 08.12.2005
Beiträge: 7060

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 01:08  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Werde ich tun...
Priorität: erst Private Nachricht, dann Email!
VerstecktBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
SOFtCell


Alter: 40
Hier seit: 14.12.2005
Beiträge: 499

germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 01:18  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Von der elektrischen Seite sehe ich kein Problem: anstelle des Drehspulinstruments von Conrad ein Spannungsmessmodul (aber mit eigener galvanisch getrennter Stromversorgung). Dazu ein Netzteil (Spannungsstabilisiert). Dazu könnte man sogar ein altes Computer-Netzteil verwenden (diese sind auf der 3.3V-Schiene stabilisiert). Zu den 'Sonden': Wie wäre es mit Halogenstäben? Diese besitzen einen W-Draht? Möglicherweise sogar Glühbirnen (mit möglichst geringer Leistung, dann ist der Widerstand höher)? Dazu noch ein Festwiderstand und ein Abgleichpotentiometer zur Justage der Brücke... Fertig ist die Elektronik... Anstelle des Spannungsmessmoduls kann man auch ein Multimeter verwenden...
Der andere konstuktive Teil gestaltet sich etwas schwieriger... Da habe ich noch keine 'simple' Lösung ....
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
Marcel
 Moderatoren helfen, wo sie können.


Alter: 25
Hier seit: 12.01.2005
Beiträge: 2095
Wohnort: Hessen
germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 11:23  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Ich habe hier was was seeeehr interessant sein könnte.
"Russische Batterieröhren"
Image

Die Anode, Kathode und die Gitter sind zwar nutzlos aber man hat einen Heizdraht der immer den gleichen Widerstand hat.
Man müsste lediglich eine der Röhren oben aufschneiden/brechen und fertig!
Image

So eine Röhre kostet um die 20cent (  www.pollin.de ) und die Messergebnisse werden wesentlich genauer sein als mit selbst hergestellten.

Im Prinzip kann man JEDE Elektronenröhre dazu benutzen. In einem alten Röhrenradio ist genug Material vorhanden.
Nur die Abmessungen dieser kleinen Röhren bieten sich an.
_________________
Zur Allmächtigkeit Gottes.
Kann Gott einen so großen Stein erschaffen, dass er ihn nicht mehr heben kann. Entweder er kann ihn nicht erschaffen oder er kann ihn nicht heben.
Priorität: erst Private Nachricht, dann Email!
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
SOFtCell


Alter: 40
Hier seit: 14.12.2005
Beiträge: 499

germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 11:48  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Für diese Art des Sensors ist es im Übrigen wichtig, dass der Strom erst fließt, wenn ein gewisser Mindestdruck erreicht ist, da der Glühdraht ansonsten oxidiert und dadurch unbrauchbar wird (Veränderung des Widerstands, wenn nicht sogar Bruch)...
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
Marcel
 Moderatoren helfen, wo sie können.


Alter: 25
Hier seit: 12.01.2005
Beiträge: 2095
Wohnort: Hessen
germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 12:10  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Die ganze Röhre ist nichtmal so dick wie eine Zigarette. Von dem Querschnitt des Heizdrahtes ganz zu schweigen.
Der Heizdraht würde augenblicklich durchbrennen!
Die Röhre, eine 1Ж18Б, oder in normaler Schrift 1SH18B hat eine Heizspannung von 1,2V bei 24mA.
Also diese Röhre kann wirklich nicht viel abhaben!

Das gute wäre, dass die Röhren nicht viel kosten. So könnte man sie einfach austauschen falls man sich doch mal veschätzt hat und eine durchbrennt.
Alternativ könnte man auch andere Röhren Nehmen.
Eine Diodenröhre bietet sich in sofern an, dass sie recht lang ist. So hat man mehr Platz alles abzudichten ect..
Image
(PY88)

Man könnte die Röhre den Umständen anpassen. Groß, klein, dick, dünn...
Nur sollte man darauf achten, dass man keine sehr teuer verwendet. Manche Röhren kosten einige 100€...
_________________
Zur Allmächtigkeit Gottes.
Kann Gott einen so großen Stein erschaffen, dass er ihn nicht mehr heben kann. Entweder er kann ihn nicht erschaffen oder er kann ihn nicht heben.
Priorität: erst Private Nachricht, dann Email!
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
MasterOfDisaster



Hier seit: 08.06.2004
Beiträge: 6607

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 12:18  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Um den Glühdraht zu schützen könnte man a) eine Strombegrenzung mit einbauen oder b) den Sensor erst einschalten, wenn bereits Vakuum anliegt. Dann wäre er aber beim Belüften in Gefahr...also doch besser Variante a).
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
SOFtCell


Alter: 40
Hier seit: 14.12.2005
Beiträge: 499

germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 13:15  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
@master
ich fürchte, eine Strombegrenzung alleine reicht nicht. Der Glühdraht darf in oxidierender Atmosphäre nicht warm werden. Bei mir auf der Arbeit wird an den alten Massenspektrometer peinlich darauf geachtet, dass die Anzeige erst eingeschaltet wird, wenn ein Mindestdruck erreicht ist. Die neueren Geräte haben einen 'Druckschalter', welcher dies automatisch erledigt.
Im übrigen denke ich, dass der Unterdruck einer Wasserstrahlpumpe (Enddruck) dafür ausreichen dürfte (16mbar @ RT) diese Art von Manometer zu verwenden ...
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
MasterOfDisaster



Hier seit: 08.06.2004
Beiträge: 6607

blank.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 16:32  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Stellt sich eh die Frage, wie hoch man die Drähte heizen muss. Ich denke sicher nicht bis zur Rotglut, eher bis auf 100-200°C.
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
SOFtCell


Alter: 40
Hier seit: 14.12.2005
Beiträge: 499

germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 17:45  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Je niedriger, umso linearer... aber irgendwo ist eine Grenze durch Rauschen gegeben (BTW: dies könnte als Temp-Sensor ausgenutzt werden, da thermisches Rauschen prop. wurzel abs. Temp...). Ich würde sagen für o.g. 24mA wären 1...2mA i.O.
Jetzt müsste man nur wissen, wie gut das Vakuum in den Röhren ist, dann bräuchte man die 'Referenz-Röhre' nicht öffnen, sondern nur die Mess-Röhre mit dem zu evakuierenden System verbinden...
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Autor Nachricht
Marcel
 Moderatoren helfen, wo sie können.


Alter: 25
Hier seit: 12.01.2005
Beiträge: 2095
Wohnort: Hessen
germany.gif
Verfasst am: 19/2/2006, 18:10  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben
Ja, aber leidet findet sich nirgendwo im Internet eine Angabe wie hoch der Druck in einer Röhre ist.
_________________
Zur Allmächtigkeit Gottes.
Kann Gott einen so großen Stein erschaffen, dass er ihn nicht mehr heben kann. Entweder er kann ihn nicht erschaffen oder er kann ihn nicht heben.
Priorität: erst Private Nachricht, dann Email!
OfflineBenutzer-Profile anzeigenPrivate Nachricht senden  Display: 5766
Neues Thema eröffnenNeue Antwort erstellen || Forum-index » Chemie » Physikalische Chemie » Eigenbau eines Pirani-Vakuummessgerätes
Gehe zu Seite 1, 2, 3, 4  Weiter



Software: p-h-p-B-B-2 plus 1 Punkt 5