APÉNDICE A

LOS MEDIDORES DE BAJA PRESIÓN

En este apéndice exponemos en la tabla III una reseña histórica del desarrollo de los medidores de vacío como función de los diferentes elementos físicos aprovechados. También presentamos una descripción más técnica del medidor de vacío por ionización de cátodo caliente, el cual por sus características se utiliza con frecuencia en los sistemas de alto vacío.

TABLA III. Desarrollo de los medidores de vacío: 1660-1983

ELEMENTO FÍSICO APROVECHADO: PRESIÓN
Clase	Tipo	Intervalo (torr)	Inventor	Notas
Columna líquida	Manómetro de Hg	760-10-1	Boyle (1660)	Tubo U inclinado diferencial
Mecánico	Bourdon	760-20		No depende del tipo de gas
	Diafragma	760-10-1		No depende del tipo de gas
	Manómetro de capacitancia	10-10-4	Olsen y Hirst (1929)
Compresión	McLeod	10-10-2	McLeod (1874)	Dependencia parcial, no lee presiones de vapor
ELEMENTO FÍSICO APROVECHADO: VISCOSIDAD
Clase	Tipo	Intervalo (torr)	Inventor	Notas
De elemento suspendido	Medidor de torsión	1-10-4	Sutherland (1897)	Mide la viscosidad del gas
	Fibras oscilantes	1-10-4	Langmuir (1913)	Dependen del tipo de gas
	Medidor de decremento	1-10-4
	Rotación molecular	1-10-4
	Medidor de resonancia	1-10-4
ELEMENTO FÍSICO APROVECHADO: TRANSFERENCIA DE MOMENTO
Clase	Tipo	Intervalo (torr)	Inventor	Notas
Radiómetro	Knudsen	10-10-3	Knudsen (1910)	No depende del tipo de gas
ELEMENTO FÍSICO APROVECHADO: CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Clase	Tipo	Intervalo (torr)	Inventor	Notas
	Pirani	760-10-4	Pirani (1906)	Depende del tipode gas
	Termopar Termistor	760-10-4	Voege (1906)	Menor sensibilidad a menor presión
ELEMENTO FÍSICO APROVECHADO: IONIZACIÓN
Clase	Tipo	Intervalo (torr)	Inventor	Notas
Cátodo caliente	Colector largo	10-3-10-8	V. Baeyer (1909)	Producción de iones positivos
	Bayard-Alpert	10-4 a 4 x 10-12	Bayard y Alpert (1950)	Utilizado a baja presión
	BAG modulado	10-4- 10-13	Readhead (1960)
	Extractor	10-5 - 10-16	Readhead (1966)
	De haz doblado	10-5 - 10-16	Helmer y Hayward (1964)	Dependen del tipo de gas
	Magnetrón	10-6 a 3 x 10-18	Conn y Daglish (1954)
Cátodo frío	Magnetrón invertido	10-4 a 3 x 10-6	Beck y Brisbane (1952)
	Penning	10-3 - 10-6	Penning (1937)	Descargas eléctricas en el campo magnético
	Magnetrón	10-5 a 5 x 10-13	Readhead (1959)
	Radioactivo	200 a 5 x 10-4	Downing y Mellen (1946)	Dependen del tipo de gas

EL MEDIDOR DE IONIZACIÓN DE CÁTODO CALIENTE

El medidor por ionización de cátodo caliente consta básicamente de un filamento (cátodo), una rejilla y un colector (de iones). Su funcionamiento se puede explicar de la siguiente manera: cuando se hace pasar una corriente por el filamento, éste emite electrones que golpean la rejilla; la rejilla a su vez emite rayos X suaves, y estos rayos provocan la fotoemisión de electrones en el colector de iones. Este es un proceso que no depende de la presión (Figura A.1).

Figura A.1. Medidor de cátodo caliente convencional.

En un gas de bajas presiones (menores de 10^-4 torr), el número de iones positivos producidos por el paso de una corriente de electrones es linealmente proporcional a la densidad de las moléculas del gas. Una medición en la corriente de iones es una medición de la presión a una temperatura dada.

El número de ionizaciones hechas por un electrón que pasa a través de un gas, depende del tipo de gas y de la energía cinética de los electrones. Por estudios de ionización en diferentes gases se sabe que la probabilidad mayor de ionización para casi todos los gases ocurre alrededor de los 150 volts, por esta razón, la energía de los electrones en un medidor de este tipo se fija en 150 volts.

Los medidores de ionización por cátodo caliente fabricados hasta 1950 podían medir valores de la presión de aproximadamente 10^-8 torr. En 1950 Bayard y Alpert hicieron una modificación en el medidor de ionización de cátodo caliente para poder medir presiones menores que 10-8 torr. Ellos reemplazaron el colector cilíndrico de iones positivos por un alambre muy fino (0.01 mm) localizado dentro de la rejilla. Además, el filamenfo del medidor Bayard-Alpert se coloca afuera de la estructura de la rejilla, en forma diferente al medidor de cátodo caliente (Figura A.2).

Figura A.2. Modificación hecha por Bayard y Alpert.

La existencia del efecto de los rayos X fue demostrada por Bayard y Alpert comparando la corriente de iones en el colector con el voltaje de la rejilla, y encontraron que en su medidor se reducía dicho efecto hasta una presión de 5 x 10^-12 torr.

Este medidor es efectivo para sistemas comunes de vacío. Sin embargo, para los laboratorios de simulación espacial no es útil, ya que el espacio se encuentra a una presión de ~10^-16 torr. Los medidores que se requieren son ahora una modificación de espectrómetros de masas con un multiplicador de electrones hecho por W. D. Davis en 1962, y que funcionan como analizadores del gas residual de las cámaras, dando medidas de presión menores que 10^-18 torr.