"الضغط الفراغي" هو أحد تلك المصطلحات التي تسبب الارتباك لأن الناس يستخدمونه بطريقتين مختلفتين:
- الفراغ كنظام ضغط (الضغط المطلق المنخفض داخل الغرفة)
- فراغ كمقياس للقراءة (ضغط تحت الغلاف الجوي، يظهر كـ "مقياس سلبي" أو "فراغ inHg")
إذا كنت تختار جهاز استشعار الضغط، أو معايرة نظام التفريغ، أو كتابة المواصفات، فيجب عليك ذكر ذلك المرجع (المطلق مقابل النسبي للغلاف الجوي) و الوحدة (Pa، mbar، Torr، inHg).
1) ما هو الضغط الفراغي؟
الفراغ "أقل من الغلاف الجوي" (بلغة القياس)
غالبًا ما يعرّف صانعو الأدوات الفراغ بأنه الضغط السلبي أقل من الضغط الجويباستخدام الضغط المحيط كمرجع.
وهذا التعريف عملي في البيئات النباتية: إذا كان الضغط الجوي هو "الصفر"، فإن الفراغ هو ببساطة "أقل من الصفر".
الفراغ هو "الضغط المطلق المنخفض" (في تكنولوجيا الفراغ)
في علوم وهندسة الفراغ، يتم التعامل مع الضغط عادة على أنه الضغط المطلق (يشار إليه بالفراغ). الضغط المطلق لا يمكن أن يكون سلبيا.
2) الضغط المطلق مقابل ضغط مقياس الفراغ (الفرق الرئيسي)
الضغط المطلق (بابس)
- مرجع: الفراغ المطلق (الصفر المثالي)
- أمثلة: 80 كيلو باسكال (أ)، 20 ملي بار (أ)، 1 تور (مطلق)
يصف أشكروفت الضغط المطلق بالإشارة إلى الفراغ المطلق (ضغط صفر) ويلاحظ أنه لا يوجد ضغط مطلق سلبي.
قياس الضغط (صفحة)
- مرجع: الضغط الجوي المحيط
- يمكن أن يكون المقياس إيجابيًا أو سلبيًا، اعتمادًا على ما إذا كنت فوق الغلاف الجوي أو تحته.
"ضغط الفراغ" في العديد من الصناعات = قراءة مقياس الفراغ
رقم "الفراغ" الشائع هو حقًا الفرق بين الضغط الجوي والضغط المطلق في النظام:
وهذا يتطابق مع فكرة أن الفراغ "تحت الغلاف الجوي" مع اعتبار الغلاف الجوي هو المرجع.
مهم: يمكن أن تبدو الحالة البدنية نفسها مختلفة اعتمادًا على كيفية الإبلاغ عنها:
- ضغط الغرفة = 20 كيلو باسكال (أ)
- إذا كان Patm ≈ 101.3 كيلو باسكال (أ)، فإن قراءة مقياس الفراغ ≈ فراغ 81.3 كيلو باسكال (أو ≈ فراغ 24 بوصة زئبق، اعتمادا على الوحدات)
قراءة ذات صلة: الضغط المطلق مقابل الضغط المقياس مقابل الضغط التفاضلي
3) وحدات ضغط الفراغ التي ستراها (ومتى تستخدمها)
يمتد العمل بالفراغ إلى نطاق كبير، لذا فإن اختيار الوحدة غالبًا ما يتعلق بالراحة:
- باسكال (باسكال): وحدة النظام الدولي للوحدات؛ الأفضل للوثائق الفنية والمعايرة
- mbar: يستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا التفريغ (1 ملي بار = 100 باسكال)
- تور (مم زئبقي): شائع جدًا في مجتمعات الفراغ والأغشية الرقيقة
- بوصة زئبق: شائع في أجهزة قياس التدفئة والتهوية وتكييف الهواء/الخدمة وبعض أجهزة قياس التفريغ الصناعية
- أجهزة الصراف الآلي / رطل لكل بوصة مربعة (أ): يستخدم في بعض سياقات العمليات للفراغ "القريب من الغلاف الجوي".
نيست يوفر جدول تحويل مستخدم على نطاق واسع عبر Pa وmbar وTorr (mmHg) وpsi وatm وinH₂O وinHg.
مراسي التحويل السريع (من NIST)
- 1 تور (مم زئبق) = 133.3224 باسكال
- 1 أجهزة الصراف الآلي = 101325 باسكال = 760 تور = 29.9213 بوصة زئبق
- 1 بوصة زئبق = 3386.389 باسكال
4) "مستويات" الفراغ (الخام → UHV) وماذا تعني
غالبًا ما تقوم تقنية الفراغ بتقسيم طيف الضغط إلى أنظمة. ليبولد يعطي تصنيفًا مشتركًا قائمًا على mbar ويشير بوضوح إلى أن الحدود تعسفية إلى حد ما.
أنظمة الفراغ (المعتمدة على مليبار، شائعة في تكنولوجيا الفراغ)
| النظام | نطاق الضغط (مليبار) | معنى نموذجي |
|---|---|---|
| فراغ خشن | 1000 → 1 ملي بار | الضخ من الغلاف الجوي، ومهام الفراغ الأساسية |
| فراغ متوسط | 1 → 10⁻³ ملي بار | إزالة أفضل لحمولة الغاز، والإعداد لمضخات عالية الفراغ |
| فراغ عالي | 10⁻³ → 10⁻⁷ ملي بار | الأغشية الرقيقة، والبصريات الإلكترونية، والعمليات الأنظف |
| فراغ فائق (UHV) | 10⁻⁷ → 10⁻¹⁴ ملي بار | علوم السطح، والبحوث المتقدمة |
المصدر: صفحة أساسيات الفراغ الخاصة بـ Leybold.
أنظمة التفريغ (المعتمدة على Torr، والمستخدمة بشكل شائع في ملاحظات اختيار المضخة)
كيرت جيه ليسكر (الملاحظات الفنية لمضخات التفريغ) تسرد مجموعة من الأنظمة المعترف بها في الصناعة في Torr:
| النظام | نطاق الضغط (تور) |
|---|---|
| فراغ خشن | 760 → 1 تور |
| فراغ خشن | 1 → 10⁻³ تور |
| فراغ عالي | 10⁻⁴ → 10⁻⁸ تور |
| فراغ عالي جدًا | 10⁻⁹ → 10⁻¹² تور |
يبدو هذان الجدولان مختلفين لأن الحدود الدقيقة تختلف باختلاف الاصطلاح، لذلك في المواصفات، اذكر دائمًا نطاق الضغط الفعلي تحتاج، وليس فقط اسم النظام.
5) كيف يتم قياس ضغط الفراغ (وأي مقياس يعمل أين)
غالبًا ما يحتاج نظام الفراغ إلى أنواع قياس متعددةلأنه لا يوجد مقياس واحد يغطي النطاق الديناميكي بأكمله بدقة.
5.1 مقاييس الحجاب الحاجز / مقاييس السعة (دقة عالية، مستقلة عن الغاز)
يتم تقدير مقاييس ضغط السعة لأنها تقيس انحراف الحجاب الحاجز (قياس ضغط أكثر مباشرة) وغالبًا ما يتم التعامل معها على أنها أكثر دقة "مطلقة" من العديد من أنواع مقاييس الفراغ الأخرى. ويشير ليسكر إلى أن مقاييس السعة لديها نطاق مفيد يمتد تقريبًا 25000 تور وصولاً إلى 10⁻⁵ تور (مع حدود النطاق الديناميكي لكل رأس).
الأفضل لـ: التحكم الدقيق في الضغط والمعايرة والعمليات التي يتغير فيها تكوين الغاز.
5.2 مقاييس التوصيل الحراري (بيراني / مزدوجة حرارية)
يوضح MKS أنه عند الضغوط المنخفضة جدًا، يصبح انحراف الحجاب الحاجز غير حساس للغاية، وتعتمد مقاييس هذا النظام على كثافة الغاز والخصائص الجزيئية - مما يسلط الضوء على الموصلية الحرارية المقاييس كفئة رئيسية.
الأفضل لـ: مراقبة الفراغ الخام إلى المتوسط (الضخ للأسفل)، وأنظمة التفريغ العامة حيث لا تتطلب الدقة القصوى.
5.3 مقاييس التأين (الكاثود الساخن/البارد؛ بايارد-ألبرت للفراغ العالي)
بالنسبة للفراغ العالي، تصبح أجهزة قياس التأين مهمة. يعطي ليسكر مثالاً عمليًا: يعمل مقياس بايارد-ألبرت الشائع من حوالي 10⁻⁴ تور وصولاً إلى ~10⁻⁹ تور.
الأفضل لـ: فراغ عالية وقياس UHV.
5.4 تحذير هام: العديد من أجهزة قياس الفراغ تعتمد على الغاز
يحذر ليسكر من ذلك معظم أجهزة قياس الفراغ (باستثناء مقاييس السعة ومقاييس الحجاب الحاجز) لها عوامل استجابة مختلفة للغازات المختلفة، ولا ينبغي معاملتها على أنها "حقيقة مطلقة" بدون معايرة.
وهذا يهم كثيرا في:
- عمليات الغاز التفاعلية
- اختبار التسرب بالهيليوم
- أدوات البلازما/الحفر
- أي نظام يتغير فيه تكوين الغاز
6) كيفية تحديد مستشعر/محول الطاقة بشكل صحيح
عندما يطلب العميل "ضغط الفراغ"، قم بتوضيح هذه العناصر مقدمًا:
- مرجع
- المطلق (Pa(a)، Torr abs) أو مقياس الفراغ (فراغ inHg، "فراغ kPa")
- النطاق المطلوب
- مثال: 1000 ملي بار → 1 ملي بار (الضخ الخام للأسفل) مقابل 10⁻⁶ ملي بار (فراغ عالي)
استخدام الأرقام الفعلية. تختلف أسماء الأنظمة حسب الاتفاقية.
- مثال: 1000 ملي بار → 1 ملي بار (الضخ الخام للأسفل) مقابل 10⁻⁶ ملي بار (فراغ عالي)
- توقعات الدقة
- "% من القراءة" مقابل "%FS"، وما إذا كان تكوين الغاز يتغير
يؤثر اختيار المقياس بشدة على مطالبات الدقة.
- "% من القراءة" مقابل "%FS"، وما إذا كان تكوين الغاز يتغير
- الغاز/الوسائط والتلوث
- الهواء الجاف النظيف مقابل المذيبات مقابل المواد المسببة للتآكل مقابل المكثفات
- بيئة
- الاهتزاز ودرجة الحرارة وEMI وقيود التركيب
- الإخراج/الواجهة
- جسر mV/V (مقاوم ضغطي)، جهد/تيار، أو رقمي (I²C/SPI) للأنظمة المدمجة
7) الأخطاء الشائعة في ضغط الفراغ (وكيفية تجنبها)
الخطأ الأول: التعامل مع فراغ الزئبق على أنه ضغط مطلق
InHg على العديد من مقاييس الخدمة هو النطاق النسبي الإشارة إلى الجو المحلي؛ يتغير مع الطقس والارتفاع. يُظهر NIST أن 1 ATM يتوافق مع 29.9213 بوصة زئبقية (مطلقة).
يصلح: الدولة ما إذا كانت القيمة الزئبق المطلق أو "فراغ inHg" (نسبي).
الخطأ الثاني: استخدام مقياس خارج النطاق المقصود
أنواع المقاييس المختلفة لها نطاقات قابلة للاستخدام محدودة (التوصيل الحراري مقابل التأين مقابل مقياس الضغط السعة).
يصلح: اختر المقياس (المقاييس) بناءً على أدنى ضغط يجب عليك قياسه و الدقة المطلوبة- قد تحتاج إلى أكثر من نوع قياس واحد.
الخطأ 3: تجاهل الاعتماد على الغاز
تتطلب العديد من أجهزة القياس عوامل تصحيح الغاز؛ قراءة "الضغط" دون النظر إلى الغاز يمكن أن تكون مضللة.
الأسئلة الشائعة
هل الضغط الفراغي سلبي؟
يمكن أن يكون سلبي من حيث القياس (تحت الغلاف الجوي)، ولكن الضغط المطلق ليس سلبيا أبدا.
ما الفرق بين تور وبا؟
إنها وحدات مختلفة لنفس الكمية. قوائم NIST 1 تور = 133.3224 باسكال.
ما هو مستوى الفراغ "الفراغ العالي"؟
التعريفات تختلف حسب الاتفاقية. مجموعة واحدة مشتركة هي 10⁻³ إلى 10⁻⁷ ملي بار (ليبولد). مجموعة أخرى شائعة تعتمد على Torr تضع فراغًا عاليًا حولها 10⁻⁴ إلى 10⁻⁸ تور (ملاحظات مضخة ليسكر).
أي مقياس فراغ هو الأكثر دقة؟
عادةً ما يتم التعامل مع مقاييس الضغط/مقاييس الحجاب الحاجز على أنها أكثر أجهزة قياس "الضغط المباشر" دقة في أنظمة الفراغ، في حين أن العديد من المقاييس الأخرى تعتمد على الغاز وتحتاج إلى المعايرة.
لماذا أحتاج إلى أكثر من مقياس فراغ واحد؟
لأن المقاييس المختلفة تغطي نطاقات ضغط مختلفة ولها قيود مختلفة؛ حتى مقاييس الضغط السعة غالبًا ما تتطلب رؤوس استشعار متعددة لتغطية نطاقات واسعة جدًا.
