«Давление вакуума» — один из тех терминов, который вызывает путаницу, поскольку люди используют его двумя разными способами:
- Вакуум как режим давления (низкое абсолютное давление внутри камеры)
- Вакуум как показание манометра (давление ниже атмосферного, отображается как «отрицательное манометрическое давление» или «в вакууме ртутного столба»)
Если вы выбираете датчик давления, калибруете вакуумную систему или пишете спецификации, вы должны указать ссылка (абсолютное или относительно атмосферы) и единица (Па, мбар, Торр, дюйм рт. ст.).
1) Что такое вакуумное давление?
Вакуум «ниже атмосферного» (на манометрическом языке).
Производители приборов часто определяют вакуум как отрицательное давление ниже атмосферного давления, используя давление окружающей среды в качестве эталона.
Это определение практично в условиях завода: если атмосферное давление — это ваш «ноль», то вакуум просто «ниже нуля».
Вакуум – это «низкое абсолютное давление» (в вакуумной технике).
В вакуумной науке/технике давление обычно трактуется как absolute pressure (относится к вакууму). Абсолютное давление не может быть отрицательным.
2) Абсолютное давление и вакуумметрическое давление (ключевое отличие)
Абсолютное давление (Пабс)
- Ссылка: абсолютный вакуум (идеальный ноль)
- Примеры: 80 кПа(а), 20 мбар(а), 1 Торр (абсолютное).
Эшкрофт описывает абсолютное давление как абсолютное вакуум (нулевое давление) и отмечает, что отрицательного абсолютного давления не существует.
Давление (Стр.)
- Ссылка: окружающее атмосферное давление
- Датчик может быть положительным или отрицательным, в зависимости от того, находитесь ли вы над атмосферой или под ней.
«Давление вакуума» во многих отраслях промышленности = показания вакуумметра.
Обычное «вакуумное» число на самом деле является разница между атмосферным давлением и абсолютным давлением в системе:
Это соответствует идее о том, что вакуум находится «ниже атмосферного», принимая во внимание атмосферу.
Важный: Одно и то же физическое состояние может выглядеть по-разному в зависимости от того, как вы о нем сообщаете:
- Давление в камере = 20 кПа(а)
- Если Patm ≈ 101,3 кПа(а), то показания вакуумметра ≈ Вакуум 81,3 кПа (или ≈ Вакуум 24 дюйма ртутного столба, в зависимости от единиц)
Связанное чтение: Абсолютное давление в зависимости от избыточного давления в зависимости от перепада давления
3) Единицы измерения вакуума, которые вы увидите (и когда их использовать)
Диапазон работ с вакуумом огромен, поэтому выбор агрегата часто зависит от удобства:
- Па (паскаль): единица СИ; лучше всего подходит для технической документации и калибровки
- мбар: широко используется в вакуумной технике (1 мбар = 100 Па)
- Торр (мм рт.ст.): очень распространено в вакуумных и тонкопленочных сообществах.
- дюйм ртутного столба: часто встречается на манометрах систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также на некоторых промышленных вакуумметрах.
- атм / фунт на квадратный дюйм (а): используется в некоторых технологических процессах для вакуума, близкого к атмосферному.
НИСТ предоставляет широко используемую таблицу преобразования Па, мбар, Торр (мм рт. ст.), фунтов на квадратный дюйм, атм, дюймов H₂O и дюймов рт. ст.
Якоря быстрого преобразования (из NIST)
- 1 Торр (мм рт.ст.) = 133,3224 Па
- 1 атм = 101325 Па = 760 Торр = 29,9213 дюймов рт.ст.
- 1 дюйм рт.ст. = 3386,389 Па
4) «Уровни» вакуума (грубый → СВВ) и что они означают
Вакуумная технология часто разделяет спектр давления на режимы. Лейболд дает общую классификацию на основе мбар и явно отмечает, что границы несколько произвольны.
Режимы вакуума (в мбар, распространены в вакуумной технике)
| Режим | Диапазон давления (мбар) | Типичное значение |
|---|---|---|
| Грубый вакуум | 1000 → 1 мбар | откачка из атмосферы, основные вакуумные задачи |
| Средний вакуум | 1 → 10⁻³ мбар | лучшее удаление газовой нагрузки, подготовка к использованию насосов высокого вакуума |
| Высокий вакуум | 10⁻³ → 10⁻⁷ мбар | тонкие пленки, электронная оптика, более чистые процессы |
| Сверхвысокий вакуум (СВВ) | 10⁻⁷ → 10⁻¹⁴ мбар | наука о поверхности, передовые исследования |
Источник: страница Лейболда, посвященная основам вакуума.
Режимы вакуума (на основе Торра, обычно используются при выборе насоса)
Курт Дж. Лескер (технические примечания к вакуумным насосам) перечисляет признанный в отрасли набор режимов в Torr:
| Режим | Диапазон давления (Торр) |
|---|---|
| Грубый вакуум | 760 → 1 Торр |
| Грубый вакуум | 1 → 10⁻³ Торр |
| Высокий вакуум | 10⁻⁴ → 10⁻⁸ Торр |
| Сверхвысокий вакуум | 10⁻⁹ → 10⁻¹² Торр |
Эти две таблицы выглядят по-разному, поскольку точные границы различаются по соглашению, поэтому в спецификациях всегда указывайте фактический диапазон давления вам нужно не только название режима.
5) Как измеряется вакуумное давление (и какой манометр где работает)
Вакуумная система часто требует несколько типов датчиков, поскольку ни один датчик не охватывает точно весь динамический диапазон.
5.1 Мембранные манометры/емкостные манометры (высокая точность, газонезависимые)
Емкостные манометры ценятся потому, что они измеряют прогиб диафрагмы (более прямое измерение давления) и часто считаются более «абсолютными» по точности, чем многие другие типы вакуумметров. Лескер отмечает, что емкостные манометры имеют полезный диапазон, охватывающий примерно С 25 000 Торр до 10⁻⁵ Торр (с ограничениями динамического диапазона на голову).
Лучше всего для: точный контроль давления, калибровка, процессы изменения состава газа.
5.2 Измерители теплопроводности (Пирани/термопара)
MKS объясняет, что при очень низких давлениях отклонение диафрагмы становится слишком нечувствительным, а датчики для этого режима основаны на плотности газа и молекулярных свойствах, что подчеркивает теплопроводность датчики как основная категория.
Лучше всего для: мониторинг вакуума от грубого до среднего (откачка), общие вакуумные системы, где не требуется предельная точность.
5.3 Ионизационные датчики (горячий/холодный катод; Баярда – Альперта для высокого вакуума)
Для высокого вакуума важное значение приобретают ионизационные датчики. Лескер приводит практический пример: обычная калибровка Баярда – Альперта работает примерно от С 10⁻⁴ Торр до ~10⁻⁹ ТоррПолем
Лучше всего для: измерение высокого вакуума и сверхвысокого давления.
5.4 Критическое предупреждение: многие вакуумметры зависят от газа.
Лескер предупреждает, что большинство вакуумметров (за исключением емкостных манометров и диафрагменных манометров) имеют разные коэффициенты чувствительности для разных газов, и их не следует рассматривать как «абсолютную истину» без калибровки.
Это имеет большое значение в:
- химические газовые процессы
- проверка на герметичность гелием
- инструменты плазмы/травления
- любая система, в которой изменяется состав газа
6) Как правильно указать датчик/преобразователь вакуума
Когда клиент спрашивает «давление вакуума», заранее уточните эти пункты:
- Ссылка
- абсолютный (Па(а), Торр абс) или вакуумметрический (вакуум в ртутном столбе, «вакуум кПа»)
- Требуемый диапазон
- Пример: 1000 мбар → 1 мбар (грубая откачка) против 10⁻⁶ мбар (высокий вакуум).
Используйте реальные цифры; Названия режимов различаются в зависимости от соглашения.
- Пример: 1000 мбар → 1 мбар (грубая откачка) против 10⁻⁶ мбар (высокий вакуум).
- Ожидания по точности
- «% от показания» против «%FS» и меняется ли состав газа
Выбор калибра сильно влияет на заявленную точность.
- «% от показания» против «%FS» и меняется ли состав газа
- Газ/среда и загрязнение
- чистый сухой воздух, растворители, коррозионные вещества, конденсаты
- Среда
- вибрация, температура, электромагнитные помехи и ограничения при монтаже
- Выход/интерфейс
- Мост мВ/В (пьезорезистивный), напряжение/ток или цифровой (I²C/SPI) для встроенных систем
7) Распространенные ошибки, связанные с вакуумным давлением (и как их избежать)
Ошибка 1: Расценивать «вакуум в ртутном столбе» как абсолютное давление
InHg на многих сервисных манометрах является относительный масштаб ссылка на местную атмосферу; оно меняется в зависимости от погоды и высоты. NIST показывает, что 1 атм соответствует 29,9213 дюйма рт.ст. (абсолютное).
Исправить: указать, является ли значение абсолютное дюйм рт.ст. или «в вакууме Hg» (относительно).
Ошибка 2. Использование манометра за пределами предполагаемого диапазона.
Различные типы манометров имеют ограниченные диапазоны использования (теплопроводность, ионизация, емкостной манометр).
Исправить: выбирайте калибр(ы) в зависимости от самое низкое давление, которое вы должны измерить и необходима точность— вам может понадобиться более одного типа манометров.
Ошибка 3: Игнорирование газовой зависимости
Для многих манометров требуются поправочные коэффициенты на газ; чтение «давления» без учета газа может ввести в заблуждение.
Часто задаваемые вопросы
Является ли давление вакуума отрицательным?
Это может быть отрицательный в калибровочном выражении (ниже атмосферного), но абсолютное давление никогда не бывает отрицательнымПолем
В чем разница между Торром и Па?
Это разные единицы одного и того же количества. списки НИСТ 1 Торр = 133,3224 ПаПолем
Какой уровень вакуума считается «высоким вакуумом»?
Определения различаются в зависимости от соглашения. Один общий набор от 10⁻³ до 10⁻⁷ мбар (Лейболд). Другой распространенный набор на основе Торра создает высокий вакуум вокруг От 10⁻⁴ до 10⁻⁸ Торр (Заметки о насосе Лескера).
Какой вакуумметр самый точный?
Емкостные манометры/мембранные манометры обычно считаются наиболее точными манометрами в вакуумных системах, в то время как многие другие манометры зависят от газа и требуют калибровки.
Зачем мне нужно более одного вакуумметра?
Потому что разные манометры охватывают разные диапазоны давления и имеют разные ограничения; даже емкостные манометры часто требуют использования нескольких чувствительных головок для охвата очень широкого диапазона.
