"Vakuumski tlak" je eden tistih izrazov, ki povzročajo zmedo, ker ga ljudje uporabljajo na dva različna načina:
- Vakuum kot tlačni režim (nizek absolutni tlak v komori)
- Vakuum kot odčitek merilnika (pritisk pod atmosferskim, prikazan kot "negativni merilnik" ali "inHg vakuum")
Če izbirate senzor tlaka, umerjate vakuumski sistem ali pišete specifikacije, morate navesti referenca (absolutno proti relativno atmosferi) in enoto (Pa, mbar, Torr, inHg).
1) Kaj je vakuumski tlak?
Vakuum je "pod atmosferskim" (v jeziku merilnikov)
Proizvajalci inštrumentov pogosto definirajo vakuum kot podtlak manjši od atmosferskega, pri čemer kot referenco uporabimo tlak okolja.
Ta definicija je praktična v rastlinskih okoljih: če je atmosferski tlak vaša "ničla", potem je vakuum preprosto "pod ničlo".
Vakuum je "nizek absolutni tlak" (v vakuumski tehnologiji)
V vakuumski znanosti/tehniki se tlak običajno obravnava kot absolutni pritisk (nanaša se na vakuum). Absolutni tlak ne more biti negativen.
2) Absolutni tlak v primerjavi z vakuumskim tlakom (ključna razlika)
Absolutni tlak (Pabs)
- Referenca: absolutni vakuum (idealna ničla)
- Primeri: 80 kPa(a), 20 mbar(a), 1 Torr (absolutno)
Ashcroft opisuje absolutni tlak glede na absolutni vakuum (ničelni tlak) in ugotavlja, da negativnega absolutnega tlaka ni.
Merilni tlak (str)
- Referenca: atmosferski tlak okolice
- Meritev je lahko pozitivna ali negativna, odvisno od tega, ali ste nad ali pod atmosfero.
"Vakuumski tlak" v mnogih panogah = odčitek vakuumskega merilnika
Običajna "vakuumska" številka je res razlika med atmosferskim tlakom in absolutnim tlakom v sistemu:
To se ujema z idejo, da je vakuum "pod atmosferskim" z atmosfero kot referenco.
Pomembno: Enako fizično stanje je lahko videti drugače, odvisno od tega, kako ga poročate:
- Tlak v komori = 20 kPa(a)
- Če je Patm ≈ 101,3 kPa(a), potem je odčitek vakuumskega merilnika ≈ Vakuum 81,3 kPa (ali ≈ Vakuum 24 inHg, odvisno od enot)
Sorodno branje: Absolutni tlak v primerjavi z nadtlakom v primerjavi z diferenčnim tlakom
3) Vakuumske tlačne enote, ki jih boste videli (in kdaj jih uporabiti)
Vakuumsko delo obsega ogromen obseg, zato je izbira enote pogosto odvisna od udobja:
- Pa (pascal): enota SI; najboljši za tehnično dokumentacijo in kalibracijo
- mbar: pogosto se uporablja v vakuumski tehniki (1 mbar = 100 Pa)
- Torr (mmHg): zelo pogost v vakuumskih in tankoslojnih skupnostih
- inHg: običajno na merilnikih HVAC/servisnih merilnikih in nekaterih industrijskih merilnikih vakuuma
- atm / psi (a): uporablja se v nekaterih procesnih kontekstih za "skoraj atmosferski" vakuum
NIST ponuja pogosto uporabljeno pretvorbeno tabelo za Pa, mbar, Torr (mmHg), psi, atm, inH₂O in inHg.
Sidra za hitro pretvorbo (od NIST)
- 1 Torr (mmHg) = 133,3224 Pa
- 1 atm = 101325 Pa = 760 Torr = 29,9213 inHg
- 1 inHg = 3386.389 Pa
4) Vakuumske "nivoje" (grobo → UHV) in kaj pomenijo
Vakuumska tehnologija pogosto razdeli spekter tlaka v režime. Leybold podaja skupno klasifikacijo na podlagi mbar in izrecno ugotavlja, da so meje nekoliko poljubne.
Vakuumski režimi (na osnovi mbar, pogosti v vakuumski tehniki)
| režim | Razpon tlaka (mbar) | Tipičen pomen |
|---|---|---|
| Grob vakuum | 1000 → 1 mbar | črpanje iz atmosfere, osnovne vakuumske naloge |
| Srednji vakuum | 1 → 10⁻³ mbar | boljša odstranitev plinske obremenitve, priprava za črpalke z visokim vakuumom |
| Visok vakuum | 10⁻³ → 10⁻⁷ mbar | tanki filmi, elektronska optika, čistejši procesi |
| Ultravisoki vakuum (UHV) | 10⁻⁷ → 10⁻¹4 mbar | znanost o površini, napredne raziskave |
Vir: Leyboldova stran o osnovah vakuuma.
Vakuumski režimi (na podlagi Torra, pogosto uporabljeni v opombah o izbiri črpalk)
Kurt J. Lesker (tehnične opombe o vakuumskih črpalkah) navaja industrijsko priznan niz režimov v Torrju:
| režim | Razpon tlaka (torr) |
|---|---|
| Grobi vakuum | 760 → 1 Torr |
| Grob vakuum | 1 → 10⁻³ Torr |
| Visok vakuum | 10⁻⁴ → 10⁻⁸ Torr |
| Ultra visok vakuum | 10⁻⁹ → 10⁻¹² Torr |
Ti dve tabeli sta videti različni, ker se točne meje razlikujejo glede na dogovor, zato v specifikacijah vedno navedite dejansko območje tlaka potrebujete, ne samo ime režima.
5) Kako se meri vakuumski tlak (in kateri merilnik kje deluje)
Pogosto je potreben vakuumski sistem več vrst merilnikov, ker noben posamezen merilnik ne pokriva natančno celotnega dinamičnega razpona.
5.1 Membranski merilniki / kapacitivni manometri (visoka natančnost, neodvisni od plina)
Kapacitivni manometri so cenjeni, ker merijo upogib diafragme (bolj neposredna meritev tlaka) in se pogosto obravnavajo kot bolj "absolutno" v natančnosti kot mnogi drugi tipi vakuumskih merilnikov. Lesker ugotavlja, da imajo kapacitivni manometri uporabno območje, ki sega približno 25.000 Torr navzdol do 10⁻⁵ Torr (z omejitvami dinamičnega razpona na glavo).
Najboljše za: natančna kontrola tlaka, kalibracija, procesi, kjer se spremeni sestava plina.
5.2 Merilniki toplotne prevodnosti (Pirani / termočlen)
MKS pojasnjuje, da pri zelo nizkih tlakih postane upogibanje diafragme preveč neobčutljivo, merilniki za ta režim pa temeljijo na gostoti plina in molekularnih lastnostih – poudarjanje toplotna prevodnost merilniki kot glavna kategorija.
Najboljše za: spremljanje grobega do srednjega vakuuma (izčrpavanje), splošni vakuumski sistemi, kjer ni potrebna izjemna natančnost.
5.3 Ionizacijski merilniki (vroča/hladna katoda; Bayard–Alpert za visok vakuum)
Za visok vakuum postanejo pomembni ionizacijski merilniki. Lesker daje praktičen primer: običajen Bayard–Alpertov merilnik deluje od približno 10⁻⁴ Torr navzdol do ~10⁻⁹ Torr.
Najboljše za: visok vakuum in merjenje UHV.
5.4 Kritično opozorilo: veliko vakuumskih merilnikov je odvisnih od plina
Lesker opozarja na to večina vakuumskih merilnikov (razen manometrov kapacitivnosti in diafragmskih merilnikov) imajo različne odzivne faktorje za različne pline in jih brez kalibracije ne smemo obravnavati kot "absolutno resnico".
To je zelo pomembno pri:
- reaktivni plinski procesi
- testiranje tesnosti s helijem
- orodja za plazmo/jedkanje
- kateri koli sistem, kjer se spremeni sestava plina
6) Kako pravilno določiti vakuumski senzor/pretvornik
Ko stranka zahteva "vakuumski tlak", vnaprej razjasnite naslednje:
- Sklic
- absolutni (Pa(a), Torr abs) ali merilnik vakuuma (inHg vakuum, "kPa vakuum")
- Zahtevano območje
- Primer: 1000 mbar → 1 mbar (grobo izčrpavanje) proti 10⁻⁶ mbar (visok vakuum)
Uporabite dejanske številke; imena režimov se razlikujejo glede na dogovor.
- Primer: 1000 mbar → 1 mbar (grobo izčrpavanje) proti 10⁻⁶ mbar (visok vakuum)
- Pričakovanja natančnosti
- »% odčitka« v primerjavi z »%FS« in ali se spremeni sestava plina
Izbira merilnika močno vpliva na trditve o točnosti.
- »% odčitka« v primerjavi z »%FS« in ali se spremeni sestava plina
- Plin/medij in kontaminacija
- čist suh zrak vs topila vs korozivi vs kondenzati
- okolje
- vibracije, temperatura, EMI in omejitve pri vgradnji
- Izhod/vmesnik
- mV/V most (piezorezistivni), napetost/tok ali digitalni (I²C/SPI) za vgrajene sisteme
7) Pogoste napake pri vakuumskem tlaku (in kako se jim izogniti)
Napaka 1: Obravnavanje "inHg vakuuma" kot absolutnega tlaka
InHg na številnih servisnih merilnikih je a relativno merilo glede na lokalno vzdušje; spreminja se z vremenom in nadmorsko višino. NIST kaže, da 1 atm ustreza 29,9213 inHg (absolutno).
Popravek: navedite, ali je vrednost absolutni inHg ali "inHg vakuum" (relativno).
Napaka 2: Uporaba merilnika zunaj predvidenega območja
Različni tipi merilnikov imajo omejena uporabna območja (toplotna prevodnost proti ionizacijskemu ali kapacitivnemu manometru).
Popravek: izberite merilnike glede na najnižji tlak, ki ga morate izmeriti in potrebna natančnost— morda boste potrebovali več kot eno vrsto merilnika.
Napaka 3: Ignoriranje odvisnosti od plina
Mnogi merilniki zahtevajo plinske korekcijske faktorje; branje "tlaka" brez upoštevanja plina je lahko zavajajoče.
pogosta vprašanja
Ali je vakuumski tlak negativen?
Lahko je merilno negativno (pod atmosferskim), vendar absolutni tlak ni nikoli negativen.
Kakšna je razlika med Torrom in Pa?
So različne enote za isto količino. Seznami NIST 1 Torr = 133,3224 Pa.
Kakšna stopnja vakuuma je "visok vakuum"?
Definicije se razlikujejo glede na dogovor. En skupni niz je 10⁻³ do 10⁻⁷ mbar (Leybold). Druga pogosta naprava, ki temelji na Torrju, ustvarja visok vakuum 10⁻⁴ do 10⁻⁸ Torr (Leskerjeva črpalka ugotavlja).
Kateri vakuumski merilnik je najbolj natančen?
Kapacitivnostni manometri/membranski merilniki se običajno obravnavajo kot najnatančnejši merilniki »neposrednega tlaka« v vakuumskih sistemih, medtem ko so številni drugi merilniki odvisni od plina in potrebujejo kalibracijo.
Zakaj potrebujem več kot en vakuumski merilnik?
Ker različni merilniki pokrivajo različna tlačna območja in imajo različne omejitve; tudi kapacitivni manometri pogosto zahtevajo več senzorskih glav za pokrivanje zelo širokih razponov.
