“Áp suất chân không” là một trong những thuật ngữ gây nhầm lẫn vì người ta sử dụng nó theo hai cách khác nhau:
- Hút chân không như một chế độ áp suất (áp suất tuyệt đối thấp bên trong buồng)
- Hút chân không như một thước đo (áp lực dưới khí quyển, được hiển thị dưới dạng “máy đo âm” hoặc “chân không inHg”)
Nếu bạn đang chọn cảm biến áp suất, hiệu chỉnh hệ thống chân không hoặc viết thông số kỹ thuật, bạn phải nêu rõ tài liệu tham khảo (tuyệt đối so với tương đối với khí quyển) và đơn vị (Pa, mbar, Torr, inHg).
1) Áp suất chân không là gì?
Chân không ở mức “dưới khí quyển” (theo ngôn ngữ đo)
Các nhà chế tạo thiết bị thường định nghĩa chân không là áp suất âm nhỏ hơn áp suất khí quyển, sử dụng áp suất xung quanh làm tham chiếu.
Định nghĩa đó rất thực tế trong môi trường thực vật: nếu áp suất khí quyển là “không” thì chân không chỉ đơn giản là “dưới 0”.
Chân không là “áp suất tuyệt đối thấp” (trong công nghệ chân không)
Trong khoa học/kỹ thuật chân không, áp suất thường được coi là Áp lực tuyệt đối (tham khảo chân không). Áp suất tuyệt đối không thể âm.
2) Áp suất tuyệt đối so với áp suất chân không (sự khác biệt chính)
Áp suất tuyệt đối (Pabs)
- Thẩm quyền giải quyết: chân không tuyệt đối (số 0 lý tưởng)
- Ví dụ: 80 kPa(a), 20 mbar(a), 1 Torr (tuyệt đối)
Ashcroft mô tả áp suất tuyệt đối được tham chiếu đến chân không tuyệt đối (áp suất bằng 0) và lưu ý rằng không có áp suất tuyệt đối âm.
Áp suất đo (trang)
- Thẩm quyền giải quyết: áp suất khí quyển xung quanh
- Máy đo có thể dương hoặc âm, tùy thuộc vào việc bạn ở trên hay dưới bầu khí quyển.
“Áp suất chân không” trong nhiều ngành công nghiệp = số đọc của máy đo chân không
Số “chân không” chung thực sự là số chênh lệch giữa áp suất khí quyển và áp suất tuyệt đối trong hệ thống:
Điều này phù hợp với quan điểm cho rằng chân không “dưới khí quyển” với khí quyển làm tham chiếu.
Quan trọng: Tình trạng thể chất giống nhau có thể trông khác nhau tùy thuộc vào cách bạn báo cáo:
- Áp suất buồng = 20 kPa(a)
- Nếu Patm ≈ 101,3 kPa(a), thì số đọc trên máy đo chân không ≈ Chân không 81,3 kPa (hoặc ≈ chân không 24 inHg, tùy theo đơn vị)
Đọc liên quan: Áp suất tuyệt đối so với áp suất đo so với áp suất chênh lệch
3) Bạn sẽ thấy các đơn vị áp suất chân không (và khi nào nên sử dụng chúng)
Công việc chân không trải rộng trên phạm vi rộng, vì vậy việc lựa chọn đơn vị thường hướng đến sự thuận tiện:
- Pa (pascal): đơn vị SI; tốt nhất cho tài liệu kỹ thuật và hiệu chuẩn
- Mbar: được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chân không (1 mbar = 100 Pa)
- Torr (mmHg): rất phổ biến trong cộng đồng chân không và màng mỏng
- inHg: phổ biến trên đồng hồ đo HVAC/dịch vụ và một số đồng hồ đo chân không công nghiệp
- atm / psi(a): được sử dụng trong một số bối cảnh quy trình cho chân không “gần khí quyển”
NIST cung cấp bảng chuyển đổi được sử dụng rộng rãi trên Pa, mbar, Torr (mmHg), psi, atm, inH₂O và inHg.
Neo chuyển đổi nhanh (từ NIST)
- 1 Torr (mmHg) = 133,3224 Pa
- 1 atm = 101325 Pa = 760 Torr = 29,9213 inHg
- 1 inHg = 3386.389 Pa
4) “Mức” chân không (thô → UHV) và ý nghĩa của chúng
Công nghệ chân không thường chia phổ áp suất thành các chế độ. Leybold đưa ra một phân loại chung dựa trên mbar và ghi chú rõ ràng rằng các ranh giới có phần tùy tiện.
Chế độ chân không (dựa trên mbar, phổ biến trong công nghệ chân không)
| chế độ | Phạm vi áp suất (mbar) | Ý nghĩa điển hình |
|---|---|---|
| chân không thô | 1000 → 1 mbar | bơm xuống từ khí quyển, các nhiệm vụ chân không cơ bản |
| Chân không trung bình | 1 → 10⁻³ mbar | loại bỏ tải khí tốt hơn, chuẩn bị cho máy bơm chân không cao |
| Độ chân không cao | 10⁻³ → 10⁻⁷ mbar | màng mỏng, quang học điện tử, quy trình sạch hơn |
| Chân không siêu cao (UHV) | 10⁻⁷ → 10⁻¹⁴ mbar | khoa học bề mặt, nghiên cứu nâng cao |
Nguồn: Trang cơ bản về chân không của Leybold.
Chế độ chân không (Dựa trên Torr, thường được sử dụng trong ghi chú lựa chọn máy bơm)
Kurt J. Lesker (ghi chú kỹ thuật máy bơm chân không) liệt kê một bộ chế độ được ngành công nhận trong Torr:
| chế độ | Phạm vi áp suất (Torr) |
|---|---|
| chân không thô | 760 → 1 Torr |
| chân không thô | 1 → 10⁻³ Torr |
| Độ chân không cao | 10⁻⁴ → 10⁻⁸ Torr |
| Độ chân không cực cao | 10⁻⁹ → 10⁻¹² Torr |
Hai bảng này trông khác nhau vì ranh giới chính xác thay đổi theo quy ước—vì vậy, trong thông số kỹ thuật, hãy luôn nêu rõ phạm vi áp suất thực tế bạn cần, không chỉ tên chế độ.
5) Cách đo áp suất chân không (và máy đo nào hoạt động ở đâu)
Một hệ thống chân không thường cần nhiều loại máy đo, bởi vì không có thước đo đơn nào bao phủ toàn bộ phạm vi động một cách chính xác.
5.1 Đồng hồ đo màng/áp kế điện dung (độ chính xác cao, không phụ thuộc vào khí)
Áp kế điện dung có giá trị vì chúng đo độ lệch của màng ngăn (một phép đo áp suất trực tiếp hơn) và thường được coi là có độ chính xác “tuyệt đối” hơn nhiều loại máy đo chân không khác. Áp kế điện dung Lesker ghi chú có phạm vi hữu ích kéo dài khoảng 25.000 Torr xuống còn 10⁻⁵ Torr (với giới hạn phạm vi động trên mỗi đầu).
Tốt nhất cho: kiểm soát áp suất chính xác, hiệu chuẩn, xử lý khi thành phần khí thay đổi.
5.2 Máy đo độ dẫn nhiệt (Pirani/cặp nhiệt điện)
MKS giải thích rằng ở áp suất rất thấp, độ lệch của màng ngăn trở nên quá kém nhạy và các máy đo cho chế độ đó dựa trên mật độ khí và đặc tính phân tử—làm nổi bật độ dẫn nhiệt máy đo như một thể loại chính.
Tốt nhất cho: giám sát chân không từ thô đến trung bình (bơm xuống), các hệ thống chân không thông thường không yêu cầu độ chính xác cao.
5.3 Máy đo độ ion hóa (cathode nóng/lạnh; Bayard–Alpert cho chân không cao)
Đối với chân không cao, máy đo ion hóa trở nên quan trọng. Lesker đưa ra một ví dụ thực tế: thước đo Bayard–Alpert phổ biến hoạt động từ khoảng 10⁻⁴ Torr xuống còn ~10⁻⁹ Torr.
Tốt nhất cho: đo chân không và UHV cao.
5.4 Cảnh báo quan trọng: nhiều máy đo chân không phụ thuộc vào khí
Lesker cảnh báo rằng hầu hết các máy đo chân không (ngoại trừ áp kế điện dung và đồng hồ đo màng) có hệ số phản ứng khác nhau đối với các loại khí khác nhau và không được coi là “sự thật tuyệt đối” nếu không hiệu chuẩn.
Điều này rất quan trọng trong:
- quá trình khí phản ứng
- kiểm tra rò rỉ bằng khí heli
- công cụ plasma/khắc
- bất kỳ hệ thống nào có thành phần khí thay đổi
6) Cách xác định chính xác cảm biến/đầu dò chân không
Khi khách hàng yêu cầu về “áp suất chân không”, hãy làm rõ những mục này ngay từ đầu:
- Thẩm quyền giải quyết
- tuyệt đối (Pa(a), Torr abs) hoặc máy đo chân không (inHg chân không, “kPa chân không”)
- Phạm vi bắt buộc
- Ví dụ: 1000 mbar → 1 mbar (bơm xuống thô) so với 10⁻⁶ mbar (chân không cao)
Sử dụng số thực tế; tên chế độ thay đổi theo quy ước.
- Ví dụ: 1000 mbar → 1 mbar (bơm xuống thô) so với 10⁻⁶ mbar (chân không cao)
- Kỳ vọng về độ chính xác
- “% giá trị đọc” so với “%FS” và liệu thành phần khí có thay đổi hay không
Sự lựa chọn máy đo ảnh hưởng mạnh mẽ đến các tuyên bố về độ chính xác.
- “% giá trị đọc” so với “%FS” và liệu thành phần khí có thay đổi hay không
- Khí/phương tiện truyền thông và ô nhiễm
- không khí khô sạch vs dung môi vs chất ăn mòn vs chất ngưng tụ
- Môi trường
- các hạn chế về độ rung, nhiệt độ, EMI và lắp đặt
- Đầu ra/giao diện
- Cầu mV/V (áp điện), điện áp/dòng điện hoặc kỹ thuật số (I²C/SPI) cho các hệ thống nhúng
7) Những lỗi áp suất chân không thường gặp (và cách tránh chúng)
Sai lầm 1: Coi “inHg chân không” là áp suất tuyệt đối
InHg trên nhiều đồng hồ đo dịch vụ là một quy mô tương đối liên quan đến bầu không khí địa phương; nó thay đổi theo thời tiết và độ cao. NIST hiển thị 1 atm tương ứng với 29,9213 inHg (tuyệt đối).
Sửa chữa: cho biết liệu giá trị có phải là tính bằng Hg tuyệt đối hoặc “inHg chân không” (tương đối).
Sai lầm 2: Sử dụng thước đo ngoài phạm vi dự kiến
Các loại máy đo khác nhau có phạm vi sử dụng hạn chế (áp kế độ dẫn nhiệt, áp kế ion hóa và điện dung).
Sửa chữa: chọn (các) máy đo dựa trên áp suất thấp nhất bạn phải đo và độ chính xác cần thiết—bạn có thể cần nhiều hơn một loại máy đo.
Sai lầm 3: Bỏ qua sự phụ thuộc vào khí
Nhiều đồng hồ đo yêu cầu hệ số hiệu chỉnh khí; đọc “áp suất” mà không xem xét chất khí có thể gây hiểu nhầm.
Câu hỏi thường gặp
Áp suất chân không có âm không?
Nó có thể tiêu cực về mặt thước đo (dưới khí quyển), nhưng áp suất tuyệt đối không bao giờ âm.
Sự khác biệt giữa Torr và Pa là gì?
Chúng là những đơn vị khác nhau cho cùng một số lượng. danh sách NIST 1 Torr = 133,3224 Pa.
Mức độ chân không nào là “chân không cao”?
Các định nghĩa khác nhau tùy theo quy ước. Một tập hợp chung là 10⁻³ đến 10⁻⁷ mbar (Leybold). Một bộ dựa trên Torr phổ biến khác có độ chân không cao xung quanh 10⁻⁴ đến 10⁻⁸ Torr (Ghi chú bơm Lesker).
Máy đo chân không nào chính xác nhất?
Áp kế điện dung/đồng hồ đo màng thường được coi là đồng hồ đo “áp suất trực tiếp” chính xác nhất trong hệ thống chân không, trong khi nhiều đồng hồ đo khác phụ thuộc vào khí và cần hiệu chuẩn.
Tại sao tôi cần nhiều hơn một máy đo chân không?
Bởi vì các đồng hồ đo khác nhau bao gồm các phạm vi áp suất khác nhau và có những hạn chế khác nhau; ngay cả áp kế điện dung cũng thường yêu cầu nhiều đầu cảm biến để bao phủ phạm vi rất rộng.
