真空圧力の測定方法は？

真空技術における圧力範囲とその特性

真空技術では、10の16乗以上にも及ぶ広い圧力範囲を、より小さい個々の領域に細分化することが一般的です。一般的には次のように定義されています。

低真空（RV）1000 – 1 mbar

中真空（MV）1 – 10-3 mbar

高真空（HV）10-3– 10-7 mbar

超高真空（UHV）10-7 –（10-14）mbar

表IX 真空技術で使用される圧力範囲とその特性（数値は10の累乗に四捨五入）

この区分は、当然ながら、多少は恣意的でです。特に化学者は、100から1 mbarの範囲にある、最も興味のあるスペクトルを「中真空」と呼ぶ場合があります。また、技術者によっては真空と言わず、「低圧」あるいは「負圧」と表現することもあります。しかし、上記の圧力領域は、気体運動の状況と気体流の性質を観察することで、十分に区別することができます。また、それぞれの領域での運転技術も異なってきます。

大気

排気の前、地球上のすべての真空システムは空気を含んでおり、運転中も常に空気に囲まれています。そのため、大気中の空気の物理的および化学的特性を理解しておく必要があります。

大気は多くの気体で構成されており、地表付近では水蒸気も存在します。大気によって生じる圧力は、海面を基準にしています。平均的な大気圧は1013 mbarです（先に使用した単位である「大気」に相当）。表VIIIは、相対湿度50%、温度20℃（68℉）での標準的な大気の組成を示します。

表VIII 大気の組成。注：大気の組成においては、相対湿度（RH）が温度とともに別記されます。

したがって、指定された相対湿度では、気圧計に表示される大気圧は1024 mbarです。

表XVII 温度比較および換算表（小数点以下四捨五入）

真空技術では、空気の組成に関して以下の点に注意する必要があります。

a）空気中に含まれる水蒸気は、湿度レベルに応じて変化し、真空装置を排気する際に重要な役割を果たします（「気体の排気 – ウェットプロセス」のページを参照）。

b）吸着ポンプを使用した排気手順では、かなりの量の不活性ガスであるアルゴンを考慮する必要があります。

c）大気中のヘリウムの含有量は約5 ppm（100万分の1）と非常に少ないにもかかわらず、この不活性ガスはバイトンでシールされた超高真空システムや、ガラスや石英の部品を組み込んだシステムで特に顕著に現れます。ヘリウムは、これらの物質を測定可能な程度まで透過することができます。

大気圧は、地表からの高度が高くなるにつれて低下します（図9.3を参照）。高度約100 km（328,083フィート）で高真空、400 km（1,312,335 フィート）以上で超高真空になります。空気の組成も地表までの距離に応じて変化します（図9.4を参照）。

図9.3 高度による気圧の低下（1）と気温の変化（2）

図9.4 大気のガス組成の高度に応じた変化

圧力の単位とその定義

圧力 p（mbar）

流体（気体および液体）の圧力。（数量：圧力；記号：p；測定単位：ミリバール；略語：mbar）。圧力は、DIN規格1314で、ある表面にかかる標準的な力とこの表面の広さ（表面積を基準とした力）の商として定義されています。Torrは圧力測定の単位としては使用されなくなりましたが、この圧力単位について言及することは透明性の観点から有用です。1 Torrは、0℃（32℉）で水銀柱を1 mm上昇させることができる気体の圧力です（標準大気圧は760 Torrまたは760 mm Hg）。圧力 pは、下付き文字によってより厳密に定義できます。

絶対圧力p_abs

絶対圧力は常に真空技術で規定されているため、「abs」インデックスは通常は省略可能です。

総圧力p_t

容器内の全圧力は、容器内のすべての気体および蒸気の分圧の合計です。

分圧p_i

特定の気体または蒸気の分圧は、その気体または蒸気が単独で容器内に存在する場合に発生する圧力です。重要：特に低真空技術では、たとえば、ロータリーベーンポンプで「部分到達圧力」が発生した場合、気体と蒸気の混合における分圧は、混合物中に存在するすべての非凝縮性成分の分圧の合計であると理解されることがよくあります。

飽和蒸気圧p_s

飽和蒸気の圧力は飽和蒸気圧psと呼ばれ、psは任意の物質の温度の関数になります。

蒸気圧p_d

液体窒素（LN₂）の温度で液化できる蒸気の分圧。

標準圧力p_n

標準圧力p_nは、DIN 1343でp_n = 1013.25 mbarの圧力と定義されています。

到達圧力p_end

真空容器内で達成可能な最低圧力。いわゆる到達圧力pendは、ポンプの吸引速度だけでなく、ポンプで使用される潤滑剤、シーラント、推進剤の蒸気圧pdにも依存します。油封式ロータリー（容積式）真空ポンプで容器を単純に排気する場合、達成できる到達圧力は主に使用するポンプオイルの蒸気圧によって決まり、容器の清浄度によっては容器の壁から放出される蒸気や、もちろん真空容器自体の気密性によっても決まります。

周囲圧力p_amb

または（絶対）大気圧

過圧 p_eまたはゲージ圧力

（「超過」のインデックス記号）

ここでp_eが正の値であれば過圧またはゲージ圧を示し、負の値であれば真空を特徴付けます。

作動圧力p_w

排気中、ガスや蒸気は容器から除去されます。ガスとは気体状態の物質であり、作業温度または動作温度では凝縮しないものと理解されています。蒸気も気体状態の物質ですが、圧力を上げることにより一般的な温度で液化することがあります。最後に飽和蒸気は、一般的な温度で気体である物質で、同じ物質の液相と平衡状態にあります。

表 I torr 1）を含む圧力単位とその換算値。

torrが表に含まれているのは、この馴染みのある単位から法定単位N · m^-2、mbar、barへの移行を容易にするためだけです。将来的には、圧力単位torr、mm水柱、mm水銀柱（mmHg）、真空度%、技術的大気（at）、物理的大気（atm）、大気絶対（ata）、大気圧を上回る圧力、大気圧を下回る圧力は使用されなくなる場合があります。ここではDIN 1314を参照しています。
ニュートンを平方メートル（N · m^-2）で割った単位はパスカル（Pa）とも表記されます。1 N · m^-2= 1 Paです。ニュートンを平方メートルで割った値（パスカル）は、流体圧力のSI単位です。
1 torr = 4/3 mbar、fl torr = 1 mbar。

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