진공 압력은 어떻게 측정됩니까?

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진공 기술의 압력 범위와 특성

일반적으로 진공 기술에서는 10의 16거듭제곱 이상의 광범위한 압력 범위를 작은 개별 체계로 세분화하며, 대체로 다음과 같이 정의됩니다.

저진공(RV) 1000~1mbar

중진공(MV) 1~10-3mbar

고진공(HV) 10-3~10-7mbar

초고진공(UHV) 10-7~10-14mbar

표 IX 진공 기술에서 사용되는 압력 범위와 그 특성(10의 거듭제곱에서 반올림)

이 구분은 다소 임의적입니다. 특히 화학자는 100~1mbar 사이의 가장 큰 관심 범위를 "중진공"이라 하기도 합니다. 일부 엔지니어들은 진공 상태를 전혀 언급하지 않고 "저압" 또는 "음압"이라 할 수 있습니다. 하지만 위에 나열된 압력 체계는 기체 동력학 상황 및 기체 유동의 특성을 관찰함으로써 설명할 수 있습니다. 다양한 범위의 작동 기술도 다를 것입니다.

대기

배기 전에 지상의 모든 진공 시스템에는 공기가 포함되어 있고 작동 중에는 항상 공기로 둘러싸여 있습니다. 따라서 대기의 물리적 및 화학적 특성을 숙지해야 합니다.

대기는 많은 기체로 이루어져 있고, 지표면 근처에서는 수증기도 포함되어 있습니다. 대기에 의해 가해지는 압력은 해수면을 기준으로 합니다. 평균 기압은 1013mbar(앞에서 사용한 측정 단위인 "대기"에 해당)입니다. 표 VIII은 상대 습도 50% 및 온도 68°F 또는 20°C에서 표준 대기의 구성을 보여줍니다.

표 VIII 대기의 구성. 참고: 대기의 구성에서 상대 습도(RH)는 온도와 함께 별도로 표시됩니다.

따라서 상대 습도에서 기압계의 공기 압력 판독값은 1024mbar입니다.

표 XVII 온도 비교 및 변환 표(정수 온도에서 반올림)

진공 기술에서 공기의 조성과 관련하여 다음 사항에 유의해야 합니다.

a) 습도에 따라 달라지는 공기 중의 수증기는 진공 플랜트를 배기시킬 때 중요한 역할을 합니다(기체 펌핑 - 습식 공정 페이지 참조).

b) 흡착 펌프를 사용한 배기 절차에서 상당한 양의 비활성 기체 아르곤을 고려해야 합니다.

c) 대기 중에는 헬륨이 약 5ppm(100만 분의 1)에 불과할 정도로 매우 적게 포함되어 있지만 이 비활성 기체는 Viton으로 밀봉되거나 유리 또는 석영 성분이 포함된 초고진공 시스템에서 특히 두드러집니다. 헬륨은 측정 가능한 범위 내에서 이러한 물질에 스며들 수 있습니다.

대기압은 지표면에서 위로 올라가면 떨어집니다(그림 9.3 참조). 고진공은 100km(328,083피트) 고도에서 주를 이루고, 400km(1,312,335피트)에서는 초고진공 상태가 주를 이룹니다. 또한 공기의 구성은 지면까지의 거리에 따라 변합니다(그림 9.4 참조).

그림 9.3 고도에 따른 기압 감소(1) 및 온도 변화(2)

그림 9.4 고도에 따른 대기의 기체 구성 변화

압력 단위 및 정의

압력 p(mbar)

유체 압력(기체 및 액체) (수량: 압력, 기호: p, 측정 단위: 밀리바, 약어: mbar). 압력은 DIN 표준 1314에서 표면과 이 표면의 범위에 적용되는 표준화된 힘의 지수로 정의됩니다(힘은 표면적을 기준으로 함). Torr는 더 이상 압력 측정 단위로 사용되지 않지만 투명성의 관점에서 이 압력 단위를 언급하는 것이 유용합니다. 1Torr는 0°C(32°F)에서 수은 기둥을 1mm 올릴 수 있는 기체 압력입니다(표준 대기압은 760Torr 또는 760mm Hg). 압력 p는 아래첨자를 통해 보다 자세히 정의할 수 있습니다.

절대 압력 p_Abs

절대 압력은 일반적으로 "abs" 지수를 생략할 수 있도록 진공 기술에서 항상 지정됩니다.

총 압력 p_t

용기의 총 압력은 용기 내의 모든 기체와 증기에 대한 부분 압력의 합계입니다.

부분 압력 p_i

특정 기체 또는 증기의 부분 압력은 기체 또는 증기가 용기 내에 단독으로 존재할 경우 가해질 압력을 말합니다. 중요 참고 사항: 특히 저진공 기술에서는, 예를 들어 로터리 베인 펌프의 "부분 최종 압력"이 발생하는 경우, 기체와 증기를 혼합하는 부분 압력은 혼합물에 존재하는 모든 비응축 구성 요소의 부분 압력을 합한 것으로 알려져 있습니다.

포화 증기 압력 p_s

포화된 증기의 압력을 포화 증기 압력 ps라고 합니다. ps는 주어진 물질에 대한 온도의 함수입니다.

증기 압력 p_d

액체 질소 온도(LN₂)에서 액화할 수 있는 증기의 부분 압력입니다.

표준 압력 p_n

표준 압력 p_n은 DIN 1343에서 p_n = 1013.25mbar의 압력으로 정의됩니다.

최종 압력 p_end

진공 용기에서 도달할 수 있는 최저 압력입니다. 최종 압력 pend는 펌프의 흡입 속도뿐 아니라 펌프에 사용되는 윤활유, 실란트 및 추진제의 증기 압력 pd에 따라 달라집니다. 컨테이너가 오일 밀봉 로터리(정변위) 진공 펌프로 간단히 배기되면 도달할 수 있는 최종 압력은 주로 사용 중인 펌프 오일의 증기 압력 및 용기 청결도에 따라 결정됩니다. 또한 용기 벽에서 배출되는 증기는 물론 진공 용기 자체의 누출 밀폐에 따라 결정됩니다.

주변 압력 p_amb

또는 (절대) 대기압

과압 p_e 또는 게이지 압력

("초과"의 색인 기호)

여기서 p_e에 대한 양의 값은 과압 또는 게이지 압력을 나타내며, 음의 값은 진공을 나타냅니다.

운전 압력 p_w

배기 중에 기체 및/또는 증기가 용기에서 제거됩니다. 기체는 운전 온도 또는 작동 온도에서 응축되지 않는 기체 상태의 물질인 것으로 알려져 있습니다. 증기는 기체 상태의 물질이지만 압력을 증가시켜 현재 온도에서 액화될 수 있습니다. 마지막으로, 포화 증기는 현재 온도에서 동일한 물질의 액체상과 평형을 이루는 기체 상태의 물질입니다.

표 I 허용 가능한 압력 단위(Torr 포함) 1) 및 변환.

익숙한 단위에서 법정 단위 N · m^-2, mbar 및 bar로 쉽게 전환할 수 있도록 Torr 단위가 표에 포함되어 있습니다. 향후 압력 단위 Torr, 물 기둥 mm, 수은 기둥 mm(mm Hg), % 진공, 공학 기압(at), 물리 기압(atm), 절대 대기압(ata), 대기압 초과 압력 및 대기압 미만 압력은 더 이상 사용되지 않을 수 있습니다. DIN 1314를 기준으로 합니다.
제곱미터로 나눈 뉴턴 단위(N · m^-2)는 파스칼(Pa)이라 합니다. 1N · m^-2= 1Pa. 제곱미터로 나눈 뉴턴 또는 파스칼은 유체의 압력 SI 단위입니다.
1Torr = 4/3mbar, fl torr = 1mbar.

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