Hoe wordt vacuümdruk gemeten?
De drukbereiken in vacuümtechnologie en hun karakterisering
Het is gebruikelijk in vacuümtechnologie om het brede totale drukbereik – dat meer dan 16 vermogens van tien omvat – te verdelen in kleinere individuele regimes. Deze worden over het algemeen als volgt gedefinieerd:
Ruw vacuüm (RV) 1000 – 1 mbar
Middenvacuüm (MV) 1 – 10-3 mbar
Hoogvacuüm (HV) 10-3-10-7 mbar
Ultrahoog vacuüm (UHV) 10-7 - (10-14) mbar
Tabel IX Drukbereiken die in vacuümtechnologie worden gebruikt en hun kenmerken (getallen afgerond op tien)
Deze opdeling is uiteraard enigszins willekeurig. Chemici in het bijzonder kunnen het spectrum dat voor hen het meest interessant is, tussen 100 en 1 mbar, omschrijven als 'tussenvacuüm'. Sommige technici verwijzen misschien helemaal niet naar vacuüm, maar spreken in plaats daarvan van 'lage druk' of zelfs 'negatieve druk'. De hierboven vermelde drukregimes kunnen echter op bevredigende wijze worden afgebakend door de gaskinetische situatie en de aard van de gasstroomte observeren. Ook de bedrijfstechnologieën in de verschillende bereiken zullen verschillen.
Buitenluchtdruk
Vóór de evacuatie bevat elk vacuümsysteem op aarde lucht en zal het tijdens bedrijf altijd door lucht worden omgeven. Dit maakt het noodzakelijk om vertrouwd te zijn met de fysische en chemische eigenschappen van atmosferische lucht.
De atmosfeer bestaat uit een aantal gassen en, dicht bij het aardoppervlak, ook uit waterdamp. De druk die door atmosferische lucht wordt uitgeoefend, wordt vergeleken met zeeniveau. De gemiddelde atmosferische druk is 1013 mbar (equivalent aan de 'atmosfeer', een eerder gebruikte maateenheid). Tabel VIII toont de samenstelling van de standaardatmosfeer bij een relatieve vochtigheid van 50% en een temperatuur van 68 °F of 20 °C.
Tabel VIII Samenstelling van atmosferische lucht. Opmerking: in de samenstelling van atmosferische lucht wordt de relatieve vochtigheid (RV) apart van de temperatuur aangegeven.
Bij de gegeven relatieve vochtigheid is de luchtdruk op de barometer dus 1024 mbar.
Met betrekking tot vacuümtechnologie moeten de volgende punten in acht worden genomen met betrekking tot de samenstelling van de lucht:
a) De waterdamp in de lucht, die varieert afhankelijk van het vochtigheidsniveau, speelt een belangrijke rol bij het evacueren van een vacuüminstallatie ( zie pagina over het pompen van gassen – nat proces ).
b) Bij evacuatieprocedures met behulp van sorptiepompen moet rekening worden gehouden met de aanzienlijke hoeveelheid inert argongas.
c) Ondanks het zeer lage heliumgehalte in de atmosfeer, slechts ongeveer 5 ppm (parts per million), komt dit inerte gas vooral voor in ultrahoogvacuümsystemen die met Viton zijn afgedicht of glas- of kwartscomponenten bevatten. Helium kan deze stoffen in meetbare mate doorlaten.
De druk van atmosferische lucht daalt naarmate de hoogte boven het aardoppervlak toeneemt (zie Afb. 9,3). Hoogvacuüm heerst op een hoogte van ongeveer 328.083 ft (100 km) en ultrahoogvacuüm boven 1.312.335 ft (400 km). De samenstelling van de lucht verandert ook met de afstand tot het aardoppervlak (zie Afb. 9,4).
Fig. 9,3 Daling van de luchtdruk (1) en temperatuurverandering (2) als functie van de hoogte
Figuur 9,4 Verandering in de gassamenstelling van de atmosfeer als functie van de hoogte
Drukeenheden en hun definitie
Druk p (mbar)
Druk van vloeistoffen (gassen en vloeistoffen). (Hoeveelheid: druk; symbool: p; maateenheid: millibar; afkorting: mbar.) Druk wordt in DIN-norm 1314 gedefinieerd als het quotiënt van de gestandaardiseerde kracht die op een oppervlak wordt uitgeoefend en de omvang van dit oppervlak (kracht gerelateerd aan het oppervlak). Hoewel de Torr niet langer wordt gebruikt als eenheid voor het meten van de druk, is het voor de transparantie toch nuttig om deze drukeenheid te vermelden: 1 Torr is de gasdruk die een kwikkolom met 1 mm kan verhogen bij 32 °F (0 °C). (De standaard atmosferische druk is 760 Torr of 760 mm Hg.) Druk p kan nauwkeuriger worden gedefinieerd door middel van subscripten:
Absolute druk p abs
De absolute druk wordt in de vacuümtechniek altijd aangegeven, zodat de 'abs'-index gewoonlijk kan worden weggelaten.
Totale druk pt
De totale druk in een vat is de som van de deeldrukken van alle gassen en dampen in het vat.
Partiële druk pi
De partiële druk van een bepaald gas of damp is de druk die dat gas of die damp zou uitoefenen als het alleen in het vat aanwezig was. Belangrijke opmerking: Vooral in de grofvacuümtechniek wordt de partiële druk in een mengsel van gas en damp vaak beschouwd als de som van de partiële drukken van alle niet-condenseerbare componenten die in het mengsel aanwezig zijn – bijvoorbeeld in het geval van de " partiële einddruk " bij een draaischuifpomp.
Verzadigingsdampdruk ps
De druk van de verzadigde damp wordt verzadigingsdampdruk ps genoemd. ps is een functie van de temperatuur voor een bepaalde stof.
Dampdruk pd
Partiële druk van de dampen die vloeibaar kunnen worden gemaakt bij de temperatuur van vloeibare stikstof (LN2 ).
Standaarddruk pn
De standaarddruk pn wordt in DIN 1343 gedefinieerd als een druk van pn = 1013,25 mbar.
Einddruk p eind
De laagste druk die in een vacuümvat kan worden bereikt. De zogenaamde einddruk hangt niet alleen af van de aanzuigsnelheid van de pomp, maar ook van de dampdruk pd voor de smeermiddelen, dichtmiddelen en drijfgassen die in de pomp worden gebruikt. Als een container eenvoudig wordt geëvacueerd met een roterende vacuümpomp met olieafdichting (verdringingspomp), wordt de einddruk die kan worden bereikt voornamelijk bepaald door de dampdruk van de gebruikte pompolie en, afhankelijk van de reinheid van het vat, ook door de dampen die uit de wanden van het vat vrijkomen en uiteraard door de lekdichtheid van het vacuümvat zelf.
Omgevingsluchtdruk
of (absolute) atmosferische druk
Overdruk pe of manometerdruk
(Indexsymbool van 'overschot')
Hier geven positieve waarden voor pe een overdruk of manometerdruk aan; negatieve waarden geven een vacuüm aan.
Werkdruk pw
Tijdens het evacueren worden de gassen en/of dampen uit een vat verwijderd. Onder gassen wordt verstaan stof in gasvormige toestand die echter niet condenseert bij werk- of bedrijfstemperatuur. Damp is ook stof in gasvormige toestand, maar kan bij heersende temperaturen door toenemende druk vloeibaar worden gemaakt. Tot slot is verzadigde damp een stof die bij de heersende temperatuur gas is in evenwicht met de vloeibare fase van dezelfde stof.
- De torr wordt alleen in de tabel opgenomen om de overgang van deze bekende eenheid naar de wettelijke eenheden N · m -2, mbar en bar te vergemakkelijken., In de toekomst mogen de drukeenheden torr, mm waterkolom, mm kwikkolom (mm Hg), % vacuüm, technische atmosfeer (at), fysieke atmosfeer (atm), atmosfeer absoluut (ata), druk boven atmosferische druk en druk onder atmosferische druk niet meer worden gebruikt. In dit verband wordt verwezen naar DIN 1314.
- De eenheid Newton gedeeld door vierkante meter (N · m -2 ) wordt ook aangeduid als Pascal (Pa): 1 N · m -2 = 1 Pa. Newton gedeeld door vierkante meter of Pascal is de SI-eenheid voor de druk van vloeistoffen.
- 1 droog = 4/3 mbar; fl droog = 1 mbar.
Grondbeginselen van vacuümtechnologie
Download ons eBook 'Grondbeginselen van vacuümtechnologie' om de basisprincipes en processen van vacuümpompen te ontdekken.
Referenties
- Vacuümsymbolen
- Verklarende woordenlijst
- Referenties en bronnen
Vacuümsymbolen
Vacuümsymbolen
Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen
Verklarende woordenlijst
Verklarende woordenlijst
Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden
Referenties en bronnen
Referenties en bronnen
Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie
Vacuümsymbolen
Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen
Verklarende woordenlijst
Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden
Referenties en bronnen
Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie