จะวัดแรงดันสุญญากาศได้อย่างไร
ตาราง 3.1 การวิเคราะห์ความคล้ายคลึงกันของการวัดแรงดันสุญญากาศและการวัดความยาว
เครื่องมือวัดที่กําหนดให้เป็นเกจวัดสุญญากาศใช้สําหรับการวัดในช่วงแรงดันที่กว้างนี้ เนื่องจากเหตุผลทางกายภาพ จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเกจวัดสุญญากาศที่สามารถทําการวัดเชิงปริมาณในช่วงสุญญากาศทั้งหมด จึงมีเกจวัดสุญญากาศหลายรุ่น ซึ่งแต่ละรุ่นมีช่วงการวัดลักษณะเฉพาะที่มักครอบคลุมหลายลําดับของขนาด (ดูรูปที่ 9.16a) เพื่อให้สามารถจัดสรรช่วงการวัดที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ให้กับเกจวัดสุญญากาศแต่ละประเภท จึงยอมรับได้ว่าความไม่แน่นอนของการวัดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมาก ซึ่งในบางกรณีอาจสูงถึง 100% ที่ขีดจํากัดช่วงบนและล่าง ดังนั้นจึงต้องแยกความแตกต่างระหว่างช่วงการวัดตามที่ระบุไว้ในแคตตาล็อกและช่วงการวัดสําหรับการวัดที่ "แม่นยํา ช่วงการวัดของเกจวัดสุญญากาศแต่ละตัวถูกจํากัดในช่วงบนและล่างโดยผลกระทบทางกายภาพ
รูปภาพ 9.16a ช่วงการวัดของเกจวัดสุญญากาศทั่วไป
พื้นฐานของการวัดค่าแรงดันต่ํา
เกจวัดสุญญากาศเป็นอุปกรณ์สําหรับการวัดความดันก๊าซตั้งแต่สูงกว่าความดันบรรยากาศไปจนถึงต่ํากว่าความดันบรรยากาศ (DIN 28 400, ส่วนที่ 3, ฉบับปี 1992) ในหลายกรณี การบ่งชี้แรงดันขึ้นอยู่กับลักษณะของก๊าซ การวัดความดันบางส่วนของก๊าซหรือไอบางชนิดอย่างแม่นยําจะดําเนินการด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือวัดความดันบางส่วนที่ทํางานตามหลักการของแมสสเปกโตรมิเตอร์ ( ดูหัวข้อเกี่ยวกับการวิเคราะห์ก๊าซและแมสสเปกโตรมิเตอร์)
การอ่านค่าแรงดันขึ้นอยู่กับประเภทของแก๊ส
ต้องแยกความแตกต่างระหว่างเกจวัดสุญญากาศต่อไปนี้:
- เครื่องมือที่ตามนิยามแล้ววัดความดันเป็นแรงที่กระทําต่อพื้นที่ เรียกว่าเกจวัดสุญญากาศแบบตรงหรือแบบสัมบูรณ์ ตามทฤษฎีจลนศาสตร์ของก๊าซ แรงนี้ซึ่งอนุภาคกระทําผ่านผลกระทบต่อผนังจะขึ้นอยู่กับจํานวนโมเลกุลก๊าซต่อหน่วยปริมาตร (จํานวนความหนาแน่นของโมเลกุล n) และอุณหภูมิของโมเลกุลก๊าซเท่านั้น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับมวลโมลาร์ของโมเลกุลก๊าซ การอ่านค่าของเครื่องมือวัดไม่ขึ้นอยู่กับประเภทของก๊าซ หน่วยดังกล่าวรวมถึงเกจวัดสุญญากาศแบบเติมของเหลวและเกจวัดสุญญากาศเชิงกล
- เครื่องมือที่มีการวัดแรงดันทางอ้อม ในกรณีนี้ แรงดันจะถูกกําหนดเป็นฟังก์ชันของคุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับแรงดัน (หรือที่ถูกต้องกว่านั้นคือขึ้นอยู่กับความหนาแน่น) (การนําความร้อน ความน่าจะเป็นของการเกิดไอออน การนําไฟฟ้า) ของก๊าซ คุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นอยู่กับมวลโมลาร์รวมทั้งแรงดัน ค่าความดันที่อ่านได้ของเครื่องมือวัดขึ้นอยู่กับประเภทของก๊าซ
สเกลของเครื่องมือวัดความดันเหล่านี้จะอ้างอิงจากอากาศหรือไนโตรเจนเป็นก๊าซทดสอบเสมอ สําหรับก๊าซหรือไออื่นๆ จะต้องระบุปัจจัยการแก้ไขที่มักจะอ้างอิงจากอากาศหรือไนโตรเจน (ดูตาราง 3.2) สําหรับการวัดความดันที่แม่นยําด้วยเกจวัดสุญญากาศที่วัดโดยอ้อมซึ่งกําหนดความหนาแน่นเชิงตัวเลขผ่านการใช้พลังงานไฟฟ้า (การวัดความดันโดยอ้อม) สิ่งสําคัญคือต้องทราบองค์ประกอบของก๊าซ ในทางปฏิบัติ องค์ประกอบของก๊าซเป็นที่รู้จักกันโดยประมาณเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในหลายๆ กรณี ก็เพียงพอที่จะทราบว่าโมเลกุลที่มีน้ําหนักเบาหรือหนักเป็นส่วนใหญ่ในส่วนผสมก๊าซที่จะวัดแรงดันหรือไม่ (เช่น โมเลกุลไอของไฮโดรเจนหรือของเหลวปั๊ม)
ตาราง 3.2 ปัจจัยแก้ไข
ตัวอย่าง
หากความดันของก๊าซที่ประกอบด้วยโมเลกุลของเหลวปั๊มเป็นหลักถูกวัดด้วยเกจวัดสุญญากาศแบบไอออนไนซ์ ค่าความดันที่อ่านได้ (ที่ใช้กับอากาศหรือ N2) ดังที่แสดงในตาราง 3.2 จะสูงเกินไปโดยประมาณ 10 เท่า
การวัดในช่วงแรงดันสุญญากาศหยาบ - บรรยากาศถึง 1mbar
การวัดความดันในช่วงสุญญากาศแบบหยาบสามารถดําเนินการได้อย่างค่อนข้างแม่นยําโดยใช้เกจวัดสุญญากาศที่มีการวัดความดันโดยตรง ในทางกลับกัน การวัดแรงดันที่ต่ํากว่า <10 -3 เกือบจะมีข้อผิดพลาดพื้นฐานหลายประการที่จํากัดความแม่นยําในการวัดตั้งแต่เริ่มต้น ดังนั้นจึงไม่สามารถเปรียบเทียบได้กับระดับความถูกต้องที่มักจะได้รับจากเครื่องมือวัดค่าทางอ้อม
เพื่อให้สามารถทําข้อความที่มีความหมายเกี่ยวกับแรงดันที่แสดงโดยเกจวัดสุญญากาศในสุญญากาศแบบหยาบ สิ่งแรกที่ต้องพิจารณาคือตําแหน่งที่ตั้งและวิธีการเชื่อมต่อระบบการวัด ในพื้นที่แรงดันทั้งหมดที่มีการไหลแบบลามิเนียร์ (1013 > p > 10 -1 mbar) ต้องสังเกตการไหลของแรงดันที่เกิดจากการปั๊ม ด้านหน้าของปั๊มโดยตรง (ตามที่มองจากภาชนะ) จะเกิดแรงดันต่ํากว่าในภาชนะ แม้แต่ส่วนประกอบที่มีค่าการนําไฟฟ้าสูงก็อาจทําให้เกิดการลดลงของแรงดันดังกล่าวได้ สุดท้าย ค่าการนําไฟฟ้าของสายเชื่อมต่อระหว่างระบบสุญญากาศและระบบวัดค่าต้องไม่น้อยเกินไป มิฉะนั้นสายจะไล่อากาศออกช้าเกินไปในบริเวณแรงดันของการไหลแบบลามินารี ดังนั้นแรงดันที่บ่งชี้จึงสูงเกินไป
การวัดในช่วงแรงดันสุญญากาศปานกลาง - 1mbar ถึง 10 -3 mbar
การวัดค่าในสุญญากาศปานกลางต้องใช้เซ็นเซอร์ความจุแบบเต็มสเกลต่ํา (เช่น CTR100 0.1Torr) หรือโดยปกติแล้วจะใช้เกจวัดการนําความร้อน เช่น เกจวัดซีรี่ส์ THERMOVAC (เช่น TTR91RN) โดยทั่วไปในช่วงนี้ คุณกําลังเริ่มเปลี่ยนจากการไหลของก๊าซแบบลามิเนตเป็นการไหลของก๊าซโมเลกุล ดังนั้นคุณจึงต้องเริ่มพิจารณาตําแหน่งของเกจเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด การวัดค่าในช่วงนี้โดยทั่วไปจะอยู่ที่ +-15% เมื่อใช้เกจวัดการนําความร้อน ดังนั้นคุณจะได้รับระดับความถูกต้องที่เหมาะสม แต่ไม่สูงเท่ากับเมื่อคุณสามารถใช้เกจวัดโดยตรง ซึ่งมีรายละเอียดในสุญญากาศแบบหยาบ
การวัดในช่วงแรงดันสุญญากาศสูงและสูงพิเศษ 10 -3 mbar ถึง <10 -12
สถานการณ์นี้มีความซับซ้อนมากขึ้นในกรณีของสุญญากาศระดับสูงและสูงพิเศษ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการติดตั้งที่เฉพาะเจาะจง อาจมีการบันทึกแรงดันสูงเกินไป หรือในกรณีของท่อวัดค่าที่ไล่ก๊าซออกมาอย่างดี อาจมีการบันทึกแรงดันต่ําเกินไปเนื่องจากการไล่ก๊าซออกจากผนังของเกจวัดสุญญากาศ หรือการไล่ก๊าซออกจากระบบวัดค่าไม่เพียงพอ ในสุญญากาศสูงและสุญญากาศสูงพิเศษ การปรับสมดุลแรงดันระหว่างระบบสุญญากาศและท่อวัดอาจใช้เวลานาน ต้องพิจารณาอิทธิพลของกระบวนการวัดที่มีต่อการวัดแรงดันเป็นพิเศษเสมอ ตัวอย่างเช่น ในเกจวัดสุญญากาศแบบไอออนไนซ์ที่ทํางานกับแคโทดร้อน อนุภาคก๊าซ โดยเฉพาะอนุภาคไฮโดรคาร์บอนที่สูงกว่าจะสลายตัวด้วยความร้อน ซึ่งจะเปลี่ยนองค์ประกอบของก๊าซ ผลกระทบดังกล่าวมีบทบาทในการวัดแรงดันในช่วงสุญญากาศสูงพิเศษ เช่นเดียวกันกับการทําความสะอาดก๊าซในเกจวัดสุญญากาศแบบไอออนไนซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกจวัดแคโทดเย็น (ในช่วง 10 -2 ถึง 10 -1 ลิตร/วินาที) การปนเปื้อนของระบบการวัด สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กรบกวน ข้อผิดพลาดของฉนวน และอุณหภูมิแวดล้อมสูงเกินกว่าที่ยอมรับได้จะทําให้การวัดความดันผิดพลาด
ในการวัดแรงดันในช่วงสุญญากาศปานกลางและสูงโดยมีความไม่แน่นอนในการวัดน้อยกว่า 50% ผู้ที่ดําเนินการทดลองต้องดําเนินการอย่างระมัดระวังเป็นพิเศษ การวัดค่าความดันที่ต้องการความถูกต้องแม่นยําเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ต้องใช้ความพยายามอย่างมาก และโดยทั่วไปแล้วต้องใช้เครื่องมือวัดพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับการวัดแรงดันทั้งหมดในช่วงสุญญากาศสูงพิเศษ (p < 10 -7 mbar)
วิธีเลือกเกจวัดสุญญากาศที่เหมาะสม
ช่วงแรงดันที่ต้องการไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกเครื่องมือวัดค่าที่เหมาะสม สภาวะการทํางานที่เกจทํางานมีบทบาทสําคัญเช่นกัน หากต้องทําการตรวจวัดภายใต้สภาวะการทํางานที่ยากลําบาก เช่น หากมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการปนเปื้อน การสั่นสะเทือนในท่อไม่สามารถตัดออกได้ คาดว่าจะเกิดการระเบิดของอากาศ ฯลฯ เครื่องมือตรวจวัดจะต้องทนทาน ในโรงงานอุตสาหกรรม มีการใช้เกจวัด Bourdon, เกจวัดสุญญากาศแบบไดอะแฟรม, เกจวัดสุญญากาศการนําความร้อน, เกจวัดสุญญากาศไอออนไนซ์แคโทดร้อน และเกจวัดสุญญากาศ Penning เครื่องมือวัดค่าเหล่านี้บางส่วนมีความไวต่อสภาวะการทํางานที่ไม่พึงประสงค์ ควรใช้และสามารถใช้ได้อย่างประสบความสําเร็จก็ต่อเมื่อมีการขจัดแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่กล่าวถึงข้างต้นให้มากที่สุดเท่าที่จะทําได้ และปฏิบัติตามคําแนะนําในการใช้งาน
พื้นฐานของเทคโนโลยีสุญญากาศ
ดาวน์โหลด eBook "พื้นฐานของเทคโนโลยีสุญญากาศ" เพื่อค้นพบข้อมูลสําคัญและกระบวนการของปั๊มสุญญากาศ
การอ้างอิง
- สัญลักษณ์สุญญากาศ
- คําจํากัดความ
- ข้อมูลอ้างอิงและแหล่งข้อมูล
สัญลักษณ์สุญญากาศ
สัญลักษณ์สุญญากาศ
อภิธานศัพท์ของสัญลักษณ์ที่ใช้กันทั่วไปในแผนผังเทคโนโลยีสุญญากาศเพื่อแสดงภาพประเภทปั๊มและชิ้นส่วนต่างๆ ในระบบปั๊ม
คําจํากัดความ
คําจํากัดความ
ภาพรวมของหน่วยวัดที่ใช้ในเทคโนโลยีสุญญากาศและสัญลักษณ์ที่หมายถึงอะไร รวมถึงหน่วยวัดสมัยใหม่ที่เทียบเท่ากับหน่วยวัดในอดีต
ข้อมูลอ้างอิงและแหล่งข้อมูล
ข้อมูลอ้างอิงและแหล่งข้อมูล
ข้อมูลอ้างอิง แหล่งข้อมูล และการอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับความรู้พื้นฐานของเทคโนโลยีสุญญากาศ
สัญลักษณ์สุญญากาศ
อภิธานศัพท์ของสัญลักษณ์ที่ใช้กันทั่วไปในแผนผังเทคโนโลยีสุญญากาศเพื่อแสดงภาพประเภทปั๊มและชิ้นส่วนต่างๆ ในระบบปั๊ม
คําจํากัดความ
ภาพรวมของหน่วยวัดที่ใช้ในเทคโนโลยีสุญญากาศและสัญลักษณ์ที่หมายถึงอะไร รวมถึงหน่วยวัดสมัยใหม่ที่เทียบเท่ากับหน่วยวัดในอดีต
ข้อมูลอ้างอิงและแหล่งข้อมูล
ข้อมูลอ้างอิง แหล่งข้อมูล และการอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับความรู้พื้นฐานของเทคโนโลยีสุญญากาศ
