如何測量真空壓力？

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真空技術中的壓力範圍及其特性

在真空技術中細分其廣泛的整體壓力範圍是很平常的 – 其可跨越超過十的 16 次方 – 進入更小的個別流態。這些內容通常定義如下：

粗真空 (RV) 1000 – 1 mbar

中度真空 (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 在真空技術下使用的壓力範圍及其特性 (數已四捨五入為十的整數冪)

這種區分方式自然是有些隨意的。化學家特別會將他們最感興趣的部分，也就是介於 100 到 1 mbar 之間的部分，稱為「中間真空」。有些工程師可能根本不會用到真空這個說法，而是會用「低壓」甚至「負壓」的說法。然而，以上列出的壓力流態可以從氣體運動論情況的觀察及氣流的特性來得到相當令人滿意的描述。各個範圍中的操作技術也會有所不同。

大氣

在排空之前，地球上的每個真空系統都包含空氣，而且該系統在操作期間都一定會被空氣所包圍。這就使得熟悉大氣的物理與化學屬性成為必要。

大氣由一些氣體組成，在接近地球表面處，還包括水蒸氣。由大氣產生的壓力會以海平面為參考點。平均大氣壓力為 1013 mbar (相當於「標準氣壓」，這是早期所使用的壓力單位)。表 VIII 顯示了在 50% 的相對濕度與 68°F 或 20°C 的溫度之下的標準大氣成分。

表 VIII 大氣的成分。注意：在大氣的成分中，相對濕度 (RH) 穢語溫度一起分開指示。

因此，在指定相對濕度之下，在氣壓計上讀到的氣壓為 1024 mbar。

表 XVII 溫度比較與轉換表 (四捨五入至整數度數)

就真空技術而言，應在空氣成分方面注意以下幾點：

a) 空氣中所含的水蒸氣，會因濕度而變化，在為真空設備抽真空時扮演了重要的角色 (請參閱抽送氣體 – 濕處理頁面)。

b) 在使用吸附幫浦排空的程序中，應考慮到惰性氣體氬的顯著存在量。

c) 儘管大氣中的氦氣含量非常低，僅有約 5 ppm (百萬分之一)，但此惰性氣體會使它本身在以 Viton 密封或包含玻璃或石英元件的超高真空系統中非常明顯。氦氣能夠將這些物質滲透到可測量出的程度。

大氣壓力會隨著地球表面之上的海拔高度升高而降低 (見圖 9.3)。在約 328,083 英尺 (100 公里) 的高度時主要是高真空狀態，而在 1,312,335 英尺 (400 公里) 以上則為超高真空狀態。空氣的成分也會隨著與地球表面之間的距離而改變 (見圖 9.4)。

圖 9.3 隨著海拔高度而降低的氣壓 (1) 及變化的溫度 (2)

圖 9.4 隨著海拔高度而改變的大氣氣體成分

壓力單位及其定義

壓力 p (mbar)

流體 (氣體與液體) 的壓力。(數量：壓力；符號：p；測量單位：millibar；縮寫：mbar。) DIN 標準 1314 對於壓力的定義為施加於表面的標準力與此表面大小範圍的商 (參考表面區域的力)。即使 Torr 已不在作為測量壓力的單位使用，但它在提及此壓力單位時的透明度上仍具有一定的優點：1 Torr 就是能夠在 32°F (0°C) 時將一水銀柱升起 1 公釐的氣壓。(標準大氣壓力為 760 Torr 或 760 mm Hg。) 壓力 p 可透過以下方式更仔細地定義：

絕對壓力 p_abs

在真空技術中一律會指定絕對壓力，以便在正常情況下可以忽略「abs」指數。

總壓力 p_t

容器中的總壓力是容器內所有氣體與蒸氣的分壓的總和。

分壓 p_i

特定氣體或蒸氣的分壓是，如果氣體或蒸氣單獨存在於容器中時，它所產生的壓力。重要注意事項：特別是在粗真空技術中，氣體與蒸氣混合時的分壓通常會被理解為混合時存在之所有非凝結性成分的分壓總和 – 例如，迴轉葉片幫浦的「極限分壓」即屬此例。

飽和蒸氣壓力 p_s

飽和蒸氣的壓力是指飽和蒸氣壓力 ps。ps 將為任何特定物質的溫度函數。

蒸氣壓力 p_d

可在液態氮 (LN₂) 的溫度液化的這些蒸氣的分壓。

標準壓力 p_n

DIN 1343 對於標準壓力 p_n 的定義是 p_n = 1013.25 mbar 的壓力。

極限真空壓力 p_end

可在真空容器中達到的最低壓力。所謂的極限真空壓力 pend 不僅取決於幫浦的抽氣速度，還取決於在幫浦中使用之潤滑劑、密封劑與推進劑的蒸氣壓力pd。如果僅用油封式迴轉 (正排氣) 真空幫浦為容器抽真空，則可以達到的極限真空壓力將主要由所使用的幫浦油蒸氣壓力決定，並且將取決於容器的清潔程度，以及從容器壁釋放的蒸氣，當然，還包括真空容器本身的密封度。

環境氣壓 p_amb

或 (絕對) 大氣壓力

過壓 p_e 或表壓

(來自「過度」的指數符號)

此處 p_e 的正值將指示過壓或表壓；負值將描繪真空狀態。

工作壓力 p_w

在排空期間，會從容器中去除氣體與/或蒸氣。氣體會被理解為氣態中的物質，但它不會在工作或操作溫度下凝結。蒸氣也是氣態中的物質，但它會在壓力升高的情況下在優勢溫度下液化。最後，飽和蒸氣是在優勢溫度下，相同物質的氣體與液態保持平衡的物質。

表 I 容許壓力單位包括 torr 1) 及其轉換。

torr 之所以包含在表格中，只是為了有利於從這種熟悉的單位過渡到法定單位 N · m^-2、mbar 與 bar。在未來，壓力單位 torr、公釐水柱、公釐水銀柱 (mm Hg)、% 真空、工程大氣壓 (at)、物理大氣壓 (atm)、絕對大氣壓 (ata)、超過大氣壓的壓力及低於大氣壓的壓力將不可再使用。參考請見本文脈絡中的 DIN 1314。
牛頓除以平方公尺 (N · m^-2) 的單位也稱為 Pascal (Pa)：1 N · m^-2= 1 Pa。牛頓除以平方公尺或 Pascal 是流體壓力的 SI 單位。
1 torr = 4/3 mbar；fl torr = 1 mbar。

部落格與 Wiki 真空的基本物理真空基礎說明