اصول اساسی خلاء و اندازه گیری
اصول اساسی خلاء و اندازه گیری:
اصول و اندازه‌گیری‌های اساسی خلاء ۹۰۰۱۲۰۱۵ گواهی شده توسط Woodrow Farrow – با مجوز Specialty Gas ReportVacuum تجدید چاپ شده است: فضایی که نسبتاً خالی از ماده است، به‌ویژه زمانی که آن فضای خالی از طریق وسایل مصنوعی ایجاد شده باشد. اتمسفر زمین فشاری بر ما وارد می کند (معروف به فشار اتمسفر)، که می تواند به روش های مختلفی اندازه گیری شود.
در سطح دریا، فشار استاندارد در واحدهای مختلف به شرح زیر است: ۱۰۱۳۰۰ پاسکال (Pa) 1103 میلی بار ۷۶۰ Torr760 میلی‌متر جیوه ۲۹٫۹۲ اینچ از جیوه ۱۴٫۷ psia. موارد فوق «تعریف فرهنگ لغت» خلاء است. بد نیست. این ساده است، و به نقطه. . . و حتی برای برنامه های کاربردی با تکنولوژی بالا بسیار مناسب است. نحوه رسیدن به آنجا (دستیابی به فضایی نسبتاً خالی از ماده) چندان ساده نیست. در واقع رسیدن به آنجا یکی از حیاتی ترین عملیات در تولید گازهای تخصصی و پزشکی است.
چه نوع تجهیزاتی و چه زمانی استفاده می شود؟
بهترین عمل از نظر تکنیک و فرآیند چیست؟
بدون دانستن پاسخ این سؤالات، ایجاد گازهای خالص یا مخلوط با هیچ تضمینی وجود ندارد که خلوص گازی که در سیلندر قرار می دهید برای مدت طولانی به همین صورت باقی بماند. بدون آن تضمین، غیرممکن است که در تخصص یا تجارت گاز پزشکی باشید. اصطلاح “خلاء” برای توصیف ناحیه فشار زیر فشار اتمسفر استفاده می شود.
این مقاله اصول اولیه فناوری خلاء را بازبینی می کند. یعنی خلاء چیست و چگونه اندازه گیری می شود؟ هنگامی که اصول اولیه درک شد، جنبه های پیچیده تر این فناوری را می توان بهتر درک کرد. خلاء چگونه ایجاد می شود؟ ایجاد خلاء معمولاً به یک محفظه، لوله کشی و یک پمپ (یا پمپ) نیاز دارد. طرح‌های ساده‌شده نزدیک می‌توانند به شما کمک کنند تا بفهمید چگونه پمپ تعداد مولکول‌های داخل محفظه خلاء را کاهش می‌دهد. با کاهش تعداد مولکول‌ها در محفظه (شکل ۱)، رسیدن مولکول‌ها به پمپ خلاء دشوارتر می‌شود و بنابراین از اتاق خارج شود
اصول و اندازه‌گیری‌های اساسی خلاء دارای گواهینامه۹۰۰۱۲۰۱۵ (ادامه از صفحه ۱)
به طور کلی، چهار ناحیه خلاء توصیف می‌شوند: خلاء خشن، متوسط، زیاد و فوق‌العاده بالا (شکل ۲). مرز هر منطقه را نمی توان به طور صلب تعریف کرد، اما این عبارات برای بحث در مورد اعمال مولکول ها در داخل سیستم خلاء مفید هستند. ۱۰۶ Torr) تا ۱ x 10-8 میلی بار (۱ x 109 Torr) خلاء متوسط: ۰٫۱ میلی بار (۷۵ میلی‌تر) تا ۱ x 105 میلی‌بار (۱ x 106 Torr) خلاء ناهموار: فشار اتمسفر تا ۰٫۱ میلی‌بار (۷۵ میلی‌تر) وکیوم T تعاریف (همچنین به جدول ۱ مراجعه کنید) ۱٫۲ حجم: رایج ترین واحدها لیتر و فوت مکعب هستند.
برای تبدیل از فوت مکعب به لیتر در ۲۸٫۳٫۱٫۳ ضرب کنید دما: فکر نمی کنم نیازی به توضیح زیاد باشد، اما مهم است که به یاد داشته باشید که افزایش دما در محفظه یا لوله کشی می تواند منجر به افزایش فشار شود.۱٫۴ خروج گاز: بار گازی است که در اثر تکامل گازهای O-Ring، سطوح محفظه یا سطوح لوله‌کشی ایجاد می‌شود. تکامل گازها یک بار گاز ایجاد می کند که باید توسط پمپ از سیستم های خلاء خارج شود تا به سطح خلاء مورد نظر برسد. ۱٫۵ رسانایی: مقدار گازی است که می تواند در یک دستگاه خاص در واحد زمان حرکت کند.
رسانایی از طریق هر وسیله ای با فشار متفاوت است. من همیشه سعی کرده ام رسانایی را با استفاده از تشبیه آب هدایت شده از طریق شیلنگ توضیح دهم. هم آب از طریق شیلنگ و هم گازها از طریق یک سیستم لوله کشی خلاء سیال از طریق دستگاه های محدود کننده هستند
در طراحی لوله‌کشی خلاء، بهتر است از مستقیم‌ترین، کوتاه‌ترین و بزرگترین قطر لوله‌کشی ممکن استفاده شود، بنابراین مولکول‌های گاز می‌توانند به راحتی به ورودی پمپ خلاء حرکت کرده و از سیستم خارج شوند. همانطور که فشار در محفظه خلاء یا لوله‌کشی کاهش می‌یابد، جریان گاز به میزان بسیار بیشتری (نه کاملاً نمایی) توسط لوله‌کشی با قطر کوچک، خمیدگی، زانویی و طول لوله‌کشی محدود می‌شود. در نظر بگیرید که کدامیک شما را خیس تر می کند.
ملاحظات و انتخاب گیج اندازه گیری هنگام اندازه گیری خلاء، باید تعیین کنید که چه نوع گیج و در چه محدوده ای استفاده شود: ترموکوپل-پیرانی، پنینگ یا مانومتر خازنی – و ساختار، عملکرد و ویژگی های آنها. هیچ گیج خلاء جهانی وجود ندارد. در سراسر محدوده از فشار اتمسفر تا ۱ × ۱۰۱۱ Pa (1 x 1013 Torr) با دقت پاسخ می دهد. مواد ساخت و ساز، روش اندازه‌گیری (مستقیم و غیرمستقیم)، و الکترونیک، همگی در محدودیت هر نوع گیج نقش دارند. همه گیج‌های الکترونیکی به دلیل “دریفت” ذاتی در کنترل‌کننده‌های الکترونیکی در معرض تغییر در خواندن هستند.
هم بهره الکترونیکی (فاصله) و هم نقطه تنظیم صفر قابل تنظیم هستند، بنابراین هر زمان که «سر» گیج یا کنترل‌کننده‌های الکترونیکی جایگزین می‌شوند، باید دقت شود تا هم دهانه و هم صفر ترکیب جدید تأیید شود.
گیج‌های مستقیم فشار را مستقل از ترکیب اندازه‌گیری می‌کنند. گاز مورد اندازه گیری گیج های غیرمستقیم به ترکیب گازی که اندازه گیری می شود، مانند رسانایی الکتریکی هدایت حرارتی، یا قابلیت یونیزاسیون، وابسته هستند. سازندگان سنج های ترکیبی را برای پوشاندن محدودیت های برخی از فناوری ها ارائه می دهند. به عنوان مثال، یک گیج ترکیبی Pirani-Penning می تواند از اتمسفر تا ۱×۱۰۱۱ Pa (1×۱۰۱۳ Torr) کار کند.
(شکل ۳) گیج های پیرانی و ترموکوپل سنج های ترموکوپل و پیرانی به عنوان گیج های غیرمستقیم طبقه بندی می شوند که معمولاً از اتمسفر تا ۱۰۲ × ۱ Pa (1×۱۰۳ Torr) کار می کنند. گیج های ترموکوپل و پیرانی بسته به سازنده مقدار کمی متفاوت هستند، اما اساساً به یک شکل عمل می کنند.
گیج های پیرانی دامنه کمی وسیع تری دارند و وضوح بهتری نسبت به گیج های ترموکوپل ارائه می دهند. تئوری اصلی کار اندازه گیری گرمای از دست رفته از یک سیم است، در فشار کمتر از ۱×۱۰۲ Pa (1×۱۰۴ Torr) گاز بسیار کمی وجود دارد که گیج نمی تواند قرائت دقیقی ارائه دهد. یکی از رشته های سیم نازک یک مدار پل استاندارد وتستون در داخل سیستم خلاء و طرف دیگر در یک گاز مرجع قرار می گیرد. الکترونیک گیج تلفات دمای سیم را در داخل سیستم خلاء اندازه گیری می کند و آن را با سیم مرجع مقایسه می کند و سپس قرائت خلاء را نشان می دهد.
هنگامی که مقادیر زیادی گاز در نزدیکی سیم وجود دارد، مقدار زیادی گرما از بین می رود. از سیم، و در نتیجه مقدار زیادی جریان برای حفظ دمای سیم مورد نیاز است. جریان مورد نیاز برای حفظ دما مستقیماً متناسب با گرمایی است که توسط گاز موجود در نزدیکی سیم در داخل سیستم خلاء هدایت می شود. با کاهش مقدار گاز در نزدیکی سیم، گرمای کمتری از سیم خارج می‌شود و الکترونیک میزان کمتر جریان مورد نیاز برای حفظ دمای سیم را اندازه‌گیری و گزارش می‌کند. ترکیب گاز به طور قابل توجهی بر خواندن (دقت) این سنج ها تأثیر می گذارد.
به طور معمول، سنج ها برای هوا (۷۸٪ نیتروژن) کالیبره می شوند، و باید یک فاکتور برای خواندن گیج برای آرگون، هلیوم یا هیدروژن اعمال شود. آرگون گرما را بسیار سریعتر از نیتروژن جذب می کند، در حالی که نیتروژن بسیار سریعتر از هلیوم یا هیدروژن است. با کاهش فشار، افست ناشی از ترکیب گاز نیز کاهش می یابد.
استفاده از پیرانی و ترموکوپل ترموکوپل و گیج پیرانی ارزان هستند و عمدتاً برای اندازه گیری خلاء در محفظه های غیر خورنده و غیر واکنشی استفاده می شوند. استفاده از آنها در سیستم های نیمه هادی محدود است زیرا سیم های داغ و گازهای راکتیو معمولاً سازگار نیستند. عملکرد سنج های پنینگ و یون سنج های پنینگ (کاتد سرد) و یون (کاتد گرم) به عنوان گیج های غیر مستقیم طبقه بندی می شوند که معمولاً از یک Pa (1 x 102 Torr) کار می کنند. ) تا ۱ x 1010 Pa (1 x 1012 Torr). گیج‌های پنینگ و یون، بسته به سازنده، فقط مقدار کمی متفاوت هستند، اما اساساً به یک شکل عمل می‌کنند.
ترکیبی از یک میدان مغناطیسی قوی و ولتاژ بالا اعمال شده به الکترودها، تخلیه پلاسمایی هدایت شده الکترون ها را ایجاد می کند. یون ها از بمباران الکترونی گازهای داخل کاتد محدود تشکیل می شوند. یون ها توسط میدان مغناطیسی به سمت کاتد باردار شتاب می گیرند. تاثیر یون ها با کاتد توسط الکترونیک گیج اندازه گیری و گزارش می شود. سنج های پنینگ و یون به طور قابل توجهی تحت تاثیر ترکیب گاز در سیستم خلاء قرار می گیرند و نمی توان آنها را با گازهای راکتیو استفاده کرد.
برخی از یون سنج ها از شیشه ساخته شده اند و به محض اینکه تخلیه درخشش سنج شروع شود، گرما می تواند باعث شود که گیج بسیار شکننده (و شکننده) شود. تخلیه درخششی که برای عملکرد گیج لازم است نیز دلیلی است که این گیج ها نمی توانند در فشارهای بالاتر از یک پال (۱ x 102 Torr) کار کنند.
مانومتر خازنی
این گیج فشار مستقیم معمولاً از اتمسفر تا ۱ × ۱۰۲ Pa (1 x 104 Torr) کار می کند. این گیج حاوی یک دیافراگم کوچک فلزی (دیسک) است که یک طرف دیافراگم در معرض محفظه خلاء قرار دارد و فشار مشخصی روی پشت آن وجود دارد. فشار در محفظه خلاء دیافراگم فلزی را فشرده می کند یا اجازه انبساط می دهد. الکترونیک سنج حرکت دیافراگم فلزی را به عنوان تابعی از ظرفیت دیافراگم فلزی با یک الکترود “موازی” ثابت اندازه گیری می کند. هنگامی که دیسک فلزی و محفظه از فولاد ضد زنگ ساخته می شوند، این نوع گیج در برابر خوردگی یا خورندگی بسیار مقاوم است.
گازهای راکتیو محدوده گیج را می توان با تغییر فشار محبوس شده تا یک درجه تغییر داد. حجم و فشار بسیار کم به دام افتاده به گیج اجازه می دهد تا تفاوت های کوچک در فشار محفظه را اندازه گیری کند. شکاف کوچک بین دیافراگم فلزی و الکترود ثابت این نوع گیج را به ویژه در برابر لرزش، دما و هرگونه تغییر میدان الکتریکی مستعد می کند. اکثر اپراتورها از این واقعیت آگاه نیستند که هر بار که سنسور باید صفر و دهانه الکترونیک را تنظیم مجدد کند. سر عوض شده، ضربه خورده یا جابجا شده است
اختصار
فن آوری محیط های کنترل شده ای را برای آزمایش های علمی و خطوط تولید فراهم می کند. این اساس تقریباً برای تمام زمینه های علم و فناوری، مواد، نیمه هادی ها، تولید نمایشگر، تجزیه و تحلیل سطح، مطالعه فضا و در اکثر تجهیزات تحقیق و توسعه است. با پیشرفت علم و فناوری، اهمیت فناوری خلاء خوب به طور چشمگیری افزایش یافته است.
در فرآیندهایی که هر مولکول ناخواسته می تواند کل فرآیند را خراب کند، کنترل دقیق محیط، گازهای پردازش، مواد و عملیات سطحی که ذرات و گازهای کمی را از تمام قسمت های متحرک تولید می کند بسیار مهم است. درک اساسی از چیستی خلاء و چگونگی آن. اندازه‌گیری می‌شود، و اینکه هر نوع اندازه‌گیری در کجا اعمال می‌شود، برای درک اینکه چگونه و چه زمانی می‌توان هر کدام را به‌طور مؤثر و اقتصادی به کار برد، ضروری است.
- جهت مطالعه مقاله اصلی کلیک کنید (ترجمه مقالات شرکت دکر آلمان )