فشار مطلق، فشار گیج، خلاء. مبانی فناوری خلاء

هنگام انتخاب پمپ خلاء (یا کمپرسور) و ارزیابی مناسب بودن آن برای استفاده در یک فناوری خاص، از دو ویژگی اصلی استفاده می شود:

• فشار
• کارایی

پمپ خلاء یا کمپرسوری که یک کاربر احتمالی به دنبال آن است، قبل از هر چیز باید سطح فشار مورد نیاز را تامین کند. سپس وظیفه به دست آوردن این فشار برای یک دوره زمانی مشخص است. سرعتی که در آن به نقطه تنظیم فشار رسیده است با سرعت پمپاژ پمپ خلاء تعیین می شود. در همان زمان، کمپرسورهای گازی گازها را پمپ می کنند و فشارهایی بالاتر از اتمسفر ایجاد می کنند. پمپ های خلاء فشارهای زیر اتمسفر تولید می کنند، به عنوان مثال. خلاء ایجاد کنید

این مقاله در مورد صحبت خواهد کرد فشار کم، یعنی در مورد VACUUM به عنوان مشخصه فنی اصلی تمام پمپ های خلاء. ایجاد یا تولید خلاء توسط یک دستگاه فرآیندی پویا برای کاهش فشار اتمسفر در حجم و زمان است. هنگام جستجو و انتخاب یک پمپ خلاء بر اساس سطح خلاء، معمولاً به دو ویژگی مرتبط با فشار پمپ خلاء اشاره می شود:

• فشار باقیمانده نهایی (یا خلاء نهایی، فشار نهایی)
• فشار کاری (یا خلاء کاری، فشار کاری)

فشار باقیمانده نهایی - این بهترین (بالاترین) مقدار خلاء است که طراحی این پمپ خلاء امکان دستیابی به آن را فراهم می کند. درک این نکته مهم است که وقتی پمپ خلاء به این حد خلاء می رسد، ظرفیت پمپاژ صفر می شود، یعنی. پمپاژ متوقف می شود، و در آینده، هنگامی که پمپ کار می کند، این مقدار فشار محدود کننده به عنوان یک حالت تعادل معین در سیستم "حجم پمپ-پمپ" به دست آمده حفظ می شود.

به عنوان یک قاعده، مقدار فشار باقیمانده محدود تنها زمانی به دست می آید که پمپ خلاء در حالت "کشش" کار می کند، یعنی. با ورودی بسته این کاملاً به سادگی توضیح داده می شود: هنگامی که حجم های تکنولوژیکی (مخازن، خطوط لوله، اتصالات، محفظه ها و غیره) به پمپ متصل می شوند، همیشه نشت (نشت) یا پدیده های دفع گاز وجود دارد که اجازه نمی دهد به حداکثر مقدار خلاء در پمپاژ برسد. حجمی که خود پمپ می تواند ایجاد کند.

فشار عملیاتی - این مقدار خلاء تنظیم شده ای است که باید توسط یک پمپ خلاء در یک فناوری یا فرآیند خاص ارائه و نگهداری شود.

هنگام انتخاب پمپ خلاء، فشار باقی مانده محدود کننده آن باید کمی بهتر از پمپ کار باشد. این، همانطور که بود، "حاشیه ایمنی" خاصی را فراهم می کند، یعنی. تضمین می کند که فشار مورد نیاز در فرآیند با استفاده از این پمپ خلاء خاص به دست می آید.

2. فشار گازها در یک حجم. فشار اتمسفر. مفهوم "خلاء".

فشار گازها در حجم بسته کل نیرویی است که توسط ضربات (ضربه) مولکول های گازی که دائماً در حال حرکت هستند به دیواره های حجم وارد می شود که در نتیجه حرکت براونی ثابت آنها و برخورد آنها با یکدیگر و با دیواره های جامد آنها کشتی

واحد SI اصلی برای اندازه گیری فشار "Pa" (پاسکال) است:

1 Pa = 1 N / M 2 = 0.01 میلی‌بار [1]

سایر واحدهای فشار رایج و نسبت آنها در جدول 1 نشان داده شده است:

میز 1
واحد فشار	بار	mbar	میلی متر rt هنر	متر اب. هنر	پا	کیلو پاسکال	MPa	دستگاه خودپرداز.	در	کیلوگرم بر سانتی متر 2	psi
بار	1	1000	750	10,2	100 000	100	0,1	0,9869	1,02	1,02	14,5

فشار اتمسفر - این فشاری است که توسط جرم ستون هوا به عنوان مخلوطی از گازها اعمال می شود که تا ارتفاع بیش از 1000 کیلومتر از سطح زمین و اقیانوس گسترش می یابد. در عین حال، باید درک کرد که هر چه نقطه اندازه گیری این فشار اتمسفر از سطح دریا بالاتر باشد، اتمسفر غلظت کمتری دارد، مخلوط گازها کمتر می شود (گویی جرم آنها در حجم عظیمی رقیق می شود. با افزایش ارتفاع) و در نتیجه فشار این مخلوط گازها با افزایش به ارتفاع کاهش می یابد (شکل 2 را ببینید). چرا؟ فقط سیاره زمین مدتهاست که سه برابر شده است، که در اطراف آن جوی وجود دارد، مانند هاله گازی در اطراف یک توپ. به لطف این هاله جوی، موجودات زنده زندگی می کنند و حیاتی ترین واکنش های موادی که دائماً اکسیژن مصرف می کنند، رخ می دهد و گیاهانی که دائماً این اکسیژن را تولید و بازیابی می کنند، به اصطلاح. تعادل اکسیژن اتمسفر بارزترین نمونه ها عبارتند از باد، احتراق (به عنوان یک فرآیند اکسیداسیون) و تنفس موجودات زنده، حیوانات، مردم.

منحنی فشار اتمسفر تا ارتفاع 12 کیلومتری از سطح دریا در شکل 1 نشان داده شده است. 3.

جو زمین . به طور کلی پذیرفته شده است که این مخلوطی از 14 گاز اصلی "زمینی" است (نگاه کنید به شکل 1)، که سه مورد از آنها سهم شیر را تشکیل می دهند، به طور کلی، بیش از 99٪ (نیتروژن - بیش از 78٪، اکسیژن - بیشتر). بیش از 20٪، بخار آب می تواند بیش از یک٪ باشد.

جو زمین با توجه به پارامترهای فشار و دما به مناطق تقسیم می شود: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر (نگاه کنید به شکل 4).

وکیوم هر فشاری است که کمتر از فشار اتمسفر باشد. فشار معمولی اتمسفر در شرایط زمینی، فشار مطلق ستون جوی در سطح سطح اقیانوس جهانی (دریا) در نظر گرفته می شود. این مقدار 1013 mbar abs است. "عضلات شکمی." - در اینجا منظور فشار مطلق است که در حالتی که یک مولکول گاز در حجم وجود نداشته باشد برابر با صفر است. زیرا در سطح زمین، در اعماق آن و در جو همیشه مواد گازی و بخارات مواد مایع وجود دارد، پس خلاء مطلق در شرایط زمینی دست نیافتنی است. مهم نیست که حجم ها با پمپ های وکیوم مدرن چقدر سریع و خوب پمپ می شوند، مهم نیست که چقدر محکم باشند، در ناهمواری میکروسکوپی دیواره های حجم ها همیشه مقدار مشخصی از مولکول های گاز وجود دارد که نمی توان از این ریزنقشه ها حذف کرد. علاوه بر این، با فشار بر روی دیواره ظروف از خارج، همیشه لغزش هایی وجود دارد که گویی از یک غربال تراوش می کند، در داخل مولکول های گاز، حتی از طریق شبکه های کریستالی جامد فلزات. در حجم های بسته، همیشه پدیده های دفع گاز وجود دارد، یعنی. آزاد شدن مولکول های گاز از دیواره های حجمی به سمت داخل، همیشه ریز منافذ و ریزترک هایی وجود دارد که از طریق آنها گازها به مناطق کم فشار نفوذ می کنند. همه اینها به دست آوردن خلاء مطلق در شرایط زمینی اجازه نمی دهد.

	داده ها: رشته کوه های آلپ رشته کوهی است که از مرزهای شش کشور می گذرد. در قلب آنها، مون بلان معروف، واقع در مرز فرانسه و ایتالیا، برمی خیزد. آلپ خود رشته کوهی است که در سراسر اروپا تقریباً 1200 کیلومتر امتداد دارد، در عریض ترین نقطه آن بین ورونای ایتالیا و گارمیش-پارتنکیرشن آلمان دارای عرضی در حدود 260 کیلومتر است که مساحتی بالغ بر 190 هزار متر مربع را پوشش می دهد. کیلومتر آلپ به طور کامل یا جزئی در قلمرو 8 کشور واقع شده است. با توجه به سهم مساحت کل ایالت منتسب به آلپ، این کشورها به شرح زیر هستند: لیختن اشتاین (100%)، موناکو (100%)، اتریش (65%)، سوئیس (60%)، اسلوونی. (40%)، ایتالیا (17%)، فرانسه (7%)، آلمان (3%).
	داده ها: اورست، او Chomolungma است - بلندترین قله جهان، ارتفاع این کوه 8848 متر است. اورست در کوه های هیمالیا واقع شده است که در امتداد فلات تبت و دشت هندو-گنگتیک در قلمرو چندین کشور امتداد دارد: نپال، هند، بوتان، چین. قله اورست در چین قرار دارد، اما خود کوه در مرز چین و نپال قرار دارد.
	داده ها: در هوانوردی غیرنظامی و نظامی حفظ فشار اتمسفر در داخل هواپیما بسیار مهم است، زیرا. هنگامی که به هر ارتفاعی از سطح زمین بالا می رود، فشار از سطح زمین کاهش می یابد و این مستلزم خروج هوا از کابین هواپیما به محیط خارجی است. برای جلوگیری از این اتفاق، دو شرط اساسی برای یک پرواز عادی با خلبان یا مسافران داخل هواپیما لازم است: بدنه هواپیما باید هوابند باشد (حداکثر عدم نشت هوا به بیرون). - برای جبران نشتی های همیشه موجود و ریزنشت های هوا به خارج، باید هوا را با کمپرسورهای فشار بیش از حد به محفظه هوا رسانی کرد. اگر در هواپیماهای نظامی بتوان مشکل نشتی را با ماسک های فردی خلبانان حل کرد، در هواپیماهای غیرنظامی که مسافران زیادی در آن حضور دارند، سیستم های خودکار ویژه ای برای حفظ فشار اتمسفر ایجاد می شود.

برنج. 3. نمودار کاهش فشار اتمسفر با ارتفاع از سطح دریا (از 0 تا 12) کیلومتر.

برنج. 4. نمودار توزیع دمای هوا در 4 لایه ستون اتمسفر:
تروپوسفر(تا 11 کیلومتر) استراتوسفر(از 11 تا 47 کیلومتر) مزوسفر(از 47 تا 80 کیلومتر) ترموسفر(بیش از 80 کیلومتر).

3. درجه بندی خلاء در عمق (سطوح خلاء فنی).

روش های مختلفی برای تجزیه کل مقیاس فشار پایین ممکن به فواصل (بخش) مختلف وجود دارد. رایج ترین آنها فارغ التحصیلی دانشگاهی و فارغ التحصیلی صنعتی است.

آکادمیک مبتنی بر ارزیابی چگالی (درجه نادر بودن) گازها بر اساس ماهیت حرکت مولکول های آنها در حجم با اندازه گیری طول مسیر مولکول ها بین برخورد آنها با یکدیگر و با دیواره رگ ها است، به عنوان مثال. مقایسه به اصطلاح. طول مسیر آزاد هرچه میانگین مسیر آزاد یک مولکول طولانی تر باشد خلاء بهتری دارد. بنابراین، برای مثال، اگر یک مولکول گاز در یک حجم بتواند از دیواری به دیوار دیگر بدون برخورد با مولکول‌های دیگر پرواز کند، این نشان‌دهنده این است که خلاء فوق‌العاده‌ای در چنین حجمی حاصل شده است.

از آنجایی که ما در زمینه تامین تجهیزات برای کاربردهای صنعتی تخصص داریم، در این مقاله یک رویکرد صنعتی برای تجزیه خلاء به 4 کلاس (فاصله) در نظر خواهیم گرفت. این روش با استاندارد اروپایی DIN 28400 مطابقت دارد. کلاس های خلاء در جدول 2 آورده شده است.

جدول 2
سطوح خلاء فنی (کلاس ها)	دامنه فشار
FORVACUUM (خلاء خشن)	(از 1000 تا 1) mbar abs.
خلاء متوسط ​​(خلاء خوب)	(از 1 تا 10 -3) mbar abs.
خلاء بالا (خلاء زیاد)	(از 10 -3 تا 10 -7) mbar abs.
خلاء فوق العاده (خلاء فوق العاده بالا)	(10 -7 و کمتر) mbar abs.

4. قوانین اساسی فیزیک گاز و معادله حالت گاز ایده آل.

	قانون بویل ماریوت قانون بویل-ماریوت توسط فیزیکدان انگلیسی رابرت بویل در سال 1662 و به طور مستقل توسط دانشمند فرانسوی ادم ماریوت در سال 1679 ایجاد شد و به نظر می رسد: برای جرم معینی از گاز در دمای ثابت، حاصل ضرب فشار آن است پدر هر جلد Vیک مقدار ثابت است: PV = const [2] این قانون را قانون فرآیند ایزوترمی نیز می نامند. به عنوان مثال: با افزایش تدریجی حجم مقدار معینی گاز، برای اینکه دمای آن ثابت بماند، فشار گاز نیز باید به تدریج کاهش یابد.
	قانون گی-لوساک. قانون مربوط به حجم گاز Vو دمای آن تی، توسط دانشمند فرانسوی ژوزف گی-لوساک در سال 1802 تأسیس شد. برای جرم معینی از گاز در فشار ثابت، نسبت حجم گاز به دمای آن یک مقدار ثابت است. VT = const [3] این قانون را قانون فرآیند ایزوبار نیز می نامند. به عنوان مثال: هنگامی که مقدار معینی از گاز به تدریج گرم می شود، برای ثابت نگه داشتن فشار، گاز نیز باید به تدریج منبسط شود.
	قانون چارلز قانون مربوط به فشار گاز پو دمای آن تی، توسط ژاک چارلز در سال 1787 تأسیس شد. برای یک جرم معین گاز در یک حجم هرمتیک بسته، فشار گاز همیشه با دمای آن نسبت مستقیم دارد. PT = const [4] این قانون را قانون فرآیند ایزوکور نیز می نامند. به عنوان مثال: با گرم شدن تدریجی مقدار معینی گاز در حجم بسته، فشار آن نیز به تدریج افزایش می یابد.
معادله حالت یک گاز ایده آل. معادله ای که به شما امکان می دهد هر سه قانون اساسی گاز ترمودینامیک را تعمیم دهید، معادله حالت گاز ایده آل یا معادله مندلیف-کلاپیرون نامیده می شود. این رابطه سه پارامتر مهم ماکروسکوپی را نشان می دهد که وضعیت یک گاز ایده آل را توصیف می کند: فشار p، حجم V، دمای T، - و به شکل زیر است: [ 5 ] p ∗ V = Const = f، که در آن f به نوع گاز بستگی دارد تی یا زمانی که به شکل دیگری نوشته شود: [6] p ∗ V = متر ∗R∗T μ پ- فشار گاز پا(N/m2) V- حجم گاز m 3 متر- جرم گاز، کیلوگرم μ - جرم مولی گاز R = 8.31 J/mol ∗ Kثابت گاز جهانی است، تی- دمای گاز، درجه K(درجات مقیاس کلوین مطلق). گاز ایده آل گازی است که ذرات آن نقاط مادی هستند که از فاصله دور برهم کنش ندارند و برخوردهای کاملاً کشسانی با یکدیگر و با دیواره رگ ها تجربه می کنند. درک این نکته مهم است که همه قوانین گاز برای یک جرم (مقدار) ثابت گاز کار می کنند. این قوانین برای شرایط خلاء به خوبی کار می کنند و در فشارها و دماهای بسیار بالا قابل قبول نیستند.

5. طراحی انواع پمپ های خلاء.

اگر در مورد سطح خلاء و استفاده از آن در اهداف صنعتی و تحقیقاتی صحبت کنیم، آنگاه:

در صنعت انبوه جهان، خلاء جلو و خلاء متوسط ​​بسیار گسترده استفاده می شود.

در فن آوری های بالا کمیاب تر، خلاء جلو، خلاء متوسط ​​و بالا استفاده می شود.

در آزمایشگاه ها و تحقیقات، شما می توانید تمام کلاس های خلاء، از جمله. و فوق العاده بالا

برای به دست آوردن کلیه طبقات در صنعت از طرح های مختلفی از پمپ های وکیوم استفاده می شود که انواع اصلی آنها در جدول 3 نشان داده شده است.

جدول 3
نوع پمپ	نمای ساختاری (طرح)	محدوده فشار عملیاتی
پمپ خلاء دیافراگمی: 1 مرحله پمپاژ - 2 مرحله پمپاژ - 3 مرحله پمپاژ - 4 مرحله پمپاژ		بر این اساس، در محدوده کار کنید: از 100 mbar abs. تا فشار اتمسفر - از 10 میلی بار شکم. تا فشار اتمسفر - از 2 میلی بار شکم. تا فشار اتمسفر - از 0.5 mbar abs. تا فشار اتمسفر
دمنده گرداب		از 600 میلی‌بار شکم تا فشار اتمسفر
دمنده دو روتور		از 400 میلی‌بار شکم تا فشار اتمسفر
پره خشک دوار پمپ خلاء		از 150 میلی‌بار شکم تا فشار اتمسفر
پمپ خلاء حلقه مایع		از 33 میلی‌بار شکم تا فشار اتمسفر
پمپ وکیوم لوب خشک		از 20 میلی بار شکم تا فشار اتمسفر
پمپ خلاء پره ای چرخشی با روانکاری چرخشی		از 0.5 mbar abs. تا فشار اتمسفر
پمپ خلاء اسکرول خشک
پمپ وکیوم پیچ خشک		از 0.01 mbar abs. تا فشار اتمسفر
پمپ خلاء حمام روغن پره دو مرحله ای		از 0.0005 mbar abs. تا فشار اتمسفر
پمپ وکیوم خشک ریشه (تقویت کننده)		0.001 تا 25 mbar abs.
پمپ های خلاء بالا: توربومولکولی - روغن بخار انتشار - برودتی - تخلیه مغناطیسی - جذب، یونی و هتروئیدی		از 10 -11 تا 5 mbar abs.

در این بخش تمرکز اصلی بر روی پمپ های خط مقدم است این مورد تقاضاترین بازار تجهیزات خلاء است و نه تنها در روسیه و کشورهای مستقل مشترک المنافع، بلکه در سراسر جهان.

همچنین باید توجه داشته باشید که پمپ های خلاء بالا بدون پمپ های خلاء برای خلاء متوسط ​​و متوسط ​​نمی توانند کار کنند، زیرا. آنها فقط از فشارهای کم شروع به کار می کنند (به عنوان یک قاعده از خلاء متوسط) و اگزوز آنها باید در منطقه خلاء رخ دهد، در غیر این صورت خلاء زیاد و فوق العاده زیاد دست نیافتنی است. که پمپ های پشتیبان و پمپ های خلاء متوسط ​​در همه صنایع، مناطق با فناوری پیشرفته و تحقیقات علمی مورد تقاضا هستند.

مقدار عددی فشار نه تنها توسط سیستم اتخاذ شده از واحدها، بلکه توسط نقطه مرجع انتخاب شده نیز تعیین می شود. از لحاظ تاریخی، سه سیستم مرجع فشار وجود داشته است: مطلق، گیج و خلاء (شکل 2.2).

برنج. 2.2. ترازوهای فشار. رابطه بین فشار

مطلق، مازاد و خلاء

فشار مطلق از صفر مطلق اندازه گیری می شود (شکل 2.2). این سیستم دارای فشار اتمسفر است. بنابراین، فشار مطلق است

فشار مطلق همیشه مثبت است.

فشار بیش از حد از فشار اتمسفر اندازه گیری می شود، یعنی. از صفر شرطی برای تغییر از فشار مطلق به فشار اضافی، باید فشار اتمسفر را از فشار مطلق کم کرد که در محاسبات تقریبی می توان آن را برابر با 1 در نظر گرفت. در:

گاهی اوقات فشار بیش از حد فشار سنج نامیده می شود.

فشار خلاء یا خلاء کمبود فشار به اتمسفر نامیده می شود

فشار اضافی یا بیش از حد فشار اتمسفر یا کمبود فشار اتمسفر را نشان می دهد. واضح است که خلاء را می توان به عنوان یک فشار بیش از حد منفی نشان داد

همانطور که مشاهده می شود، این سه مقیاس فشار چه در ابتدا و چه در جهت قرائت با یکدیگر تفاوت دارند، اگرچه خود قرائت را می توان در یک سیستم واحد انجام داد. اگر فشار در جوهای فنی تعیین شود، تعیین واحد فشار ( در) بسته به اینکه چه فشاری به عنوان "صفر" در نظر گرفته می شود و در کدام جهت یک شمارش مثبت گرفته می شود، یک حرف دیگر اختصاص داده می شود.

مثلا:

فشار مطلق 1.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

فشار بیش از حد 0.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

خلاء 0.1 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

اغلب، یک مهندس به فشار مطلق علاقه ندارد، بلکه به تفاوت آن با فشار اتمسفر علاقه دارد، زیرا دیوارهای سازه ها (مخزن، خط لوله و غیره) معمولاً تأثیر اختلاف در این فشارها را تجربه می کنند. بنابراین در اکثر موارد ابزارهای اندازه گیری فشار (فشار سنج، وکیوم سنج) به طور مستقیم فشار یا خلاء اضافی (گیج) را نشان می دهند.

واحدهای فشارهمانطور که از تعریف فشار بر می آید، بعد آن با بعد تنش منطبق است، یعنی. بعد نیرو تقسیم بر بعد مساحت است.

واحد فشار در سیستم بین المللی واحدها (SI) پاسکال است - فشار ناشی از نیرویی که به طور یکنواخت بر روی یک ناحیه نرمال با آن توزیع می شود، یعنی در کنار این واحد فشار، واحدهای بزرگ شده نیز استفاده می شود: کیلوپاسکال (kPa) و مگاپاسکال (MPa):

در فناوری، در حال حاضر، در برخی موارد، سیستم های فنی MKGSS (متر، کیلوگرم نیروی، ثانیه، الف) و CGS فیزیکی (سانتی متر، گرم، ثانیه) واحدها همچنان استفاده می شود. واحدهای خارج از سیستم نیز استفاده می شود - فضای فنی و نوار:

همچنین نباید فضای فنی را با فضای فیزیکی که هنوز هم به عنوان یک واحد فشار کاربرد دارد، اشتباه گرفت:

2.1.3. خواص فشار هیدرواستاتیک

فشار هیدرواستاتیک دو ویژگی اصلی دارد.

ملک 1.نیروهای فشار هیدرواستاتیک در یک سیال در حالت سکون همیشه به سمت داخل در امتداد نرمال ناحیه عمل هدایت می شوند، یعنی. فشاری هستند.

این خاصیت با تناقض ثابت می شود. اگر فرض کنیم که نیروها در امتداد نرمال به سمت بیرون هدایت شوند، آنگاه این معادل ظاهر تنش های کششی در مایع است که نمی تواند آن را درک کند (این از ویژگی های مایع ناشی می شود).

ملک 2. مقدار فشار هیدرواستاتیک در هر نقطه از سیال در همه جهات یکسان است، یعنی. به جهت گیری در فضای سایتی که روی آن عمل می کند بستگی ندارد

جایی که - فشارهای هیدرواستاتیک در جهت محورهای مختصات؛

همان در جهت دلخواه.

برای اثبات این خاصیت، در یک سیال ساکن، حجم ابتدایی را به شکل چهار وجهی با لبه های موازی با محورهای مختصات و به ترتیب برابر با , و (شکل 2.3).

برنج. 2.3. طرح واره برای اثبات مالکیت

در استقلال فشار هیدرواستاتیک از جهت

بیایید نماد را معرفی کنیم: - فشار هیدرواستاتیکی که بر روی صورت عادی نسبت به محور عمل می کند.

فشار بر روی صورت طبیعی به محور .

فشار بر روی صورت طبیعی به محور .

فشار وارد بر صورت مایل؛

ناحیه این صورت؛

چگالی مایع.

اجازه دهید شرایط تعادل یک چهار ضلعی (مانند یک جسم صلب) را به صورت سه معادله پیش بینی نیرو و سه معادله گشتاور بنویسیم:

هنگامی که حجم چهار وجهی در حد صفر به صفر می رسد، سیستم نیروهای عامل به سیستمی از نیروهایی تبدیل می شود که از یک نقطه عبور می کنند و بنابراین معادلات لحظه ای معنای خود را از دست می دهند.

بنابراین، در داخل حجم انتخاب شده، یک واحد نیروی بدن بر روی مایع وارد می شود که شتاب های شتاب آن برابر است با , , و . در هیدرولیک، مرسوم است که نیروهای بدن را به یک واحد جرم اطلاق می کنند و از آنجایی که، پس پیش بینی یک واحد جرم نیروی عددی برابر با شتاب خواهد بود.

که در آن ,, - پیش بینی نیروی جرم واحد بر روی محورهای مختصات.

جرم مایع؛

شتاب.

اجازه دهید معادله تعادل را برای حجم انتخابی مایع در جهت محور بسازیم , با در نظر گرفتن همزمان این که تمام نیروها در امتداد نرمال ها به مناطق مربوطه در داخل حجم مایع هدایت می شوند:

نیروی حاصل از فشار هیدرواستاتیک کجاست.

فرافکنی نیروی ناشی از فشار؛

مولکول های گاز λ و اندازه مشخصه محیط د. زیر دفاصله بین دیوارهای محفظه خلاء، قطر خط لوله خلاء و غیره را می توان گرفت بسته به مقدار نسبت λ/ دتفاوت بین خلاء کم ()، متوسط ​​() و زیاد ()

باید بین مفاهیم تمایز قائل شد خلاء فیزیکیو خلاء فنی.

در عمل، گاز بسیار کمیاب نامیده می شود خلاء فنی. در حجم های ماکروسکوپی، خلاء ایده آل در عمل دست نیافتنی است، زیرا در دمای محدود، همه مواد دارای چگالی بخار اشباع غیر صفر هستند. علاوه بر این، بسیاری از مواد (از جمله فلز ضخیم، شیشه و سایر دیواره های ظرف) اجازه عبور گازها را می دهند. اما در حجم های میکروسکوپی، دستیابی به خلاء ایده آل اصولا امکان پذیر است.

معیار درجه نادر بودن خلاء، میانگین مسیر آزاد مولکول های گاز است که با آنها مرتبط است. متقابلبرخورد در گاز و اندازه خطی مشخصه کشتی که گاز در آن قرار دارد.

به بیان دقیق، خلاء فنی گازی در یک کشتی یا خط لوله با فشار کمتر از اتمسفر اطراف است. طبق تعریف دیگری، زمانی که مولکول ها یا اتم های گاز با یکدیگر برخورد نمی کنند و خواص دینامیکی گاز با خواص چسبناک جایگزین می شوند (با فشار حدود 1 تور) در مورد رسیدن صحبت کنید خلاء کم() (10 16 مولکول در هر 1 سانتی متر مکعب). معمولاً یک پمپ به اصطلاح جلو بین هوای اتمسفر و پمپ خلاء بالا قرار می گیرد و یک پیش خلاء ایجاد می کند، بنابراین خلاء کم اغلب نامیده می شود. خلاء. با کاهش بیشتر فشار در محفظه، میانگین مسیر آزاد λ مولکول های گاز افزایش می یابد. در , مولکول های گاز خیلی بیشتر از یکدیگر با دیواره برخورد می کنند. در این مورد، شخص صحبت می کند خلاء بالا(10-5 torr) (1011 مولکول در هر 1 سانتی متر مکعب). خلاء فوق العاده بالامربوط به فشار 10-9 Torr و کمتر است. برای مثال، در خلاء فوق‌العاده، آزمایش‌ها معمولاً با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی انجام می‌شوند. برای مقایسه، فشار در فضا چندین مرتبه کمتر است، در حالی که در فضای عمیق حتی می تواند به 10-16 Torr و کمتر (1 مولکول در هر 1 سانتی متر مکعب) برسد.

خلاء زیاد در منافذ میکروسکوپی برخی از کریستال ها از قبل در فشار اتمسفر به دست می آید، زیرا قطر منافذ بسیار کوچکتر از میانگین مسیر آزاد مولکول است.

دستگاه های مورد استفاده برای دستیابی و حفظ خلاء پمپ خلاء نامیده می شود. گترها برای جذب گازها و ایجاد درجه خلاء مورد نیاز استفاده می شوند. اصطلاح گسترده تر تکنولوژی خلاءهمچنین شامل دستگاه هایی برای اندازه گیری و کنترل خلاء، دستکاری اشیاء و انجام عملیات تکنولوژیکی در محفظه خلاء و غیره می باشد. پمپ های خلاء بالا دستگاه های فنی پیچیده ای هستند. انواع اصلی پمپ‌های با خلاء بالا عبارتند از پمپ‌های انتشار مبتنی بر حباب مولکول‌های گاز باقیمانده توسط جریان گاز کار، گیرنده، پمپ‌های یونیزاسیون مبتنی بر ورود مولکول‌های گاز به گترها (به عنوان مثال، تیتانیوم) و پمپ‌های جذب سرمایی (عمدتاً برای ایجاد خلاء جلو).

شایان ذکر است که حتی در خلاء ایده آل در دمای محدود همیشه مقداری تابش حرارتی (گاز فوتون) وجود دارد. بنابراین، جسمی که در خلاء ایده آل قرار می گیرد، دیر یا زود به دلیل تبادل فوتون های حرارتی، با دیواره های محفظه خلاء به تعادل حرارتی می رسد.

خلاء یک عایق حرارتی خوب است. انتقال انرژی حرارتی در آن تنها به دلیل تابش حرارتی رخ می دهد، همرفت و هدایت حرارتی مستثنی هستند. این خاصیت برای عایق حرارتی در قمقمه ها (ظروف Dewar) متشکل از ظرفی با دو جداره که فضای بین آن تخلیه می شود، استفاده می شود.

خلاء به طور گسترده ای در دستگاه های خلاء الکتریکی - لوله های رادیویی (به عنوان مثال، مگنترون اجاق های مایکروویو)، لوله های پرتو کاتدی و غیره استفاده می شود.

خلاء فیزیکی

خلاء فیزیکی در فیزیک کوانتومی به عنوان پایین‌ترین حالت انرژی (زمینی) میدان کوانتیزه شناخته می‌شود که دارای تکانه صفر، تکانه زاویه‌ای و سایر اعداد کوانتومی است. علاوه بر این، چنین حالتی لزوماً با پوچی مطابقت ندارد: میدان در پایین ترین حالت می تواند، برای مثال، میدان شبه ذرات در یک جسم جامد یا حتی در هسته یک اتم باشد، جایی که چگالی آن بسیار زیاد است. خلاء فیزیکی به فضایی کاملاً خالی از ماده، پر از میدان در چنین حالتی نیز گفته می شود. چنین حالتی خلأ مطلق نیست. نظریه میدان کوانتومی ادعا می کند که مطابق با اصل عدم قطعیت، ذرات مجازی دائماً در خلاء فیزیکی متولد می شوند و ناپدید می شوند: به اصطلاح نوسانات نقطه صفر میدان ها رخ می دهد. در برخی از تئوری های میدانی خاص، خلاء ممکن است دارای خواص توپولوژیکی غیر پیش پا افتاده باشد. در تئوری، ممکن است خلاءهای مختلفی وجود داشته باشد که از نظر چگالی انرژی یا سایر پارامترهای فیزیکی (بسته به فرضیه ها و تئوری های مورد استفاده) متفاوت است. انحطاط خلاء بر اثر شکستن تقارن خود به خودی منجر به وجود طیف پیوسته ای از حالات خلاء می شود که از نظر تعداد بوزون های گلدستون با یکدیگر متفاوت هستند. حداقل های محلی انرژی در مقادیر مختلف هر میدان، که از نظر انرژی با حداقل جهانی متفاوت است، خلاء کاذب نامیده می شود. چنین حالت‌هایی متمایل هستند که با آزاد شدن انرژی، از بین بروند و به خلاء واقعی یا یکی از خلاءهای کاذب زیرین منتقل شوند.

برخی از این پیش‌بینی‌های نظریه میدان قبلاً با موفقیت توسط آزمایش تأیید شده‌اند. بنابراین، اثر کازمیر و تغییر سطوح اتمی بره با نوسانات صفر میدان الکترومغناطیسی در خلاء فیزیکی توضیح داده می‌شوند. نظریه های فیزیکی مدرن مبتنی بر برخی ایده های دیگر در مورد خلاء هستند. به عنوان مثال، وجود حالت های خلاء متعدد (خلاء کاذب ذکر شده در بالا) یکی از پایه های اصلی نظریه تورمی بیگ بنگ است.

همچنین ببینید

• گذردهی خلاء
• میانگین خلاء
• میعانات خلاء

برنامه های کاربردی:

یادداشت

ادبیات

• L. B. Okunدر مورد مفاهیم خلاء و جرم و جستجوی هیگز // فیزیک مدرن حرف A. - 2012. - جلد. 27. - P. 1230041. - DOI :10.1142/S0217732312300418 - arΧiv :1212.1031

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

مترادف ها:

ببینید «خلاء» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

قسمت اول کلمات مرکب. اشاره به خلاء، فضایی با هوای پمپاژ شده دارد. خلاء دستگاه خلاء، محفظه خلاء، اندازه گیری خلاء، لباس وکیوم، پمپ خلاء، فرآیند وکیوم، نصب وکیوم، فیلتر خلاء، وکیوم … فرهنگ لغت دایره المعارفی

- (لات، از vacare خالی کردن). فضای خالی بدون هوا فرهنگ لغات کلمات خارجی موجود در زبان روسی. Chudinov A.N., 1910. VACUUM spaceless airless. ب- دستگاه دیگ بخاری است که در آن جوشانده می شود، تحت بدون هوا ... ...

VACUUM، ناحیه ای با فشار بسیار کم. خلاء بالایی در فضای بین ستاره ای با چگالی متوسط ​​کمتر از 1 مولکول در سانتی متر مکعب حاکم است. نادرترین خلاء ایجاد شده توسط انسان، کمتر از 100000 مولکول در هر مکعب ... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

خلاء... خلاء... (... فرهنگ لغت کلمات خارجی زبان روسی

کمیابی، پوچی؛ فضای خالی، forevacuum، monjus، غیبت، کمبود فرهنگ لغت مترادف های روسی. خلاء، به پوچی فرهنگ لغت مترادف زبان روسی مراجعه کنید. راهنمای عملی M.: زبان روسی. Z. E. Alexandrova ... فرهنگ لغت مترادف

خلاء- وضعیت محیطی که فشار مطلق آن کمتر از اتمسفر [GOST 5197 85] خلاء حالت مایع است که با فشار بیش از حد منفی مشخص می شود. [SO 34.21.308 2005] کمیابی خلاء فشار گاز زیر فشار اتمسفر. توجه داشته باشید… … کتابچه راهنمای مترجم فنی

- (از لاتین خلاء خلاء)، حالت گاز در فشارهای p کمتر از فشار اتمسفر. خلاء کم وجود دارد (به عنوان مثال، در دستگاه های خلاء)، که مربوط به منطقه فشار p> 1 میلی متر جیوه است. متوسط: 10 3 میلی متر جیوه ... ... دایره المعارف مدرن

- (از لاتین خلاء خلاء) حالت گاز در فشار p، کمتر از اتمسفر. خلاء کم (در دستگاه‌ها و تأسیسات خلاء مربوط به محدوده فشار p بالای 100 Pa است)، متوسط ​​(0.1 Pa p 100 Pa)، زیاد (10 5 Pa p ... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

VACUUM: VACUUM ... و VACUUM ... قسمت اول کلمات مرکب با معنی. مربوط به خلاء (در 1 مقدار)، به عنوان مثال. گیج خلاء، دستگاه خلاء، محفظه خلاء. فرهنگ لغت توضیحی اوژگوف. S.I. اوژگوف، ن.یو. شودووا. 1949 1992 ... فرهنگ لغت توضیحی اوژگوف

خلاء... و خلاء... جزء اول واژه های مرکب با اشاره به خلاء (در 1 معنی) به عنوان مثال. گیج خلاء، دستگاه خلاء، محفظه خلاء. فرهنگ لغت توضیحی اوژگوف. S.I. اوژگوف، ن.یو. شودووا. 1949 1992 ... فرهنگ لغت توضیحی اوژگوف

مقدار عددی فشار نه تنها توسط سیستم اتخاذ شده از واحدها، بلکه توسط نقطه مرجع انتخاب شده نیز تعیین می شود. از لحاظ تاریخی، سه سیستم مرجع فشار وجود داشته است: مطلق، گیج و خلاء (شکل 2.2).

برنج. 2.2. ترازوهای فشار. رابطه فشار مطلق، فشار گیج و خلاء

فشار مطلق از صفر مطلق اندازه گیری می شود (شکل 2.2). در این سیستم فشار اتمسفر . بنابراین، فشار مطلق است

.

فشار مطلق همیشه مثبت است.

فشار بیش از حداز فشار اتمسفر اندازه گیری می شود، یعنی. از صفر شرطی برای تغییر از فشار مطلق به فشار اضافی، باید فشار اتمسفر را از فشار مطلق کم کرد که در محاسبات تقریبی می توان آن را برابر با 1 در نظر گرفت. در:

.

گاهی اوقات فشار بیش از حد فشار سنج نامیده می شود.

فشار خلاء یا خلاءکمبود فشار به اتمسفر نامیده می شود

.

فشار اضافی یا بیش از حد فشار اتمسفر یا کمبود فشار اتمسفر را نشان می دهد. واضح است که خلاء را می توان به عنوان یک فشار بیش از حد منفی نشان داد

.

همانطور که مشاهده می شود، این سه مقیاس فشار چه در ابتدا و چه در جهت قرائت با یکدیگر تفاوت دارند، اگرچه خود قرائت را می توان در یک سیستم واحد انجام داد. اگر فشار در جوهای فنی تعیین شود، تعیین واحد فشار ( در) بسته به اینکه چه فشاری به عنوان "صفر" در نظر گرفته می شود و در کدام جهت یک شمارش مثبت گرفته می شود، یک حرف دیگر اختصاص داده می شود.

مثلا:

- فشار مطلق برابر با 1.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

- فشار بیش از حد برابر با 0.5 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

- خلاء 0.1 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

اغلب، یک مهندس به فشار مطلق علاقه ندارد، بلکه به تفاوت آن با فشار اتمسفر علاقه دارد، زیرا دیوارهای سازه ها (مخزن، خط لوله و غیره) معمولاً تأثیر اختلاف در این فشارها را تجربه می کنند. بنابراین در اکثر موارد ابزارهای اندازه گیری فشار (فشار سنج، وکیوم سنج) به طور مستقیم فشار یا خلاء اضافی (گیج) را نشان می دهند.

واحدهای فشارهمانطور که از تعریف فشار بر می آید، بعد آن با بعد تنش منطبق است، یعنی. بعد نیرو تقسیم بر بعد مساحت است.

واحد فشار در سیستم بین‌المللی واحدها (SI) پاسکال است، که فشار ناشی از نیرویی است که به طور یکنواخت در سطحی نرمال با آن توزیع می‌شود، یعنی. . همراه با این واحد فشار، واحدهای بزرگ شده استفاده می شود: کیلوپاسکال (کیلو پاسکال) و مگا پاسکال (MPa).

فشارهای اندازه گیری شده بر روی مقیاسی که از صفر به عنوان نقطه مرجع استفاده می شود، فشار مطلق نامیده می شود. فشار اتمسفر در سطح زمین متفاوت است، اما تقریباً 105 Pa (1000 mbar) است. این یک فشار مطلق است زیرا در رابطه با صفر بیان می شود.

یک حسگر طراحی شده برای اندازه گیری فشار بیان شده در رابطه با فشار اتمسفر و بنابراین زمانی که درگاه اندازه گیری آن حاوی مولکول هایی در فشار اتمسفر باشد صفر را نشان می دهد. اندازه گیری های انجام شده توسط چنین سنسوری به عنوان اندازه گیری فشار در حالت نسبی شناخته می شود. بنابراین، تفاوت بین مقدار فشار مطلق و مقدار گیج یک مقدار جوی متغیر است:

مطلق = مازاد + جوی.

برای جلوگیری از خطاهای جدی، مهم است که بدانید از کدام حالت اندازه گیری خلاء استفاده می شود: مطلق یا نسبی. توجه داشته باشید که خط مرجع برای اندازه‌گیری حالت کالیبراسیون مستقیم نیست، که تنوع فشار اتمسفر را نشان می‌دهد.

واحدهای خلاء و فشار

واحدهای تاریخی

متأسفانه واحدهای زیادی در اندازه گیری خلاء و فشار وجود دارد که مشکلات قابل توجهی را هم برای مبتدیان و هم برای متخصصان با تجربه ایجاد می کند. خوشبختانه، با ناپدید شدن واحدهای منسوخ و نامشخص به نفع واحد SI، زندگی آسان‌تر می‌شود.

بسیاری از واحدهای قدیمی منشأ عملی و تاریخی آشکار دارند. به عنوان مثال، اینچ آب واحدی بود که هنگام اندازه گیری فشار توسط ستونی از آب که سطح بالایی آن در مقیاس اینچ قابل مشاهده بود، استفاده می شد. در ابتدا، دقت اندازه‌گیری‌های خلاء مورد نیاز برای چنین سیستم‌هایی با روش‌های نسبتاً خام اندازه‌گیری خلاء مطابقت داشت، و هیچ‌کس نگران گرم یا سرد بودن آب نبود. همانطور که نیازهای فناوری رشد کرده است، نیاز به اندازه گیری های سازگارتر وجود دارد. مدل های ریاضی ابزار اندازه گیری به طور قابل توجهی بهبود یافته است. به عنوان مثال، در یک طرح سنتی برای اندازه گیری خلاء فشارسنج جیوه ای، برای انبساط تفاضلی بین جیوه در ستون، شیشه ای که ستون از آن ساخته شده است، برنجی که مقیاس از آن ساخته شده است، استفاده شده است. مخزن فولادی با این حال، حتی با تعاریف دقیق و ریاضیات درگیر، بسیاری از واحدهای سنتی نمی توانند در فناوری مدرن استفاده شوند.

واحد SI

واحد SI پاسکال است که به اختصار Pa نامیده می شود و به فشار یک نیوتن بر متر مربع (N/m2) داده می شود. در حالی که تجسم یک متر مربع آسان است، یک نیوتن دشوارتر است، اما تقریباً برابر با نیروی رو به پایینی است که هنگام در دست گرفتن یک سیب کوچک روی دست وارد می شود (اگر نگهدارنده روی زمین ایستاده باشد!) در زندگی روزمره، یک عدد پاسکال مقدار بسیار کمی است، در حالی که اتمسفر تقریباً 100000 Pa است. در کف تشت پر از آب، فشار ناشی از عمق آب حدود 1000 پاسکال بیشتر از سطح آب خواهد بود. برای جلوگیری از استفاده از اعداد دست و پا گیر، مضرب های 103 و 0.001 به پیشوند اختصاص داده می شوند تا برای مثال، 100000 Pa (105 Pa) را بتوان به صورت 100 kPa یا 0.1 MPa نوشت.

واحدهای خلاء و تبدیل

روابط بین پاسکال و برخی واحدهای دیگر در جدول نشان داده شده است، اما توجه داشته باشید که نمی‌توان همه را دقیقاً بیان کرد یا نمی‌توان بیان کرد. اعداد رومی بالا در جدول به نت هایی اشاره دارد که به دنبال آن می آیند.

روش های اندازه گیری خلاء

مقررات عمومی

ابزارهای خلاء از اصول بسیار متفاوتی استفاده می کنند. برخی از آنها اساسی هستند، مانند اندازه گیری ارتفاع ستون مایع با چگالی شناخته شده. یکی از این نمونه ها فشارسنج جیوه است که در آن فشار اتمسفر را می توان با ستونی از جیوه متعادل کرد. توسعه این ایده برای استفاده در فشارهای بالا، استفاده از وزنه های فلزی است که بر روی یک منطقه شناخته شده برای ایجاد نیرو به جای وزن برای سیال عمل می کنند.

غالباً خلاء را می توان با اندازه گیری کرنش مکانیکی یک عنصر حسگر که در هنگام تغییر اختلاف فشار در سطوح آن دچار تغییر شکل الاستیک می شود، تعیین کرد. انحراف مکانیکی را می توان به روش های مختلفی اجرا و درک کرد. یکی از رایج ترین انواع عناصر مکانیکی متحرک دیافراگم الاستیک است. مثال دیگر لوله بوردون است که در آن فشار داخلی لوله منحنی را مجبور به صاف شدن می کند.

چنین تغییر شکل مکانیکی را می توان به روش های مختلفی تشخیص داد: یک سری بازوهای مکانیکی برای نمایش مستقیم تغییر شکل، اندازه گیری مقاومت در یک لودسل، اندازه گیری ظرفیت، تغییر فرکانس یک عنصر تشدید کننده هنگام کشیده شدن یا فشرده شدن و غیره.

هنگامی که خلاء عمیق است و بنابراین انحراف مکانیکی برای اندازه‌گیری خلاء بسیار کوچک است، از ابزارهای غیرمستقیم استفاده می‌شود که خواص فیزیکی مانند هدایت حرارتی، یونیزاسیون یا ویسکوزیته را اندازه‌گیری می‌کنند که به چگالی تعداد مولکول‌ها بستگی دارد.

ستون مایع

یکی از اولین روش‌ها برای اندازه‌گیری خلاء، و هنوز هم یکی از دقیق‌ترین روش‌ها، این است که ستونی از مایع می‌تواند مایع را با فشار از لوله خارج کند.

گیج فشار نشان داده شده در شکل اساسا یک لوله U پر از مایع است که در آن جداسازی عمودی سطوح مایع اندازه گیری اختلاف فشار را نشان می دهد. در سطح نقطه صفر d; فشار L، که توسط مایع بالای آن، به اضافه فشار p 2 در بالای لوله ایجاد می شود. در حالت تعادل، ستون توسط یک فشار رو به بالا p 1 حفظ می شود که از طریق مایع از اندام دیگر منتقل می شود.

فشار p 1 در سطح پایینی مایع به صورت زیر تعریف می شود:

در جایی که h ارتفاع عمودی ستون مایع بالاتر از سطح نقطه صفر است، P چگالی مایع، g مقدار محلی شتاب ناشی از گرانش است. اگر لوله بالایی به اتمسفر متصل باشد (p2 = فشار اتمسفر)، آنگاه p1 فشار کالیبراسیون است. اگر لوله بالایی تخلیه شود (یعنی p2 = صفر)، آنگاه p1 یک فشار مطلق است و ابزار به یک فشارسنج تبدیل می شود.

جیوه، آب و روغن در طرح‌های مختلف فشارسنج استفاده می‌شوند، اگرچه جیوه همیشه برای اهداف فشارسنجی استفاده می‌شود. چگالی آن بیش از 13 برابر آب یا روغن است و بنابراین ستون بسیار کوتاه تری لازم است. حدود 0.75 متر هنگام اندازه گیری فشار اتمسفر. چگالی جیوه نیز به طور قابل توجهی پایدارتر از سایر مایعات است.

اندازه گیری خلاء با تغییر شکل یک عنصر الاستیک.

هنگامی که به عنصر تغییر شکل دهنده فشار وارد شود، حرکت می کند. برای ایجاد یک سنسور فشار، جابجایی باید به اندازه ای کوچک باشد که در محدوده الاستیک مواد باقی بماند، اما به اندازه ای بزرگ باشد که با وضوح کافی تشخیص داده شود. بنابراین، قطعات نازک و انعطاف پذیر در فشارهای پایین تر استفاده می شوند، در حالی که قطعات سفت تر در فشارهای بالاتر استفاده می شوند. روش های مختلفی برای تعیین درجه انحراف استفاده می شود. آنها از تقویت مکانیکی، تولید انحراف اشاره گر قابل مشاهده، تا روش های تشخیص الکترونیکی را شامل می شوند.

ابزارهای ذکر شده در زیر همه انواع را شامل نمی شوند، بلکه آنهایی را که معمولاً در صنعت استفاده می شوند، شامل می شود.

دیافراگم ها

غشایی که به یک پایه سفت و سخت متصل است در صورت وجود اختلاف فشار بین هر طرف تحت فشار قرار می گیرد. دیافراگم ها راحت تر به صورت گرد تولید می شوند، اما اشکال دیگر نیز امکان پذیر است. این تفاوت باعث انحراف دیافراگم با حداکثر انحراف در مرکز می شود و این انحراف را می توان با سنسورهای مکانیکی و الکترونیکی مختلف اندازه گیری کرد. با انحراف مرکز، سطح دیافراگم نیز تحت فشار قرار می گیرد و ممکن است از یک طرف تنش های فشاری در اطراف لبه بیرونی و تنش های کششی در اطراف قسمت مرکزی دیافراگم را نشان دهد. این پیکربندی تنش را می توان با استفاده از کرنش سنج ها تشخیص داد و خلاء را می توان از این اطلاعات محاسبه کرد.

کپسول. اساساً کپسول ها از یک جفت دیافراگم که در لبه های بیرونی آنها متصل شده اند ساخته می شوند. یکی دارای آرمیچر مرکزی خواهد بود که از طریق آن فشار وارد می شود و حرکت مرکز دیافراگم دیگر نسبت به اولی توسط نوعی سنسور تعیین می شود. واضح است که عمل دو دیافراگم که به صورت متوالی عمل می کنند باید انحراف را دو برابر کند.

دم. هیچ تمایز واضحی بین دم و کپسول وجود ندارد، اما دم‌ها معمولاً دارای چندین بخش هستند که به صورت متوالی روی هم قرار گرفته‌اند و معمولاً موج‌ها در مقایسه با قطر کوچک هستند. دم‌ها را می‌توان از یک لوله نورد کرد، تحت فشار شکل گرفت یا از عناصر جوش داده شد.

لوله بوردون

طرح های مختلفی وجود دارد، اما شکل معمولی یک لوله بسته با مقطع بیضی شکل است که در طول آن منحنی است. هنگامی که لوله تحت فشار است، تمایل به صاف شدن دارد و سنسور این حرکت را تشخیص می دهد. آنها را می توان برای عملکرد در محدوده وسیع و همچنین در حالت های گیج، مطلق و دیفرانسیل طراحی کرد. ساده "C" - انواع شکل، مارپیچ و مارپیچ موجود است. تشخیص الکترونیکی حرکت انتهایی معمولاً با دستگاه‌های اسکرول کوارتز استفاده می‌شود.

اندازه گیری خلاء با اندازه گیری هدایت حرارتی

برای اندازه گیری خلاء، می توانید از انتقال انرژی از یک سیم داغ از طریق گاز استفاده کنید. گرما در گاز با برخورد مولکولی با سیم منتقل می شود، یعنی. هدایت حرارتی و سرعت انتقال حرارت به هدایت حرارتی گاز بستگی دارد. بنابراین، دقت این ابزار به شدت به ترکیب گاز بستگی دارد. در یک منطقه خلاء بالا که در آن جریان مولکولی وجود دارد (عدد نادسن بیشتر از 3، که در آن عدد نادسن = میانگین مسیر آزاد / اندازه مشخصه سیستم)، انتقال حرارت متناسب با خلاء است. با افزایش تعداد مولکول ها، گاز متراکم تر می شود و مولکول ها شروع به برخورد بیشتر با یکدیگر می کنند. در این ناحیه به اصطلاح انتقال جریان (یا جریان لغزش، 0.01<число Кнудсена <3) простая пропорция теплоотдачи к давлению не действительна. При еще более высоких давлениях (число Кнудсена <0,01) теплопроводность практически не зависит от него. Здесь конвекционное охлаждение горячих поверхностей обычно является основным источником теплообмена.

وکیوم سنج پیرانی

اتلاف حرارت از یک سیم (معمولاً 5 تا 20 میکرومتر) را می توان به طور غیرمستقیم با استفاده از مدار پل وتستون تعیین کرد که سیم را گرم می کند و مقاومت آن و در نتیجه دمای آن را اندازه گیری می کند. دو نوع اصلی از عناصر گرم وجود دارد. پیکربندی سنتی و بسیار رایج تر شامل یک سیم فلزی نازک است که در یک سر اندازه گیری معلق است. پیکربندی دیگر یک ساختار میکروماشین شده است که معمولاً از سیلیکون پوشیده شده با یک لایه فلزی نازک مانند پلاتین ساخته شده است. در یک پیکربندی معمولی، یک سیم فلزی نازک حداقل در یک طرف عایق الکتریکی در فرستنده و در تماس با گاز معلق است. برای سیم می توان از تنگستن، نیکل، ایریدیوم یا پلاتین استفاده کرد. سیم به صورت الکتریکی گرم می شود و انتقال حرارت به صورت الکترونیکی اندازه گیری می شود. سه روش عملیاتی کلی وجود دارد: روش دمای ثابت، پل ولتاژ ثابت و پل جریان ثابت. تمام این روش ها به طور غیر مستقیم دمای یک سیم را از روی مقاومت آن اندازه گیری می کنند. عیب اصلی استفاده از سنسورهای پیرانی وابستگی شدید آنها به ترکیب گاز و دقت محدود آنهاست. تا زمانی که آلودگی شدید رخ ندهد، قابلیت تکرارپذیری سنسورهای پیرانی به طور کلی بسیار خوب است. محدوده اندازه‌گیری خلاء سنسورهای پیرانی تقریباً 10-2 Pa تا 105 Pa است، اما بهترین عملکرد معمولاً بین 0.1 Pa تا 1000 Pa بدست می‌آید.

سنسورهای یونیزاسیون برای اندازه گیری خلاء

هنگامی که خلاء در سیستم کمتر از 0.1 Pa (10-3 میلی‌بار) باشد، روش‌های مستقیم اندازه‌گیری خلاء با ابزارهایی مانند انحراف دیافراگم یا اندازه‌گیری خواص گاز مانند هدایت حرارتی دیگر نمی‌تواند به راحتی اعمال شود، بنابراین روش‌ها باید متوسل شد، که اساسا تعداد مولکول های گاز موجود را شمارش می کند، یعنی چگالی را اندازه گیری می کند، نه خلاء. از نظریه جنبشی گازها، برای یک گاز معین با دمای مشخص T، فشار p مستقیماً با چگالی عدد n از طریق معادله (در حد گاز ایده آل) مرتبط است:

جایی که c یک ثابت است. یکی از راحت‌ترین روش‌ها برای اندازه‌گیری چگالی اعداد، استفاده از تکنیکی برای یونیزه کردن مولکول‌های گاز و سپس جمع‌آوری یون‌ها است. اکثر گیج های خلاء عملی از الکترون های انرژی متوسط ​​(50 eV تا 150 eV) برای انجام یونیزاسیون استفاده می کنند. جریان یون حاصل مستقیماً با خلاء مرتبط است و بنابراین می توان کالیبراسیون را انجام داد. آخرین گزاره فقط با توجه به محدوده فشار نهایی درست است که محدوده عملکرد دستگاه را تعیین می کند. حد بالایی فشار زمانی حاصل می شود که چگالی گاز به اندازه کافی بزرگ باشد که وقتی یک یون ایجاد می شود شانس قابل توجهی برای برهمکنش با مولکول های گاز خنثی یا الکترون های آزاد در گاز داشته باشد به طوری که یون خود خنثی شده و نتواند به آن برسد. جمع کننده، برای اهداف عملی در سیستم های آزمایشگاهی معمولی یا در تاسیسات صنعتی، می توان آن را 0.1 Pa (10 -3 mbar) در نظر گرفت.

زمانی که جریان نشتی الکتریکی در سر اندازه‌گیری یا الکترونیک اندازه‌گیری با جریان یونی اندازه‌گیری‌شده قابل مقایسه باشد، یا زمانی که اثر فیزیکی دیگری (مثلاً تأثیر اشعه‌های ایکس خارجی) باعث ایجاد جریان‌هایی شود، به حد پایین‌تر خلاء مانومتر می‌رسد. این قدر ظاهر شود. برای اکثر حسگرهایی که در راهنما توضیح داده شده اند، این محدودیت ها کمتر از 10 -6 Pa (10 -8 mbar) است.

معادله اصلی کالیبراسیون برای کالیبراسیون یونیزاسیون به شرح زیر است:

Ic - یون جریان K - ثابت حاوی احتمال یونیزاسیون یک مولکول گاز به هر وسیله و احتمال جمع آوری یون حاصل n - چگالی تعداد مولکول های گاز یعنی - جریان یک الکترون یونیزه کننده.

احتمال یونیزاسیون یک مولکول گاز به عوامل زیادی بستگی دارد و بنابراین سنسور یونیزاسیون مقادیر حساسیت متفاوتی برای انواع مختلف گاز خواهد داشت. اکثر گیج‌های خلاء عملی از عمل الکترونیکی برای یونیزه کردن مولکول‌های گاز استفاده می‌کنند، و این را می‌توان با جوشاندن الکترون‌ها از رشته‌ای از سیم داغ و جذب آنها به نوعی جمع‌کننده الکترونیکی به دست آورد. سپس یون ها به سمت کلکتور جذب می شوند. متأسفانه، احتمال یونیزه شدن یک مولکول گاز توسط یک الکترون آنقدر کم است که در یک گذر واحد اندازه سنج معمولی اندازه گیری می شود که لازم است طول مسیر الکترون افزایش یابد و در نتیجه احتمال ایجاد یون توسط هر الکترونی افزایش یابد.

دو روش به طور گسترده استفاده می شود. در یک پروب یونیزاسیون کالیبراسیون کاتد داغ، الکترون های تولید شده در رشته داغ به شبکه ای از سیم بسیار ظریف و با پتانسیل الکتریکی مثبت جذب می شوند. از آنجایی که شبکه باز است، احتمال بسیار خوبی وجود دارد که الکترون از شبکه عبور کند و به سیم برخورد نکند. اگر شبکه توسط صفحه ای با پتانسیل الکتریکی منفی احاطه شود، الکترون توسط این صفحه منعکس شده و دوباره به شبکه جذب می شود. این فرآیند می تواند بارها قبل از ورود الکترون به شبکه رخ دهد. در نتیجه، مسیرهای الکترونی بسیار طولانی را می توان در حجم کم به دست آورد. در مقابل، یونها مستقیماً به کلکتور جذب می شوند.

یک لامپ یونیزاسیون کاتد سرد از یک رشته گرم صرف نظر می کند و از ترکیبی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی استفاده می کند. هر الکترونی قبل از اینکه در نهایت روی آند با بار مثبت جمع شود، حول خطوط میدان مغناطیسی می چرخد. در واقع طول مسیر به قدری طولانی و احتمال یونیزاسیون آنقدر زیاد خواهد بود که پس از راه اندازی یک تخلیه گاز خود نگهدار ایجاد می شود، مشروط بر اینکه یون ها به سرعت توسط جمع کننده یون از ناحیه تخلیه خارج شوند.

انتخاب وسیله ای برای اندازه گیری خلاء

قبل از انتخاب دستگاه خلاء و شناسایی تامین کننده مناسب، تعیین معیارهای انتخاب مهم است. اینها فاکتورهای زیادی را شامل می شوند و این بخش برای کمک به کاربر بالقوه در انتخاب خود در نظر گرفته شده است.

عمق اندازه گیری خلاء

ویژگی های محیطی

محیط خارجی

مشخصات فیزیکی دستگاه

نوع استفاده

ایمنی

نصب و نگهداری

تبدیل سیگنال