Hur man mäter vakuum: metoder, enheter och skalor

En kort historik om vakuummätning

En viktig händelse i vakuumteknikens historia var ett experiment som utfördes av den italienska fysikern Andrea Torricelli 1643. Torricelli fyllde ett glasrör med cirka 1 meters längd kvicksilver. Han pluggade sedan in ena änden av röret och inverterade det och placerade den öppna änden i en kvicksilverbassäng.

När pluggen tas bort kommer kvicksilver så småningom att vila omkring 760 mm (30 tum) över bassängens yta – oavsett kvicksilverhöjden i bassängen eller rörets vinkel.

Den här enheten mäter atmosfärstrycket och kan användas som en barometer (som Torricelli har fått uppfinna). Experimentet visade också att utrymmet kvar över kvicksilver i det inverterade röret var ett vakuum.

Vanliga vakuumenheter och skalor

Millimeter eller tum kvicksilver används fortfarande för att mäta tryck i vakuumsystem. Millimeter kvicksilver eller mmHg (Hg är kvicksilver i det periodiska elementet) är också en grund för vakuummätningsenheten Torr (efter Torricelli). 1 Torr är lika med 1 mmHg och 760 Torr/mmHg är lika med atmosfärstrycket (1 atm). Till skillnad från 1700-talet kan vi nu skapa dammsugare som kan mätas i mycket små fraktioner av en Torr.

Ytterligare enheter används i olika delar av världen för att mäta vakuumtryck. De vanligaste är:

• atm – standardiserat atmosfärstryck, 760 mmHg
• PSI – pund per kvadrattum, absolut (PSIA) eller mättryck (PSIG)
• inHg – tum kvicksilver
• mmHg – millimeter kvicksilver
• Torr – nästan men inte exakt lika med millimeter kvicksilver
• mikron (mTorr) – en millitorr är 1000 ^th av en Torr
• kPa – kilopascal, newton-kraft per kvadratmeter
• mbar – millibar, stapel (kPa x 100) x 1000

I Nordamerika är det vanligt att använda inHg i grovvakuumspektrumet, Torr i högre vakuumspektrum och mikron (tusentals Torr) för tryck som nås av stödpumpar.

Utanför Nordamerika är de vanligaste enheterna negativa millibar och/eller kPa (ofta används båda på mätare). Pascal (som i kilopascal/kPa) är den metriska standardenheten för tryck och är normalt den enhet som används i vetenskapliga och tekniska artiklar.

I det så kallade grovvakuumområdet, från atmosfärstryck ner till 25 Torr, är det också vanligt (och mer praktiskt) att definiera vakuum som en procentandel av ett fullt vakuum. Till exempel kan en vakuumlyft arbeta med cirka 60% av ett totalt vakuum.

Här kan du läsa mer djupgående om den de olika termer som förekommer när man talar om vakuumsystem.

Är ett perfekt vakuum möjligt?

Nej. Ett perfekt vakuum, som också kan kallas ett absolut vakuum, skulle vara en volym som innehåller någonting överhuvudtaget. Det yttre området kommer nära med bara några väteatomer per kubikmeter, men det når aldrig noll och detsamma gäller även i de mest tekniskt avancerade vakuumsystemen på jorden.

Även om en liten volym kanske inte innehåller några partiklar under ett mycket kort ögonblick, skulle det fortfarande finnas kvantfenomen som fotoner. Ett perfekt vakuum är ändå en oundviklig teoretisk referenspunkt som vi till exempel använder för att bestämma och jämföra vakuumprocent. Ett perfekt vakuum (100%) mätt i alla enheter inklusive PSI, mmHg, Torr, mbar eller inHg, är 0.

Vad anses vara ett högvakuum?

Eventuellt undertryck som är signifikant under standardatmosfärstrycket (760 Torr / mmHg, 29,9 inHg eller 14,7 PSI) betraktas som ett vakuum. Vakuumkvaliteten delas därefter in i intervall som är något godtyckliga men främst baserade på den utrustning som behövs för att uppnå eller mäta den.

Vakuumområdet som kan mätas i kvicksilverenheter (Hg) kallas grovvakuumområdet. Det är här som vakuumlyftutrustning och många andra industriella applikationer fungerar.

Dessa är vakuumtrycksintervallen mätt i Torr (eller fraktioner på 1 Torr).

• Atmosfäriskt tryck : 760 Torr
• Grovt vakuum : 760 till 25 Torr
• Medium vakuum : 25 till 1×10 ^-3 Torr
• Högvakuum : 1×10 ^-3 till 1×10 ^-9 Torr
• Ultrahögt vakuum : 1×10 ^-9 till 1×10 ^-12 torr
• Extremt högt vakuum : Mindre än 1×10 ^-12 Torr

Vad som definierar ett högt vakuum är då att det normalt placeras i området mellan 1×10 ^-3 till 1×10 ^-9 Torr, vilket motsvarar en tusendel (0,001) av en Torr (eller 1 mikron) ner till en miljarddel (0,000000001) av en Torr. En annan avgränsningsfaktor är att det vanligtvis kräver flerstegspumpning och mäts med en joniseringsmätare.

Vakuummätare

I vakuumhanteringsteknik och andra applikationer som fungerar i grovt vakuumområde mäts vakuumnivån vanligtvis med hjälp av direktavläsningsmätare. Mätare med direktavläsning kan ge en noggrann mätning från atmosfärstryck ner till cirka 1 Torr och i vissa fall lägre. Sådana tekniker inkluderar u-tubmanometrar, kapacitansmanometrar och Bourdon-rör.

U-tubmanometrar : En av de mest grundläggande enheterna för att mäta tryck och vakuum är u-tubmanometern. Den är formad som ett U och när ett vakuum appliceras på ett ben, stiger vätskan i röret i det benet och faller i det andra.

Kapacitansmanometrar : En kapacitansmanometermätare är en betydligt mer komplex och exakt form av manometer. Den använder ett spänt membran där ena sidan utsätts för den volym som ska mätas. Den andra sidan innehåller en elektrodenhet med en referenselektrod och en tryckavkännande elektrod. Eftersom membranet avböjs i förhållande till trycket orsakar det en kapacitansförändring, som avkänns och slutligen omvandlas till en exakt mätning.

Vakuummätare för Bourdon-rör : Den vanligaste tryckmätaren är Bourdon-rörmätaren. Detta relativt enkla men exakta mekaniska instrument har använts sedan 1800-talet och används fortfarande i stor utsträckning. Det är mycket användbart i en mängd olika applikationer, inklusive installation och felsökning av industriella vakuumsystem.

Bourdon-röret i sig är ett rör som är böjt i en båge ansluten till vakuumsystemet. Den kommer att böjas mer eller mindre från trycket i förhållande till atmosfären, som aktiverar den bifogade ratten via en uppsättning växlar och fjädrar.

Mätning av ett vakuumlyftsystem

Ett vakuumlyftningssystem fungerar i grovvakuumområdet, vilket gör det relativt lätt att mäta vakuumnivån med konventionella mätare. Beroende på mätningens syfte – som att installera, justera eller upptäcka läckor – är utgångspunkten att fästa en manometer till tillämplig del av systemet. När det gäller TAWI-vakuumsystem vet vi den exakta kapaciteten hos våra vakuumpumpar och att mäta vakuumnivån endast behövs under specifika omständigheter.

Felsökning av vakuumsystem

Problem med dålig lyftkapacitet orsakas normalt av läckor i systemet, som kan lokaliseras genom att mäta vakuumnivån i olika delar av systemet. Den inledande mätmetoden är att placera en manometer fäst vid en testplatta över sugfoten. Detta kommer att simulera en belastning och som ska kunna nå vakuumpumpens kapacitet.

Ett vakuumlyftsystem är aldrig 100% förseglat, men om vakuumnivån inte når 55–60% (av teoretiskt absolut vakuum), indikerar detta en läcka. Det är då möjligt att mäta i flera positioner längs vägen mellan sugfötter och pump för att identifiera läckans läge.

Justering för porösa laster

När pumpens kapacitet når sugfötterna är det också möjligt att läckaget är själva belastningen, vilket orsakar förlust av undertryck. En lösning är att öka pumpkapaciteten – inte i termer av vilken vakuumnivå pumpen kan nå, utan i termer av det flöde som pumpen kan evakuera.

Porösa belastningar kräver pumpar med högre kapacitet för att evakuera luft jämfört med plana, icke-porösa belastningar. Det är därför det är möjligt att använda en liten vakuumpump med ett flöde på 4m ³ / h (141 ft³ / h) hängande från ett kedjelift för att lyfta stålplattor som väger så mycket som 1,5 ton (3,300 pund) .).

I andra änden av skalan kan du behöva en 3 kW pump som ger ett flöde på 230 m3 / h (8133 ft ³ / h) när du lyfter en 25 kg (55 lbs.) Påse mjöl eller en porös plywoodplåt.

Med andra ord går många överväganden i att välja rätt typ av vakuumsystem för en specifik applikation. För att garantera säkerheten i systemet multipliceras också den lyftkapaciteten med en faktor av två.

Här kan du läsa mer om hur vakuumteknik kan hjälpa till med hälsa, säkerhet och ergonomi på arbetsplatser!