如何测量真空：方法、单位和刻度

真空测量简史

真空技术历史上的一个关键事件是意大利物理学家安德烈亚·托里拆利在1643年进行的实验。托里拆利用水银填充了一根约1米长的玻璃管，然后将管的一端封住并倒置，将开口端放入水银盆中。

当移除封堵时，水银最终会停留在距离盆面约760毫米（30英寸）的位置——无论盆中水银的高度或管子的角度如何。

该装置测量大气压力，可以用作气压计（托里拆利被认为是其发明者）。实验还表明，倒置管中水银上方的空间是一个真空。

几百年后，同样的技术被用于 真空搬运设备的发明。

常用真空单位和刻度

毫米或英寸汞柱仍用于测量真空系统中的压力。毫米汞柱或mmHg（Hg为元素周期表中的水银）也是托尔（以托里拆利命名）真空测量单位的基础。1托尔等于1毫米汞柱，760托尔/mmHg等于大气压（1 atm）。然而，与17世纪不同的是，我们现在可以创造出可以用非常小的托尔分数来测量的真空。

在世界的不同地区，使用不同的单位来测量真空压力。最常见的有：

• atm – 标准大气压，760 mmHg
• PSI – 磅每平方英寸，绝对压力（PSIA）或表压（PSIG）
• inHg – 英寸汞柱
• mmHg – 毫米汞柱
• Torr – 几乎等于毫米汞柱
• micron (mTorr) – 毫托尔是托尔的千分之一
• kPa – 千帕斯卡，牛顿力每平方米
• mbar – 毫巴，巴（kPa x 100）x 1000

在北美，通常在粗真空范围内使用inHg，在更高真空范围内使用托尔，对于由背泵达到的压力使用微米（托尔的千分之一）。

在北美以外，更常用的单位是负毫巴和/或kPa（仪表上通常同时使用这两者）。帕斯卡（如千帕/kPa）是压力的公制标准单位，通常用于科学和技术论文中。

在所谓的粗真空范围内，从大气压到25托尔，也常（且更实用）将真空定义为满真空的百分比。例如，真空搬运系统可能在总真空的60%左右运行。

完美真空可能吗？

不可能。完美真空，也可以称为全真空或绝对真空，将是一个完全不含任何物质的体积。外太空接近这一点，每立方米只有几个氢原子，但它从未达到零，即使在地球上最先进的真空系统中也是如此。

虽然一个小体积可能在极短的时间内不含颗粒，但仍会有量子现象，如光子。尽管如此，完美真空是一个不可避免的理论参考点，例如，我们在确定和比较真空百分比时使用它。完美真空（100%）在包括PSI、mmHg、托尔、mbar或inHg在内的所有单位中测量为0。

什么被认为是高真空？

任何显著低于标准大气压（760托尔/mmHg，29.9 inHg或14.7 PSI）的负压都被认为是真空。真空质量随后被划分为范围，这些范围有些任意，但主要基于实现或测量它所需的设备。

可以用汞（Hg）单位测量的真空范围称为粗真空范围。这是真空搬运设备和众多其他工业应用的工作范围。

这些是真空压力范围，以托尔（或1托尔的分数）为单位测量。

• 大气压：760托尔
• 粗真空：760到25托尔
• 中真空：25到1×10^-3托尔
• 高真空：1×10^-3到1×10^-9托尔
• 超高真空：1×10^-9到1×10^-12托尔
• 极高真空：小于1×10^-12托尔

高真空的定义通常在1×10^-3到1×10^-9托尔之间，相当于托尔的千分之一（0.001）到十亿分之一（0.000000001）托尔。另一个限制因素是通常需要多级泵送，并使用电离计进行测量。

真空测量仪表

在真空处理技术和其他在粗真空范围内运行的应用中，真空水平通常使用直读仪表进行测量。直读仪表可以提供从大气压到约1托尔甚至更低的准确测量。这些技术包括U形管压力计、电容压力计和波登管。

U形管压力计：测量压力和真空的最基本设备之一是U形管压力计。它呈U形，当真空施加到一条腿时，管内的液体在该腿上升，在另一腿下降。
电容压力计：电容压力计是一种更复杂且更精确的压力计形式。它使用一个张紧的隔膜，一侧暴露在要测量的体积中。另一侧包含一个电极组件，具有参考电极和压力感应电极。随着隔膜相对于压力的偏转，它会引起电容变化，最终被感知并转换为精确的测量。
波登管真空计：迄今为止最常见的压力计是波登管压力计。这种相对简单但精确的机械仪器自19世纪以来一直在使用，并且仍在广泛使用。它在各种应用中非常有用，包括工业真空系统的安装和故障排除。

波登管本身是一个弯曲成弧形的管子，连接到真空系统。它会根据相对于大气的压力弯曲多或少，通过一组齿轮和弹簧驱动连接的刻度盘。

测量真空搬运系统

真空搬运系统在粗真空范围内工作，使得使用常规仪表测量真空水平相对容易。根据测量的目的——如安装、调整或检测泄漏——起点是将压力计连接到系统的相关部分。在TAWI真空系统的情况下，我们知道我们真空泵的确切容量，仅在特定情况下需要测量真空水平。

真空系统故障排除

搬运能力差的问题通常是由系统中的泄漏引起的，可以通过测量系统不同部分的真空水平来定位。初始测量方法是将一个连接到测试板的压力计放在吸盘区域上。这将模拟负载，应该能够达到真空泵的容量。

真空搬运系统从未100%密封，但如果真空水平未达到55-60%（理论绝对真空），这表明存在泄漏。然后可以在吸盘和泵之间的多个位置进行测量，以识别泄漏的位置。

调整多孔负载

当达到吸盘处的泵容量时，泄漏也可能是负载本身，导致负压损失。解决方案是增加泵容量——不是在泵可以达到的真空水平方面，而是在泵能够排放的流量方面。

与平坦、无孔负载相比，多孔负载需要更高容量的泵来排放空气。这就是为什么可以使用流量为4m³/h（141 ft³/h）的链式起重机悬挂的小型真空泵来搬运重达1.5吨（3,300磅）的钢板。

在规模的另一端，当搬运25公斤（55磅）的面粉袋或多孔胶合板时，可能需要提供230 m³/h（8,133 ft³/h）流量的3kW泵。

换句话说，为特定应用选择合适的真空系统需要考虑许多因素。为了确保系统的安全性，所需的搬运能力也乘以2的系数。

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本文将指导您 使用真空技术进行安全搬运。

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