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真空的定義及單位

日期:2020-09-20 02:20
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摘要:

 

真空的定義及單位
當一個容器內空間的壓力小於一個標準大氣壓力(atm)時即被定義為真空(Vacuum)。因為真空和壓力有關,因此真空度即代表真空系統中壓力的程度。意即較低的真空度表示較高的壓力,較高的真空度表示較低的壓力。另可用單位體積內氣體分子密度來表示真空度;一標準大氣壓的氣體分子密度為 2.5× molecules/cm3,真空度越高,則單位體積內的氣體分子密度越低。目前表示真空度的壓力單位以托耳( Torr ) 以及國際壓力單位,帕Pascal (Pa) *為常見,其定義為: 1atm=760mmHg=760Torr

標準大氣壓 :1pa=1N/m2

  atm kgf/cm2 lbf/in2 inHg Torr mbar mmAq Pa

1 atm

1

1.033

14.7

29.92

760

1013

1.033104

1.013105

1 kgf/cm2

0.968

1

14.22

28.96

735.709

980.7

1104

9.807104

1 lbf/in2(psi)

6.80510-2

7.0310-2

1

2.036

51.725

68.95

703

6895

1 inHg

3.34210-2

3.4510-2

0.491

1

25.4

33.86

345

3386

1 Torr(mmHg)

1.31610-3

1.35910-3

1.9310-2

3.93710-2

1

1.333

13.592

133.3

1 mbar

9.86910-4

1.0210-3

1.4510-2

2.95310-2

0.75

1

10.197

100

1 mmAq

9.67710-5

110-4

1.4210-3

2.89610-3

7.35710-2

9.8110-2

1

9.807

1 Pa

9.8710-6

1.0210-5

1.4510-4

2.95310-4

7.50110-3

110-2

0.102

1


真空泵浦的選用
真空泵*重要的性能規格為終極壓力( Ultimate Pressure) 以及排氣速度( Pumping Speed) 。終極壓力指真空泵可抽到的*低壓力或稱*高真空( Max. Vacuum) 排氣速度則是指單位時間內泵浦進氣口的容積流量大小,通常以 L/ min表示,而排氣速度之大小會影響真空系統到達指定真空度所需要的時間。

真空泵浦依真空度來區分可分為低真空泵浦(1000~1 mba)、中真空泵浦((1— mba)、高真空泵浦( ~ mba)以及超高真空泵浦(< mba)。由於氣體在低真空時屬黏滯流(Viscous Flow),氣體的物理行為可視為連續(Continuum) ,真空泵浦可利用機械容積變化進行吸氣、壓縮及排氣的方式抽氣;當氣體於中真空環境時,氣體行為變為過渡流(Transition Flow)形態,其特性較為複雜,目前中真空之下工作壓力以魯式真空泵、油迴轉真空泵以及螺旋式真空泵的抽氣效率較佳;而氣體於高真空及超高真空時屬分子流(Molecular Flow)或自由分子流(Free Molecular Flow)形態,氣體分子密度甚低,分子可運動較長距離不會發生碰撞,因此氣體之型態不被視為連續,此時真空泵浦必須考慮氣體分子運動及其路徑設計抽氣方式。

真空泵浦依排氣方式可分為排氣式及儲氣式泵浦。其中排氣式泵浦因操作原理不同又可區分為正排氣型泵浦(Positive Displacement Pump) 以及氣體分子動力式真空泵浦(Kinetic Pump)。由於不同的氣體在不同的壓力下會表現不同的物理特性,因此真空泵浦在不同壓力下必須採用不同的排氣方法以獲得*佳的工作效率。所以,沒有任何一種真空泵浦的機械結構可勝任從大氣壓力到高真空的操作範圍。我們在選用真空泵浦時必須依真空系統設計的工作壓力範圍、用途來做*適當的選擇。

正排氣型真空泵浦由於發展*早,因此在產業上應用*廣泛,應用技術也*成熟。在性能上,正排氣型的真空泵浦,其終極壓力及排氣速度可依據國際規範ISO1607 標準來作測定。本公司的真空泵浦屬於正排氣型泵浦,以下對正排氣型真空泵浦作一簡單介紹:

 

正排氣型泵浦
正排氣型泵浦屬於中低真空度的泵浦,其抽氣工作壓力範圍可從一大氣壓到 Torr,有些機型甚至可到 Torr。正排氣型泵浦抽氣速率依泵浦大小及構造從每分鐘數十公升23萬公升不等,是中低真空系統中的主要泵浦。另外,正排氣型泵浦在高真空及超高真空系統中經常扮演真空粗抽(Roughing)及前級泵浦(Backing Pump)的角色。正排氣型泵浦依泵浦腔室是否有液體潤滑和密封之分別,又可分為油()封式真空泵浦以及乾式泵浦兩大類:

()封式真空泵浦」
()封式真空泵依作動方式不同又可分為旋轉式泵浦(Rotary Pump)及往復式泵浦(Reciprocating Pump)兩種。旋轉式泵浦係藉泵浦機殼內轉子(Rotor) 和靜子(Stator)連續接觸進行進氣、壓縮及排氣行程。常見的泵浦有液()封式真空泵( Liquid-ring Vacuum Pump)、油迴轉葉片型真空泵( Oil-sealed Rotary-vane Vacuum Pump)、油迴轉滑動葉片型真空泵( Oil-sealed Sliding-vane Vacuum Pump)以及油迴轉柱塞型真空泵(Oil-sealed Rotary-plunger Vacuum Pump)等。往復式泵浦以馬達驅動主動桿之旋轉,經由連桿(Coupler)帶動活塞在汽缸中做往復運動,如本公司的VSVSW型泵浦。(參考下圖1、圖2)除液封式真空泵以製程液體作為封液外,其他幾種真空泵浦都必須搭配真空油或潤滑油來從事潤滑、排熱、密封以及防蝕作用,因此油品的選用也關係到真空泵的性能表現。如本公司RVSRSRD (油迴轉葉片型真空泵( Oil-sealed Rotary-vane Vacuum Pump)VSVSW(往復式)SWSWV(液封式) ,(參考圖3、圖4、圖5、圖6

「乾式真空泵浦」
乾式真空泵依機械結構不同可分為魯式(Roots)、爪式(Claw)、螺旋式(Screw)、渦卷式(Scroll)以及薄膜式(Diaphragm)幾種。其中魯式泵浦在真空系統中廣泛用作助力泵浦(Booster Pump),可適度提高真空系統的抽氣效率。近年來由於半導體產業的興起,半導體製程中真空系統的潔淨度受到很大的重視,相較於油()封式真空泵在製程中有可能因油水氣回流造成污染問題,乾式真空泵在泵浦進氣、壓縮、排氣行程中並無液體潤滑或密封,因此在維持真空系統潔淨度上比油()封式真空泵的表現要好很多,而在半導體產業等被廣泛應用,其中螺旋式真空泵本身在維修便利性及耗能表現上的優勢,近來已漸成為市場的主流。

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