Vakuumdruckmessung
Vom Grobvakuum zum Ultrahochvakuum
Vakuumeinheiten verstehenVakuum – Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks – ist unverzichtbar in der Halbleiterfertigung, der wissenschaftlichen Forschung, der Lebensmittelverpackung und vielen industriellen Prozessen. Die Messung von Vakuum erfordert andere Einheiten und Techniken als Überdruck, wobei die Bereiche von leichtem Vakuum bis zu Drücken nahe dem absoluten Nullpunkt reichen.
Vakuumbereiche
| Bereich | Druck (Torr) | Druck (mbar) | Druck (Pa) | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Grob-/Niedrigvakuum | 760–1 | 1013–1,3 | 101.325–133 | Vakuumverpackung, Entgasung |
| Mittelvakuum | 1–10⁻³ | 1,3–10⁻³ | 133–0,1 | Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung |
| Hochvakuum (HV) | 10⁻³–10⁻⁷ | 10⁻³–10⁻⁷ | 0,1–10⁻⁵ | Dünnschichtbeschichtung, Elektronenmikroskope |
| Ultrahochvakuum (UHV) | 10⁻⁷–10⁻¹² | 10⁻⁷–10⁻¹² | 10⁻⁵–10⁻¹⁰ | Teilchenbeschleuniger, Halbleiterfertigung |
Gängige Vakuumeinheiten
Torr (mmHg)
Benannt nach Torricelli, entspricht 1 Torr 1 mmHg – dem Druck, der eine 1 mm hohe Quecksilbersäule trägt. Weit verbreitet in Nordamerika, insbesondere in wissenschaftlichen Anwendungen.
- Standardatmosphäre: 760 Torr
- Grobvakuum: 1–760 Torr
- Hochvakuum: Millitorr-Bereich (mTorr)
Millibar (mbar) / Hektopascal (hPa)
Gebräuchlich in Europa und internationalen Standards. 1 mbar = 1 hPa. Praktisch, weil 1000 mbar ≈ 1 Atmosphäre.
- Standardatmosphäre: 1013,25 mbar
- 1 mbar = 0,75 Torr
Pascal (Pa)
Die SI-Einheit. Standardatmosphäre ist 101.325 Pa. Für Vakuumarbeit können Millipascal (mPa) oder Mikropascal (µPa) verwendet werden.
Umrechnungstabelle
| Torr | mbar | Pa | psi (unter atm) |
|---|---|---|---|
| 760 | 1013 | 101.325 | 0 (atmosphärisch) |
| 100 | 133 | 13.332 | 12,8 unter atm |
| 10 | 13,3 | 1.333 | 14,5 unter atm |
| 1 | 1,33 | 133 | 14,67 unter atm |
| 0,1 | 0,133 | 13,3 | — |
| 0,001 | 0,00133 | 0,133 | — |
| 10⁻⁶ | 1,33×10⁻⁶ | 1,33×10⁻⁴ | — |
Umrechnungsformeln
- Torr in mbar: Mit 1,333 multiplizieren
- mbar in Torr: Mit 0,75 multiplizieren
- Torr in Pa: Mit 133,3 multiplizieren
- mbar in Pa: Mit 100 multiplizieren
Absolutdruck vs. Relativdruck
Absolutdruck
Gemessen relativ zum perfekten Vakuum (Null). Wissenschaftliche Vakuummessungen verwenden Absolutdruck. Beispiel: 10 Torr absolut.
Relativdruck
Gemessen relativ zum atmosphärischen Druck. Im Vakuum zeigt der Relativdruck negative Werte. Beispiel: ∓25 inHg relativ (Zoll Quecksilber unter Atmosphärendruck).
Umrechnung zwischen beiden
- Vakuum absolut = Atmosphärisch – Vakuum relativ
- −25 inHg relativ = 29,92 – 25 = 4,92 inHg absolut
- Oder ungefähr: 760 – (25 × 25,4) = 125 Torr absolut
Vakuummessung
Nach Bereich
| Vakuumbereich | Messmethode |
|---|---|
| Grob (>1 mbar) | Rohrfedermanometer, Kapazitätsmanometer |
| Mittel (1–10⁻³ mbar) | Kapazitätsmanometer, Pirani-Messröhre |
| Hoch (10⁻³–10⁻⁷ mbar) | Pirani-Messröhre, Kaltkathoden-Messröhre |
| Ultrahoch (<10⁻⁷ mbar) | Heißkathoden-Ionisationsmessröhre |
Industrielle Anwendungen
Halbleiterfertigung
Die Chipfertigung erfordert Ultrahochvakuum (10⁻⁹ mbar), um Kontamination während der Beschichtungsprozesse zu verhindern.
Lebensmittelverpackung
Vakuumverpackung verwendet typischerweise 1–100 mbar, um Sauerstoff zu entfernen und die Haltbarkeit zu verlängern.
Wissenschaftliche Forschung
Teilchenbeschleuniger und Oberflächenforschungsexperimente arbeiten bei extremem Vakuum (10⁻¹⁰ bis 10⁻¹² mbar).
Fazit
Der Vakuumdruck wird in Torr, mbar oder Pascal gemessen, wobei verschiedene Bereiche unterschiedliche Messtechniken erfordern. Das Wissen, dass 1 Torr ≈ 1,33 mbar ≈ 133 Pa, hilft bei der Navigation zwischen den Einheitensystemen. Von der Lebensmittelverpackung bei einigen hundert mbar bis zur Halbleiterfertigung bei 10⁻⁹ mbar umfasst die Vakuumtechnologie über 15 Größenordnungen des Drucks.