Измерение вакуумного давления
От низкого до сверхвысокого вакуума
Узнать о вакуумных единицахВакуум — давление ниже атмосферного — необходим в полупроводниковом производстве, научных исследованиях, вакуумной упаковке продуктов и многих промышленных процессах. Измерение вакуума требует других единиц и методов по сравнению с избыточным давлением, а диапазоны охватывают от лёгкого разрежения до давлений, близких к абсолютному нулю.
Диапазоны вакуума
| Диапазон | Давление (торр) | Давление (mbar) | Давление (Pa) | Применения |
|---|---|---|---|---|
| Низкий/грубый вакуум | 760–1 | 1013–1,3 | 101 325–133 | Вакуумная упаковка, дегазация |
| Средний вакуум | 1–10⁻³ | 1,3–10⁻³ | 133–0,1 | Вакуумная сушка, лиофилизация |
| Высокий вакуум (HV) | 10⁻³–10⁻⁷ | 10⁻³–10⁻⁷ | 0,1–10⁻⁵ | Тонкоплёночное нанесение, электронные микроскопы |
| Сверхвысокий вакуум (UHV) | 10⁻⁷–10⁻¹² | 10⁻⁷–10⁻¹² | 10⁻⁵–10⁻¹⁰ | Ускорители частиц, производство полупроводников |
Распространённые единицы вакуума
Торр (mmHg)
Названа в честь Торричелли, 1 торр равен 1 mmHg — давление, поддерживающее столбик ртути высотой 1 мм. Широко используется в Северной Америке, особенно в научных приложениях.
- Стандартная атмосфера: 760 торр
- Низкий вакуум: 1–760 торр
- Высокий вакуум: диапазон миллиторр (mTorr)
Миллибар (mbar) / Гектопаскаль (hPa)
Распространён в Европе и международных стандартах. 1 mbar = 1 hPa. Удобно, потому что 1000 mbar ≈ 1 атмосфера.
- Стандартная атмосфера: 1013,25 mbar
- 1 mbar = 0,75 торр
Паскаль (Pa)
Единица СИ. Стандартная атмосфера — 101 325 Pa. Для работы с вакуумом могут использоваться миллипаскали (mPa) или микропаскали (µPa).
Таблица перевода
| Торр | mbar | Pa | psi (ниже атм.) |
|---|---|---|---|
| 760 | 1013 | 101 325 | 0 (атмосферное) |
| 100 | 133 | 13 332 | 12,8 ниже атм. |
| 10 | 13,3 | 1 333 | 14,5 ниже атм. |
| 1 | 1,33 | 133 | 14,67 ниже атм. |
| 0,1 | 0,133 | 13,3 | — |
| 0,001 | 0,00133 | 0,133 | — |
| 10⁻⁶ | 1,33×10⁻⁶ | 1,33×10⁻⁴ | — |
Формулы перевода
- Торр в mbar: умножить на 1,333
- mbar в торр: умножить на 0,75
- Торр в Pa: умножить на 133,3
- mbar в Pa: умножить на 100
Абсолютное и избыточное давление
Абсолютное давление
Измеряется относительно идеального вакуума (нуля). Научные измерения вакуума используют абсолютное давление. Пример: 10 торр абсолютного.
Избыточное давление
Измеряется относительно атмосферного давления. При вакууме манометр показывает отрицательные значения. Пример: −25 inHg (дюймов ртутного столба ниже атмосферного).
Перевод между ними
- Абсолютное вакуумное = Атмосферное − Манометрическое вакуумное
- −25 inHg манометрического = 29,92 − 25 = 4,92 inHg абсолютного
- Или приблизительно: 760 − (25 × 25,4) = 125 торр абсолютного
Измерение вакуума
По диапазонам
| Диапазон вакуума | Метод измерения |
|---|---|
| Низкий (>1 mbar) | Манометр Бурдона, ёмкостный манометр |
| Средний (1–10⁻³ mbar) | Ёмкостный манометр, манометр Пирани |
| Высокий (10⁻³–10⁻⁷ mbar) | Манометр Пирани, холоднокатодный манометр |
| Сверхвысокий (<10⁻⁷ mbar) | Горячекатодный ионизационный манометр |
Применение в промышленности
Полупроводниковое производство
Изготовление микросхем требует сверхвысокого вакуума (10⁻⁹ mbar) для предотвращения загрязнения при процессах осаждения.
Пищевая упаковка
Вакуумная упаковка обычно использует 1–100 mbar для удаления кислорода и продления срока хранения.
Научные исследования
Ускорители частиц и эксперименты в области физики поверхности работают при экстремальном вакууме (от 10⁻¹⁰ до 10⁻¹² mbar).
Заключение
Вакуумное давление измеряется в торрах, mbar или паскалях, причём для разных диапазонов требуются разные методы измерения. Знание того, что 1 торр ≈ 1,33 mbar ≈ 133 Pa, помогает ориентироваться между системами единиц. От упаковки продуктов при нескольких сотнях mbar до полупроводниковых производств при 10⁻⁹ mbar — вакуумные технологии охватывают более 15 порядков величины давления.