Vákuumtechnika

Vákuumtechnika, az összes folyamat és fizikai mérés, amelyet normál alatti légköri nyomás alatt végeznek. A folyamatot vagy a fizikai mérést általában vákuumban hajtják végre a következő okok valamelyike ​​miatt: (1) a légkör alkotóelemeinek eltávolítása, amelyek fizikai vagy kémiai reakciót okozhatnak a folyamat során (pl. Reaktív fémek, például titán vákuumolvadása)); (2) a normál szoba körülmények között fennálló egyensúlyi állapot megzavarása, például az eltömődött vagy oldott gáz vagy illékony folyadék eltávolítása az anyag nagy részétől (pl. Olajok gáztalanítása, fagyasztva szárítása) vagy a gázok felületéről való desorpciója (pl. a mikrohullámú csövek és a lineáris gyorsítók tisztítása a gyártás során); (3) annak a távolságnak a meghosszabbítása, amelyet a részecskéknek meg kell haladniuk, mielőtt összeütközne egy másikkal, ezáltal elősegítve a részecskéknek a folyamatban, hogy a forrás és a cél közötti ütközés nélkül mozogjanak (felhasználási példák: vákuumbevonat, részecskegyorsítók, televíziós képcsövek); (4) a másodpercenkénti molekuláris ütések számának csökkentése, ezáltal csökkentve a vákuumban elkészített felületek szennyeződésének esélyét (hasznos a tiszta felület vizsgálatában).

Bármely vákuumfolyamatnál meghatározható a maximális megengedett nyomás korlátozási paramétere. Ez lehet a molekulák térfogati egységenkénti száma (1. és 2. ok), az átlagos szabad út (3. ok) vagy az egyréteg kialakításához szükséges idő (4. ok).

Szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson egy köbméter láb (0,03 köbméter) levegő körülbelül 7 × 10 ²³ molekulát tartalmaz véletlenszerű irányban és körülbelül 1000 mérföld / óra sebességgel (1600 kilométer / óra). A falaknak adott impulzuscsere 14,7 font erőnek felel meg a falfelület négyzet hüvelykjeinként. Ez a légköri nyomás több egységben is kifejezhető, ám egészen a közelmúltig általában kifejezték egy keresztmetszetű és 760 mm magas higanyoszlop tömegében. Így egy standard atmoszféra 760 mm Hg értékkel rendelkezik, de a látszólag különböző egységek egyenlőtlenségének elkerülése érdekében a torr kifejezést feltételezték; egy standard atmoszféra = 760 torr (1 torr = 1 mm Hg). Ezt a kifejezést 1971-ben egy SI egység váltotta fel, amelyet newton per négyzetméterként határoztak meg (N / m ²), és pascalnak hívják (egy pascal = 7,5 × 10 ^-3 torr).

A vákuumtechnika elsődleges használata az iparban 1900 körül történt az elektromos izzók gyártása során. Más készülékeket, például működésüket, amelyek vákuumot igényelnek, például a különféle típusú elektroncsöveket. Azt is felfedezték, hogy bizonyos vákuumban végrehajtott eljárások vagy jobb eredményeket értek el, vagy normál légköri körülmények között valóban elérhetetlen végeket hoztak. Ilyen fejlesztések magukban foglalják a lencsék felületének „virágzását” a fényáteresztő képesség fokozása érdekében, a vérplazma előkészítését a vérbankok számára és a reaktív fémek, például a titán előállítását. A nukleáris energia megjelenése az 1950-es években lendületet adott a vákuumberendezések nagyszabású fejlesztésének. Folyamatosan fedezték fel a vákuumfolyamatokban alkalmazott alkalmazásokat, mint például az űr-szimulációban és a mikroelektronikában.

Különféle eszközöket fejlesztettek ki a vákuum előállítására, fenntartására és mérésére. Az alábbiakban néhány, a legfontosabb típust ismertetünk.

Olajjal lezárt forgószivattyú

Tartályok> ről ¹ / ₂ 1000 köbláb per perc, üzemel légköri nyomáson le olyan alacsony, mint a 2 × 10 ^-2 torr egyfokozatú szivattyúk és kevesebb, mint 5 × 10 ^-3 torr kétfokozatú szivattyúk. A szivattyúk teljes sebességét atmoszférából körülbelül egy torr-ra fejlesztették ki, majd a sebesség a végső nyomáson nullára csökken. Az egyik ilyen típusú eszköz, amely folyadékok és gázok szivattyúzására egyaránt alkalmas, egy kéttengelyes szivattyú, amelyben a forgórész excentrikus az állórészhez képest, és így egy félhold alakú térfogat alakul ki, amelyet a pengék a kilépő szelepen keresztül söpörnek. Egy másik változat, a forgó dugattyús szivattyú hasonló az egytengelyű szivattyúhoz, de az egyszemélyes kés a hüvely része, amely a forgórész körül fekszik. A penge üreges, és egy bemeneti szelepként működik, és bezárja a szivattyút a rendszerből, amikor a forgórész középen van.

Az elérhető maximális nyomást korlátozza a szivattyú magas és alacsony nyomású oldala közötti szivárgás (elsősorban a tömítőolajban feloldott gázok és gőzök átvitelének köszönhetően, amelyek az alacsony bemeneti nyomásnak kitéve villognak) és a kitett olaj bomlása a súrlódás által generált forró pontokhoz

A szivattyú tipikus felhasználása az élelmiszer-csomagolás, a nagysebességű centrifugák és az ultraibolya spektrométerek. Széles körben használják előszivattyúként vagy nagyoló szivattyúként, vagy mindkettőként a többi leírt szivattyú számára.