Hur mäter man vakuumtryck?

Denna klassificering följer ISO 3529-1:2019, men det finns skillnader i praktisk användning, ofta beroende på land och tillämpningsområde. Särskilt kemister hänvisar ibland till spektrumet 100 till 1 mbar som är mest intressant för dem som ”mellanvakuum”. 

Ingenjörer pratar ofta inte alls om vakuum, utan refererar istället till ”lågtryck” eller ”undertryck”. Vakuumtrycksregimerna kan emellertid särskiljas mycket väl genom skillnaderna och klassificeringen av gasernas kinetiska beteende och särskilt deras flödestyper. Följaktligen skiljer sig teknikerna för produktion och mätning av vakuum i dessa olika intervall avsevärt åt.

Alla vakuumsystem på jorden innehåller luft före evakuering och är nästan alltid omgivna av luft under drift. Kunskap om atmosfärens fysiska och kemiska egenskaper är därför avgörande. 

Jordens atmosfär består av många gaser och vattenånga på jordens yta. Per definition är det tryck som atmosfären utövar relativt trycket vid havsnivå. Standardatmosfärstrycket är 1 013,25 mbar (motsvarar den tidigare använda mätenheten ”atmosfär”) vid 0oC. Tabell VIII visar sammansättningen av standardatmosfären vid en relativ luftfuktighet på 50 % men en temperatur på 68 °F eller 20 °C. 

Särskilt när det gäller vakuumteknik bör följande punkter observeras med avseende på luftens sammansättning: 

a) Vid evakuering av ett vakuumsystem har vattenånga en viktig inverkan på luftens relativa luftfuktighet.  

b) De inerta atmosfäriska gaserna som helium, neon, argon och krypton kräver specifika pumpkonfigurationer, särskilt för avskiljningspumpar.

c) Trots den mycket låga heliumhalten i atmosfären, som endast är cirka 5 ppm (delar per miljon), är denna inerta gas särskilt märkbar i UHV- och XHV-system som är tätade med fluorelastomerer och/eller innehåller glas- eller kvartskomponenter. Detta beror på heliums höga permeabilitetskonstant som effektivt kan ”penetrera” dessa material till viss del, och detta gäller även själva metallkammarens material.

Det atmosfäriska trycket minskar i takt med att höjden över jordytan ökar (se fig. 9,3). Högspänning förekommer på höjder i storleksordningen 100 km, medan UHV-förhållanden föreligger över 400 km. Gassammansättningen (med %) i atmosfären förändras avsevärt med ökande höjd. (se Fig. 9,4). 

Gastryck. (Mängd: tryck; symbol: p; mått: Pascal; Pa (eller hPa) Pascal eller millibar; förkortning: mbar.) Tryck är den kraft som appliceras vinkelrätt mot ett föremåls yta per enhetsyta. 

Andra tryckenheter används också, inklusive Torr och mmHg. Det gastryck som kan lyfta en kvicksilverpelare med 1 mm vid 0 °C (32 °F) är 1 Torr = 1 mmHg. 

SI-enheten för tryck är Pa där 1 Pa = 1 Nm ^-2.

För standard atmosfäriskt tryck (0^o C) 

1,013,25 mbar = 1 013,25 hPa = 101,325 Pa = 760 Torr = 760 mmHg.

Tryck p benämns vanligen nedan 

Absolut tryck (p _abs ) är trycket enligt definitionen ovan. I vakuumtekniktillämpningar utelämnas ”abs”-indexet i allmänhet. 

Det totala trycket i ett vakuum definieras enligt Daltons lag som summan av de ingående deltrycken.

Det partiella trycket är det tryck som utövas av och enskilda gas- eller ångarter 

Obs! I vissa användningsfall definieras ”partialtryck” som summan av trycken för ingående icke-kondenserbara gaser

Mättnadsångtrycket p_s. är trycket hos ett ämne där avdunstningshastigheten från dess yta = omkondenseringshastigheten. Den varierar mycket när temperaturen ändras. Anmärkning i allmän användning Mättat ångtryck kallas ofta helt enkelt för ”ångtryck”. Detta skiljer sig från en annan term som avser förhållandena för en gas/ånga vid temperaturen för flytande kväve (LN₂ ); p_d, som ibland kallas för ångtryck där p_d är det partiella trycket hos en ånga som kan kondenseras av LN₂ vid temperaturen för LN₂ (77K);

ISO-definitionen av standardatmosfärstryck (0^o C) är sådan att

1,013,25 mbar = 1 013,25 hPa = 101,325 Pa = 760 Torr = 760 mmHg.

Sluttrycket p _end är det lägsta tryck som kan uppnås i ett vakuumkärl. Det kallas även för slut- eller bastryck. Detta sluttryck bestäms av summan av gas- och ångbelastningarna i vakuumsystemet, inklusive avgasning, processbelastningar, läckage, permeation och återströmning jämfört med de effektiva pumphastigheterna för de pumpar som används. Observera att detta i vissa fall även kan begränsas av pumpineffektiviteter som kompressionsförhållandet hos turbomolekylära pumpar.

Här indikerar positiva värden för pe övertryck eller manometertryck, negativa värden beskriver ett vakuum. 

Gas och/eller ångor avlägsnas från ett kärl under vakuumevakuering. I gasformigt tillstånd (eller fas) kondenserar gasmolekyler inte vid lokal temperatur/drifttemperatur. Ånga är också ett gasformigt ämne som har en lägre temperatur än sin kritiska temperatur. Det innebär att det kan kondenseras vid sin befintliga temperatur genom att öka trycket. Mättade ångor är gaser vid en viss temperatur som är i jämvikt med samma ämnes flytande fas.