مضخة تفريغ زيت دوارة صينية الصنع، تُستخدم في فلاتر زيت المحولات الكهربائية.

ما هو مستوى الفراغ وكيف يتم قياسه في مضخات الفراغ؟

يشير مستوى الفراغ إلى درجة انخفاض الضغط عن الضغط الجوي في نظام الفراغ. وهو يدل على مستوى "الفراغ" أو غياب جزيئات الغاز في النظام. إليك شرح مفصل لقياس مستوى الفراغ في مضخات الفراغ:

يُقاس مستوى الفراغ عادةً بوحدات الضغط التي تمثل الفرق بين الضغط داخل نظام الفراغ والضغط الجوي. وحدة القياس الأكثر شيوعًا لمستوى الفراغ هي الباسكال (Pa)، وهي وحدة النظام الدولي للوحدات (SI). تشمل الوحدات الأخرى الشائعة الاستخدام التور، والمليبار (mbar)، وبوصة الزئبق (inHg).

تُجهّز مضخات التفريغ بمستشعرات أو مقاييس ضغط لقياس الضغط داخل نظام التفريغ. صُممت هذه المقاييس خصيصًا لقياس الضغوط المنخفضة التي تُصادف في تطبيقات التفريغ. توجد أنواع عديدة من مقاييس الضغط المستخدمة لقياس مستويات التفريغ:

1. مقياس بيراني: يعمل مقياس بيراني بناءً على التوصيل الحراري للغازات. ويتكون من عنصر تسخين مُعرَّض لبيئة الفراغ. عندما تصطدم جزيئات الغاز بعنصر التسخين، فإنها تنقل الحرارة، مما يُسبب تغيرًا في درجة الحرارة. ومن خلال قياس هذا التغير في درجة الحرارة، يُمكن استنتاج الضغط، مما يسمح بتحديد مستوى الفراغ.

2. مقياس الحرارة المزدوجة: تعتمد مقاييس الحرارة المزدوجة على التوصيل الحراري للغازات، على غرار مقاييس بيراني. تتكون هذه المقاييس من سلكين معدنيين مختلفين موصولين معًا، يشكلان ما يُعرف بالمزدوجة الحرارية. عند اصطدام جزيئات الغاز بالمزدوجة الحرارية، يحدث فرق في درجة الحرارة بين السلكين، مما يُولد فرقًا في الجهد. يتناسب هذا الجهد طرديًا مع الضغط، ويمكن معايرته لقراءة مستوى الفراغ.

3. مقياس الضغط السعوي: يقيس مقياس الضغط السعوي الضغط عن طريق رصد التغير في السعة بين قطبين كهربائيين نتيجة انحراف غشاء مرن. ومع تغير الضغط في نظام التفريغ، يتحرك الغشاء، مما يؤدي إلى تغيير السعة وتوفير قياس لمستوى التفريغ.

4. مقياس التأين: تعمل مقاييس التأين عن طريق تأيين جزيئات الغاز في نظام التفريغ وقياس التيار الكهربائي الناتج. يتناسب تيار التأين طرديًا مع الضغط، مما يسمح بتحديد مستوى التفريغ. توجد أنواع مختلفة من مقاييس التأين، مثل مقاييس الكاثود الساخن، والكاثود البارد، ومقاييس بايار-ألبرت.

5. مقياس باراترون: تعتمد مقاييس باراترون على مبدأ قياس الضغط السعوي، ولكن بتصميم مختلف. تتكون من غشاء حساس للضغط يفصله عن قطب مرجعي مسافة صغيرة. يؤدي فرق الضغط بين نظام التفريغ والقطب المرجعي إلى انحراف الغشاء، مما يغير السعة ويوفر قياسًا لمستوى التفريغ.

من المهم ملاحظة أن أنواع مضخات التفريغ المختلفة قد يكون لها نطاقات ضغط متباينة، وقد تتطلب مقاييس ضغط محددة تتناسب مع ظروف تشغيلها. إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما تُجهز مضخات التفريغ بمقاييس متعددة لتوفير معلومات حول الضغط في مراحل مختلفة من عملية الضخ أو في أجزاء مختلفة من النظام.

باختصار، يشير مستوى الفراغ إلى الضغط الأقل من الضغط الجوي في نظام الفراغ. ويُقاس باستخدام مقاييس ضغط مصممة خصيصًا للبيئات منخفضة الضغط. ومن أنواع مقاييس الضغط الشائعة المستخدمة في مضخات الفراغ: مقاييس بيراني، ومقاييس الحرارة المزدوجة، ومقاييس الضغط السعوية، ومقاييس التأين، ومقاييس باراترون.

\

ما الفرق بين مضخات التفريغ الجافة والرطبة؟

تُعدّ مضخات التفريغ الجافة والرطبة نوعين متميزين من المضخات، يختلفان في مبادئ تشغيلهما وتطبيقاتهما. إليك شرح مفصل للاختلافات بينهما:

مضخات التفريغ الجافة:

تعمل مضخات التفريغ الجافة دون استخدام أي سائل تشحيم أو ماء مانع للتسرب في حجرة الضخ. وتعتمد على آليات لا تلامسية لتوليد التفريغ. ومن أنواع مضخات التفريغ الجافة الشائعة ما يلي:

1. مضخات الريش الدوارة: تتكون مضخات الريش الدوارة من دوار مزود بريش تنزلق داخل وخارج فتحات فيه. يؤدي دوران الدوار إلى تكوين حجرات تتمدد وتنكمش، مما يسمح بضخ الغاز. صُممت الريش والهيكل معًا لتكوين مانع تسرب يمنع عودة الغاز إلى المضخة. تُستخدم مضخات الريش الدوارة بشكل شائع في المختبرات والتطبيقات الطبية والعمليات الصناعية التي تتطلب مستوى فراغ متوسط.

٢. مضخات البرغي الجافة: تستخدم مضخات البرغي الجافة برغيين أو أكثر متشابكين لضغط الغاز ونقله. عند دوران البرغي، يُحصر الغاز بين أسنانه وينتقل من جانب السحب إلى جانب التفريغ. تتميز مضخات البرغي الجافة بسرعات ضخها العالية، ومستويات الضوضاء المنخفضة، وقدرتها على التعامل مع أنواع مختلفة من الغازات. وتُستخدم في تطبيقات مثل تصنيع أشباه الموصلات، والمعالجة الكيميائية، والتقطير الفراغي.

3. مضخات المخالب: تستخدم مضخات المخالب دوارين بفصوص على شكل مخالب تدور في اتجاهين متعاكسين. يُنشئ الدوران سلسلة من الحجرات المتمددة والمتقلصة، مما يُمكّن من التقاط الغاز وضخه. تُعرف مضخات المخالب بتشغيلها الخالي من الزيت، وسرعات ضخها العالية، وملاءمتها للتعامل مع الغازات الجافة والنظيفة. وهي شائعة الاستخدام في تطبيقات مثل صناعة السيارات، وتغليف المواد الغذائية، والتكنولوجيا البيئية.

مضخات التفريغ الرطبة:

تعمل مضخات التفريغ الرطبة، والمعروفة أيضًا بمضخات الحلقة السائلة، باستخدام سائل، عادةً الماء، لتكوين مانع تسرب وتوليد فراغ. تعمل الحلقة السائلة كوسيط مانع للتسرب وسائل تشغيل في آن واحد. تُستخدم مضخات التفريغ الرطبة عادةً في التطبيقات التي تتطلب مستوى عالٍ من الفراغ أو عند التعامل مع الغازات المسببة للتآكل. من أبرز خصائص مضخات التفريغ الرطبة ما يلي:

1. مضخات الحلقة السائلة: تتميز مضخات الحلقة السائلة بمروحة ذات شفرات تدور بشكل لا مركزي داخل غلاف أسطواني. مع دوران المروحة، يشكل السائل حلقةً ملاصقةً للغلاف بفعل قوة الطرد المركزي. تُحكم هذه الحلقة إغلاق الغلاف، ومع دوران المروحة، يقل حجم حجرة الغاز، مما يؤدي إلى ضغط الغاز وتفريغه. تُعرف مضخات الحلقة السائلة بقدرتها على التعامل مع الغازات الرطبة والمسببة للتآكل، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مثل المعالجة الكيميائية، وتكرير النفط، ومعالجة مياه الصرف الصحي.

٢. مضخات نفث الماء: تستخدم مضخات نفث الماء تيارًا من الماء عالي السرعة لخلق فراغ. يسحب تيار الماء الغازات، ثم يُفصل الخليط في قسم فنتوري، حيث يُعاد تدوير الماء وتُطرد الغازات. تُستخدم مضخات نفث الماء بشكل شائع في المختبرات والتطبيقات التي تتطلب مستوى فراغ متوسطًا.

يمكن تلخيص الاختلافات الرئيسية بين مضخات التفريغ الجافة والرطبة على النحو التالي:

1. مبدأ التشغيل: تعمل مضخات التفريغ الجافة دون الحاجة إلى أي سائل مانع للتسرب، بينما تستخدم مضخات التفريغ الرطبة حلقة سائلة أو الماء كوسيط مانع للتسرب ووسيط تشغيل.

2. التشحيم: لا تتطلب مضخات التفريغ الجافة التشحيم لأنه لا يوجد اتصال بين الأجزاء المتحركة، في حين أن مضخات التفريغ الرطبة تتطلب وجود سائل للتسريب والتشحيم.

3. التطبيقات: تُناسب مضخات التفريغ الجافة التطبيقات التي تتطلب مستوى تفريغ متوسطًا، وتُفضّل فيها التشغيل بدون زيت. وهي شائعة الاستخدام في المختبرات، والمرافق الطبية، والعديد من العمليات الصناعية. أما مضخات التفريغ الرطبة، فتُستخدم عند الحاجة إلى مستوى تفريغ أعلى أو عند التعامل مع الغازات المسببة للتآكل. وتجد هذه المضخات تطبيقات في المعالجة الكيميائية، وتكرير النفط، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وغيرها.

من المهم ملاحظة أن اختيار مضخة التفريغ يعتمد على متطلبات محددة مثل مستوى التفريغ المطلوب، وتوافق الغاز، وظروف التشغيل، وطبيعة التطبيق.

باختصار، يكمن الفرق الأساسي بين مضخات التفريغ الجافة والرطبة في مبادئ تشغيلها، ومتطلبات التشحيم، وتطبيقاتها. تعمل مضخات التفريغ الجافة دون أي سائل تشحيم، بينما تعتمد مضخات التفريغ الرطبة على حلقة سائلة أو الماء للتشحيم والتسريب. ويعتمد اختيار نوع مضخة التفريغ على الاحتياجات المحددة للتطبيق ومستوى التفريغ المطلوب.

هل يمكن استخدام مضخات التفريغ في المختبرات؟

نعم، تُستخدم مضخات التفريغ على نطاق واسع في المختبرات لمجموعة متنوعة من التطبيقات. إليك شرح مفصل:

تُعدّ مضخات التفريغ أدوات أساسية في المختبرات، إذ تُمكّن العلماء والباحثين من إنشاء بيئات تفريغ أو ضغط منخفض والتحكم بها. وتُعدّ هذه الظروف المُتحكّم بها ضرورية للعديد من العمليات والتجارب العلمية. فيما يلي بعض الأسباب الرئيسية لاستخدام مضخات التفريغ في المختبرات:

1. التبخير والتقطير: تُستخدم مضخات التفريغ بكثرة في عمليات التبخير والتقطير المخبرية. فمن خلال إحداث فراغ، تُخفض هذه المضخات درجة غليان السوائل، مما يسمح بتبخير أكثر لطفًا وتحكمًا. وهذا مفيدٌ بشكل خاص للمواد الحساسة للحرارة أو عندما يكون التحكم الدقيق في عملية التبخير مطلوبًا.

٢. الترشيح: يُعدّ الترشيح بالتفريغ تقنية شائعة في المختبرات لفصل المواد الصلبة عن السوائل أو الغازات. تعمل مضخات التفريغ على توليد قوة شفط تساعد على سحب السائل أو الغاز عبر المرشح، تاركةً الجزيئات الصلبة خلفه. تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في عمليات مثل تحضير العينات، وعلم الأحياء الدقيقة، والكيمياء التحليلية.

3. التجفيف بالتجميد: تلعب مضخات التفريغ دورًا حاسمًا في عمليات التجفيف بالتجميد أو التجفيف بالتجميد. يتضمن التجفيف بالتجميد إزالة الرطوبة من المادة وهي في حالة تجميد، مما يحافظ على بنيتها وخصائصها. تُسهّل مضخات التفريغ عملية التسامي للماء المتجمد مباشرةً إلى بخار، مما يؤدي إلى إزالة الرطوبة في ظروف ضغط منخفض.

٤. أفران وغرف التفريغ: تُستخدم مضخات التفريغ مع أفران وغرف التفريغ لإنشاء بيئات ضغط منخفض مُتحكم بها لتطبيقات متنوعة. تُستخدم أفران التفريغ لتجفيف المواد الحساسة للحرارة، وإزالة المذيبات، أو إجراء التفاعلات تحت ضغط منخفض. أما غرف التفريغ فتُستخدم لاختبار المكونات في ظروف تحاكي الفضاء أو الارتفاعات العالية، وإزالة الغازات من المواد، أو دراسة الظواهر المتعلقة بالتفريغ.

5. الأجهزة التحليلية: تعتمد العديد من الأجهزة التحليلية المخبرية على مضخات التفريغ لتعمل بشكل صحيح. على سبيل المثال، تتطلب أجهزة قياس الطيف الكتلي، والمجاهر الإلكترونية، ومعدات تحليل الأسطح، وغيرها من الأجهزة التحليلية، ظروف تفريغ للحفاظ على سلامة العينة وتحقيق نتائج دقيقة.

٦. الكيمياء وعلوم المواد: تُستخدم مضخات التفريغ في العديد من التجارب الكيميائية وتجارب علوم المواد. وتُستخدم لإزالة الغازات من العينات، وخلق بيئات مضبوطة، وإجراء التفاعلات تحت ضغط منخفض، أو دراسة تفاعلات الطور الغازي. كما تُستخدم مضخات التفريغ في تقنيات ترسيب الأغشية الرقيقة مثل الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) والترسيب الكيميائي للبخار (CVD).

7. أنظمة التفريغ للتجارب: في البحث العلمي، تُصمم وتُبنى أنظمة التفريغ عادةً لتجارب أو تطبيقات محددة. قد تشمل هذه الأنظمة مضخات تفريغ وصمامات وغرفًا متعددة لإنشاء بيئات تفريغ متخصصة مصممة خصيصًا لمتطلبات التجربة.

بشكل عام، تُعدّ مضخات التفريغ أدوات متعددة الاستخدامات تُستخدم على نطاق واسع في المختبرات بمختلف التخصصات العلمية. فهي تُمكّن الباحثين من التحكم في ظروف التفريغ أو الضغط المنخفض ومعالجتها، مما يُسهّل إجراء مجموعة واسعة من العمليات والتجارب والتحليلات. ويعتمد اختيار مضخة التفريغ على عوامل مثل مستوى التفريغ المطلوب، ومعدل التدفق، والتوافق الكيميائي، واحتياجات التطبيق المحددة.

قام بالتحرير دريم بتاريخ 2024-05-03