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 تتوفر أنواع مختلفة من مضخات التفريغ؟

نعم، تتوفر أنواع مختلفة من مضخات التفريغ، كل منها مصمم ليناسب تطبيقات ومبادئ تشغيل محددة. إليك شرح مفصل:

تُصنّف مضخات التفريغ بناءً على مبادئ تشغيلها وآلياتها ونوع التفريغ الذي يمكنها توليده. ومن أنواع مضخات التفريغ الشائعة ما يلي:

1. مضخات التفريغ ذات الريش الدوارة:

– الوصف: مضخات الريش الدوارة هي مضخات إزاحة موجبة تستخدم ريشًا دوارًا لإنشاء فراغ. تنزلق الريش داخل وخارج فتحات في دوار المضخة، وتحبس الغاز وتضغطه لإنشاء سحب وتوليد فراغ.

– التطبيقات: تُستخدم مضخات التفريغ ذات الريش الدوارة على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب مستويات تفريغ معتدلة، مثل أنظمة التفريغ المختبرية والتعبئة والتغليف والتبريد وتكييف الهواء.

2. مضخات التفريغ ذات الغشاء:

– الوصف: تستخدم مضخات الحجاب الحاجز غشاءً مرنًا يتحرك لأعلى ولأسفل لتكوين فراغ. يفصل الغشاء حجرة الفراغ عن آلية التشغيل، مما يمنع التلوث ويضمن التشغيل بدون زيت.

- التطبيقات: تُستخدم مضخات التفريغ ذات الغشاء بشكل شائع في المختبرات والمعدات الطبية وأجهزة التحليل والتطبيقات التي تتطلب فراغًا خاليًا من الزيت أو مقاومًا للمواد الكيميائية.

3. مضخات التفريغ الحلزونية:

– الوصف: تحتوي المضخات الحلزونية على حلزونين - أحدهما ثابت والآخر يدور - يُنشئان سلسلة من جيوب الغاز المتحركة على شكل هلال. ومع حركة الحلزونين، يُحبس الغاز ويُضغط باستمرار، مما يؤدي إلى فراغ.

- التطبيقات: تعتبر مضخات التفريغ الحلزونية مناسبة للتطبيقات التي تتطلب فراغًا نظيفًا وجافًا، مثل الأدوات التحليلية والتجفيف بالتفريغ والطلاء بالتفريغ.

4. مضخات التفريغ المكبسية:

– الوصف: تستخدم المضخات المكبسية مكابس مترددة لخلق فراغ عن طريق ضغط الغاز ثم إطلاقه عبر الصمامات. يمكنها الوصول إلى مستويات فراغ عالية ولكنها قد تتطلب التشحيم.

- التطبيقات: تُستخدم مضخات التفريغ المكبسية في التطبيقات التي تتطلب مستويات عالية من الفراغ، مثل أفران التفريغ، والتجفيف بالتجميد، وتصنيع أشباه الموصلات.

5. مضخات التفريغ الجزيئية التوربينية:

– الوصف: تستخدم المضخات التوربينية شفرات أو مراوح دوارة عالية السرعة لإنشاء تدفق جزيئي، حيث تضخ جزيئات الغاز باستمرار خارج النظام. وهي تتطلب عادةً مضخة مساعدة للتشغيل.

– التطبيقات: تُستخدم المضخات الجزيئية التوربينية في تطبيقات الفراغ العالي، مثل تصنيع أشباه الموصلات، ومختبرات الأبحاث، وقياس الطيف الكتلي.

6. مضخات التفريغ الانتشارية:

– الوصف: تعتمد مضخات الانتشار على انتشار جزيئات الغاز وإزالتها اللاحقة بواسطة تيار بخار عالي السرعة. وهي تعمل في مستويات فراغ عالية وتتطلب مضخة مساعدة.

– التطبيقات: تُستخدم مضخات الانتشار بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب مستويات فراغ عالية، مثل علم المعادن الفراغي، وغرف محاكاة الفضاء، ومسرعات الجسيمات.

7. مضخات التفريغ المبردة:

– الوصف: تستخدم المضخات المبردة درجات حرارة منخفضة للغاية لتكثيف جزيئات الغاز واحتجازها، مما يخلق فراغًا. وتعتمد في تشغيلها على سوائل مبردة، مثل النيتروجين السائل أو الهيليوم.

– التطبيقات: تُستخدم مضخات التفريغ المبردة في تطبيقات الفراغ العالي للغاية، مثل أبحاث فيزياء الجسيمات، وعلوم المواد، ومفاعلات الاندماج.

هذه مجرد أمثلة قليلة على أنواع مضخات التفريغ المتوفرة. لكل نوع مزاياه وعيوبه ومدى ملاءمته لتطبيقات محددة. يعتمد اختيار مضخة التفريغ على عوامل مثل مستوى التفريغ المطلوب، وتوافق الغاز، والموثوقية، والتكلفة، والاحتياجات الخاصة بالتطبيق.

تم التحرير بواسطة CX بتاريخ 12 ديسمبر 2023