ระดับสุญญากาศคืออะไร และวัดได้อย่างไรในปั๊มสุญญากาศ?

ระดับสุญญากาศหมายถึงระดับความดันที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศในระบบสุญญากาศ แสดงถึงระดับ "ความว่างเปล่า" หรือการไม่มีโมเลกุลของก๊าซในระบบ ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการวัดระดับสุญญากาศในปั๊มสุญญากาศ:

โดยทั่วไป ระดับสุญญากาศจะวัดโดยใช้หน่วยความดัน ซึ่งแสดงถึงความแตกต่างระหว่างความดันในระบบสุญญากาศกับความดันบรรยากาศ หน่วยวัดระดับสุญญากาศที่ใช้กันมากที่สุดคือ ปาสคาล (Pa) ซึ่งเป็นหน่วย SI หน่วยอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ทอร์ มิลลิบาร์ (mbar) และนิ้วปรอท (inHg)

ปั๊มสุญญากาศมีเซ็นเซอร์หรือมาตรวัดความดันที่ใช้วัดความดันภายในระบบสุญญากาศ มาตรวัดเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อวัดความดันต่ำที่พบในงานสุญญากาศ มีมาตรวัดความดันหลายประเภทที่ใช้ในการวัดระดับสุญญากาศ:

1. เกจพิรานี: เกจพิรานีทำงานโดยอาศัยค่าการนำความร้อนของก๊าซ ประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ให้ความร้อนซึ่งสัมผัสกับสภาพแวดล้อมสุญญากาศ เมื่อโมเลกุลของก๊าซชนกับชิ้นส่วนที่ให้ความร้อน จะถ่ายเทความร้อนออกไป ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สามารถอนุมานความดันได้ ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดระดับสุญญากาศได้

2. เกจวัดความดันแบบเทอร์โมคัปเปิล: เกจวัดความดันแบบเทอร์โมคัปเปิลใช้หลักการนำความร้อนของก๊าซคล้ายกับเกจวัดความดันแบบพิรานี ประกอบด้วยลวดโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันเชื่อมต่อกันเป็นเทอร์โมคัปเปิล เมื่อโมเลกุลของก๊าซชนกับเทอร์โมคัปเปิล จะทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างลวดทั้งสอง ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านี้แปรผันตรงกับความดันและสามารถปรับเทียบเพื่อให้ได้ค่าการวัดระดับสุญญากาศ

3. มาโนมิเตอร์แบบคาปาซิแทนซ์: มาโนมิเตอร์แบบคาปาซิแทนซ์วัดความดันโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของค่าคาปาซิแทนซ์ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ซึ่งเกิดจากการโก่งตัวของแผ่นไดอะแฟรมที่ยืดหยุ่นได้ เมื่อความดันในระบบสุญญากาศเปลี่ยนแปลง แผ่นไดอะแฟรมจะเคลื่อนที่ ทำให้ค่าคาปาซิแทนซ์เปลี่ยนแปลงไปด้วย และให้ค่าการวัดระดับสุญญากาศ

4. เกจวัดความดันแบบไอออนไนเซชัน: เกจวัดความดันแบบไอออนไนเซชันทำงานโดยการทำให้โมเลกุลของก๊าซในระบบสุญญากาศแตกตัวเป็นไอออน และวัดกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น กระแสไอออนจะแปรผันตรงกับความดัน ทำให้สามารถกำหนดระดับสุญญากาศได้ มีเกจวัดความดันแบบไอออนไนเซชันหลายประเภท เช่น เกจแบบแคโทดร้อน เกจแบบแคโทดเย็น และเกจแบบบายาร์ด-อัลเพิร์ต

5. เกจบาราตรอน: เกจบาราตรอนใช้หลักการวัดความดันแบบคาปาซิแตนซ์ แต่มีดีไซน์ที่แตกต่างออกไป ประกอบด้วยแผ่นไดอะแฟรมรับความดันที่แยกจากอิเล็กโทรดอ้างอิงด้วยช่องว่างเล็กๆ ความแตกต่างของความดันระหว่างระบบสุญญากาศและอิเล็กโทรดอ้างอิงทำให้แผ่นไดอะแฟรมเบี่ยงเบน เปลี่ยนแปลงค่าคาปาซิแตนซ์ และให้ค่าการวัดระดับสุญญากาศ

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ ปั๊มสุญญากาศแต่ละประเภทอาจมีช่วงแรงดันที่แตกต่างกัน และอาจต้องใช้มาตรวัดแรงดันเฉพาะที่เหมาะสมกับสภาวะการทำงาน นอกจากนี้ ปั๊มสุญญากาศมักติดตั้งมาตรวัดหลายตัวเพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับแรงดันในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการสูบ หรือในส่วนต่างๆ ของระบบ

โดยสรุป ระดับสุญญากาศหมายถึงความดันที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศในระบบสุญญากาศ สามารถวัดได้โดยใช้เกจวัดความดันที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความดันต่ำ เกจวัดความดันที่ใช้กันทั่วไปในปั๊มสุญญากาศ ได้แก่ เกจ Pirani, เกจเทอร์โมคัปเปิล, มาโนมิเตอร์แบบคาปาซิแตนซ์, เกจไอออนไนเซชัน และเกจ Baratron

\

ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งและแบบเปียกแตกต่างกันอย่างไร?

ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งและแบบเปียกเป็นปั๊มสองประเภทที่แตกต่างกันในหลักการทำงานและการใช้งาน ต่อไปนี้คือคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างปั๊มทั้งสองประเภท:

ปั๊มสุญญากาศแบบแห้ง:

ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งทำงานโดยไม่ต้องใช้สารหล่อลื่นหรือน้ำในห้องสูบจ่าย โดยอาศัยกลไกแบบไม่สัมผัสในการสร้างสุญญากาศ ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งที่พบได้ทั่วไปมีหลายประเภท ได้แก่:

1. ปั๊มใบพัดหมุน: ปั๊มใบพัดหมุนประกอบด้วยโรเตอร์ที่มีใบพัดซึ่งเลื่อนเข้าและออกจากร่องในโรเตอร์ การหมุนของโรเตอร์จะสร้างห้องที่ขยายและหดตัว ทำให้สามารถสูบก๊าซได้ ใบพัดและตัวเรือนได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างซีล ป้องกันไม่ให้ก๊าซไหลย้อนกลับเข้าไปในปั๊ม ปั๊มใบพัดหมุนมักใช้ในห้องปฏิบัติการ การใช้งานทางการแพทย์ และกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ต้องการระดับสุญญากาศปานกลาง

2. ปั๊มสกรูแบบแห้ง: ปั๊มสกรูแบบแห้งใช้สกรูสองตัวขึ้นไปที่ขบกันเพื่ออัดและลำเลียงก๊าซ เมื่อสกรูหมุน ก๊าซจะถูกกักไว้ระหว่างเกลียวและถูกลำเลียงจากด้านดูดไปยังด้านจ่าย ปั๊มสกรูแบบแห้งมีชื่อเสียงในด้านความเร็วในการสูบสูง ระดับเสียงต่ำ และความสามารถในการจัดการกับก๊าซหลากหลายชนิด มีการใช้งานในงานต่างๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการทางเคมี และการกลั่นสุญญากาศ

3. ปั๊มแบบก้ามปู: ปั๊มแบบก้ามปูใช้โรเตอร์สองตัวที่มีกลีบรูปก้ามปูหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม การหมุนนี้สร้างห้องขยายและหดตัวเป็นชุด ทำให้สามารถดักจับและสูบก๊าซได้ ปั๊มแบบก้ามปูมีชื่อเสียงในด้านการทำงานโดยไม่ต้องใช้น้ำมัน ความเร็วในการสูบสูง และความเหมาะสมสำหรับการจัดการก๊าซแห้งและสะอาด นิยมใช้ในงานต่างๆ เช่น การผลิตยานยนต์ บรรจุภัณฑ์อาหาร และเทคโนโลยีด้านสิ่งแวดล้อม

ปั๊มสุญญากาศแบบเปียก:

ปั๊มสุญญากาศแบบเปียก หรือที่รู้จักกันในชื่อปั๊มวงแหวนของเหลว ทำงานโดยใช้ของเหลว ซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำ เพื่อสร้างซีลและสร้างสุญญากาศ วงแหวนของเหลวทำหน้าที่ทั้งเป็นตัวกลางในการปิดผนึกและของเหลวทำงาน ปั๊มสุญญากาศแบบเปียกมักใช้ในงานที่ต้องการสุญญากาศระดับสูง หรือเมื่อต้องจัดการกับก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน คุณสมบัติที่สำคัญบางประการของปั๊มสุญญากาศแบบเปียก ได้แก่:

1. ปั๊มแบบวงแหวนของเหลว: ปั๊มแบบวงแหวนของเหลวมีใบพัดที่มีใบมีดหมุนแบบเยื้องศูนย์ภายในตัวเรือนทรงกระบอก เมื่อใบพัดหมุน ของเหลวจะก่อตัวเป็นวงแหวนติดกับตัวเรือนเนื่องจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง วงแหวนของเหลวนี้สร้างซีล และเมื่อใบพัดหมุน ปริมาตรของห้องก๊าซจะลดลง ทำให้เกิดการอัดและปล่อยก๊าซ ปั๊มแบบวงแหวนของเหลวเป็นที่รู้จักกันดีในด้านความสามารถในการจัดการกับก๊าซที่มีความชื้นและกัดกร่อน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น กระบวนการทางเคมี การกลั่นน้ำมัน และการบำบัดน้ำเสีย

2. ปั๊มเจ็ทน้ำ: ปั๊มเจ็ทน้ำใช้แรงดันน้ำความเร็วสูงเพื่อสร้างสุญญากาศ แรงดันน้ำจะดึงก๊าซเข้าไปด้วย จากนั้นส่วนผสมจะถูกแยกออกจากกันในส่วนของเวนทูรี ซึ่งน้ำจะถูกหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่ และก๊าซจะถูกปล่อยทิ้ง ปั๊มเจ็ทน้ำมักใช้ในห้องปฏิบัติการและงานที่ต้องการระดับสุญญากาศปานกลาง

ความแตกต่างหลักระหว่างปั๊มสุญญากาศแบบแห้งและแบบเปียกสามารถสรุปได้ดังนี้:

1. หลักการทำงาน: ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งทำงานโดยไม่จำเป็นต้องใช้ของเหลวในการปิดผนึก ในขณะที่ปั๊มสุญญากาศแบบเปียกใช้ของเหลวในวงแหวนหรือน้ำเป็นตัวกลางในการปิดผนึกและทำงาน

2. การหล่อลื่น: ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งไม่จำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่น เนื่องจากไม่มีการสัมผัสกันระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ในขณะที่ปั๊มสุญญากาศแบบเปียกจำเป็นต้องมีของเหลวเพื่อใช้ในการปิดผนึกและหล่อลื่น

3. การใช้งาน: ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งเหมาะสำหรับงานที่ต้องการระดับสุญญากาศปานกลาง และต้องการการทำงานโดยปราศจากน้ำมัน โดยทั่วไปแล้วจะใช้ในห้องปฏิบัติการ สถานพยาบาล และกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ ส่วนปั๊มสุญญากาศแบบเปียกนั้นใช้เมื่อต้องการระดับสุญญากาศที่สูงกว่า หรือเมื่อต้องจัดการกับก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน มีการใช้งานในกระบวนการทางเคมี การกลั่นน้ำมัน และการบำบัดน้ำเสีย เป็นต้น

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ การเลือกปั๊มสุญญากาศนั้นขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะ เช่น ระดับสุญญากาศที่ต้องการ ความเข้ากันได้ของก๊าซ สภาพการทำงาน และลักษณะของงาน

โดยสรุปแล้ว ความแตกต่างหลักระหว่างปั๊มสุญญากาศแบบแห้งและแบบเปียกอยู่ที่หลักการทำงาน ข้อกำหนดด้านการหล่อลื่น และการใช้งาน ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งทำงานโดยไม่ต้องใช้ของเหลวหล่อลื่นใดๆ ในขณะที่ปั๊มสุญญากาศแบบเปียกอาศัยวงแหวนของเหลวหรือน้ำในการปิดผนึกและหล่อลื่น การเลือกใช้ปั๊มสุญญากาศแบบแห้งหรือแบบเปียกขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของการใช้งานและระดับสุญญากาศที่ต้องการ

มีปั๊มสุญญากาศหลายประเภทให้เลือกใช้หรือไม่?

ใช่แล้ว มีปั๊มสุญญากาศหลายประเภทให้เลือกใช้ โดยแต่ละประเภทได้รับการออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งานและหลักการทำงานเฉพาะด้าน ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียด:

ปั๊มสุญญากาศแบ่งประเภทตามหลักการทำงาน กลไก และชนิดของสุญญากาศที่สามารถสร้างได้ ปั๊มสุญญากาศประเภททั่วไปบางประเภท ได้แก่:

1. ปั๊มสุญญากาศแบบใบพัดหมุน:

– คำอธิบาย: ปั๊มใบพัดหมุนเป็นปั๊มแบบปริมาตรคงที่ที่ใช้ใบพัดหมุนเพื่อสร้างสุญญากาศ ใบพัดจะเลื่อนเข้าและออกจากร่องในโรเตอร์ของปั๊ม ดักจับและอัดก๊าซเพื่อสร้างแรงดูดและเกิดสุญญากาศ

– การใช้งาน: ปั๊มสุญญากาศแบบใบพัดหมุนใช้กันอย่างแพร่หลายในงานที่ต้องการระดับสุญญากาศปานกลาง เช่น ระบบสุญญากาศในห้องปฏิบัติการ การบรรจุภัณฑ์ การทำความเย็น และเครื่องปรับอากาศ

2. ปั๊มสุญญากาศแบบไดอะแฟรม:

– คำอธิบาย: ปั๊มไดอะแฟรมใช้ไดอะแฟรมที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งเคลื่อนที่ขึ้นลงเพื่อสร้างสุญญากาศ ไดอะแฟรมจะแยกห้องสุญญากาศออกจากกลไกขับเคลื่อน ป้องกันการปนเปื้อน และช่วยให้ทำงานได้โดยปราศจากน้ำมัน

– การใช้งาน: ปั๊มสุญญากาศแบบไดอะแฟรมมักใช้ในห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์ทางการแพทย์ เครื่องมือวิเคราะห์ และการใช้งานที่ต้องการสุญญากาศแบบปราศจากน้ำมันหรือทนต่อสารเคมี

3. ปั๊มสุญญากาศแบบสกรอลล์:

– คำอธิบาย: ปั๊มแบบสกรอลล์มีสกรอลล์รูปทรงเกลียวสองอัน—อันหนึ่งอยู่กับที่และอีกอันหนึ่งหมุน—ซึ่งสร้างช่องก๊าซรูปทรงพระจันทร์เสี้ยวที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง เมื่อสกรอลล์เคลื่อนที่ ก๊าซจะถูกกักและอัดอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เกิดสุญญากาศ

– การใช้งาน: ปั๊มสุญญากาศแบบสกรอลล์เหมาะสำหรับงานที่ต้องการสุญญากาศที่สะอาดและแห้ง เช่น เครื่องมือวิเคราะห์ การอบแห้งด้วยสุญญากาศ และการเคลือบด้วยสุญญากาศ

4. ปั๊มสุญญากาศแบบลูกสูบ:

– คำอธิบาย: ปั๊มลูกสูบใช้ลูกสูบเคลื่อนที่ไปมาเพื่อสร้างสุญญากาศโดยการอัดแก๊สแล้วปล่อยออกทางวาล์ว ปั๊มชนิดนี้สามารถสร้างสุญญากาศได้สูง แต่Hอาจต้องใช้สารหล่อลื่น

– การใช้งาน: ปั๊มสุญญากาศแบบลูกสูบใช้ในงานที่ต้องการระดับสุญญากาศสูง เช่น เตาสุญญากาศ การแช่แข็งแบบแห้ง และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

5. ปั๊มสุญญากาศแบบเทอร์โบโมเลคูลาร์:

– คำอธิบาย: ปั๊มเทอร์โบใช้ใบพัดหรือใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อสร้างการไหลระดับโมเลกุล และสูบโมเลกุลก๊าซออกจากระบบอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้ว ปั๊มเทอร์โบต้องใช้ปั๊มสำรองในการทำงาน

– การใช้งาน: ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลาร์ใช้ในงานที่ต้องการสุญญากาศสูง เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ห้องปฏิบัติการวิจัย และการวิเคราะห์มวลสาร

6. ปั๊มสุญญากาศแบบแพร่กระจาย:

– คำอธิบาย: ปั๊มแบบแพร่กระจาย (Diffusion pump) อาศัยการแพร่กระจายของโมเลกุลก๊าซและกำจัดออกไปโดยการพ่นไอด้วยความเร็วสูง ปั๊มชนิดนี้ทำงานที่ระดับสุญญากาศสูงและต้องใช้ปั๊มสำรอง

– การใช้งาน: ปั๊มแบบแพร่กระจาย (Diffusion pump) นิยมใช้ในงานที่ต้องการสุญญากาศสูง เช่น โลหะวิทยาสุญญากาศ ห้องจำลองสภาวะอวกาศ และเครื่องเร่งอนุภาค

7. ปั๊มสุญญากาศแบบไครโอเจนิก:

– คำอธิบาย: ปั๊มไครโอเจนิกใช้ความเย็นจัดเพื่อควบแน่นและดักจับโมเลกุลของก๊าซ ทำให้เกิดสุญญากาศ โดยอาศัยของเหลวไครโอเจนิก เช่น ไนโตรเจนเหลวหรือฮีเลียมเหลว ในการทำงาน

– การใช้งาน: ปั๊มสุญญากาศแบบไครโอเจนิกใช้ในงานที่ต้องการสุญญากาศสูงมาก เช่น การวิจัยฟิสิกส์อนุภาค วิทยาศาสตร์วัสดุ และเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน

นี่เป็นเพียงตัวอย่างเล็กน้อยของปั๊มสุญญากาศประเภทต่างๆ ที่มีจำหน่าย แต่ละประเภทมีข้อดี ข้อจำกัด และความเหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน การเลือกใช้ปั๊มสุญญากาศขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ระดับสุญญากาศที่ต้องการ ความเข้ากันได้ของก๊าซ ความน่าเชื่อถือ ต้นทุน และความต้องการเฉพาะของงานนั้นๆ

แก้ไขโดย CX 2023-12-12