اندازه‏ گیری خلأ (دسته بندی سطوح خلا)

تعریف خلاء

خلاء را می توان به عنوان یک فضای خالی از ماده تعریف کرد. با این حال، دستیابی به چنین فضای خالی، اساسا بر روی زمین غیرممکن است. در عوض، بهتر است خلاء به عنوان یک فضا با فشار گازی بسیار کمتر از فشار اتمسفر توصیف شود. فیزیکدانان و دانشمندان، این فقدان “خلاء کامل” را در محفظه ‏های ساخت بشر مانند کوره های تولید، به عنوان فشار جزئی یا خلاء جزئی تعریف می‏ کنند.

واحدهای اندازه‏ گیری خلاء

وسايلي كه براي اندازه گيري فشار استفاده مي شوند را فشار سنج يا خلاء سنج مي نامند. تكنيك هاي زيادي براي اندازه گيري فشار و خلاء وجود دارد. بطور معمول به وسايل اندازه گيري كه فشارهاي نزديك فشار اتمسفر رااندازه گيري مي كنند، مانومتر اطلاق مي شود.

اندازه‏ گیری خلاء، مانند هر اندازه‏ گیری دیگری، نیازمند واحدهای استاندارد اندازه ‏گیری است. اینچ یا میلی ‏متر جیوه، تور(Torr) و میکرون (micron) سه واحد اندازه گیری است که معمولا با صنعت کوره ‏های خلاء مرتبط است. سایر زمینه های خلاء  از پاسکال یا کیلوپاسکال (Pa or kPa) استفاده می‏ کنند.

دسته‏ بندی سطوح خلاء

کیفیت خلاء بر اساس تکنولوژی مورد نیاز برای دستیابی به آن یا ابزار مورد نیاز برای اندازه ‏گیری آن به چند محدوده اصلی تقسیم بندی می شود.

فشار اتمسفر

فشار اتمسفر متغیر است، اما در 760 Torr یا kPa 101.235 استاندارد شده است.

خلاء پایین (Rough Vacuum)

می ‏تواند با استفاده از تجهیزات اولیه نظیر یک جارو برقی نیز تولید شود و با وسایل ساده اندازه گیری شود.

خلاء متوسط

خلاء ایست که معمولا توسط یک پمپ واحد به دست می آید، اما فشار آن برای اندازه گیری با فشار سنج مکانیکی بسیار کم است. این میزان خلاء را می توان با یک گیج مک لئود (McLeod gauge)، گیج حرارتی (Thermal gauge) یا ظرفیتی (capacitance Gauge) اندازه گیری کرد.

خلاء بالا (Hard Vacuum)

خلاء ایست که در آن (MFP (Mean Free Path یا پویش آزاد متوسط گازهای باقی مانده از ابعاد محفظه یا نمونه تحت تست کمتر باشد. دستیابی به خلاء بالا مستلزم پمپاژ چند مرحله‏ ای (multistage pumping) و گیج یونی جهت اندازه گیری دارد. ناسا سطح خلاء ثبت شده در سطح ماه را 1×10-9 Torr  گزارش داده است که در محدوده خلاء بالا قرار می گیرد.

خلاء فوق العاده بالا

نیاز به پخت محفظه برای حذف گازهای ناچیز و دیگر دستورالعمل‏ های خاص دارد. اکثر استانداردها خلاء فوق بالا را به عنوان فشار کمتر از 8-10 Torr تعریف می ‏کنند.

فضای عمیق (Deep Space)

به طور کلی بسیار خالی تر از هر خلاء مصنوع بشر است.

خلاء کامل (Perfect Vacuum)

حالت ایده آل بدون ذرات است. این حالت را نمی توان در یک آزمایشگاه ایجاد کرد، هرچند ممکن است حجم کمی پدیدار شود که  برای مدت کوتاهی هیچ ذراه ای از ماده در آن وجود نداشته باشد.

انواع ابزار اندازه گیری خلاء

هرچه قدر که دستیابی به خلاء های بالا و بالاتر مطلوب تر و کاربردی تر می گردند، الزام به اندازه گیری دقیق تر آن ها بیشتر احساس می گردد.

فشار مطلق (Absolute pressure) نسبت به خلاء کامل (0 psia) با در نظر گرفتن صفر به عنوان مرجع آن اندازه گیری می شود. آن چنان که در گیج های فشارسنج معمولی اندازه گیری بر مبنای فشار هوای محیط (14.5 psia 0 psig=) و با لحاظ فشار اتمسفر به عنوان مرجع آن انجام می شود.

انواع مختلفی از گیج ها برای اندازه گیری خلاء در محفظه کوره خلاء در دسترس هستند. این سنسورها دارای طراحی های متنوع بر اساس محدودهای هستند که قصد اندازه گیری خلاء توسط آن ها را داریم .