Đơn vị

Khi làm về chân không thì có vài điều rất hay xảy ra thế này: hãng Ulvac ghi là mức chân không của bơm có thể đạt là 2Pa

hoặc của Busch thì dùng hPa(mbar)

Tuy nhiên khi nhìn vào đồng hồ đo chân không của SMC chẳng hạn thì lúc nói đến chân không thì lại ghi là -101 kPa

Hoặc đồng hồ đo chân không của Valcom thì thế này: 5kPa(abs)

Đây là vấn đề đầu tiên mình gặp phải khi làm về chân không. Vì nơi thì chân không là 1 số dương, nơi thì ghi là 1 số âm, có nơi thì ghi thêm chữ abs.

Sau này tìm hiểu ra thì vỡ lẽ được kha khá nhiều nên mình viết lại vài dòng giải thích cho mọi người dễ hiểu thế này:

  1. Áp suất khí quyển: áp suất không khí mà ta đang hít thở hàng ngày. Thực tế mà không ai cần nhận ra là ta đang bị ép dưới 1 áp lực của không khí là 101325 Pa(là áp suất theo chuẩn mực nước biển)
  2. Áp suất tuyệt đối(abs là từ đầu của Absolute pressure) là áp suất khí quyển tạo ra khi so sánh với chân không. Hiểu đơn giản là chân không là 0 Pa, vậy nên áp suất không khí là 101325 Pa đây là 2 con số tuyệt đối.
  3. Áp suất tương đối.(trong tiếng nhật hay có khái niệm ゲージ圧 hay Gauge Pressure trong tiếng anh) Hiểu đơn giản là coi áp suất không khí bằng 0 và khi áp nhỏ hơn không thì đó là chân không, còn lớn hơn 0 thì là không khí nén.

Sau khi phân biệt được các khái niệm này thì bạn nên tạo cho mình 1 bảng tính chuyển đổi giữa các đơn vị từ tương đối sang tuyệt đối, và giữa các đơn vị khác để khi cần có thể dùng.

Hướng của lực

Khi hiều được điều này thì có thể nói đến 1 chuyện khác là tính bền cho bình chân không khi dùng phần mềm phân tích. Ví dụ khi hút bình chân không về 1000Pa(abs) thì thành bình chịu áp lực bao nhiêu và hướng nào?

Đương nhiên hướng thành bình chịu lực là từ ngoài vào trong vì không khí bị hút hết ra ngoài nên bình có xu hướng bị bẹp lại(giống bạn hút 1 hộp sữa tươi bằng giấy làm cho hộp giấy bẹp lại khi gần hết vậy)

vậy lực bằng bao nhiêu? đáp án là hiệu của áp lực không khí 101325 Pa trừ đi áp lực trong bình(trong ví dụ trên mình lấy 1000 Pa(abs)) nên sẽ là 101325 – 1000 = 100325Pa

Nhưng làm sao hoán đổi sang lực?

Khi bạn đọc khái niệm của áp suất không khí trong Wikipedia thì họ ghi thế này:

Áp suất khí quyển, đôi khi còn được gọi là áp suất không khí, là độ lớn của áp lực trong bầu khí quyển Trái Đất (hay của một hành tinh hay ngôi sao khác) trên một đơn vị diện tích. Trong hầu hết các trường hợp, áp suất khí quyển gần tương đương với áp suất thủy tĩnh do trọng lượng của không khí ở trên điểm đo. Nếu độ cao tăng, khối lượng khí quyển giảm xuống ít hơn, do đó áp suất khí quyển giảm với độ cao ngày càng tăng. Áp lực đo lực trên một đơn vị diện tích, với các đơn vị SI của Pascal (1 pascal = 1 newton trên một mét vuông, 1 N/m²).

Thì câu cuối cùng đã nói lên vấn đề. cứ 1 Pa thì = 1 N/m2

Bạn tính diện tích bề mặt của bình rồi nhân với áp lực không khí tính trên kia (100325Pa) là ra áp lực lên thành bình. Hoặc trong phàn mềm phân tích thì bạn chỉ cần nhập là 100325 N/m2 cũng được thì nó sẽ tự đổi sang lực.

Đơn vị khác.

Pa là đơn vị đo lường theo tiêu chuẩn SI(hệ đo lường quốc tế)

Ngoài đơn vị đo Pa thì có nhiều đơn vị đo khác nữa như bar, Torr, atm, mmHg, psi, kgf/cm2 ..vv

Cấp độ chân không.

Thi thoảng làm việc với bơm chân không sẽ hay xuất hiện các khái niệm như: chân không thấp, chân không trung, chân không cao và chân không siêu cao.

Mức chân không thấp là mức 105Pa～102Pa (abs)

Mức chân không trung là mức 102Pa～10-1Pa (abs)

Mức chân không cao là mức từ 10-1Pa～10-5Pa (abs)

Mức chân không siêu cao là mức từ 10-5Pa～10-8Pa (abs)

Với các loại bơm chân không thông thường như bơm dầu, bơm Bơm chân không màng (diaphragm vacuum pumps), thì mức chân không chưa thể đạt đến 0Pa tức dòng chân không thấp đến trung. Đa phần chúng ta làm việc trong vùng này nên cũng không phải nghĩ nhiều lắm.

Khi đòi hỏi đến mức chân không cao hoặc siêu cao thì đa phần là nghiên cứu khoa học hoặc máy chân không đặc biệt.

Ống dành cho bơm chân không.

Khi dẫn từ bơm chân không đến bình chân không đặc biệt với loại bơm lớn thì có 1 loại khá ưu việt đó là ống cao su(rubber hose) chuyên dùng cho bơm chân không. Nhưng kích thước nào thì phù hợp mình đưa ra 1 bảng tham khảo để bạn có thể chọn cho mình 1 ống hợp với lưu lượng của bơm.

cột 1 là đường kính trong của ống, cột 2 là đường kính ngoài của ống, cột 3 là ống thép dùng để lắp cùng ống cao su này, cột cuối là tốc độ hút của máy bơm.

Máy gần đây nhất mình dùng là máy có tốc độ hút chân không là 1500 L/min nhưng mình vẫn dùng ống có đường kính trong là 32mm thậm chí lần gần đây hơn khi mình cải thiện nâng tốc độ hút lên 2500 L/min nhưng mình vẫn giữ kích cỡ ống vậy. Thậm chí là khoảng cách từ bơm đến máy là khoảng trên 15 mét(vì lí do đặc biệt nên máy bơm không được đặt trong phòng cùng thiết bị). Nó có ảnh hưởng 1 chút đến tốc độ hút của bơm nếu ống nhỏ đi, tuy nhiên bơm mình chọn vẫn thoải mái về thời gian nên không có gì đáng lo cả. Khi dùng ống cao su đường kính trong 32 thì mình sẽ dùng ống thép 32A(đường kính trong 42.7mm). Mình cũng yêu cầu bên khách làm ống thép 32A để dẫn vào đến gần thiết bị vì ống cao su này chỉ nên áp dụng với khoảng cách gần chứ dẫn đi quá 15 mét như vậy thì chỉ có khách mới thi công được, hơn nữa nó chiếm diện tích hơn ống thép rất nhiều và dễ bị bẹp khi độ cong không hợp lí.

Trong trường hợp bơm chân không nhỏ thì dùng các loại ống có lõi sắt bên trong như hình dưới để tránh bẹp ống.

Những thứ bắt buộc khi làm liên quan tới bơm chân không.

Khi làm với bơm chân không với ngành FA mình thì có 3 yếu tố trong cấu trúc bơm như thế này:

  1. Bơm chân không: tất nhiên rồi
  2. Bình chân không: Tất nhiên rồi
  3. Giữa bình chân không và bơm chân không phải có 1 van đóng mở
  4. Có 1 đồng hồ đo áp suất của bình chân không.
  5. Van để hủy bỏ trạng thái chân không
  6. Van xả khí để bảo vệ bơm, lọc bụi tránh tạp chất lọt vào bơm chân không
  7. Nếu cần thì có thêm bẫy lạnh

⓷ thì dùng angle valve để dừng chân không khi đạt áp yêu cầu. Lí do chọn là vì nó có nhiều lựa chọn về kích thước lỗ và nhiều cách kết nối với bình chân không hoặc ống dẫn.

④ thì tùy vào mức độ yêu cầu về độ chính xác khách yêu cầu.

ví dụ như hình dưới chẳng hạn. cài này đo tối đa -0.1 Mpa(tương đương 1300 Pa abs). Loại này để dùng tương đối vì độ chính xác kém. Độ chính xác họ sẽ ghi là ±1.6% F.S, ở đây FS là full stroke. Hiểu một từ tương đương là ±1.6% toàn dải.　0.1*1.6% = 0.0016 MpaG

Nếu bạn cần biết chính xác hơn hẳn thì không nên dùng loại này.

Ví dụ gần đây nhất thì thiết bị khách yêu cầu là 1000Pa abs với sai số ±20 Pa chẳng hạn. Với mức độ yêu cầu này thì mình đã dùng đồng hồ đo của vancom. khả năng đo từ 0～1500Pa(abs) sai số cho phép là ±0.8%FS tức là 1500*0.8% = ±12 Pa.

⑤ thì tùy yêu cầu của khách mà có kích thước khác nhau. Thậm chí là như trường hợp của mình thì khách có yêu cầu thời gian chuyển từ chân không sang áp suất khí quyển phải theo một thời gian nhất định. Nếu dùng van giống van 3 thì chắc chưa đầy vài giây là chuyển sang trạng thái áp suất khí quyển.

⑥ là van rò. Trong trường hợp đột xuất mất điện chẳng hạn khi van 3 đang đóng thì tình trạng chân không vẫn còn trong ống, do vậy nó làm cho bơm quay ngược hướng bình thường, hoặc có thể kéo dầu vào đường ống nếu là dạng bơm dầu. Có thể nói mục đích chính của van này là bảo vệ bơm. Bạn nên xem hướng dẫn sử dụng của bơm trước khi thiết kế.

⑦ cold trap(Bẫy lạnh) Máy mình đang làm bây giờ thì khách có yêu cầu có bẫy lạnh. Bẫy lạnh được dùng khi cần bảo vệ bơm khỏi dung dịch có trong bình chân không. Mặc dù dung dịch ở dạng lỏng nhưng rất có khả năng là nó sẽ bốc hơi 1 phần và đi theo đường ống đi thẳng vào bơm, trong khi dung dịch có thể phản ứng nên sẽ làm hỏng bơm. Nguyên lí của nó thì khá đơn giản: tạo nhiệt độ rất thấp để chuyển từ trạng khai khí sang trạng thái chất lỏng. Nhiệt độ của cold trap có thể ở mức -80 độ.

hy vọng sẽ có chút giúp ích cho các bạn.