Độ chân không là gì và đo bằng đơn vị nào?
Độ chân không là gì? Đó là thước đo mức độ “rỗng” của một không gian sau khi đã loại bỏ không khí và hơi ẩm bằng bơm hút chân không. Hiểu đúng về độ chân không giúp kỹ sư và doanh nghiệp kiểm soát tốt hơn chất lượng sản xuất, từ dược phẩm, thực phẩm cho đến linh kiện điện tử. Bài viết dưới đây của Navatech sẽ giúp bạn nắm rõ khái niệm, cách đo và ý nghĩa của độ chân không trong thực tế – yếu tố then chốt quyết định hiệu quả vận hành của mọi hệ thống hút chân không.
Nội dung chính
1. Độ chân không là gì?
Độ chân không là gì – đây là câu hỏi quen thuộc khi nhắc đến các ứng dụng hút chân không trong sản xuất, bảo quản hay nghiên cứu. Hiểu một cách chính xác, độ chân không là mức độ “rỗng” của một không gian kín, biểu thị lượng phân tử khí còn sót lại bên trong so với áp suất khí quyển tiêu chuẩn bên ngoài.
Độ chân không là gì?
Khi không gian càng ít phân tử khí, độ chân không càng cao. Mức độ này phản ánh khả năng tạo môi trường cách ly với không khí của hệ thống hút chân không. Trong kỹ thuật, thông số độ chân không giúp đánh giá hiệu quả làm việc của bơm hút, độ kín của hệ thống và sự ổn định trong vận hành.
Trong các lĩnh vực như sản xuất dược phẩm, thực phẩm, điện tử, cơ khí, vật liệu hay nghiên cứu khoa học, việc kiểm soát chính xác độ chân không là yếu tố then chốt đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn quy trình và tiết kiệm năng lượng.
2. Nguyên lý hình thành độ chân không
Để tạo ra môi trường chân không, ta cần hút bỏ các phân tử khí bên trong một thể tích kín bằng thiết bị chuyên dụng – thường là bơm hút chân không. Khi lượng khí bị rút ra ngoài, áp suất trong không gian này giảm dần xuống thấp hơn áp suất khí quyển.
Nguyên lý hình thành độ chân không
Tuy nhiên, do giới hạn vật lý, chúng ta không thể đạt đến chân không tuyệt đối (tức áp suất bằng 0 Pa). Luôn tồn tại một lượng nhỏ phân tử khí không thể loại bỏ hoàn toàn. Vì vậy, khái niệm “độ chân không” chính là mức áp suất còn lại sau khi hút, càng thấp thì chân không càng sâu.
Nguyên lý cơ bản này áp dụng trong mọi loại bơm: từ bơm vòng dầu, bơm cánh gạt, bơm khô đến bơm khuếch tán hoặc bơm turbo phân tử, chỉ khác nhau về phương pháp tạo ra sự chênh lệch áp suất.
3. Các mức độ chân không
Trong công nghiệp và nghiên cứu, độ chân không được chia thành nhiều cấp độ dựa theo giá trị áp suất đo được. Mỗi cấp độ phù hợp với một nhóm ứng dụng cụ thể.
3.1. Chân không thấp (Low Vacuum)
Chân không thấp (Low Vacuum)
- Phạm vi áp suất: 10⁵ đến 10³ Pa
- Ứng dụng: dùng trong đóng gói thực phẩm, hút ẩm, sấy khô, bảo quản vật liệu, hoặc các thiết bị chân không dân dụng.
- Đặc điểm: chỉ giảm nhẹ so với khí quyển, không yêu cầu hệ thống kín tuyệt đối.
3.2. Chân không trung bình (Medium Vacuum)
- Phạm vi áp suất: 10³ đến 10⁻¹ Pa
- Ứng dụng: sấy thăng hoa, ép nhựa, đúc chân không, sản xuất linh kiện điện tử đơn giản.
- Đặc điểm: cần bơm vòng dầu hoặc bơm cánh gạt hai cấp để duy trì áp suất ổn định.
3.3. Chân không cao (High Vacuum)
Chân không cao (High Vacuum)
- Phạm vi áp suất: 10⁻¹ đến 10⁻⁵ Pa
- Ứng dụng: mạ chân không, chế tạo bán dẫn, sản xuất màn hình OLED, nghiên cứu quang phổ.
- Đặc điểm: yêu cầu hệ thống kín tuyệt đối, thường kết hợp nhiều tầng bơm như bơm cơ học + bơm khuếch tán hoặc bơm turbo.
3.4. Chân không siêu cao (Ultra High Vacuum)
- Phạm vi áp suất: dưới 10⁻⁵ Pa
- Ứng dụng: nghiên cứu vật lý hạt, thí nghiệm plasma, chân không cryogenic, công nghệ nano.
- Đặc điểm: cần thiết bị đặc biệt, buồng kín bằng thép không gỉ, và kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ – độ ẩm.
4. Các đơn vị đo độ chân không
Độ chân không được biểu diễn bằng đơn vị áp suất, tùy theo tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc thói quen của từng ngành nghề. Dưới đây là các đơn vị phổ biến nhất.
4.1. Pascal (Pa)
- Là đơn vị chuẩn quốc tế (SI) để đo áp suất.
- 1 Pascal = 1 Newton/m².
- Áp suất khí quyển tiêu chuẩn: 101.325 Pa.
- Trong lĩnh vực chân không, thường dùng các bội số như mPa, μPa để đo các mức rất thấp.
- Ví dụ: một hệ thống đạt 0.1 Pa tương đương chân không cao.
4.2. Torr hoặc mmHg
- 1 Torr = 1 mmHg (milimét thủy ngân) = 133.322 Pa.
- Đơn vị này bắt nguồn từ thí nghiệm của nhà vật lý Torricelli.
- Áp suất khí quyển tương đương 760 Torr.
- Khi môi trường chỉ còn 1 Torr, tức là áp suất bằng 1/760 áp suất khí quyển.
4.3. Bar và mbar
- 1 bar = 100.000 Pa.
- Được sử dụng phổ biến trong công nghiệp châu Âu.
- Với các bơm chân không thông dụng, người ta dùng mbar (milliBar) để dễ đọc – ví dụ: 1 mbar = 100 Pa.
- Áp suất chân không đạt 0.01 mbar tương đương 1 Pa – mức tương đối sâu.
4.4. Micron (μmHg)
- 1 micron = 1/1000 mmHg = 0.133 Pa.
- Đơn vị này rất thông dụng trong lĩnh vực điều hòa – lạnh công nghiệp.
- Khi hệ thống đạt 500 micron, tức là khoảng 0.66 mbar – tiêu chuẩn hút chân không đạt yêu cầu cho hệ thống gas lạnh.
5. Cách quy đổi giữa các đơn vị đo
Trong thực tế, các đơn vị này thường được sử dụng xen kẽ. Để so sánh hoặc tính toán chính xác, kỹ sư cần nắm vững cách quy đổi:
| Đơn vị đo | Quy đổi sang Pascal (Pa) | Ghi chú ứng dụng |
| 1 Torr | 133.322 Pa | Thí nghiệm, phòng lab |
| 1 mbar | 100 Pa | Công nghiệp, thực phẩm |
| 1 micron | 0.133 Pa | Ngành lạnh, HVAC |
| 1 atm | 101325 Pa | Áp suất khí quyển tiêu chuẩn |
| 1 bar | 10⁵ Pa | Dùng trong công nghiệp châu Âu |
Việc nắm rõ các quy đổi này giúp kỹ sư đọc và hiệu chỉnh thiết bị đo chính xác, đặc biệt khi hệ thống hiển thị nhiều đơn vị khác nhau trên màn hình.
6. Thiết bị đo độ chân không
Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào loại cảm biến hoặc đồng hồ đo được sử dụng. Dưới đây là ba nhóm thiết bị phổ biến:
6.1. Đồng hồ cơ (Bourdon Gauge)
Đồng hồ cơ (Bourdon Gauge)
- Hoạt động dựa trên sự giãn nở cơ học của ống kim loại khi áp suất thay đổi.
- Thích hợp đo chân không thấp và trung bình.
- Ưu điểm: bền, giá thành thấp, dễ bảo trì.
- Hạn chế: độ chính xác thấp ở vùng áp suất sâu.
6.2. Cảm biến Pirani
Cảm biến Pirani
- Dựa trên nguyên lý thay đổi độ dẫn nhiệt của không khí theo mật độ phân tử.
- Khi áp suất giảm, khí loãng hơn, cảm biến nhận biết qua biến thiên nhiệt độ của dây đo.
- Thường dùng trong dải 10³ – 10⁻¹ Pa.
6.3. Cảm biến Ion hóa (Ion Gauge)
Cảm biến Ion hóa (Ion Gauge)
- Dùng dòng electron để ion hóa phân tử khí, sau đó đo mật độ ion sinh ra.
- Có thể đo tới mức 10⁻⁸ Pa, phù hợp với chân không cao và siêu cao.
- Được ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu, chân không phòng thí nghiệm, buồng mạ PVD/CVD.
7. Ý nghĩa của việc kiểm soát độ chân không
Kiểm soát chính xác độ chân không không chỉ đảm bảo vận hành an toàn mà còn tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm:
Trong dược phẩm: chân không ổn định giúp sấy khô dược liệu mà không biến đổi cấu trúc hoạt chất.
- Trong thực phẩm: giảm oxy, ức chế vi sinh vật, kéo dài hạn sử dụng.
- Trong công nghiệp điện tử: loại bỏ hơi ẩm, bụi và ion gây lỗi mạch.
- Trong cơ khí – mạ: lớp mạ kim loại bám đều, bóng và bền hơn.
- Trong nghiên cứu: điều kiện chân không cao giúp phản ứng vật lý – hóa học diễn ra chính xác và có thể kiểm soát.
Việc lựa chọn bơm chân không phù hợp, kết hợp cảm biến giám sát, sẽ giúp hệ thống đạt hiệu quả tối đa và tiết kiệm chi phí vận hành.
- Là đơn vị kỹ thuật chuyên sâu trong lĩnh vực chân không tại Việt Nam, Navatech cung cấp giải pháp tổng thể bao gồm:
- Bơm hút chân không vòng dầu, bơm khô, bơm cánh gạt, bơm khuếch tán.
- Dụng cụ đo áp suất, đồng hồ kiểm tra chân không, phụ kiện và vật tư thay thế.
- Dịch vụ tư vấn – lắp đặt – bảo trì – đo kiểm độ chân không theo tiêu chuẩn kỹ thuật từng ngành.
Mỗi sản phẩm và hệ thống tại Navatech đều được kiểm định thực tế, đảm bảo đạt độ chân không tối ưu, ổn định và an toàn cho vận hành lâu dài.
Hiểu đúng độ chân không là gì giúp bạn chọn thiết bị hút chân không phù hợp, đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản xuất. Navatech luôn sẵn sàng đồng hành, cung cấp giải pháp chân không tối ưu cho mọi nhu cầu công nghiệp.
Nếu bạn đang tìm hiểu hoặc cần hỗ trợ kỹ thuật để lựa chọn bơm hút chân không phù hợp với dây chuyền sản xuất, hãy liên hệ đội ngũ chuyên viên của Navatech để được tư vấn chi tiết và giải pháp tối ưu nhất. Thông tin chi tiết tại website: https://navatech.com.vn/
Tham khảo: Chân không có dẫn nhiệt không? Giải thích chi tiết nhất
