21 วาล์ว และเกจวัด

การสูบแบบไครโอ (ไครโอปั๊มปิ๊ง) (Cryopumping)

           การสูบแบบไครโอ ก๊าซจะควบแน่นในกระบวนการทำความเย็นแบบไครโอเจนิกส์ ถ้าเป็นพื้นที่ปิด เช่นภาชนะสุญญากาศสำหรับฮีเลียมเหลว มันจะทำให้เกิดสุญญากาศได้ดีกว่า

รูปชุดปั๊มไครโอ

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปภายในของปั๊มไครโอ

       ปรากฏการทำงานที่เกิดขึ้นนี้ ไม่เพียงแต่เกิดการเปลี่ยนแปลงของเฟสเท่านั้น มันยังจะเปลี่ยนจากก๊าซไปสู่ของแข็งบริเวณที่พื้นผิวที่เย็น อีกทั้งมันก็มีการดูดซับของโมเลกุลก๊าซเช่นกัน (การซึมซับ: ที่สะสมก๊าซ, ของเหลว หรือสารละลาย ในการควบแน่นจากพื้นผิว)

       ลักษณะเด่นของการสูบแบบไครโอ เป็นการสูบด้วยความเร็วสูงมาก แล้วใช้เวลาน้อย จากผลที่เกิดขึ้นของปั๊มแบบนี้ มักเป็นไปเพื่อการผลิตฮีเลี่ยมเหลว (หรือก๊าซที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 20 K) ทั่วผิวหน้าที่เกิดขึ้นร่วมกับเส้นทางสุญญากาศ (เส้นทางส่งถ่ายทั้งหมด) พื้นผิวของท่อจะกลายเป็นจุดสะสมของปั๊ม

วาล์วสุญญากาศ (Vacuum valves)

รูปตัวอย่างวาล์วสุญญากาศ

         มีการออกแบบวาล์วมากมายสำหรับใช้ในงานสุญญากาศที่มีประสิทธิภาพสูง วาล์วบางชนิดใช้เป็นแบบหีบเพลงที่เป็นโลหะ และมีลักษณะที่ยืดหยุ่นแบบแผ่นไดอะแฟรม (Diaphragm) ที่ทำมาจากยางสังเคราะห์ คอยกดตรงบ่ารองโดยชิ้นส่วนโลหะซึ่งเป็นด้านที่ต่อออกสู่ชั้นบรรยากาศของแผ่นไดอะแฟรม มันจะมีความแตกต่างกันของอากาศผ่านไดอะแฟรม

วาล์วสุญญากาศค่าสูง (High-vacuum valves)

        วาล์วปิดริชาร์ด (Richards seal-off valve) พัฒนาโดย NBS ห้องปฏิบัติการทางไครโอเจนิกส์ มีการทดสอบที่ดีมาก หลังจากการปั๊มสำเร็จ วาล์วก็ปิด สามารถเปิดได้โดยใช้มือหมุนเปิด และส่วนการทำงานในการเปิดวาล์ว ออกจากการเปิดที่บ่าวาล์วเท่านั้น ในการระบายระบบ

เกจวัดสุญญากาศ (Vacuum gauges)

        เป็นการวัดความดันของสุญญากาศ ในระบบเมื่อเทียบกับความดันบรรยากาศโดยรอบ เกจวัดสุญญากาศส่วนใหญ่ถูกนำมาใช้เป็นลำดับที่สอง มันไม่ได้ไปวัดความดันสุญญากาศโดยตรงของระบบ แต่ค่าที่ได้ ได้จากการวัดจากคุณสมบัติด้านอื่น ๆ ถึงจะได้ค่าความดันสุญญากาศ

       หากความดันไม่สามารถวัดได้โดยตรง แล้วจะวัดได้อย่างไร?

       การไหลของโมเลกุลอิสระในช่วงความดันต่ำ การนำความร้อนของก๊าซลดลงทำให้ความดันของก๊าซลดลงไปด้วย ดังนั้นถ้าความร้อนที่พื้นผิวกำหนดภายในพื้นที่ของช่วงความดันนี้ การนำความร้อนของก๊าซที่ความดันทั่วไป จะสามารถคำนวณอัตราความร้อนได้จากพื้นผิวนี้ ถ้าใช้ลวดความร้อนมาทำการวัดความดัน แล้วมันรักษาค่าวัตต์คงที่ อุณหภูมิของมันสามารถใช้คำนวณถึงค่าความดันได้

รูปตัวอย่างลวดที่ใช้วัดค่าสุญญากาศ

       ความน่าเชื่อถือของขดลวดความร้อนของเกจสุญญากาศจะทนทานเพิ่มขึ้นถ้าลวดทำมาจากวัสดุผสม

ตัววัดในความสามารถประจุเอ็มเคเอส  (MKS capacitance monometer)

        เกจการวัดแบบนี้ ใช้วัดความดันบางส่วนของการนำความร้อนของก๊าซ

รูปตัววัดความดันเอ็มเคเอส

รูปภายในของตัววัดความดันเอ็มเคเอส

เกจพิรานี (Pirani gauge)

        การทำงานของเกจพิรานี ใช้ในการวัดการนำความร้อนของก๊าซที่มีความดันต่ำซึ่งขึ้นอยู่กับความกดดัน และความต้านทานที่เพิ่มขึ้นของตัวนำในโลหะ

รูปวงจรภายในของเกจพิรานี

รูปเกจพิรานีดิจิตอล

          เมื่อใดก็ตาม อุณหภูมิของตัวนำสูงขึ้น การใช้ลวดโลหะที่ค่าความต้านทานมีสัมประสิทธิ์สูง และมีการสมดุลของสะพานวีดสะโตน (Wheatstone) ทำให้สามารถคำนวณความดันโดยการวัดได้จากความต้านทานโดยตรง ช่วงย่านความดันใช้งานสำหรับเกจนี้เริ่มที่ 1 mm Hg (มิลลิเมตรปรอท) ไปจนถึง 1x 10^-3 mm Hg

เกจวัดแบบเทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple gauge)

       การวัดอุณหภูมิที่ได้ค่าจากการตอบสนองของเปลี่ยนแปลงไปของการนำความร้อน โดยการวัดอุณหภูมิที่ขดลวดความร้อน จากเทอร์โมคับเปิลขนาดเล็กที่ติดตั้งอยู่ ในเส้นขดลวดจะสร้างแรงดันไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นที่สามารถอ่านค่าได้โดยการใช้ เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า หรือกัลป์วานอมิเตอร์ (Galvanometer) แบ่งหลายระดับย่านวัดของหน่วยของความดัน ช่วงความดันสำหรับเกจนี้จาก 1 mm Hg  ไปจนถึง 1x 10^-3 mm Hg

รูปภายในของหัววัดเทอร์โมคัปเปิล

รูปเครื่องวัดแบบเทอร์โมคัปเปิล

       ถึงแม้ว่าเกจพิรานีจะไม่เที่ยงตรงเท่าที่ควร มีการยืดหยุ่นทางด้านวัตถุมากกว่า ส่วนในเกจแบบเทอร์โมคัปเปิลสามารถอ่านได้อย่างต่อเนื่อง และเพิ่มค่าได้เรื่อย มันไม่ได้รับผลกระทบจากการทำงานที่ความดันบรรยากาศในช่วงคาบเวลาสั้น ๆ ทำให้ผลรวมจากการวัดความดัน (ความดันเนื่องจากไอ เช่นความดันอันเนื่องจากก๊าซ)

       เกจสามารถอ่านการควบคุม และมันสามารถใช้แบ่งการควบคุมสัญญาณสำหรับวงจรอื่น ๆ ข้อเสียของเกจนี้อยู่ที่ต้องเปรียบเทียบมาตรวัดบ่อยสำหรับก๊าซที่มีความแตกต่างกัน

เกจไอออนไนเซชั่น (Ionization gauge)

รูปเกจไอออนไนเซชั่น

       เกจไอออนไนเซชั่น ค่อนข้างมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง ส่วนมากใช้เป็นเกจวัดสุญญากาศความดันสูง การทำงานของมันโดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าเป็นการไหลอย่างคงที่ถึงอาโนดไอออน สิ่งที่เหลืออยู่ทุก ๆ โมเลกุลของก๊าซ ไอออนนี้อ่อนลงที่ตัวเก็บไอออน ผลที่ได้ซึ่งได้จากการวัดจาก ไมโครแอมมิเตอร์ (Microammeter)  ตั้งแต่การจ่ายกระแสเป็นสิ่งที่ต้องกำหนด กระแสไอออนได้สัดส่วนของโมเลกุลที่เข้มข้น ช่วงความดันสำหรับเกจวัดนี้จาก 1 mm Hg ไปจนถึง 1 x 10^-6 mm Hg

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“สันติสุข เริ่มต้นด้วยรอยยิ้ม

Peace begins with a smile.”

แม่ชีเทเรซ่า

<หน้าที่แล้ว                                 สารบัญ                    หน้าต่อไป>