Vakuumske črpalke so bistvene naprave v številnih industrijah, od znanstvenih raziskav do proizvodnje in celo v vsakodnevnih napravah. Njihov osnovni namen je odstraniti molekule plina iz zaprtega volumna in s tem ustvariti vakuum. Medtem ko je končni cilj enak, se uporabljene metode za doseganje tega občutno razlikujejo, kar vodi v razvrstitevvakuumske črpalkena tri glavne vrste glede na načela delovanja. Razumevanje teh razlik je ključnega pomena za izbiro prave črpalke za določeno uporabo.
Tip 1: Črpalke s prostornino
Črpalke s prostornino so morda najbolj intuitivna vrsta vakuumskih črpalk, za katere je značilno njihovo mehansko delovanje za lovljenje in izgon plina.
Načelo delovanja
Mehansko ujetost in izgon
Te črpalke delujejo tako, da mehansko zajamejo določeno količino plina iz vstopa, ga stisnejo in nato iztisnejo skozi izhod. Ta proces je cikličen, z vsakim udarcem ali vrtenjem premika diskretno količino plina. Običajni mehanizmi vključujejo bate, vrtljive lopatice ali diafragme.
Primerno za grob do srednji vakuum
Črpalke s prostorninoso zelo učinkoviti v območju od atmosferskega tlaka do srednje ravni vakuuma. Pogosto se uporabljajo kot primarne črpalke za zmanjšanje tlaka, preden lahko druge vrste črpalk prevzamejo višjo raven vakuuma.
Tipični primeri in aplikacije
Pogosti tipi: rotacijske lopatice, membrane, batne črpalke
Primeri vključujejo črpalke z rotacijskimi lopaticami, ki uporabljajo vrteč se ekscentrični rotor z lopaticami za pometanje plina inmembranske črpalke, ki uporabljajo prožno membrano za ustvarjanje sesanja in stiskanja. V to kategorijo spadajo tudi batne črpalke.
PinMotorjeve mikro zračne črpalke
V sektorju mikro{0}}črpalk PinMotormikro zračne črpalke, vključno zmikro vakuumske črpalke, so najboljši primeri tehnologije pozitivnega izpodriva. Te kompaktne in učinkovite črpalke se pogosto uporabljajo v medicinskih napravah, analitičnih instrumentih in opremi za spremljanje okolja, kjer zagotavljajo natančen podtlak ali olajšajo prenos plina v miniaturnih sistemih.
Tip 2: Črpalke za prenos zagona
Črpalke za prenos zagona delujejo po drugačnem principu, pri čemer se za premikanje molekul plina zanašajo na kinetično energijo visoko{0}}hitrosti.
Načelo delovanja
Molekularni-trki z visoko hitrostjo
Te črpalke delujejo tako, da v vakuumsko komoro dovajajo visoko{0}}hitrostni tok tekočine (pogosto oljne pare ali hitro vrteče se lopatice). Molekule plina, ki vstopajo v črpalko, trčijo s tem-tokom visoke hitrosti, pridobivajo zagon in so tako usmerjene proti izpuhu črpalke, stran od vakuumske komore.
Primerno za visok do ultra{0}}visok vakuum
Črpalke za prenos zagona so najučinkovitejše pri nižjih tlakih in se običajno uporabljajo za doseganje visokih do ultra{0}}visokih ravni vakuuma. Ponavadi zahtevajo asprednja-črpalka(črpalka s prostornino), da najprej zmanjšate tlak na raven, kjer lahko črpalka za prenos impulza učinkovito deluje.
Tipični primeri in aplikacije
Pogosti tipi: turbomolekularne črpalke, difuzijske črpalke
Turbomolekularne črpalke uporabljajo hitro vrteče se lopatice rotorja, da posredujejo zagon molekulam plina, medtem ko difuzijske črpalke uporabljajo parne curke z visoko-hitrostjo, da potegnejo molekule plina. Oboje je ključnega pomena za doseganje zelo nizkih pritiskov.
Področja uporabe
Te črpalke so nepogrešljive na področjih, ki zahtevajo ekstremne vakuumske pogoje, kot so znanstvene raziskave (npr. pospeševalci delcev, elektronski mikroskopi), proizvodnja polprevodnikov in analiza površin.
Tip 3: Črpalke za zajemanje/zadrževanje
Črpalke za zajemanje ali lovljenje delujejo tako, da fizično odstranijo molekule plina iz vakuumske komore z adsorpcijo, kondenzacijo ali kemičnimi reakcijami.
Načelo delovanja
Fizična adsorpcija ali kemična reakcija
Za razliko od drugih dveh vrst, ki fizično premikata plin, črpalke za zagozditevzajemanjemolekule plina na površini znotraj črpalke. To se lahko zgodi z različnimi mehanizmi:kriočrpalkehladijo površine na izredno nizke temperature, kar povzroči kondenzacijo in zmrzovanje molekul plina;ionske črpalkeionizirajo molekule plina in jih pospešijo v geter material; inzbiralne črpalkeuporabljajo kemično reaktivne materiale za absorpcijo plinskih molekul.
Primerno za ultra-visok vakuum
Te črpalke so še posebej učinkovite pri doseganju in vzdrževanju ultra-visokega vakuuma (UHV) in ekstremno ultra-visokega vakuuma (XUHV), saj v vakuumsko okolje ne vnašajo nobenih gibljivih delov ali delovnih tekočin.
Tipični primeri in aplikacije
Pogosti tipi: kriočrpalke, ionske črpalke, getter črpalke
Kriočrpalke se pogosto uporabljajo v komorah za obdelavo polprevodnikov in prostorskih simulacijah. Ionske črpalke so priljubljene zaradi svojega čistega delovanja-brez vibracij v aplikacijah, kot so pospeševalci delcev in površinska znanost. Getterske črpalke se pogosto uporabljajo kot dodatne črpalke za vzdrževanje ravni vakuuma.
Področja uporabe
Njihova primarna uporaba je v zelo občutljivih okoljih, kjer so potrebni najnižji možni tlaki in najčistejši vakuum, na primer pri raziskavah naprednih materialov, nanašanju tankih-slojev in eksperimentih s fuzijsko energijo.
Zaključek: Izbira prave vakuumske tehnologije
Izbira ustrezne vakuumske črpalke je kritična odločitev, ki je odvisna od več dejavnikov, vključno z želeno stopnjo vakuuma, hitrostjo črpanja, vrsto plina, ki ga je treba izprazniti, upoštevanjem stroškov in posebnim okoljem uporabe. Vsaka vrsta vakuumske črpalke-s pozitivnim odmikom, prenosom zagona in zajemanjem-se odlikuje v različnih vakuumskih obsegih in aplikacijah.