Torr·mbar·Pa 압력 단위 환산과 저진공~초고진공 구간 이해

진공 장비 사양서는 mbar, Torr, Pa 세 단위가 뒤섞여 표기됩니다. 유럽·영국계 제조사(Edwards, Leybold, Pfeiffer 등)는 mbar를 기본으로 쓰고, 미국계 자료는 Torr를 여전히 쓰며, 학술 논문·표준 규격은 SI 단위인 Pa를 기준으로 삼습니다. 이 글은 세 단위의 환산 관계와, 저진공부터 초고진공까지 압력 구간이 어떻게 나뉘는지를 정리합니다.

세 단위의 관계와 환산 계수

Pa(파스칼)는 1 N을 1 m² 면적에 가한 압력으로 정의되는 SI 기본 단위입니다. mbar는 유럽·영국계 진공 장비 데이터시트의 실무 표준 단위입니다. Torr는 0°C에서 수은주를 1 mm 밀어올릴 수 있는 압력으로 정의된 역사적 단위이며, 미국계 문헌에서 지금도 통용됩니다.

환산 관계는 다음과 같습니다.

• —1 Torr = 1.3333 mbar (4/3 mbar)
• —1 mbar = 0.75 Torr (3/4 Torr)
• —1 mbar = 100 Pa
• —1 Torr ≈ 133.3 Pa (mbar↔Torr, mbar↔Pa 환산계수를 조합해 계산한 값)

표준 대기압(1 atm)을 기준으로 세 단위를 나란히 놓으면 다음과 같습니다.

• —1 atm = 760 Torr = 1013.25 mbar ≈ 101,325 Pa

숫자만 보고 비교하면 착오가 생깁니다. 10⁻³ Torr와 10⁻³ mbar는 자릿수는 같아도 실제 압력값이 다릅니다. mbar 값에 0.75를 곱하면 Torr, Torr 값에 1.333을 곱하면 mbar, mbar 값에 100을 곱하면 Pa가 됩니다. 서로 다른 제조사의 사양서를 비교할 때는 단위를 먼저 맞추는 것이 순서입니다.

저진공에서 초고진공까지 — 구간 정의

압력이 낮아질수록(진공도가 높아질수록) 다음과 같이 구간이 나뉩니다.

• —저진공(Rough Vacuum, RV): 대기압 ~ 1 mbar
• —중진공(Medium Vacuum, MV): 1 ~ 10⁻³ mbar
• —고진공(High Vacuum, HV): 10⁻³ ~ 10⁻⁷ mbar
• —초고진공(UHV) 이후: 자료마다 상한 표기가 다릅니다. 하나의 초고진공 구간으로 10⁻⁷ ~ 10⁻¹⁴ mbar까지 묶어서 표기하는 자료가 있고, 초고진공을 10⁻⁷ ~ 10⁻¹² mbar로 한정하고 그 아래 10⁻¹² mbar 미만을 극초고진공(XHV)으로 별도 구분하는 자료도 있습니다.

같은 제조사의 공식 문서 안에서도 페이지별로 이 경계값이 다르게 표기되는 경우가 확인됩니다. 정확한 경계값 자체보다, 10⁻⁷ mbar 아래로 내려가면 측정·펌프 방식이 완전히 달라지는 별도 영역이라는 점이 실무적으로 더 중요합니다.

구간별 사용 펌프

저진공~중진공 구간(대기압 ~ 10⁻³ mbar대)에서는 다음 방식이 쓰입니다.

• —다이아프램 펌프: 10³ mbar ~ 낮은 mbar 영역, 2~4단 구성
• —스크롤 펌프: 10³ ~ 10⁻² mbar, 건식·청정 공정에 적합
• —회전 베인 펌프(오일로터리): 10³ ~ 10⁻⁴ mbar, 가장 일반적인 용적식 펌프
• —스크류 펌프: 10³ ~ 10⁻² mbar, 입자 내성이 좋음
• —루츠 블로워: 10 ~ 10⁻⁴ mbar, 주로 다른 펌프 앞단의 부스터로 사용

고진공 이상으로 넘어가면 펌프가 단독으로 대기압에서 시작할 수 없어 반드시 백킹펌프(포어펌프)가 앞단에 필요합니다. 이 구간에서는 기계식 베어링 방식 또는 자기부상 방식의 터보분자펌프, 유분확산펌프 계열이 쓰입니다. 극초고진공 영역에서는 이온펌프·게터펌프 계열이 언급되지만, 이 영역은 공정 자체가 특수해 일반 산업 현장보다는 연구·실험 환경에서 주로 다뤄집니다.

구간별 사용 게이지

측정 방식도 압력 구간에 따라 갈립니다.

• —10 mbar ~ 대기압: 부르동관, 벨로우즈, 능동형 스트레인 게이지, 정전용량식 센서
• —10¹ ~ 10⁻³ mbar: 정전용량 마노미터, 열전대, 피라니(Pirani)형 게이지
• —10⁻³ ~ 10⁻⁹ mbar: 냉음극형(Penning), 열음극형(Bayard-Alpert) 이온화 게이지 — 주기적 세정과 재교정이 필요

저진공·중진공은 다이아프램·부르동관·압전저항식·정전용량식 같은 기계식(직접식) 게이지로 측정합니다. 고진공 이상은 일반 기계식 게이지로 측정이 안 되어 이온화 게이지(냉음극형·열음극형)로 넘어갑니다. 초고진공 영역의 미세 누설 검출에는 헬륨 리크 검출기가 사용되며, 10⁻⁷ mbar·L/s 이하의 누설까지 감지할 수 있는 사실상 유일한 방법입니다.

실제 판매되는 게이지 제품군의 측정 범위 폭은 상당히 넓습니다. Pirani와 냉음극을 결합해 자동 전환되는 콤비네이션 게이지는 대기압부터 10⁻⁹ mbar까지 한 대로 커버하며, 능동형 이온 게이지는 6.6×10⁻² ~ 6.6×10⁻¹⁰ mbar 구간을, 패시브 방식 일부 제품은 10⁻¹² mbar까지 측정합니다. 공정에 필요한 압력 구간을 먼저 정의한 다음, 그 구간을 커버하는 측정 방식을 선택하는 순서가 맞습니다.

실무에서는 어떤 단위를 기준으로 봐야 하는가

Edwards, Leybold, Pfeiffer 같은 유럽·영국계 제조사의 공식 데이터시트는 mbar(=hPa)를 기본 표기 단위로 씁니다. 미국계 자료·문헌에서는 Torr가 여전히 널리 쓰이고, Pa는 학술 논문과 표준 규격에서 기준 단위로 쓰입니다. 실무자에게 필요한 것은 한 단위를 고집하는 게 아니라, 장비 원산지와 표기 관행에 맞춰 mbar·Torr·Pa를 자유롭게 환산하는 능력입니다.

압력 구간이 저진공인지 고진공인지에 따라 필요한 펌프와 게이지 방식 자체가 달라집니다. 사양서의 도달진공 값이 어느 단위로 적혀 있는지, 그 값이 어느 구간에 해당하는지 먼저 확인하는 것이 장비 선정의 출발점입니다.

Torr·mbar·Pa 환산 상담, 압력 구간별 펌프·게이지 선정 상담. 이온화 게이지 구간(10⁻³ mbar 이하)은 주기적 세정·재교정이 필요하다.