Abstract
מד הרוטור מסתובב (SRG) הוא מד ואקום גבוה לעתים קרובות משמש כסטנדרט משני או העברה על לחצים ואקום בטווח של 1.0 x 10 -4 אבא ל -1.0 Pa. ביישום זה, SRGS מועבר לעתים קרובות מעבד כִּיוּל. אירועים יכולים להתרחש במהלך ההובלה המשנים את תנאי השטח הרוטור, ובכך לשנות את גורם הכיול. כדי להבטיח יציבות כיול, מנגנון-תחבורה האביב משמש לעתים קרובות כדי לשתק את הרוטור ולשמור אותו תחת ואקום במהלך ההובלה. כמו כן, חשוב להעביר את מנגנון האביב-תחבורה באמצעות אריזות שנועדו למזער את הסיכון של נזק במהלך המשלוח. בכתב היד הזה, תיאור מפורט ניתן על איך לבנות מנגנון תחבורת האביב חזק למכולה. כל אלה ביחד יוצרים חבילת אביב-התחבורה. חבילת עיצוב האביב-התחבורה נבדק באמצעות ירידת מבחנים ואת הביצועים נמצאים להיות מעולה. באביב-תחבורתיים הנוכחיאורט עיצוב מנגנון שומר על הרוטור משותק כאשר חווים זעזועים של כמה מאות גרם (g = 9.8 m / sec 2 והוא תאוצת הכובד), ואילו המכולה מבטיחה כי המנגנון לא יחווה זעזועים העולים על 100 גרם במהלך משותף התקלות משלוח (כפי שהוגדר על ידי תקני תעשייה).
Introduction
מד הרוטור מסתובב (SRG) הוא מד ואקום גבוה המשמש לקביעת לחצים ואקום בטווח של 1.0 x 10 -4 אבא ל -1.0 אבא. זה הוא ביסודה כדור פלדה מסתובבת מושעה בין שני מגנטים קבועים. אלקטרו-מגנטים משמשים כדי לסובב, או "ספין למעלה", את הכדור בתדירות כלשהי (בדרך כלל 410 הרץ); הכדור מותר אז לסובב בחופשיות, אך שיעור הסיבוב יצטמצם עם הזמן בגלל התנגשויות של מולקולות גז במערכת ואקום עם משטח הכדור. לחץ אבק לפיכך הקשור לשיעור האטה של כדור פלדה או הרוטור איור 1 מציג את המרכיבים הבסיסיים של SRG:. הרוטור, אצבעון, ראש עם חיבור כבל, ו בקר אלקטרוני. הרוטור, או כדור, הכלול בתוך אצבעון במהלך המבצע, והוא בדרך כלל לא טיפל ולא גלוי בפני המשתמש SRG. האצבעון מחובר למערכת הוואקום. כדי להפעיל את SRG, הראש החליק על האצבעון. ההראש מכיל שני מגנטים קבועים וערכות כמה סלילי תיל המשמשים לייצוב אנכי ואופקי, נהיגה הרוטור, ולהרגיש את הסיבוב. הבקר האלקטרוני מפרש את האות מ סליל החישה כך מדיד לחץ יכול להתבצע. עבור רוטור עם תנאי שטח אידיאליים, שיעור ההאטה קשור בלחץ הוואקום ידי פיסיקה בסיסית. כדי לבצע מדידות לחץ אבסולוטיות באמצעות SRG, גורם כיול, המכונה מקדם אירוח היעיל, צריך להיקבע. מקדם אירוח יעיל תלוי בתנאי השטח האמיתי של הרוטור, כגון חספוס, גזים adsorbed, ושריטות. גורמים אלה נוטים להיות יציבים במהלך השימוש בו. פרטים נוספים של SRGS ניתן למצוא אזכור אחרים 1 -. 3
SRG משמש ביישומים שבהם מדידות ואקום מוחלט נדרשים. לדוגמה, מעבדות כיול לעתים קרובותלהשתמש SRGS כתקן ואקום מוחלט. במקרה זה, מודד ואקום גבוה מכוילים על ידי השוואת הקריאה שלהם לזה של SRG. בתורו, תקן SRG חייב להיות מכויל מעת לעת על ידי משלוח SRG למעבדת כיול ראשוני לקיים מחדש נקבע מקדם האירוח שלה. מעבדות כיול ראשיים הם בדרך כלל הלאומי מטרולוגיה מכונים כגון המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST). המעבדה העיקרית מקובעת את מקדם אירוח SRG ידי השוואת הקריאה שלה לסטנדרט ואקום ראשוני, ולאחר מכן מחזירה את SRG למעבדת הכיול "המשנית". SRG משמש גם כסטנדרט העברה עבור ההשוואה של סטנדרטים בין מעבדות כיול או מכונה מטרולוגיה הלאומי. ביישום זה, SRG מועבר מבית או בינלאומי בין המעבדות השונות 4 -. 8 במהלך משלוח, אירועים יכולים להתרחש השינוי שמקדמים האירוח. לפני shipment, הרוטור חייב להיות לדה-מושעה וראש מוסר; הרוטור ואז נשען על הקיר הפנימי של אצבעון. במהלך הובלה, המשטח הרוטור עשוי להשתנות מן הפעולה המכאנית בין הרוטור האצבעון בשל תנודות וזעזועים, או פני השטח עשויים להשתנות בשל החשיפה של הרוטור לגז ולחות אטמוספרי. שינויים אלו משפיעים על היציבות לטווח הארוך של מקדם האירוח. באופן אידיאלי, הרוטור צריך להישאר ריק וחסר תנועה במהלך ההובלה.
מבחינה הסטורית, SRGS שמש סטנדרטים העברה בהשוואות מפתח של סטנדרטי ואקום בין מכוני המטרולוגיה לאומיים, שבו SRGS בינלאומית מועברות פעמים רבות בין המוסדות השונים. 9 במהלך השוואת מפתח מוקדם, נמצא כי היציבות לטווח הארוך של מקדם אירוח SRG יכול להשתפר על ידי ניצול מנגנון תחבורת האביב אשר הוא המשותקת הרוטור ושמר אותו תחת ואקום דתחבורת uring. 1,10 מאז, למנגנון-תחבורת האביב נוצל בעבר פעמים רבות בהשוואות בינלאומיות מרכזיות. מחקר שנערך לאחרונה של הנתונים ההסטוריים הראה כי 90% של השוואות אלה היו stabilities טוב יותר מאשר 0.75%, ו -70% היו יציבות של 0.5%. 9 לכן, באמצעות מנגנון-תחבורה באביב יהיה, ברוב המקרים, להניב יציבות שהיא יותר מהדרוש עבור מרבית היישומים.
עד עכשיו, חלה כמעט הכוונה בספרות על איך לבנות מנגנון-תחבורה האביב. גרסאות מוקדמות של המכשירים האלה היו ידועים מצליחים לשתק את הרוטור באופן מלא, עקב שילוב של שתוכננו מספיק עבור החוסן, ואת לרעה במהלך המשלוח. שיעורים המוקדמים אלה מראים כי חשוב הן לבנות מנגנון תחבורת האביב חזק, לארוז אותו בצורה נכונה באופן שימזער הלם במהלך הובלה. בשלב מאוחר יותר זה קריטי אך לעתים קרובות התעלם. כאן נוכל describדואר בניית מנגנון תחבורת האביב חזק בנוסף חבילה הכוללת טיסה בנויה כהלכה. העיצוב שלנו מבוסס על כמה עקרונות פשוטים, נבדקו, הנדסה המאפשרים הבנייה של חבילה הכוללת טיסת הקפיץ עמידה שתמזער את האפשרות של כישלון במהלך הובלה. כמו כן, אנו מתארים את הבדיקות שלנו על חוסנו של העיצוב שלנו. ניתן למצוא פרטים נוספים על שיטות הבדיקה ואח Fedchak. (2015). 11
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. להשיג חדרים מותאמים אישית חלקים עבור מנגנון תחבורת האביב
- להשיג מעיינות, מוט מושחל, בליטות, אגוזים, דיסקיות. פריטים אלה מופיעים ברשימת חומרים / ציוד ספציפי. לרכוש את מעיינות בליטות לפני ייצור בעל הכדור. השתמש 18-8 נירוסטה (למעט 303), או רצוי 316 נירוסטה, עבור כל החומרים.
- להשיג הרוטור. הרוטור הוא מ"מ 4.5 מיסבים כדוריים בקוטר עשוי 440C נירוסטה או פלדה סגסוגת E52100.
- להשיג את השסתום בזווית הישרה מפורט ברשימה של חומרים / ציוד ספציפי.
2. חומרים להשיג עבור משלוח מכולה
- להשיג את המכולה. השתמש rotationally יצוק, מקרים קשה-פגז פוליאתילן עם גומחות מוגנות שכן אלה היו הסוג של מקרים שנבדקו בהצלחה. המקרה של הרשימה של חומרים ספציפי / ציוד עומד בדרישות החלל הפנימיות המינימום.
- procיור אריזת הקצף.
- להשיג 2 # (32 ק"ג / מ 3) קצף פוליאוריטן (אסתר). לרכוש קצף אסתר מספיק כדי למלא את החלק העליון והתחתון של מכולה. לרכוש פיסת קצף אסתר 5 ס"מ ביצה-קרטון.
- להשיג 2 # (PE) פוליאתילן מוקצף כי הוא עבה 7.6 ס"מ ויש לו שטח מספיק גדול כדי לכסות את רוחב ועומק של מכולה.
רכש 3. ייצור של חלקים מותאמים אישית עבור המנגנון-תחבורת האביב
הערה: ציורי דוגמא של החלקים המותאמים אישית המתוארות בסעיף זה ניתנים במספרי 2-4.
- לייצר להגיש תכניות כדי לספק מותאם אישית או בתוך בית חנות לייצור מד הרוטור מסתובב (SRG) אצבעון / מקורב. ממדים קריטיים מקבלים באיור 2. היצרנית המותאמת אישית חייבת להיות מוכרת עם טכניקות ייצור אולטרה-גבוה ואקום (UHV). האצבעון הוא פשוט יחסית לייצרnd היטב בתוך היכולת של חברות רכיב ואקום רבות.
- רוכש את השיניים אשר מחזיקות את ראש SRG אל האוגן (ראה איור 1). אלה ניתן להסיר את מכלול אצבעון / מקורבות מסחרי SRG שמגיע עם יחידת בקרה אלקטרונית SRG. חוד כל המוחזק במקום על ידי בורג יחיד (בדרך כלל ראשי קץ hex מטרי) עם מכונת כביסה מנעול, ניתן להסיר על ידי unbolting באמצעות מפתח הברגים המתאימים (כגון מפתח משושה מטרי).
- לחלופין, לפברק אלה על ידי אותו הספק מתן האצבעון / מקורב כמו בשלב הקודם, אבל טכניקות ייצור ואקום אולטרה-גבוה לא צריכות להיות אחריו. הפוך העתקים מדויקים של שיני SRG המסחריות.
- לייצר להגיש תכניות עבור מתאם פשוט לחבר את הרבעה M6 על שסתום בזווית ישרה אל הרבעה 8-32 כל-חוט (חומרה תקן אמריקאי). ראה איור 3.
- לייצר להגיש תכניות עבור הייצור של בעל הכדור. Criticaממדי l מקבלים באיור 4. לפברק בעל כדור הפלדה אל חלד 316L בהתאם טכניקות ייצור UHV. Tack לרתך את בעל הכדור בקצה אחד של מעיין. Tack לרתך את הקצה השני של האביב אל התיקו. יש לנקות את כל חלקי בהתאם לנוהל הניקוי יובא בסעיף 5.
- חותך את הרבעת 8-32 כל-החוט באורך של 18 מ"מ ונקי כמפורט בסעיף 5.
ייצור 4. מותאם אישית קצף Cut-אאוט
- ערכו לחתוך החוצה עבור מנגנון האביב-תחבורה בקצף PE. בצע את קווי המתאר של מכלול שסתום ככל האפשר. לעשות את זה ביד בעזרת סכין חדה השירות; לחלופין, את קווי המתאר ניתן לחתוך באופן מקצועי על ידי ספק אריזה.
- השתמש במאפיינים של השסתום שניתנו על ידי יצרן שסתום ממדי האצבעון / המקורבות ניתנים באיור 2. חותך את המרחב הגדול אצבעון מספיק כדי להכיל את השיניים (1.5 סנטימטרים X 3.8 סנטימטרים).
ניקוי 5. של רכיבי אבק
- יש לנקות את כל רכיבי ואקום ואקום אולטרה גבוה (UHV) לפני ההרכבה. הליך הניקוי המומלץ שלנו הוא כדלקמן.
- טיפול בחלקי ואקום באמצעות Nitrile, לאטקס, או כפפות ויניל. אל תיגע בידיים חשופות.
- חלקים נקיים באמצעות חומר ניקוי עדין (כגון מופיעים ברשימת החומרים / ציוד) מומס במים מזוקקים או דה מיונן ומטלית נטולת מוך.
- חלקי מקום באמבט של חומר ניקוי עדין מומס במים מזוקקים או דה מיונן ומניח מנקה אולטרה קולי במשך 20 דקות.
- חלקים יש לשטוף ביסודיות עם מים מזוקקים או דה מיונן.
- מכסים חלקים עם אצטון ומניח מנקה אולטרה קולי במשך 20 דקות.
- הסר חלקים מן אצטון. מכסים חלקים עם אתנול ומניח מנקה אולטרה קולי במשך 20 דקות.
- הסר חלקים מן אתנול. יש לשטוף היטב במים מזוקקים או דה מיונן.
- לפוצץ את החלקיםיבש עם חנקן יבש או אוויר נקי ויבש.
- תנו חלקים לייבוש באוויר על מטלית נטולת סיבים באיכות נקי בחדר למשך 24 שעות.
6. להרכיב את המנגנון-תחבורת האביב
- במהלך העצרת, ללבוש ניטריל, ויניל, או כפפות לטקס. אל תיגע בחלקים ואקום בידיים חשופות.
- אסוף את הכלים הדרושים: אף צבת מחט, נהג ראשי קץ עבור 8-32 אגוז, ברגים עבור מתאם, שליט או קליפר. נגב את השליט / מיקרומטר נקי עם אתנול; לנקות את כל הכלים האחרים באמצעות ההליך בשלב 5.
- אסוף את החלקים הדרושים: השסתום, אצבעון, מיסבים כדוריים, הרכבת כדור בעל / האביב (ראה שלב 3.5), 18 מ"מ אורך 8-32 הרבעה, מתאם חוט, אגוזים, ו-שייבות, 3 מ"מ אלן מפתח ברגים ו מיסוך סרט הדבקה. ראה איור 5.
- עצרת מנגנון האביב-תחבורה:
- לגמרי לסגור את שסתום בזווית ישרה על ידי סיבוב בכיוון השעון, עד שייעצר.
- מחפש דרך נמלי השסתום, לזהות את תורקיה הרבעת M6ד על המושב שסתום.
- בורג המתאם בנוחות על הרבעת M6. הכנס מפתח ברגים או צבת UHV נקיים דרך היציאה כדי לקבל את מתאם מקום נוח ככל האפשר.
- הכנס 8-32 הרבעה אל הקצה השני של המתאם. הדק כמו בנוחות ככל האפשר. הרבעת 8-32 תרחיב באמצעות המתאם ולדחוף נגד הרבעת M6.
- מניח נעילת מכונת כביסה על ההרבעה 8-32 ולאחר מכן אגוז. הדקו את האום בעזרת נהג שקע נקי או צבת. המסתם עלול להיסגר במהלך שלב זה לעשות הידוק קל.
- מניח אגוז על ההרבעה 8-32. הפעל אותה עד כמעט נגיעת האגוז בצד השני. מניח מכונת כביסה מנעול על הרבעת 8-32.
- צרף באביב / כדור-למחזיק ההרבעה 8-32 ידי התיקו. סובב את התיקו עד שהוא נוגע-מכונת הכביסה מנעול.
הערה: ההליך הבא מתאר כיצד לבדוק את התאמת האורך של האסיפה באביב, ראה איור 6. - מניחים את הרוטור אצבעון מנהג לאבטח אותו עם מגנט (מ acommercial SRG) על ידי הצבתו על קצה אצבעון ולתקן אותו עם נייר דבק. הרוטור הוא עכשיו בסוף של אצבעון.
- חלק אצבעון את מי המעיין / כדור-בעל, להפסיק כאשר הכדור בעל נוגע בכדור. מדוד את הפער בין מקורבות השסתום מקורב אצבעון, כמו באיור 6.
- אם הפער הוא בטווח של 2 מ"מ עד 6 מ"מ, דלג לשלב 6.4.10.2). פער נומינלי של 3 מ"מ הוא אידיאלי, אבל פער הטווח הוא של 2 עד 6 מ"מ מספיק. פער קטן מ -2 מ"מ אינו מקובל.
- סור הרכבת אצבעון / מקורבת ומניח בצד. אם הפער היה קטן מ -2 מ"מ, לסובב את התיקו נגד כיוון שעון כדי להפוך את הפער גדול יותר. אם הפער היה גדול מ -6 מ"מ, לסובב את כיוון השעון תיקו כדי להפוך את הפער קטן יותר. חזור לשלב 6.4.10.
- סור הרכבת אצבעון / מקורבת ומניח בצד. אם הפער היה קטן מ -2 מ"מ, לסובב את התיקו נגד כיוון שעון כדי להפוך את הפער גדול יותר. אם הפער היה גדול מ -6 מ"מ, לסובב את הרחובandoff כיוון שעון כדי להפוך את הפער קטן יותר. חזור לשלב 6.4.10.
- הדק את האום נגד התיקו.
- פתח את השסתום על ידי סיבוב נגד כיוון השעון.
- הרכיבו את אוגן:
- סר הרוטור ידי הסרת דבק ומגנט ובזהירות המאפשר הרוטור לרדד של האצבעון.
- צרף שתי שיניים כדי המקורב באמצעות מנעול-מכונת כביסת בורג המוכנס דרך הצד האחורי של מקורבות המנהג / אצבעון. המנעול-מכונת כביסת הבורג ניתנים על ידי SRG המסחרי. המנעול-מכונת כביסה בורג לא צריך לנקות ואקום אולטרה-גבוהה.
- סובב את השיניים כך שהם מרובעים אחד עם השני, כמו באיור 1 ואיור 9.
- בדקו שיניים עבור יושר על ידי מחליק את ראש SRG על האצבעון. הראש צריך להחליק על בחופשיות.
- תן שני ברגים הידוק סופי וסמן מחדש ליישור כמו בשלב 6.5.3.
- מניחים הרוטור האחורי לתוך אצבעון, גידולd לאבטח עם קלטת מגנט מיסוך.
- שלם עצרת תחבורת האביב:
- מניח נחושת או אטם נחושת מצופה כסף ביציאה שסתום.
- מניחים את הרוטור לתוך אצבעון (אם כבר לא אצבעון משלב 6.5.6).
- החלק את מקורבות / אצבעון הרכבה על מעיין מים / כדור-בעל. האוריינט המקורב כך-בורג הסט של השיניים יהיה ההצבעה כלפי מטה כאשר השסתום מחובר לתא.
- שימוש ¼-28 ברגים ואומים, לאבטח את המקורבות אל השסתום.
- סגור את השסתום.
- סר מגנט קלטת מחזיקה את הכדור.
7. הרכיבו את משלוח מכולה
- חותך את קצף אסתר לגודל של המכולה. העובי של הקצף יהיה תלוי בגובה של המכל. מניחים בעובי מינימלי של 7.6 ס"מ של קצף בתחתית. איור 7 מציג את הרכבה קצף.
- מניחים את מגזרת קצף PE על גבי tהוא אסתר קצף.
- מניחים שכבה של קצף אסתר במכסה. העובי המינימלי צריך להיות 7.6 ס"מ. איור 8 מציג את המיקום הסופי של מנגנון האביב-תחבורה. השתמש בנייר אלומיניום נקי endcap פלסטיק (שצורף שהסתום) כדי להגן על הקצה הפתוח של הנמל שהסתום במהלך משלוח.
8. באמצעות המנגנון-תחבורת האביב
- התקנת השעיית הרוטור:
הערה: איור 9 מציג את מנגנון האביב-תחבורה הרכובה עם הראש המצורף. הצעד הראשון הוא להסיר את המנגנון-התחבורה נובעת למכולה. בחלק הבא, ההנחה היא כי הקורא מכיר את המבצע של מד ספינינג-הרוטור. פרטים על הפעלת הבקר ניתן למצוא במדריך למשתמש בקר. כמו כן הוא הניח את הקורא הוא מכיר את טכנולוגית ואקום גבוה.- הסר את endcap לסכל מהנמל הפתוח של מנגנון העברת האביב. צרף אתנמל פתוח DN 40 (CF 2.75 ") נמל בתא ואקום באמצעות נחושת חדשה או אטם נחושת מוכספת וערכת ¼-28 בריח. האורינטציה של השסתום תהיה תלויה האורינטציה של השיניים. התקינה אורינטציה מוצגת באיור 9. חזרת בשן עם נקודות בורג סט כלפי מטה. להחליק את הראש מעל האצבעון, את הכיוון של האצבעון צריך להיות אנכי בתוך 2 מעלות. בדוק אורינטציה עם רמה.
- לפנות את תא ואקום לפחות מ 10 -3 אבא. לאט לפתוח את שסתום מנגנון האביב-תחבורה.
- צרף ראש אל הבקר. הפעל בקר, ולהתלות את הכדור.
- דה-הרכבת מנגנון האביב-התחבורה
- דה-להשעות את הרוטור באמצעות בקר אלקטרוני. בטל בקר.
- סגור את שסתום מנגנון האביב-תחבורה.
- סר ראש.
- Vent תא ואקום.
- הסר את המנגנון-תחבורת האביב על-ידי ביטול נעילת השסתוםיציאה מתוך בתא ואקום.
- מניח רדיד נקי endcap פלסטיק מעל הנמל הפתוח של מנגנון האביב-התחבורה. מנגנון קפיץ-תחבורת מקום ב-אאוט קיצוץ למכולה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
כל הרכיבים של מסחרי SRG מוצגים באיור 1. זה כולל את הרוטור, אצבעון, ראש המכיל מגנטים קבועים וסלילי תיל המשמש להשעיה ו טנדר, ואת הבקר האלקטרוני. המעיין הקטן מוצג (איור 1 ג ') משמש כדי לשמור על כדור האצבעון; אביב שכר זה אינו משמש במנגנון-תחבורת האביב. הבקר וראש המסחרי משמשים מנגנון האביב-התחבורה. השיניים מן האצבעון המסחרי ניתן להסיר בשימוש במנגנון באביב-התחבורה, או עותק של חלקים פשוטים אלה עשויים להיות מפוברקים. הרוטור עשוי לשמש גם, או מיסבים כדוריים שונים עשויים לשמש, כמפורט ברשימת החומרים. הציורים מכני איורים 2-4 לתת ממדים הקריטיים של החלקים המותאמים אישית כי חייב להיות מפוברק לבנות מנגנון האביב-התחבורה. הכדור בעל באיור 4 הואכיוון מרותך על קצה אחד של אביב ואת הקצה השני של האביב הוא מרותך טקטיקה כדי תיקו. למעט האצבעון, כל החלקים הדרושים כדי להרכיב את המנגנון-תחבורה באביב מוצגים באיור 5. המעיין יש לדחוס מינימום של 2 מ"מ ודחיסה נומינלית של 3 מ"מ מוצע על ידי המחברים. איור 6 מציגים הטכניקה מדידה כדי לקבוע אם באביב יהיה דחוס כמו שצריך, כפי שנדון בהליך.
איור 7 מראה הרכבה אופייני מוסיף קצף, איור 8 מציג את מנגנון העברת האביב את החבילה הכוללת טיסה. מכולה יש לבחור כי הוא גדול מספיק כדי לאפשר מקום 7.6 ס"מ של קצף סביב מנגנון-תחבורה האביב על כל הצדדים ואת הקצוות. באמצעות מינימום של 7.6 ס"מ של קצף אסתר על החלק העליון והתחתון וגם מינימום של 7.6 ס"מ של קצף PE בצדדים, הדואר הלם שחווה מנגנון האביב-התחבורה יתקיים פחות מ -100 גרם גם כאשר ירד מ 152 סנטימטר, כפי שמוצג באיור 10. חשוב מאוד לוודא את הקצף אינו דחוס כאשר אריזת המנגנון-תחבורת האביב. זה יכול להיגרם על ידי שימוש קצף סמיך מדי איור 11 מראה את ההשפעה של דחיסת הקצף אפילו כמות קטנה:. ההלם הוא גדל בכ -40%. במקרה זה, קצף דחוס בערך ¼ 1 ס"מ מעל 22 ס"מ ¾. לאחר ביצוע מעל 180 בדיקות טיפה אחד הטיפוס שלנו, לקחנו תמונת רנטגן ניטרונים, 12 איור, אשר ממחיש היטב את המנגנון-תחבורה באביב עובד כמתוכנן. ראוי לציין, כי שסתום באיור 12 היא של יצרן שונה שהסתום שמצוינת בהליך הנוכחי. הראשון הוא כבר לא זמין מסחרי. לבסוף, איור 9 מציג את המנגנון-תחבורת האביב לנורהלהשתמש.
זרוק-מבחנים הם מנהג נפוץ בתעשיית האריזה, על פי הנחיות תעשייה טיפוסיות עבור חבילות פחות מ -34 קילו (75 פאונד) גובה טיפת התקן לבדיקות הוא 76 סנטימטר (30 אינץ '). מטרת עיצוב סבירה הייתה שחווית המנגנון-תחבורת אביב הלם של פחות מ -50 גרמו כאשר ירד מ 76 סנטימטר, ופחות מ -100 גרם כאשר ירד מ 152 סנטימטר, שהוא כפול הגובה המומלץ מבחן טיפה. rotationally יצוק קשיחים מקרים ושני סוגים של קצף תקן נבחרו לארוז את מנגנון העברת האביב. קצף פוליאוריתן (אסתר) ו פוליאתילן (PE) קצף הם קצף משותף זמין עבור אריזה. הם באים צפיפויות שונות מפורטים בדרך כלל על ידי צפיפות הנומינלית כגון 2 קצף # (32 קילו / מ '3). מדריכי אריזה מסחריים לתת עקומות המראות את רמת השבירות הרצויה (בסול, המייצגים את ההלם המקסימאלי שניתן עמד על ידיאת החפץ) לעומת עובי קצף, עם עיקולים שונים המייצגים שומט את תיבת מגבהים שונים. לדוגמה, אם אובייקט עם עומס סטטי של 0.77 N / 2 ס"מ הוא ירד מ 76 ס"מ, 7.6 ס"מ קצף 2 # אסתר עבה 12.7 ס"מ עובי 2 # PE קצף הן לתת הלם של כ -30 גרם. הקצף צריך להיות גמיש דיו כדי להאט את האובייקט בעדינות על פני מרחק סביר, אך קשיח מספיק, כך שיש מעט או ללא דחיסה של הקצף כאשר תחת עומס סטטי. דחיסה תתפשר על יכולתו של הקצף לספוג את ההלם. קצף 2 # אסתר שימש בחלק העליון והתחתון של מנגנון-תחבורה האביב, ו -2 # קצף PE שימש את נתק, כפי שמוצג באיור 7. הסיבה כי קצף PE שימש נתק בגלל עומס סטטי הוא גדול יותר על הקצוות של השסתום בגלל השטח הקטן יותר.
בדיקות זרוקות בוצעו על האריזה-תחבורת האביב ידי הצמדת אקסלerometer למנגנון באביב-תחבורה ושחרור החבילה מגבהים אוריינטציות שונות. איור 10 מראה את הביצועים של 7.6 ס"מ ו -15.2 ס"מ קצף 2 # PE שחור. כפי שניתן לראות, קצף עבה לא לבצע יותר טוב מזה קצף 7.6 ס"מ. הסיבה לכך היא אחת הקצף הוא עבה מספיק כדי להאט את האובייקט מלא על העובי שלה, הוסיף עוד קצף לא עוזר. לכן זה היה להסיק כי 7.6 ס"מ קצף PE היה מספיק כוח הצדדים. על החלק העליון והתחתון, נמצא כי עובי 7.6 ס"מ של קצף 2 # אסתר היה הכרחי ומספיק. זה עולה בקנה אחד עם עומס סטטי המצית (שטח גדול יותר) של הצדדים שסתום. פיסה קטנה של 5 ס"מ אסתר בסגנון ביצה קרטון עבה קצף שימש גם כדי לרפד את תחתית מגזרת כך מנגנון האביב-תחבורה לא יזוז בתוך נתק. איור 11 ממחיש את החשיבות של לא לדחוס את הקצף. בבדיקות ירידה איפה הקצף היה דחוס מעט, ההלם היההרבה יותר גדול. גדלים שונים של מקרים נבדקו גם. נמצא כי תיק קטן עם ריפוד פחות פיק הלם קטן יותר מאשר במקרה גדול. בהתחלה התוצאה הזאת נראית מפתיעה, אבל צריך לזכור שברגע עובי הקצף מספיק, מוסיף עוד קצף לא להניב תוצאות הלם טובות יותר. אחת ההשערות היא כי במקרים קטנים לייצר הלם פחות כאשר ירד מאז אלה שוקל פחות מקרים גדול להקפיץ יותר כאשר ירד, ובכך שמגרשים חלק מהאנרגיה. מידות פנים המינימום צריך להיות גדול מספיק כדי להקיף את מנגנון העברת האביב ב -7.6 ס"מ של קצף בכל צד, במיוחד 39.5 ס"מ x 25.4 ס"מ x 23 ס"מ.
בדיקות טיפה רבות עם המנגנון-תחבורת האביב בוצעו. לתקשר בין הרוטור וסיום חרוטים של אצבעון היה פיקוח במהלך בדיקות הטיפה ידי כניסת ההמשכיות החשמלית בין הכדור לבין שני חוטים עוברים דרך אצבעון בדיקה שנעשה במיוחד, כמו described סימוכין 11. אנחנו לא צופים כישלון של מנגנון האביב להחזיק את הרוטור במהלך כל הבדיקות טיפה. איור 12 מראה רנטגן נויטרונים 12 של מנגנון האביב-תחבורה נבנה על ידי NIST ו נתון מעל 180 בדיקות טיפה. כפי שניתן לראות בתמונת רנטגן, פונקציות המנגנון-תחבורת האביב כמתוכננת גם לאחר להיות ירד כל כך הרבה פעמים. על ידי ביצוע ההנחיות המתוארות כאן, חבילה באביב-תחבורה חזקה ניתן ליצור כי הוא מסוגל למזער את ההשפעות של תחבורה על היציבות לטווח הארוך של ספינינג מודד הרוטור.
. איור 1: אלמנטים של מד רוטור ספינינג אופייני תמונה זו מראה את כל האלמנטים של מד הרוטור מסתובב: (א) כדור פלדה או הרוטור; (ב) אצבעון המכיל את הרוטור (הגרסה המסחרית),שני חלקים מלבני ליד הקצה של המקורבות הם "שיניים" המחזיקות במכלול הראש; (ג) שמירה באביב עבור הרוטור (לא נעשה שימוש במנגנון באביב-תחבורה); (ד) הראש והרכבת כבל; (ה) בקר אלקטרוני.
איור 2: ציור מכאני של האצבעונים אישית ממדים קריטיים מוצגים ומקבלים ב ארצות הברית יחידות מנהגים (1 אינץ '= 25.4 מ"מ).. כל העמידות הן 0.005 אינץ '(0.1 מ"מ). קובץ * .step כלול כקובץ משלים. החלק צריך להיות עשוי נירוסטה 316L, גימור RA16 (מיקרו-אינץ '; RA 0.4 מיקרומטר). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: ציור מכאני של מתאם אשכול ממדים קריטיים מוצגים ומקבלים ב ארצות הברית יחידות מנהגים (1 אינץ '= 25.4 מ"מ).. כל העמידות הן 0.005 אינץ '(0.1mm). קובץ * .step כלול כקובץ משלים. החלק צריך להיות עשוי נירוסטה 316L; החוטים הם מסוג 2A. פתיל M6 יש מגרש 1 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4: שרטוט מכאני של הכדור מחזיק ממדים קריטיים מוצגים ומקבלים ב ארצות הברית יחידות מנהגים (1 אינץ '= 25.4 מ"מ).. כל העמידות הן 0.005 אינץ '(0.1mm). קובץ * .step כלול כקובץ משלים. החלק צריך להיות maדה נירוסטה 316L, גימור RA16 (אינץ מיקרו; RA 0.4 מיקרומטר)., ללא קצוות חדים אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5:. אלמנטים של מנגנון העברת אביב סדר ההרכבה (מימין לשמאל), החלקים המוצגים הם: שסתום, מתאם חוט, מנעול-מכונת כביסה, אגוז, לחתוך 8-32 הרבעה, אגוז, מנעול-מכונת כביסה, כדור -holder / הרכבת האביב, ואת הרוטור 4.5 מ"מ.
איור 6:. הגדרת המרחק של הכדור-מחזיק לאחר הרכבת המנגנון-תחבורת האביב, לסגור את הברז, למקם את הרוטור האצבעון המותאם אישית, לאבטח את הרוטור עם מגנט טפח עד הסוף של הimble ולאחר מכן למקם אצבעון על כדור בעל / האביב. הפער צריך למדוד מינימום של 2 מ"מ, אך לא יותר מ -6 מ"מ.
איור 7:. עצרת של הקצף האפור הכהה מייצגת את מגזרת קצף PE, המלבנים בצבע האפורים הבהירים הם קצפו אסתר.
איור 8:. מנגנון תחבורת האביב את החבילה הכוללת טיסת מנגנון תחבורת האביב הוא בכושר לתוך לחתוך החוצה קצף PE. קצף אסתר משמש תחת קצף PE ו במכסה במקרה. הקצף אסתר עולה 7.6 ס"מ עובי. המקרה הוא מקרה קשה פגז יצוק rotationally.
איור 9: The-tra באביבמנגנון תובלה רכוב בתא ואקום. המנגנון התחבורה האביב חייב להיות מותקן על בתא ואקום כזה שהראש הוא אנכי בתוך 2 מעלות, כמוצג.
איור 10:. הלם לעומת גובה עבור PE קצף ההלם לשני בעוביים שונים של קצף PE מוצג כפונקציה של גובה ירידה. ההלם הממוצע בגובה ירידה 76 ס"מ קרוב 50 גרם, אך פיזור בנתונים כפי שנמדד על ידי סטיית התקן היא כמעט 10% (כפי שמוצג הסורגים הוודאות). אפילו בגובה טיפת 152 ס"מ, הזעזוע הוא פחות מ -100 גרם היטב בתוך כוח ההחזקה של האביב.
איור 11: השפעת קצף דחוס כמות קטנה של מעלות דחיסת קצף.Rades היכולת של קצף כדי להפחית הלם, כפי שניתן לראות על ידי ערכי הלם הגדולים של הקצף הדחוס.
איור 12:. ניוטרון תצלום רנטגן של מנגנון האביב-תחבורה (א) הוא שסתום במצב פתוח ו- (ב) הוא שסתום במצב סגור, מראה את הרוטור שנתפסו יפה הקודקוד של בעל בצורת כדור conically ו אֶצבָּעוֹן. מנגנון קפיץ-התחבורה לראות הושלך יותר מ -180 פעמים לפני תמונת רנטגן נלקחה. נתון זה פורסם בעבר Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, מ ', Phandinh, נ בניין חבילה-תחבורה האביב ספינינג מודד הרוטור. J. Vac. Sci. טכנולוגיה. 33 א (3), 033,201 (2015); נעשה בו שימוש בהתאם הרישיון לא מותאם Creative Commons ייחוס 3.0.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
המטרה הייתה לעצב מנגנון תחבורת האביב עם כוח החזקה מספיק כאלה כי הרוטור יישאר משותק במהלך הובלה. עיצוב מנגנון האביב-תחבורה חזקה אינו מספיק כדי להבטיח את הרוטור יישאר משותק בגלל, למשל, להפיל את מנגנון מגובה גבוה על משטח קשה יכול לייצר זעזוע עצום. הכוח על הרוטור ניתן להפחית באופן משמעותי על ידי אריזת מנגנון האביב-תחבורה כזאת שזה decelerates בעדינות על פני מרחק בתוך החבילה, ובכך להפחית את ההלם. כוח הדחף שחווה אובייקט כאשר הוא ירד נקרא ההלם נמדד בדרך כלל במונחים של תאוצת כובד, g. אם אובייקט הוא ירד מ ע"ה גובה decelerates פני מרחק d, הזעזוע הוא פשוט (H / D) x גרם. לדוגמה, אם חפץ הוא ירד מגובה של 1 מ ', והוא decelerates פני מרחק של 1 ס"מ, יםלמשכן שחווים האובייקט הוא 100 גרם. דוגמה זו מייצגת הערכה סבירה של הלם אנו יכולים לצפות כשחפץ ארוז היטב הוא ירד במהלך הטיפול. לכן המנגנון-תחבורת האביב נועד לשמור על הרוטור המשותק במהלך ההלם של לפחות גרמתי 100. זה לא היה קשה להשיג. קפיץ עם קבוע קפיץ של 3 N / מ"מ, אשר שנדחס 3 מ"מ עם השסתום סגור לגמרי. המסה של הרוטור הייתה 0.37 גרם ואת המסה של בעל הכדור הייתה 0.55 גרם, ובכך באביב הדחוס ויצר כוח מחזיק כמה מאות גרם. מתוך אורך הקפיץ, הוא היה נראה כי דחיסה של לפחות 2 מ"מ מושגת בקלות; עם זאת, הבחנו כי החום שנוצר על ידי ריתוך טקטיקה נטו לקצר באביב מעט על ידי צמצום המרווח באביב ליד הקצוות. החרוטים בצורת אצבעון וכדור-בעל להבטיח כי הכדור לא יזוז רוחבי ביחס לצייר אצבעון. האצבעון היה צריך להיות מותאם אישית maעבור דה משתי סיבות: סוף הפנים נועד להיות בצורת conically כדי להגביל את הכדור, ואת האורך היה צריך להיות כך באביב יקבל את הדחיסה הנכונה כאשר הוא סגר את הברז. השבץ שסתום ההעתק ליניארי הכולל של מושב השסתום קריטי בקביעת אורך אצבעון. אם מותג או דגם של שסתום נבחר כי יש לשבץ שונה שסתום ברשימת החומרים, באורך אצבעון שונה עשוי להיות נחוץ. שהסתום בחרנו בבקשה זו צוין על יותר מ -1,000 סגירות, אינו דורש מפתח מומנט לסגור, ויש לו עגיל ממוקם בנוחות עבור הרכבה באביב, מה שהופך אותו אידיאלי עבור יישום זה. לבסוף, השימוש שייבות והרכבה חזק מבטיח חוסנו של מכשירים, כמו בדיקות שלנו שלהלן מצביעים.
כפי שנאמר קודם לכן, מוסדות אחרים עשו והשתמשו מנגנוני קפיץ-תחבורה. יש מעט מידע בספרות על איך oth אלהגרסאות אה תוכננו או נבדק. העדות ההיסטורית של יציבות לטווח ארוך של מודד ספינינג-רוטור מועבר באמצעות גירסאות אחרות אלה של מנגנון האביב-תחבורה מוכיח כי הוא יעיל בשימור מקדם אירוח של SRG, ובלבד מנגנון העברת האביב פועלת כמתוכנן ועושה לא מצליחים לשתק את הרוטור במהלך ההובלה. הגרסה NIST המוצג כאן נבדק בקפדנות על החוסן וצפוי לשמור על מקדם אירוח SRG לפחות כמו גם את הגרסאות הקודמות. יתר על כן, את החשיבות של אריזות המנגנון-תחבורה באביב בצורה כזאת כדי למזער זעזועים לא נדונה בספרות. כאן מפרט והוראות מפורטות מקבלים על הדרך בה יש לארוז המנגנון-תחבורת האביב. בדיקות הירידה הנדונים בסעיף הקודם עולות כי האריזה תפחית את ההלם כמתוכנן.
שיטות אחרות משמשות לעתים קרובותלהובלת ספינינג מודד הרוטור. השיטה הנפוצה ביותר בשימוש עבור הלקוחות של שירות הכיול של NIST היא להבטיח את הרוטור אל האצבעון באמצעות מגנט חיצוני. שיטה נוספת היא להסיר את הרוטור מן האצבעון ומניח אותו בתוך צנצנת זכוכית או לעטוף את הרוטור בנייר אלומיניום או מטלית נטולת מוך. מחקר של 70 הרוטורים לקוח עם כיולים חוזרים ב NIST עולה כי הדירות הממוצעות היו 0.94%. 13 כפי שצוין קודם לכן, נתונים הסטוריים עבור המכניקה-תחבורת האביב הצביעו על כך, 90% מהזמן, היו הרוטורים של דירות טובות יותר מאשר 0.75% ב intercomprisons שבו הרוטורים נשלחים מספר פעמים בינלאומיות. שיטת המשלוח אחד אחר נהג הרוטורים הספינה כי הניב תוצאות יציבות מצוינת היא ביד לשאת את הרוטור. למרבה הצער שיטה זו אינה מעשית ברוב המקרים.
הווה העיצוב בפרוטוקול ספציפי למודל שהסתום והסוג שצוין. שסתומים אחרים עשויים להיות לנוed, אבל זה יהיה צורך לשנות את העיצוב. באופן ספציפי, משך את הצרכים אצבעון להיות מותאם כדי להתאים את השבץ שסתום כך באביב דוחס ידי לפחות 2 מ"מ כאשר השסתום נסגר לחלוטין. בנוסף, יש צורך לבחור שסתום בעל הר נוח עבור הרכבת האביב; יש לא כל השסתומים תכונות כאלה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
המחברים מודים על העזרה של המדען מכשיר מתקן הדמיה נויטרונים NIST ד"ר דניאל הוסי לסיוע אותנו עם צילומי נויטרונים.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Spring, 3 N/m | Lee Spring (www.leespring.com) | LC 042C 18 S316 | Outside diameter 0.240 in, Wire Diameter 0.042 in, Rate 17.1 lb/in, Free Length 2.25 in, Number of Coils 29.3 |
| 8-32 threaded rod, 316 stainless steel | McMaster-Carr (www.mcmaster.com) | 90575A260 | Type 316 Stainless Steel Fully Threaded Stud 8-32 Thread, 3" Length. Cut to length specified in protocol |
| standoffs, 8-32 Screw Size | McMaster-Carr (www.mcmaster.com) | 91125A140 | 18-8 Stainless Steel Female Threaded Round Standoff, 1/4" OD, 1/4" Length, 8-32 Screw Size |
| nuts, 8-32 | McMaster-Carr (www.mcmaster.com) | 90205A309 | 316 SS Undersized Machine Screw Hex Nut 8-32 Thread Size, 1/4" Width, 3/32" Height |
| Split Lock-Washers, 316 Stainless Steel | McMaster-Carr (www.mcmaster.com) | 92147A425 | Type 316 Stainless Steel Split Lock Washer NO. 8 Screw Size, .3" OD, .04" min Thick |
| Steel Rotor | McMaster-Carr (www.mcmaster.com) | 9292K38 | Bearing-Quality E52100 Alloy Steel, Hardened Ball, 4.5 mm Diameter |
| Right-Angle Valve | VAT Valve (www.vatvalve.com) | 54132-GE02-0001 | Easy-close all-metal angle valve, DN 40 (1.5") |
| Shipping Container | Allcases, Reekstin & Associates (www.allcases.com) | REAL1616-1205 | Zinc Hardware w/Zinc Handles, Rotationally Molded, light-weight, high-impact, Polyethylene Case with protected recessed hardware. 15.75" x 15.88" x 16.45" |
| Ester Foam | Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) | ES-PAD 3" Thick | 3" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27". |
| Ester Foam | Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) | ES-PAD 1" Thick | 1" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27". |
| Egg-carton ester foam | Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) | ES-CONV | ES-CONV, 2 lb, 24" x 27" x 1 1/2". "egg-crate" ester foam. |
| Foam Cutout, PE foam | Willard Packaging Co. (www.willardpackaging.com) | Custom Foam Cutout. | |
| Spinning Rotor Gauge | MKS Instruments (www.mks.com) | SRG-3 | Controller, head, and thimble. Custom thimble must be used for the spring-transport mechanism |
| Custom thimble | MDC vacuum Inc. (www.mdcvacuum.com) | drawing must be submitted for custom part | |
| Detergent | Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) | 04-320-4 | Sparkleen 1 Detergent |
| Acetone | Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) | A18-S4 | Acetone (Certified ACS) |
| Ethanol | Warner-Graham Company (www.warnergraham.com) | 190 proof USP | 190 Proof USP ethyl alcohol |
| Bolt set for valve | Kurt J. Lesker (www.lesker.com) | TBS25028125P | B,N&W set, 12 point, (25)1/4-28 x 1.25", for 2.75" thru, silver plat |
| Silver-plated copper gaskets | Kurt J. Lesker (www.lesker.com) | GA-0275LBNSP | |
| Spring Assembly (welding) | Omley Industries, Inc. (www.omley.com) | N/A | The machine work and welding were done in NIST's shop. However, Omley industries was used as an alternative for welding the spring assembly. |
References
- Fremerey, J. K. The spinning rotor gauge. J. Vac. Sci. Technol. A. 3 (3), 1715-1720 (1985).
- Jousten, K. Chapter 13, Total Pressure Vacuum Gauges. Handbook of Vacuum Technology. Jousten, K. , Wiley-VCH. Weinheim. 573-583 (2008).
- Berg, R. F., Fedchak, J. A. NIST Calibration Services for Spinning Rotor Gauge Calibrations. NIST Special Publication. , 250-293 (2015).
- Messer, G., et al. Intercomparison of Nine National High-vacuum Standards under the Auspices of the Bureau International des Poids et Mesures. Metrologia. 26, 183-195 (1989).
- Jousten, K., et al. Results of the regional key comparison Euromet.M.P-K1.b in the pressure range from 3 x 10 Pa to 0.9 Pa. Metrologia. 42 (1A), 07001 (2005).
- Jousten, K., Santander Romero, L. A., Torres Guzman, J. C. Results of the key comparison SIM-Euromet.M.P-BK3 (bilateral comparison) in the pressure range from 3 x 10 Pa to 0.9 Pa. Metrologia. 42 (1A), 07002 (2005).
- Yoshida, H., Arai, K., Akimichi, H., Hong, S. S., Song, H. W. Final report on key comparison APMP.M.P-K3: Absolute pressure measurements in gas from 3 x 10 Pa to 9 x 10 Pa. Metrologia. 48 (1A), 07013 (2011).
- Fedchak, J. A., Bock, T. h, Jousten, K. Bilateral key comparison CCM.P-K3.1 for absolute pressure measurements from 3 x 10 Pa to 9 x 10 Pa. Metrologia. 51 (1A), 07005 (2014).
- Fedchak, J. A., Arai, K., Jousten, K., Setina, J., Yoshida, H. Recommended practices for the use of spinning rotor gauges in inter-laboratory comparisons. Measurement. 66, 176-183 (2015).
- Rohl, P., Jitschin, W. Performance of the spinning rotor gauge with a novel transport device as a transfer standard for high vacuum. Vacuum. 38 (7), 507-509 (1988).
- Fedchak, J. A., Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Building a spring-transport package for spinning rotor gauges. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), (2015).
- Hussey, D. S., Jacobson, D. L., Arif, M., Coakley, K. J., Vecchia, D. F. In Situ Fuel Cell Water Metrology at the NIST Neutron Imaging Facility. J. Fuel Cell Sci. Technol. 7 (2), 021024 (2010).
- Chang, R. F., Abbott, P. J. Factors affecting the reproducibility of the accommodation coefficient of the spinning rotor gauge. J. Vac. Sci. Technol. A. 25 (6), 1567-1576 (2007).
