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Engineering

Cómo construir un vacío Paquete de primavera-transporte para la hilatura de rotor de medidores

Published: April 7, 2016 doi: 10.3791/53937
Automatic Translation
1, 1, 1
1Sensor Science Division, Thermodynamic Metrology Group, National Institute of Science and Technology

Abstract

El medidor de rotor de hilado (SRG) es un medidor de alto vacío a menudo usado como un estándar secundario o de transferencia para presiones de vacío en el intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. En esta aplicación, los grupos autónomos son transportados con frecuencia a los laboratorios para calibración. Los eventos pueden ocurrir durante el transporte de que el cambio de las condiciones de la superficie del rotor, cambiando así el factor de calibración. Para asegurar la estabilidad de calibración, un mecanismo de transporte de la primavera a menudo se utiliza para inmovilizar el rotor y mantenerlo bajo vacío durante el transporte. También es importante para el transporte del mecanismo de transporte de resorte usando embalaje diseñado para minimizar el riesgo de daño durante el envío. En este manuscrito, una descripción detallada se da en la forma de construir un sólido mecanismo de transporte de la primavera y el contenedor de transporte. Juntos, forman un paquete de transporte de la primavera. El diseño del envase de transporte de la primavera fue probada usando ensayos de caída y el rendimiento se encontró que era excelente. La presente primavera-TranspORT diseño del mecanismo mantiene el rotor inmovilizado cuando se experimenta choques de varios cientos g (g = 9,8 m / s 2 y es la aceleración debida a la gravedad), mientras que el contenedor de transporte asegura que el mecanismo no experimentará choques mayor que aproximadamente 100 g durante común percances de envío (según la definición de estándares de la industria).

Introduction

El medidor de rotor de hilado (SRG) es un medidor de alto vacío se utiliza para determinar las presiones de vacío en el intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Se trata fundamentalmente de una bola de acero de rotación que está suspendido entre dos imanes permanentes. Los electroimanes se utilizan para girar, o "spin-up", la pelota a una cierta frecuencia (típicamente 410 Hz); la pelota se deja entonces para girar libremente, pero la velocidad de rotación se reducirá con el tiempo debido a las colisiones de las moléculas de gas en el sistema de vacío con la superficie de la bola. La presión de vacío es decir, que son la tasa de deceleración de la bola de acero o de rotor La figura 1 muestra los elementos esenciales de la SRG:. Rotor, dedal, cabeza con cable de conexión y controlador electrónico. El rotor, o una pelota, está contenida en el cartucho durante el funcionamiento y que normalmente no está a cargo de, ni es visible para el usuario SRG. El dedal está conectado al sistema de vacío. Para hacer funcionar el SRG, la cabeza se desliza sobre el dedal. loscabeza contiene dos imanes permanentes y varios conjuntos de bobinas de alambre usados ​​para la estabilización vertical y horizontal, la conducción del rotor, y la detección de la rotación. El controlador electrónico interpreta la señal de la bobina de detección de modo que una medición de la presión se puede hacer. Para un rotor con las condiciones de superficie ideal, la tasa de desaceleración se relaciona con la presión de vacío por la física fundamental. Para realizar mediciones de presión absoluta usando un SRG, un factor de calibración, conocido como el coeficiente de acomodación efectiva, debe ser determinado. El coeficiente de alojamiento eficaz depende de las condiciones de la superficie reales del rotor, tales como la rugosidad, los gases adsorbidos y los arañazos. Estos factores tiende a ser estable durante el curso de su uso. Detalles adicionales de grupos autónomos se pueden encontrar en otras referencias 1 -. 3

El SRG se utiliza en aplicaciones donde se requieren mediciones de vacío absoluto. Por ejemplo, los laboratorios de calibración a menudoutilizar grupos autónomos como un estándar de vacío absoluto. En este caso, los indicadores de alto vacío se calibran mediante la comparación de su lectura a la de la SRG. A su vez, el estándar SRG debe ser calibrado periódicamente por el envío de la SRG a un laboratorio de calibración primaria de tener su coeficiente de alojamiento volver a determinar. laboratorios de calibración primarios son generalmente Institutos Nacionales de Metrología como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). El laboratorio primaria determina el coeficiente de acomodación SRG mediante la comparación de su lectura a un nivel de vacío primario, y luego devuelve el SRG al laboratorio de calibración "secundaria". El SRG también se utiliza como un estándar de transferencia para la comparación de los estándares de calibración entre laboratorios o institutos nacionales de metrología. En esta aplicación, el SRG se transporta nivel nacional o internacional entre los diferentes laboratorios. 4 - 8 Durante el transporte, los eventos pueden ocurrir que el cambio del coeficiente de acomodación. Antes de shipment, el rotor debe desconectarse de la suspensión y se retira la cabeza; el rotor a continuación, se apoya en la pared interior del dedo de guante. Durante el transporte, la superficie del rotor está sujeta a cambios de la acción mecánica entre el rotor y el dedal debido a las vibraciones y los choques, o la superficie puede cambiar debido a la exposición de la rotor a gas y humedad atmosférica. Estos cambios afectan a la estabilidad a largo plazo del coeficiente de acomodación. Idealmente, el rotor debe permanecer en vacío e inmovilizado durante el transporte.

Históricamente, los grupos autónomos han sido utilizados como patrones de transferencia en las comparaciones clave de las normas de vacío entre los institutos nacionales de metrología, en los grupos autónomos son transportados a nivel internacional muchas veces entre los diversos institutos. 9 Durante una comparación de claves temprana, se encontró que la estabilidad a largo plazo de la coeficiente de alojamiento SRG se podría mejorar mediante la utilización de un mecanismo de transporte de resorte que tanto inmoviliza el rotor y lo mantuvo bajo vacío durante el transporte. 1,10 Desde entonces, el mecanismo de transporte de la primavera ha sido utilizado muchas veces en las comparaciones internacionales clave. Un estudio reciente de los datos históricos mostró que 90% de estas comparaciones tenían estabilidades mejor que 0,75%, y 70% tienen estabilidades de 0,5%. 9 Por lo tanto, el uso de un mecanismo de transporte de la primavera, en la mayoría de los casos, producir una estabilidad que es más que suficiente para la mayoría de aplicaciones.

Hasta ahora, ha habido poca orientación en la literatura sobre cómo construir un mecanismo de transporte de la primavera. Las primeras versiones de estos dispositivos se han sabido para fallar para inmovilizar completamente el rotor, debido a una combinación de estar diseñado insuficiente para la robustez y la manipulación no deseada durante el envío. Estas primeras lecciones muestran que es importante tanto para construir un sólido mecanismo de transporte de la primavera, y para empaquetar adecuadamente de una manera que minimice los golpes durante el transporte. Este punto más adelante es crítica, pero a menudo ignorada. Aquí vamos a describe la construcción de un sólido mecanismo de transporte de la primavera, además de un paquete de transporte construido adecuadamente. Nuestro diseño se basa en algunos principios sencillos, probados, de ingeniería que permiten la construcción de un paquete de transporte de la primavera duradero que minimiza la posibilidad de fallo durante el transporte. También describimos nuestras pruebas de la solidez de nuestro diseño. Los detalles adicionales de los métodos de ensayo se pueden encontrar en Fedchak et al. (2015). 11

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Protocol

Piezas 1. Procura no personalizados para el mecanismo de transporte de la primavera

  1. Adquirir los muelles, barra roscada y separadores, tuercas y arandelas. Estos elementos se enumeran en la Lista de materiales específicos / Equipo. Compra los resortes y los separadores antes de fabricar el soporte de bola. Utilizar el acero inoxidable 18-8 (excepto 303), o preferiblemente de acero inoxidable 316, para todos los materiales.
  2. Procurar rotor. El rotor es un 4.5 mm de rodamiento de bolas de diámetro de acero inoxidable 440C o acero aleado E52100.
  3. Procurar la válvula de ángulo recto que aparece en la lista de materiales específicos / Equipo.

2. Materiales procurar para el Transporte de Contenedores

  1. Procurar el contenedor de transporte. Utilice moldeados rotacionalmente, casos de cáscara dura de polietileno con cavidades protegidas ya que estos eran el tipo de casos que se probaron con éxito. El caso en la Lista de materiales específicos / Equipo cumpla con los requisitos mínimos de espacio interior.
  2. ProcUre el embalaje de espuma.
    1. Procurar # 2 (32 kg / m 3) de poliuretano (éster) de espuma. Compra suficiente espuma de éster para llenar la parte superior e inferior de la caja de transporte. Comprar un trozo de 5 cm de espuma de éster de huevo caja de cartón.
    2. Procurar 2 # espuma (PE) de polietileno que es de 7,6 cm de espesor y tiene un área lo suficientemente grande como para cubrir el ancho y la profundidad de la caja de transporte.

3. Adquisición y fabricación de piezas de encargo para el mecanismo de resorte-transporte

Nota: El ejemplo dibujos de las piezas a medida que se describen en esta sección se dan en las figuras 2-4.

  1. Producir y presentar dibujos para proveedores de encargo o de la propia tienda para la fabricación del medidor de rotor (SRG) dedal / brida. Las dimensiones críticas se dan en la Figura 2. El fabricante personalizado debe estar familiarizado con las técnicas de fabricación de ultra alto vacío (UHV). El dedal es relativamente simple de fabricar unand está bien dentro de la capacidad de muchas empresas de componentes de vacío.
  2. Adquirir los dientes que sujetan la cabeza SRG a la brida (ver Figura 1). Estos pueden ser removidos de la asamblea comercial dedal / SRG brida que viene con la unidad de control electrónico SRG. Cada diente se mantiene en su lugar por un solo perno (típicamente una cabeza hueca hexagonal métrica) con una arandela de seguridad, y puede ser removido por unbolting con la llave adecuada (tal como una llave hexagonal métrica).
    1. Alternativamente, la fabricación de estos por el mismo proveedor que proporciona el dedal / brida como en el paso anterior, pero las técnicas de fabricación ultra-alto vacío no tienen que ser seguidos. Hacer copias exactas de las púas SRG comerciales.
  3. Producir y presentar dibujos por la simple adaptador para conectar el perno M6 en la válvula de ángulo derecho de un espárrago de 8-32 todos los hilos (hardware estándar americano). Vea la Figura 3.
  4. Producir y presentar dibujos para la fabricación del titular de la pelota. Crítical dimensiones se indican en la Figura 4. Fabrique el soporte de bola de acero inoxidable 316L de acuerdo con las técnicas de fabricación de ultra alto vacío. Tack soldar el soporte de bola a un extremo de un resorte. Con puntos de soldadura el otro extremo del resorte para el enfrentamiento. Limpiar todas las partes de conformidad con el procedimiento de limpieza recogen en el apartado 5.
  5. Cortar el perno 8-32 todos los hilos a una longitud de 18 mm y limpio como se describe en la sección 5.

4. La fabricación de espuma de encargo del recorte

  1. Hacer un recorte para el mecanismo de transporte de la primavera en la espuma de PE. Seguir los contornos del conjunto de válvula lo más estrechamente posible. Para ello, la mano con un cuchillo afilado; Alternativamente, el contorno puede ser cortado profesionalmente por un proveedor de envases.
  2. Usar las dimensiones de la válvula propuesta por el fabricante de la válvula y las dimensiones dedal / brida indicadas en la figura 2. Cortar el espacio para el dedal suficientemente grande para acomodar las púas (1,5 cm x 3,8 cm).

5. Limpieza de los Componentes de vacío

  1. Limpiar todos los componentes de vacío de ultra alto vacío (UHV) antes del montaje. Nuestro procedimiento de limpieza recomendado es el siguiente.
    1. Manipular piezas de vacío utilizando nitrilo, látex o guantes de vinilo. No tocar con las manos desnudas.
    2. Limpiar las piezas con un detergente suave (como el que aparece en la lista de materiales / equipos) disuelto en agua destilada o desionizada y un paño sin pelusa.
    3. Coloque los componentes en un baño de detergente neutro disuelto en agua destilada o desionizada y colocar en un limpiador ultrasónico durante 20 minutos.
    4. Enjuague completamente las partes con agua destilada o desionizada.
    5. Cubrirá las piezas con acetona y el lugar en un limpiador ultrasónico durante 20 minutos.
    6. Extraer piezas de acetona. Cubrirá las piezas con el etanol y el lugar en un limpiador ultrasónico durante 20 minutos.
    7. Retire las piezas del etanol. Enjuague bien con agua destilada o desionizada.
    8. Soplar las piezasseca con nitrógeno seco o aire seco y limpio.
    9. Deje que las piezas aire seco sobre un paño sin pelusa calidad de sala limpia durante 24 horas.

6. Monte el mecanismo de resorte-transporte

  1. Durante el montaje, use guantes de nitrilo, vinilo o látex. No toque las piezas de vacío con las manos desnudas.
  2. Reunir las herramientas necesarias: alicates de punta fina, conductor de cabeza hueca de 8-32 tuerca, llave para el adaptador, regla o calibre. Limpiar el gobernante / micrómetro con etanol; limpiar todas las otras herramientas utilizando el procedimiento del paso 5.
  3. Reunir las piezas necesarias: el conjunto de válvula, dedal, rodamientos de bolas, bola titular / muelle (véase el paso 3.5), 18 mm de largo 8-32 espárrago, adaptador de rosca, tuercas y arandelas de seguridad, 3 mm llave Allen y el enmascaramiento cinta. Ver Figura 5.
  4. Primavera-Transporte Asamblea Mecanismo:
    1. cerrar completamente la válvula de ángulo recto girándolo hacia la derecha hasta que se detenga.
    2. Mirando a través de los puertos de la válvula, identificar el centere perno M6d en el asiento de válvula.
    3. Atornille el adaptador ajustadamente en el perno M6. Insertar una llave o unos alicates limpia UHV a través del puerto para obtener el adaptador como ceñido como sea posible.
    4. Inserte 8-32 perno en el otro extremo del adaptador. Apretar según ajustadamente como sea posible. El espárrago 8-32 se extenderá a través del adaptador y empuje contra el perno M6.
    5. Coloque arandela de seguridad en 8-32 espárrago y luego una tuerca. Apriete la tuerca utilizando un controlador de socket limpia o unos alicates. La válvula puede estar cerrada durante este paso para hacer más fácil de apriete.
    6. Coloque una tuerca en el perno 8-32. Girarlo hasta casi tocar la tuerca en el otro extremo. Coloque la arandela de seguridad en 8-32 espárrago.
    7. Coloque la primavera / bola-poseedor al 8-32 perno por el enfrentamiento. Gire el enfrentamiento hasta que toque la arandela de seguridad.
      Nota: El siguiente procedimiento describe cómo comprobar el ajuste de la longitud del conjunto de muelles, véase la Figura 6.
    8. Coloque el rotor en el cartucho a medida y fijarlo con un imán (de corriente alternaommercial SRG) colocándolo en el extremo dedal y fijándolo con cinta adhesiva. El rotor se encuentra ahora en el extremo del dedo de guante.
    9. Deslice el dedal sobre la primavera / bola-titular, parada cuando el balón titular toca el balón. Medir la distancia entre la brida de la válvula y la brida de dedal, que en la Figura 6.
      1. Si la diferencia es del orden de 2 mm a 6 mm, vaya al paso 6.4.10.2). Un hueco nominal de 3 mm es ideal, pero un vacío en el rango es de 2-6 mm suficiente. Un hueco más pequeño que 2 mm no es aceptable.
      2. Retire el conjunto del dedal / brida y dejar de lado. Si la diferencia era inferior a 2 mm, gire el enfrentamiento a la izquierda para hacer el espacio más grande. Si la diferencia era mayor de 6 mm, gire el enfrentamiento hacia la derecha para hacer el hueco más pequeño. Vuelve al paso 6.4.10.
    10. Retire el conjunto del dedal / brida y dejar de lado. Si la diferencia era inferior a 2 mm, gire el enfrentamiento a la izquierda para hacer el espacio más grande. Si la diferencia era mayor de 6 mm, gire el standoff las agujas del reloj para hacer el hueco más pequeño. Vuelve al paso 6.4.10.
    11. Apriete la tuerca contra el enfrentamiento.
    12. Abra la válvula girando en sentido antihorario.
  5. Montar la brida:
    1. Retire el rotor quitando la cinta adhesiva y el imán y permitiendo cuidadosamente el rotor para rodar fuera del dedal.
    2. Una los dos dientes a la brida mediante una arandela de seguridad y el perno insertado a través del lado posterior de la brida de encargo / dedal. La arandela de seguridad y el perno son proporcionados por el SRG comercial. La arandela de seguridad y el perno no necesitan ser limpiados para ultra-alto vacío.
    3. Girar las púas de modo que son cuadrados uno con el otro, como en la Figura 1 y la Figura 9.
    4. Revise si los brazos de la rectitud por el deslizamiento de la cabeza SRG sobre el dedal. La cabeza debe deslizarse libremente sobre.
    5. Dar a los dos pernos de un endurecimiento final y volver a comprobar la alineación como en el paso 6.5.3.
    6. Coloque el rotor de nuevo en el dedal, unaD cierra con la cinta imán y enmascaramiento.
  6. Completar conjunto de transporte de primavera:
    1. Coloque la junta de cobre o cobre plateado en el orificio de la válvula.
    2. Coloque el rotor en el cartucho (si no está ya en el dedal de la etapa 6.5.6).
    3. Deslice la brida / montaje dedal sobre el / la bola-soporte de muelle. Orientar la brida de tal manera que el tornillo de ajuste en los dientes estará apuntando hacia abajo cuando la válvula está unido a la cámara.
    4. Mediante ¼-28 pernos y tuercas, asegurar la brida de la válvula.
    5. Cierre la válvula.
    6. Retire imán y cinta de embalaje de la pelota.

7. Montar el Transporte de Contenedores

  1. Cortar la espuma éster con el tamaño de la caja de transporte. El espesor de la espuma dependerá de la altura del recipiente. Colocar un espesor mínimo de 7,6 cm de espuma en la parte inferior. La figura 7 muestra el conjunto de la espuma.
  2. Coloque el recorte de espuma de polietileno en la parte superior de la camisetaél éster espuma.
  3. Colocar una capa de espuma de éster en la tapa. El espesor mínimo debe ser de 7,6 cm. La figura 8 muestra la colocación final del mecanismo de transporte de la primavera. Use papel de aluminio limpio y una tapa de extremo de plástico (suministrada con la válvula) para proteger el extremo abierto del orificio de la válvula durante el transporte.

8. Uso del mecanismo de muelle-transporte

  1. El montaje y la suspensión del rotor:
    Nota: la Figura 9 muestra el mecanismo de transporte de resorte montado con la cabeza unida. El primer paso es eliminar el mecanismo de transporte de la primavera del contenedor de envío. En lo que sigue, se supone que el lector está familiarizado con el funcionamiento del medidor de hilado-rotor. Los detalles de la operación del controlador se pueden encontrar en el manual de usuario del controlador. También se supone que el lector está familiarizado con la tecnología de alto vacío.
    1. Retire la cápsula y la lámina desde el puerto abierto del mecanismo de transporte de la primavera. Una elpuerto abierto a un DN 40 (CF 2,75 ") de puerto en una cámara de vacío utilizando un nuevo cobre o junta de cobre chapado en plata y un conjunto ¼-28 perno. La orientación de la válvula dependerá de la orientación de las púas. El correcto la orientación se muestra en la Figura 9. el diente con los puntos tornillo de fijación hacia abajo. resbalón de la cabeza sobre el dedal, la orientación del dedal debe ser vertical dentro de 2 °. Compruebe la orientación con un nivel.
    2. Evacuar la cámara de vacío a menos de 10 -3 Pa. Abrir lentamente la válvula de mecanismo de transporte de la primavera.
    3. Coloque la cabeza al controlador. Encienda el controlador y suspender la pelota.
  2. De-montar el mecanismo de resorte-Transport
    1. De-suspender el rotor usando el controlador electrónico. Apague el controlador.
    2. Cierre la válvula de mecanismo de transporte de la primavera.
    3. Retire la cabeza.
    4. Vent cámara de vacío.
    5. Retire el mecanismo de transporte de la primavera por un-atornillar la válvulapuerto de la cámara de vacío.
    6. Coloque papel limpio y una tapa de extremo de plástico sobre el puerto abierto del mecanismo de transporte de la primavera. Lugar mecanismo de transporte de la primavera en corte en contenedor de transporte.

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Representative Results

Todos los componentes de SRG comercial se muestran en la Figura 1. Esto incluye el rotor, dedal, la cabeza que contiene los imanes permanentes y bobinas de alambre utilizados para la suspensión y la recogida, y el controlador electrónico. El pequeño muelle que se muestra (Figura 1c) se utiliza para retener la bola en el cartucho; este muelle de retención no se utiliza en el mecanismo de transporte de la primavera. El controlador comercial y la cabeza se utilizan en el mecanismo de transporte de la primavera. Las púas del dedal comercial podrán ser retirados y utilizados en el mecanismo de transporte de la primavera, o una copia de estas piezas sencillas se pueden fabricar. El rotor también puede ser usado, o un cojinete de bolas diferente puede ser utilizado, tal como se especifica en la lista de materiales. Los dibujos mecánicos en las figuras 2-4 dan las dimensiones críticas de las partes personalizados que deben ser fabricados para construir el mecanismo de transporte de la primavera. El balón titular en la Figura 4 estachuela soldada sobre un extremo de un resorte y el otro extremo del resorte es tack-soldada a un punto muerto. Con la excepción del dedo de guante, todas las piezas necesarias para montar el mecanismo de transporte de resorte se muestra en la Figura 5. El resorte debe ser comprimido un mínimo de 2 mm y de compresión nominal de 3 mm se sugiere por los autores. La Figura 6 muestra la técnica de medición para determinar si el muelle se comprime adecuadamente, como se explica en el procedimiento.

La Figura 7 muestra un conjunto típico de las piezas de espuma, la figura 8 muestra el mecanismo de transporte de la primavera en el paquete de transporte. Un contenedor de transporte debe ser seleccionado que sea lo suficientemente grande como para permitir el sitio para 7,6 cm de espuma que rodean el mecanismo de transporte de la primavera en todos los lados y extremos. Mediante el uso de un mínimo de 7,6 cm de espuma de éster en la parte superior e inferior y un mínimo de 7,6 cm de espuma de PE en los lados, THe impacto sufrido por el mecanismo de transporte de la primavera se llevará a cabo a menos de 100 g, incluso en caso de caída de 152 cm, como se muestra en la Figura 10. Es muy importante asegurarse de que la espuma no se comprime cuando el embalaje del mecanismo de transporte de la primavera. Esto puede ser causado por el uso de espuma que es demasiado grueso La figura 11 muestra el efecto de la compresión de la espuma incluso en una pequeña cantidad:. El choque se incrementa alrededor de 40%. En este caso, la espuma comprimida aproximadamente 1 ¼ cm de más de 22 ¾ cm. Después de realizar más de 180 pruebas de caída de uno de nuestros prototipos, tomamos una imagen de la radiografía de neutrones, la Figura 12, lo que demuestra claramente el mecanismo de transporte de la primavera como se diseñaron. Tenga en cuenta que la válvula en la Figura 12 es de un fabricante diferente que la válvula se especifica en el presente procedimiento. El anterior ya no está disponible comercialmente. Finalmente, la Figura 9 muestra el mecanismo de transporte de resorte montado parautilizar.

Drop-pruebas son una práctica común en la industria del envase y, de acuerdo con las pautas típicas de la industria, para paquetes de menos de 34 kg (75 libras) la altura de caída estándar para la prueba es de 76 cm (30 pulgadas). Un objetivo razonable era que la experiencia mecanismo de transporte de la primavera un choque de menos de 50 g, cuando se redujo de 76 cm, y menos de 100 g cuando se deja caer desde 152 cm, lo cual es el doble de la altura recomendada para una prueba de caída. Hard casos rotomoldeados y dos tipos de espuma estándar fueron elegidos para empaquetar el mecanismo de transporte de la primavera. Poliuretano (éster) de espuma y espuma de polietileno (PE) son espumas comunes disponibles para el embalaje. Vienen en diferentes densidades y por lo general se especifican por sus densidades nominales tales como 2 # espuma (32 kg / m3). Guías de envasado comerciales dan curvas que muestran el nivel de fragilidad deseada (en g, lo que representa el choque máxima que puede ser soportada porel artefacto) frente al espesor de la espuma, con diferentes curvas que representan dejando caer la caja de diferentes alturas. Por ejemplo, si un objeto con una carga estática de 0,77 N / 2 # gruesa espuma de polietileno cm 2 se redujo de 76 cm, 7,6 cm de grosor de espuma # 2 éster y 12,7 cm tanto dar un shock de aproximadamente 30 g. La espuma debe ser suficiente para decelerar suavemente el objeto sobre una distancia razonable elástico, pero lo suficientemente rígido para que hay poca o ninguna compresión de la espuma cuando está bajo carga estática. La compresión comprometer la capacidad de la espuma para absorber el choque. 2 # espuma éster se utilizó en la parte superior e inferior del mecanismo de transporte de primavera, y se utilizó 2 de espuma # PE para el recorte, como se muestra en la Figura 7. La razón por la que la espuma de PE se utilizó para el recorte porque la carga estática es mayor en los extremos de la válvula debido a la zona más pequeña.

Los ensayos de caída se realizaron en el paquete de transporte de la primavera adjuntando una aceleraciónerometer al mecanismo de transporte de la primavera y dejando caer el paquete desde diferentes alturas y orientaciones. La figura 10 muestra el rendimiento de 7,6 cm y 15,2 cm negro # 2 PE espuma. Como puede verse, la espuma más gruesa no se realiza ninguna mejor que la espuma de 7,6 cm. Esto se debe a que una vez que la espuma es lo suficientemente gruesa como para desacelerar plenamente el objeto sobre su espesor, añadiendo más espuma no ayuda. Por lo tanto se concluyó que 7,6 cm de espuma de PE era suficiente para los lados. En la parte superior e inferior, se encontró que un espesor de 7,6 cm de 2 # espuma éster era necesario y suficiente. Esto es consistente con la carga estática más ligero (área más grande) de los lados de la válvula. Un pequeño trozo de 5 cm de espesor de huevo caja de espuma de éster de estilo también se utilizó para la almohadilla de la parte inferior de la abertura de manera que el mecanismo de transporte de resorte no se movería dentro de la abertura. La figura 11 ilustra la importancia de no compresión de la espuma. En pruebas de caída, donde la espuma se comprime ligeramente, el choque fuemucho más grande. También se probaron diferentes tamaños de los casos. Se encontró que una pequeña caja con menos relleno produce un choque más pequeño que un caso más grande. En primera este resultado parecía sorprendente, pero se debe recordar que una vez que el espesor de la espuma es suficiente, la adición de más de espuma no dió mejores resultados de choque. Una hipótesis es que los casos más pequeños producen menos golpes en caso de caída, ya que estos pesan menos que los casos más grandes y más rebotan cuando se deja caer y disipar parte de la energía. Las dimensiones mínimas interior debe ser lo suficientemente grande como para rodear el mecanismo de transporte del resorte por 7,6 cm de espuma en cada lado, específicamente de 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

Se realizaron muchas pruebas de caída con el mecanismo de transporte de la primavera. El contacto entre el rotor y el extremo cónico del dedal se controló durante los ensayos de caída por el registro de la continuidad eléctrica entre la bola y dos cables que pasan a través de un dedal prueba hecha especialmente, como described en la referencia 11. No observamos un fallo del mecanismo de resorte para mantener el rotor durante cualquiera de los ensayos de caída. La figura 12 muestra una radiografía de neutrones 12 de un mecanismo de transporte de la primavera construido por el NIST y se sometieron a más de 180 pruebas de caída. Como se puede ver la imagen en la radiografía, las funciones del mecanismo de transporte de resorte como se ha diseñado, incluso después de haber sido dejado caer tantas veces. Siguiendo los procedimientos descritos aquí, un robusto paquete de transporte de resorte puede ser creado que es capaz de minimizar los efectos del transporte sobre la estabilidad a largo plazo de girar medidores del rotor.

Figura 1
. Figura 1: Elementos de un medidor típico de giro del rotor Esta imagen muestra todos los elementos de un medidor de rotor: (a) la bola de acero o rotor; (B) dedal que contiene el rotor (versión comercial),las dos piezas rectangulares situados cerca del borde de la brida son los "dientes" que sujetan el conjunto de la cabeza; (C) el muelle de retención para el rotor (no utilizado en un mecanismo de transporte de la primavera); (D) la cabeza y el conjunto de cables; (E) el controlador electrónico.

Figura 2
Figura 2: Dibujo Mecánico del dedal personalizada Las dimensiones críticas se muestran y se dan en unidades usuales de los Estados Unidos (1 pulgada = 25,4 mm).. Todas las tolerancias son 0,005 pulgadas (0,1 mm). Un archivo .step * se incluye como un archivo suplementario. La pieza debe ser de acero inoxidable 316L, acabado RA16 (micro pulgadas; RA 0,4 micras). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3: Dibujo mecánico del adaptador de rosca dimensiones críticas se muestran y se dan en unidades usuales de los Estados Unidos (1 pulgada = 25,4 mm).. Todas las tolerancias son 0,005 pulgadas (0,1 mm). Un archivo .step * se incluye como un archivo suplementario. La parte debe estar hecha de acero inoxidable 316L; los hilos son de tipo 2A. La rosca M6 tiene un paso de 1 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4: Dibujo Mecánico del titular de la bola de dimensiones críticas se muestran y se dan en unidades usuales de los Estados Unidos (1 pulgada = 25,4 mm).. Todas las tolerancias son 0,005 pulgadas (0,1 mm). Un archivo .step * se incluye como un archivo suplementario. La pieza debe ser made acero inoxidable 316L, acabado RA16 (micro pulgadas; RA 0,4 micras)., sin bordes afilados favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5:. Los elementos del mecanismo de transporte de la primavera Con el fin de reunión (de derecha a izquierda), las piezas que se muestran son: válvula, adaptador de rosca, arandela de seguridad, tuerca, perno cortado 8-32, tuerca, arandela de seguridad, bola -holder / conjunto de muelles, y 4,5 mm de rotor.

Figura 6
Figura 6:. Fijar la distancia de la Bola-Soporte Después de montar el mecanismo de transporte de la primavera, cerrar la válvula, colocar el rotor en el cartucho de encargo, asegure el rotor con un imán aprovechado hasta el final de los THimble y luego colocar el dedal sobre la pelota titular / primavera. La brecha debe medir un mínimo de 2 mm, pero no más de 6 mm.

Figura 7
Figura 7:. Asamblea de la espuma El gris oscuro representa el recorte de espuma de polietileno, los rectángulos grises claros son la espuma de éster.

Figura 8
Figura 8:. El mecanismo de transporte de la primavera en el embalaje de transporte El mecanismo de transporte de la primavera es encajar en un agujero en la espuma del PE. Ester de espuma se utiliza bajo la espuma PE y en el caso de la tapa. La espuma de éster es mayor que 7,6 cm de espesor. El caso es una funda rígida de moldeo rotacional.

Figura 9
Figura 9: El resorte-tramecanismo NSPORT montado en una cámara de vacío. El mecanismo de transporte de resorte debe ser montado en la cámara de vacío de tal manera que la cabeza es vertical dentro de 2 °, como se muestra.

Figura 10
Figura 10:. Choque respecto a la altura de la espuma del PE El choque de dos espesores diferentes de espuma de polietileno se muestran como una función de la altura de caída. El choque media a la altura de caída de 76 cm es cerca de 50 g, pero la dispersión en los datos tal como se mide por la desviación estándar es de casi el 10% (que se muestra como las barras de incertidumbre). Incluso a una altura de caída de 152 cm, el choque es de menos de 100 g y bien dentro de la fuerza de retención del resorte.

Figura 11
Figura 11: El efecto de comprimido de espuma una pequeña cantidad de grados de compresión de la espuma.rades la capacidad de la espuma para reducir el choque, como se ve por los valores de choque más grandes de la espuma comprimida.

Figura 12
Figura 12:. Neutrones Radiografía del mecanismo de resorte-Transport (a) es la válvula en la posición abierta y (b) es la válvula en la posición cerrada, que muestra el rotor muy bien capturado en el vértice de la bola-soporte en forma cónica y dedal. El mecanismo de transporte de muelle mostrado se redujo más de 180 veces antes de que se tomó la imagen radiografía. Esta cifra se publicó anteriormente en Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Construcción de un paquete de transporte de la primavera para la hilatura medidores de rotor. J. Vacaciones. Sci. Technol. A. 33 (3), 033 201 (2015); utiliza de acuerdo con la licencia Creative Commons Atribución 3.0.

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Discussion

El objetivo fue diseñar un mecanismo de transporte de resorte con una fuerza de retención suficiente de manera que el rotor quedaría inmovilizado durante el transporte. El diseño de un sólido mecanismo de transporte de resorte no es suficiente para asegurar el rotor permanecerá inmovilizada porque, por ejemplo, dejando caer el mecanismo de la altura de altura sobre una superficie dura puede producir un enorme shock. La fuerza sobre el rotor se puede reducir en gran medida por el envasado del mecanismo de transporte de resorte de tal manera que se desacelera suavemente sobre una distancia dentro del paquete, reduciendo así el choque. La fuerza de impulso experimentado por un objeto cuando se deja caer en que se llama el choque y normalmente se mide en términos de la aceleración debida a la gravedad, g. Si un objeto se deja caer desde una altura h y decelera a una distancia d, el choque es sólo (h / d) x g. Por ejemplo, si un objeto se deja caer desde una altura de 1 m y es desacelera en una distancia de 1 cm, el SHock experimentado por el objeto es de 100 g. Este ejemplo representa una estimación razonable del choque que podemos esperar cuando un objeto bien embalado se deja caer durante la manipulación. Por lo tanto, el mecanismo de transporte de la primavera fue diseñado para mantener el rotor inmovilizado durante el choque de al menos 100 g. Esto no fue difícil de lograr. Un resorte con una constante de elasticidad de 3 N / mm, que fue comprimido por 3 mm con la válvula totalmente cerrada. La masa del rotor fue de 0,37 g, y la masa de la pelota titular fue de 0,55 g, así el resorte comprimido produce una fuerza de sujeción de varios cientos g. A partir de la longitud del resorte, parecería que una compresión de al menos 2 mm se consigue fácilmente; Sin embargo, nos dimos cuenta de que el calor generado por la soldadura por puntos tendió a acortar el resorte ligeramente al reducir el espacio entre la primavera cerca de los extremos. El cónica forma de dedal y rodamientos de soporte de asegurar que el balón no se mueva lateralmente con respecto al eje dedal. El dedal tenía que ser ma personalizadade por dos razones: el extremo interior fue diseñado para ser de forma cónica para limitar la profundidad y la longitud tenido que ser tal que el resorte obtendría la compresión adecuada cuando la válvula está cerrada. La carrera de la válvula es el desplazamiento lineal total del asiento de la válvula y crítico en la determinación de la longitud dedal. Si se elige una marca o modelo de válvula que tiene un movimiento diferente al de la válvula en la lista de materiales, una longitud de dedal diferente puede ser necesario. La válvula se optó en esta solicitud se especifica en más de 1.000 cierres, no requiere una llave de torsión a cerrar, y tiene un perno colocado convenientemente para el montaje de la primavera, por lo que es ideal para esta aplicación. Por último, el uso de arandelas de seguridad y montaje apretado asegura robustez de los dispositivos, ya que nuestras pruebas se presentan a continuación indican.

Como se comentó anteriormente, otras instituciones han fabricado y utilizado mecanismos de transporte de la primavera. Hay poca información en la literatura sobre cómo estos OTHer versiones fueron diseñados o probados. La evidencia histórica de la estabilidad a largo plazo de los medidores de giro de rotor transportado utilizando estas otras versiones del mecanismo de transporte de primavera demuestra que es eficaz en la preservación del coeficiente de alojamiento de la SRG, a condición de que el mecanismo de transporte de resorte funciona como se diseñó y hace no dejar de inmovilizar el rotor durante el transporte. La versión del NIST que aquí se presenta ha sido rigurosamente probado para la robustez y se espera que para preservar el coeficiente de acomodación SRG al menos tan bien como las versiones anteriores. Además, la importancia de los envases del mecanismo de transporte de resorte de tal manera para minimizar el choque no ha sido discutido en la literatura. Aquí especificaciones detalladas y se dan instrucciones sobre cómo empaquetar el mecanismo de transporte de la primavera. Las pruebas de caída discutidos en la sección anterior indican que el envase se reduce el choque tal como fue diseñado.

A menudo se utilizan otros métodospara el transporte de girar medidores del rotor. El método más común utilizado para los clientes de servicio de calibración de NIST es asegurar el rotor para el dedal mediante el uso de un imán externo. Otro método consiste en extraer el rotor del dedal y colocarlo en un frasco de vidrio o envuelva el rotor en papel de aluminio o un paño sin pelusa. Un estudio de 70 rotores de los clientes con las calibraciones de repetición en el NIST indicó que la repetibilidad media fue de 0,94%. 13 Como se señaló anteriormente, los datos históricos de los mecanismos de transporte de la primavera indicado que, el 90% de las veces, los rotores tenía de repetibilidad mejor que 0,75% intercomprisons en donde los rotores se envían varias veces a nivel internacional. Otro método que se usó para rotores de barco que ha dado excelentes resultados de estabilidad es llevar personalmente el rotor. Desafortunadamente, este método no es práctico en la mayoría de los casos.

El diseño presente en el protocolo es específico para el modelo de válvula y tipo especificado. Otras válvulas de nosotros pueden sered, pero sería necesario alterar el diseño. Específicamente, la longitud de las necesidades dedal a ajustarse para dar cabida a la carrera de la válvula de manera que el resorte se comprime por lo menos 2 mm cuando la válvula está totalmente cerrada. Además, es necesario para recoger una válvula que tiene un montaje conveniente para el conjunto de muelles; No todas las válvulas tienen tales características.

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Acknowledgments

Los autores agradecen la ayuda del NIST imágenes de neutrones instrumento de instalación científico Dr. Daniel Hussey para ayudarnos con las radiografías de neutrones.

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.

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References

  1. Fremerey, J. K. The spinning rotor gauge. J. Vac. Sci. Technol. A. 3 (3), 1715-1720 (1985).
  2. Jousten, K. Chapter 13, Total Pressure Vacuum Gauges. Handbook of Vacuum Technology. Jousten, K. , Wiley-VCH. Weinheim. 573-583 (2008).
  3. Berg, R. F., Fedchak, J. A. NIST Calibration Services for Spinning Rotor Gauge Calibrations. NIST Special Publication. , 250-293 (2015).
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  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
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  9. 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).
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  11. 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).
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  13. 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).

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Ingeniería No. 110 de giro del rotor Gauge mecanismo de resorte-Transporte calibraciones de alto vacío vacío Metrología Key Comparación indicador de vacío indicador de Estabilidad
Cómo construir un vacío Paquete de primavera-transporte para la hilatura de rotor de medidores
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