어떻게 로터 게이지를 회전하기위한 진공 봄 전송 패키지를 빌드하는 방법

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Fedchak, J. A., Scherschligt, J., Sefa, M. How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges. J. Vis. Exp. (110), e53937, doi:10.3791/53937 (2016).

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Abstract

스피닝 로터 게이지 (SRG)는 종종 1.0 펜실바니아 1.0 × 10-4Pa로의 범위의 진공 압력의 보조 또는 전송 표준으로서 사용 고진공 게이지이다. 본 출원에서, SRGS 자주 위해 실험실로 이송되고 구경 측정. 이벤트 따라서 보정 계수를 변경 로터 표면 상태를 변경 운송 중에 발생할 수있다. 교정 안정성을 보장하기 위해, 스프링 반송기구들은 상기 로터를 고정하고 이송하는 동안 진공 하에서 보관하는 데 사용된다. 이 운송 중에 손상의 위험을 최소화하도록 설계된 장비를 사용하여 스프링 반송기구를 수송하는 것이 중요하다. 이 논문에서는, 상세한 설명은 강력한 스프링 반송기구 및 선적 컨테이너를 작성하는 방법에 대하여 설명한다. 함께 이러한 스프링 전송 패키지를 형성한다. 스프링 수송 패키지 디자인은 드롭 테스트를 사용하여 시험하고, 성능이 우수한 것으로 확인되었다. 본 스프링 TRANSP선적 컨테이너는 메커니즘이 일반적인 동안 약 100 g보다 충격이 더 발생하지 않습니다 것을 보장하면서 오트 메커니즘 디자인은 수백 g의 충격이 발생하는 경우 고정 된 로터 유지 (g = 9.8 m / sec의 2 중력에 의한 가속도) 해운 사고 (산업 표준에 의해 정의 됨).

Introduction

스피닝 로터 게이지 (SRG)는 1.0-1.0 × 10 -4 파의 범위로 진공 압력을 결정하는데 사용 고진공 게이지이다 아빠. 이것은 기본적으로 두 개의 영구 자석 사이에 현탁 회전 강구한다. 전기 자석 일부 주파수 (일반적으로 410 Hz에서)에 공을 회전하는 데 사용, 또는 "스핀 업 '된다 공이어서 자유롭게 회전 할 수 있지만, 회전 속도 때문에, 볼 표면에 진공 시스템에 가스 분자의 충돌 시간에 걸쳐 감소한다. 진공 압력은 스틸 볼 또는 회 전자의 감속에 따라서 관련되어 하나의 SRG의 필수적인 요소를 나타낸다 :. 로터 연결 케이블과 골무, 헤드, 전자 제어기. 로터, 또는 공, 운전 중 골무에 포함되어 정상적으로 처리되지 않으며 SRG 사용자에게 표시됩니다. 골무는 진공 시스템에 연결된다. SRG를 조작하려면, 머리는 골무를 통해 미끄러된다. 그만큼머리는 회 전자를 구동하고, 회전을 감지, 두 개의 영구 자석과 수직 및 수평 안정화에 사용되는 와이어 코일의 여러 세트가 포함되어 있습니다. 전자 제어 장치는 압력 측정이 수행 될 수 있도록 상기 감지 코일로부터의 신호를 해석한다. 적합한 표면 상태를 가진 로터를 들어, 감속 율은 기초 물리학에 의한 진공 압력에 관한 것이다. 유효 개사 계수로 알려진 SRG, 보정 계수를 이용하여 절대 압력 측정을 결정해야한다. 유효 숙박 계수는 거칠기, 흡착 가스, 긁힘 등의 회 전자의 실제 표면 상태에 따라 달라집니다. 이러한 요소의 사용에 걸쳐 안정되는 경향이있다. SRGS의 추가 세부 사항은 다른 참고 문헌에서 찾아 볼 수있다 (1) -. (3)

SRG 절대 진공 상태 측정이 요구되는 용도에 사용된다. 자주 예를 들어, 교정 기관절대 진공 표준으로 SRGS를 사용합니다. 이 경우, 고진공 게이지는 SRG 그 자신의 판독과 비교하여 보정된다. 차례로, SRG 표준은 주기적으로 숙박 계수가 다시 결정해야하는 기본 교정 기관에 SRG을 발송하여 교정해야합니다. 차 교정 연구소는 국립 표준 기술 연구소 (NIST)로 보통 국립 계측 연구소입니다. 차 연구소는 차 진공 표준의 독서를 비교하여 SRG 숙박 시설의 계수를 결정하고, 다음 "보조"교정 실험실에 SRG를 반환합니다. SRG 또한 교정 기관 또는 기관 사이 국가 측정 기준의 비교를위한 전송 표준으로서 사용된다. 이 응용 프로그램에서, SRG는 다양한 실험실 사이에 국내 또는 국제적으로 이송되는 4 -. 8 선적하는 동안, 이벤트는 그 변화를 수용 계수를 발생할 수 있습니다. 쉬에 앞서ipment는 로터 탈 중단되어야하며, 헤드를 제거한다; 로터는 골무의 내부 벽에 달려있다. 수송하는 동안, 회 전자 표면에 의한 진동과 충격 로터와 골무의 기계적 작용 변경 될 경우, 또는 표면이 때문에, 분위기 가스와 습도 로터의 노출로 변할 수있다. 이러한 변화는 수용 계수의 장기 안정성에 영향을 미친다. 이상적으로, 회 전자를 진공으로 유지되며 운송 중에 고정화한다.

역사적 SRGS가 SRGS 국제적 여러 기관 중에서 여러 번 전송된다. (9) 초기 키 비교시에 국가 측정 기관 중에서 진공 표준 키 비교에서 전송 표준으로서 사용되어, 그것이 발견되었다는의 장기 안정성 SRG 숙박 시설의 계수는 모두 로터를 고정 진공 D 아래로 유지 스프링 전송 메커니즘을 이용하여 개선 될 수uring 반송. 그 이후, 10는 스프링 반송기구 국제 키 비교 여러 번 사용되었다. 기록 데이터에 대한 최근의 연구는 이러한 비교 90 %의 안정성을 더 이상 0.75 %이며, 70 %가 0.5 %의 안정성을 한 것으로 나타났다. (9) 따라서, 대부분의 경우에서, 안정성을 수득 할 스프링 반송기구를 사용하여 대부분의 응용 프로그램에 충분한보다.

지금까지 스프링 반송기구를 구축하는 방법에 대한 문헌에서 거의 안내되고있다. 이들 장치의 초기 버전이 완전히 인해 충분히 견고 설계되고 조합에 로터를 고정하지 못하는 것으로 알려져 있고, 운송 중에 걸린된다. 이러한 초기 학습은 모두 강력한 스프링 반송기구를 구축하고, 정상적으로 전송시 충격을 최소화하는 방식으로 포장에 중요하다는 것을 보여준다. 이것은 나중에는 중요하지만 종종 무시된다. 여기에서 우리는 describ합니다적절히 구성된 트랜스 패키지 외에 강력한 스프링이 반송기구의 구성을 전자. 우리의 설계는 전송시 오류의 가능성을 최소화 할 수있는 내구성이 스프링 수송 패키지의 구성을 가능하게 몇몇 간단한 테스트 공학 원리에 기초한다. 우리는 또한 우리의 디자인의 견고성 우리의 테스트를 설명합니다. 시험 방법의 자세한 내용은 Fedchak 등의 알에서 찾을 수 있습니다. (2015). (11)

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Protocol

봄 전송 메커니즘 1. 조달 비 사용자 정의 부품

  1. 스프링, 스레드로드, 스탠드 오프, 너트 및 와셔를 조달. 이 항목은 특정 자재 / 장비의 목록에 나열되어 있습니다. 공 홀더를 제조하기 전에 스프링과 스탠드 오프를 구입합니다. 모든 재료 (303 제외) 18-8 스테인리스, 바람직 316 스테인리스를 사용한다.
  2. 회 전자 조달. 로터 440C 스테인레스 강 또는 E52100 합금 강철로 만들어진 직경 볼 베어링 4.5 mm이다.
  3. 특정 재료 / 장비의 목록에 나열된 직각 밸브를 조달.

발송 컨테이너 2. 조달 재료

  1. 선적 컨테이너를 조달. 이러한 성공적으로 테스트 한 경우의 유형이 때부터 보호 오목 회전 성형, 폴리에틸렌 하드 쉘 케이스를 사용합니다. 특정 재료 / 장비의 목록에있는 경우 최소 내부 공간 요구 사항을 충족합니다.
  2. PROC거품 포장 URE.
    1. 2 # (32kg / m 3) 폴리 우레탄 (에스테르) 거품을 조달. 선적 컨테이너의 상부 및 하부를 채우도록 에스테르 발포체를 구입. 5cm 달걀 상자 에스테르 거품의 조각을 구입합니다.
    2. 7.6 cm 두께 및 선적 컨테이너의 폭과 깊이를 커버하도록 충분히 큰 면적을 갖는 # 2 (PE), 폴리에틸렌 발포체를 조달.

봄 수송 메커니즘 3. 조달 및 사용자 정의 부품의 제조

참고 :이 절에서 설명하는 사용자 정의 부품의 예 도면은 그림 2-4에 나와있다.

  1. 생산 및 회전하는 로터 게이지 (SRG) 골무 / 플랜지 제조 가게 사용자 지정 공급 업체 또는 사내에서 도면을 제출합니다. 중요한 치수는 그림 2에 나와있다. 사용자 정의 제조 업체 초고 진공 (UHV) 제조 기술에 대해 잘 알고 있어야합니다. 골무는 제조하기가 비교적 간단하다차 잘 많은 진공 부품 회사의 능력에 있습니다.
  2. 플랜지에 SRG의 머리를 잡아 타인 획득 (그림 1 참조). 이들은 SRG 전자 제어 장치와 함께 제공되는 상업 SRG 골무 / 플랜지 어셈블리에서 제거 될 수있다. 각 타인은 와셔 단일 볼트 (전형적 메트릭 육각 소켓 헤드)로 고정된다 (예 메트릭 헥스 키로) 적당한 렌치를 사용 unbolting에 의해 제거 될 수있다.
    1. 대안 적으로, 이전 단계에서와 골무 / 플랜지를 제공하는 동일한 벤더 이러한 제조하지만, 초고 진공 제조 기술을 따라야 할 필요는 없다. 상업 SRG 타인의 정확한 복사본을 만듭니다.
  3. 생산 및 8-32 모든 스레드 스터드 (미국 표준 하드웨어)에 직각 밸브의 M6 스터드를 연결하는 간단한 어댑터에 대한 도면을 제출합니다. 그림 3을 참조하십시오.
  4. 생산 및 공 홀더의 제조를 위해 도면을 제출합니다. 비판적L의 크기는도 4에 나타내었다. UHV 제조 기술에 따라 316L 스테인리스 스틸 볼 홀더를 제작. 압정은 스프링의 일단에 상기 볼 홀더 용접. 압정은 교착 상태에 스프링의 다른 쪽 끝을 용접. 섹션 5에 주어진 청소 절차에 따라 모든 부품을 청소합니다.
  5. 섹션 5에 기술 된 바와 같이 18mm의 길이로 8-32 모든 스레드 스터드를 절단하고 깨끗한.

사용자 정의 폼 컷 아웃 4. 제작

  1. 체육 거품 스프링 전송 메커니즘을위한 컷 아웃합니다. 최대한 가깝게 밸브 어셈블리의 윤곽을 따릅니다. 날카로운 유틸리티 나이프를 사용하여 손으로이 작업을 수행; 대안으로, 형상은 전문적 장비 공급 업체에 의해 절단 될 수있다.
  2. 밸브 제조 업체 및 그림 2에 나와있는 골무 / 플랜지 치수에 의해 주어진 밸브의 크기를 사용합니다. 타인 (1.5 cm X 3.8 cm)를 수용 할 수 있도록 충분히 골무 대형의 공간을 잘라.

진공 구성 요소 5. 청소

  1. 조립하기 전에 초고 진공 (UHV)에 대한 모든 진공 부품을 청소합니다. 다음 권장 세정 방법이다.
    1. 니트릴, 라텍스, 또는 비닐 장갑을 사용하여 진공 부품을 처리합니다. 맨손으로 만지지 마십시오.
    2. 중성 세제를 사용하여 청소 부분 (예 : 재료 / 장비 목록에 나열된)에 용해 증류수 또는 탈 이온수와 보풀이없는 천으로.
    3. 20 분 동안 울트라 소닉 클리너에 증류수 또는 탈 이온수와 장소에 용해 중성 세제의 목욕 장소 부품.
    4. 완전히 증류수 또는 탈 이온수와 린스 부분입니다.
    5. 20 분 동안 울트라 소닉 청소기 아세톤 및 장소 부분을 커버.
    6. 아세톤에서 부품을 제거합니다. 20 분 동안 울트라 소닉 클리너에 에탄올과 장소 부분을 커버.
    7. 에탄올에서 부품을 제거합니다. 증류수 또는 탈 이온수로 깨끗이 씻어.
    8. 부분 불어건조 질소 또는 깨끗하고 건조 공기로 건조.
    9. 부품을 24 시간 동안 클린 룸 품질 보풀이없는 천에 공기 건조 보자.

6. 봄 수송 기계 장치를 조립

  1. 조립시, 니트릴, 비닐 또는 라텍스 장갑을 착용하십시오. 맨손으로 진공 부품을 만지지 마십시오.
  2. 8-32 너트, 어댑터, 눈금자 또는 캘리퍼를위한 렌치에 대한 니들 노즈 플라이어, 소켓 헤드 드라이버 : 필요한 도구를 수집합니다. 에탄올로 깨끗한 통치자 / 마이크로 미터를 닦아; 단계 5의 절차를 사용하여 다른 도구를 청소.
  3. 필요한 부품을 수집 : 밸브, 골무, 볼 베어링, 볼 홀더 / 스프링 조립체는 18 mm 길이 8-32 스터드 스레드 어댑터, 너트 및 잠금 와셔, 3mm 육각 렌치와 마스킹 (단계 3.5 참조) 테이프. 그림 5를 참조하십시오.
  4. 봄 - 전송 메커니즘 어셈블리 :
    1. 완전히 멈출 때까지 시계 방향으로 돌려 오른쪽 앵글 밸브를 닫습니다.
    2. 밸브 포트를 통해 찾고은 M6 스터드 centere를 식별밸브 시트에 라.
    3. M6의 스터드에 꼭 맞게 어댑터를 나사. 가능한 아늑한으로 어댑터를 얻을 수있는 포트를 통해 UHV 깨끗한 렌치 또는 펜치를 삽입합니다.
    4. 어댑터의 다른 쪽 끝으로 8-32 스터드를 삽입합니다. 로 딱 가능한 조입니다. 8-32 스터드는 어댑터를 통해 확장하고 M6 스터드에 밀어 것입니다.
    5. 8-32 스터드 다음 너트에 잠금 와셔를 놓습니다. 깨끗한 소켓 드라이버 나 펜치를 사용하여 너트를 조이십시오. 밸브는 쉽게 강화하기 위해이 단계에서 폐쇄 할 수있다.
    6. 8-32 스터드에 너트를 놓습니다. 거의 다른 쪽 끝에있는 너트를 터치 할 때까지 돌립니다. 8-32 스터드에 잠금 와셔를 놓습니다.
    7. 스탠드 오프에 의해 8-32 스터드 봄 / 볼 홀더를 연결합니다. 는 잠금 와셔를 터치 할 때까지 교착 상태를 돌립니다.
      참고 : 다음 절차는 스프링 조립체의 길이 조정을 확인 그림 6 참조하는 방법에 대해 설명합니다.
    8. 사용자 정의 골무에 로터를 놓고 교류에서 (자석으로 고정심블 단부에 배치하고 마스킹 테이프로 고정하여 ommercial SRG). 로터는 골무 끝에 지금이다.
    9. 볼 홀더가 볼을 터치 할 때 중지 봄 / 볼 홀더 위에 골 무 밀어 넣습니다. 도 6에서와 같이 상기 밸브 플랜지 골무 플랜지 사이의 간격을 측정한다.
      1. 갭 2 mm mm 내지 6의 범위에있는 경우) 6.4.10.2 단계로 이동. 3mm의 공칭 간격이 이상적이지만, 범위의 간격은 2가 6㎜ 충분하다. 2mm보다 작은 갭은 허용되지.
      2. 골무 / 플랜지 어셈블리를 제거하고 따로 설정합니다. 간격보다 작은 2mm 인 경우, 격차가 더 크게 만들 시계 반대 방향으로 교착 상태를 돌립니다. 갭보다 큰 6mm 인 경우, 간격이 작게 만들 수있는 스탠드 오프를 시계 방향으로 돌립니다. 6.4.10 단계로 돌아갑니다.
    10. 골무 / 플랜지 어셈블리를 제거하고 따로 설정합니다. 간격보다 작은 2mm 인 경우, 격차가 더 크게 만들 시계 반대 방향으로 교착 상태를 돌립니다. 갭보다 큰 6mm 인 경우, 보안 목표 명세서를 회전andoff 시계 방향으로 간격이 작게 만들 수 있습니다. 6.4.10 단계로 돌아갑니다.
    11. 스탠드 오프에 대한 너트를 조이십시오.
    12. 시계 반대 방향으로 돌려 밸브를 엽니 다.
  5. 플랜지를 조립 :
    1. 마스킹 테이프와 자석을 제거하고 조심스럽게 로터는 골무에서 출시 할 수 있도록하여 회 전자를 제거합니다.
    2. 골무 사용자 정의 플랜지 /의 후면을 통해 삽입 된 잠금 와셔와 볼트를 사용하여 플랜지에 두 타인을 연결합니다. 잠금 워셔와 볼트는 상업 SRG에 의해 제공됩니다. 잠금 워셔와 볼트는 초고 진공에 대한 세척 할 필요가 없습니다.
    3. 그들은 그림 1과 그림 9와 같이, 서로 광장이되도록 타인을 돌립니다.
    4. 골무를 통해 SRG 헤드를 미끄러에 의해 직도에 대한 타인을 확인합니다. 머리는 자유롭게에 밀어해야합니다.
    5. 두 개의 볼트를 최종 체결을 지정하고 단계 6.5.3에서와 같이 정렬을 다시 확인합니다.
    6. , 골무에 다시 회 전자를 배치자석과 마스킹 테이프로 고정 거라고.
  6. 봄 운송 조립을 완료하십시오
    1. 밸브 포트에서 구리 또는은 도금 구리 가스켓을 놓습니다.
    2. (단계 6.5.6에서하지 않을 경우 이미 골무에서) 골무에 회 전자를 놓습니다.
    3. 봄 / 볼 홀더를 통해 플랜지 / 골무 어셈블리를 밀어 넣습니다. 상기 밸브는 상기 챔버에 장착 할 때 타인의 세트 스크류가 하방 포인팅 이도록 플랜지의 방향.
    4. ¼-28 볼트와 너트를 사용하여 밸브 플랜지를 고정.
    5. 밸브를 닫습니다.
    6. 자석 및 테이프 공을 들고을 제거합니다.

7. 배송 컨테이너를 조립

  1. 선적 컨테이너의 크기 에스테르 폼을​​ 잘라. 폼의 두께는 용기의 높이에 의존 할 것이다. . 하단 발포체의 7.6 cm의 최소 두께를 배치 7 발포 조립체를 도시한다.
  2. t의 상단에있는 PE 폼 컷 아웃을 배치그는 거품 에스테르.
  3. 뚜껑에 에스테르 거품 층을 배치합니다. 최소 두께는. 7.6 cm 일 8 스프링 반송기구의 최종 위치를 나타낸다한다. 운송 중 밸브 포트의 개방 단부를 보호하기 위해 깨끗한 알루미늄 호일 (밸브와 함께) 플라스틱 엔드 캡을 사용합니다.

8. 스프링 반송기구를 사용하여

  1. 설치 및 회 전자를 일시 중단 :
    참고 : 그림 9는 부착 된 헤드 마운트 스프링 전송 메커니즘을 보여줍니다. 첫 번째 단계는 운반 용기로부터 스프링 전송 메커니즘을 제거한다. 이하에서, 리더가 방사 로터 게이지의 작동을 알고 있다고 가정한다. 컨트롤러 운영의 세부 사항은 컨트롤러 사용자 설명서에서 찾을 수 있습니다. 또한, 리더가 고진공 기술과 친숙한 것으로 가정된다.
    1. 봄 전송 메커니즘의 개방 포트에서 엔드 캡과 호일을 제거합니다. 부착DN을 40 (CF 2.75 ") 새로운 구리 또는은 도금 구리 가스켓 및 ¼-28 볼트 세트를 사용하여. 밸브의 방향이 타인의 방향에 따라 달라집니다 진공 챔버에 포트에 열린 포트. 적절한 방향은 그림 9에 표시됩니다. 아래쪽 고정 나사 포인트와 타인을. 골무를 통해 머리를 슬립, 골무의 방향은. 2 ° 내에서 수직이 될 수준과 방향을 확인해야합니다.
    2. 미만 10-3 아빠에 진공 챔버 대피. 천천히 스프링 반송기구 밸브를 엽니 다.
    3. 컨트롤러에 머리를 연결합니다. 컨트롤러의 전원을 켜고 공을 일시 중지합니다.
  2. 봄-전송 메커니즘을 드 장착
    1. 전자 제어 장치를 이용하여 회 전자의 드 탁. 컨트롤러를 끕니다.
    2. 스프링 반송기구 밸브를 닫습니다.
    3. 머리를 제거합니다.
    4. 진공 챔버 벤트.
    5. 에 의해 스프링 전송 메커니즘 제거 밸브를 해제를-볼트진공 챔버에서 포트입니다.
    6. 깨끗한 박 및 스프링 전송 메커니즘의 열린 포트를 통해 플라스틱 엔드 캡을 배치합니다. 선적 컨테이너에 컷 아웃 플레이스 스프링 전송 메커니즘.

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Representative Results

상업적 SRG의 모든 구성 요소는도 1에 도시되어있다.이 현탁액 픽업에 이용되는 영구 자석 와이어 코일을 포함하는 회 전자, 골무, 헤드, 및 전자 제어 장치를 포함한다. 작은 스프링 도시 (도 1C)는 골무 공을 유지하기 위해 사용된다; 이 고정 스프링은 스프링 반송기구에 사용되지 않는다. 상업 컨트롤러와 헤드는 스프링 전송 메커니즘에 사용됩니다. 상업적 골무에서, 살을 제거하고, 스프링 반송기구에 사용하거나, 이러한 간단한 부분의 사본이 제조 될 수 수있다. 로터는 또한 사용될 수 있고, 또는 재료 목록에 명시된 다른 볼베어링이 사용될 수있다. 도 2-4의 기계 도면 스프링 수송 메커니즘을 구축하는 제조되어야 맞춤 부분의 임계 치수를 제공한다. 그림 4에서 볼 홀더입니다압정은 스프링의 일단에 용접 스프링의 타단은 점성 용접 대치이다. 심블 제외한 스프링 반송기구를 조립하는 데 필요한 모든 부분은도 5에 도시되어있다. 스프링 저자에 의해 제안되는 2mm의 최소 3mm의 공칭 압축 압축되어야한다. 6은도 절차에 설명 된대로 봄이 제대로 압축 될 경우 측정 기술을 확인합니다.

도 7은 발포체 인서트의 대표적인 조립체가도 8은 반송 패키지 스프링 반송기구를 도시 나타낸다. 운송 컨테이너가 모든 측면과 끝의 스프링 전송 메커니즘을 둘러싼 거품의 7.6 cm를위한 공간을 허용하도록 충분히 큰 것을 선택해야합니다. 상부 및 하부 및 측면에 PE 발포체 7.6 cm의 최소 일에 에스테르 발포체의 7.6 cm의 최소값을 사용하여152cm로부터 삭제하더라도도 10에 도시 된 바와 같이 스프링 반송기구에 의해 경험 전자 충격 미만 100g에 유지된다. 스프링 전송 메커니즘을 포장 할 때 기포가 압축되지 일정하게하는 것이 매우 중요하다. 이것은 너무 두꺼운 발포체를 사용하여 발생 될 수있다 (11)가 조금이라도 발포체를 압축하는 효과를 나타낸다 :. 충격은 약 40 %만큼 증가된다. 이 경우에는 발포체 (22)의 ¾ cm 위에 약 1 cm의 ¼ 압축. 우리의 프로토 타입 중 하나의 180 낙하 시험을 수행 한 후, 우리는 중성자 방사선 사진 이미지, 명확하게 설계된대로 작동 스프링 전송 메커니즘을 보여주는 그림 12을했다. 그림 12의 밸브가 본 절차에 지정된 밸브는 다른 제조업체 있음을 유의하십시오. 전자는 더 이상 상업적으로 사용할 수 없습니다. 마지막으로,도 9는 마운트 스프링 반송기구를 도시용도.

34kg (75 파운드) 시험을위한 표준 낙하 높이 76cm (삼십인치)는 이하 패키지 전형적인 산업 지침에 따라 패키징 산업에서 일반적인 관행이다 테스트 - 드롭. 합리적인 설계 목표였다 회 낙하 시험에 대한 권장 높이 152cm에서 떨어졌다 때보다 50g의 충격 76cm, 이하 100g에서 제외 스프링 반송기구 경험이. 하드 회전 몰딩의 경우 표준 발포체 두 종류의 스프링 반송기구를 패키징하기 위해 선택되었다. 폴리 우레탄 (에스테르) 발포 폴리에틸렌 (PE) 발포 포장에 사용할 수 일반적인 폼이다. 그들은 서로 다른 밀도에 와서 보통 ​​공칭 밀도에 의해 (32kg / m 3) 등 2 # 폼을 지정합니다. 무역 포장 가이드가 견딜 수있는 최대 충격을 나타내는 g에 (원하는 취약성 수준을 보여주는 곡선을 제공서로 다른 높이에서 상자를 떨어 나타내는 다른 곡선 거품 두께 대 이슈). 예를 들어, 0.77 N / cm (2) 76 cm, 7.6 cm 두께의 2 # 에스테르 거품과 12.7 cm에서 삭제 두꺼운 2 #의 PE 폼의 정적 부하 목적은 약 30 g의 충격을주지 둘 경우. 이 거의 없거나 정적 하중에서 거품의 더 압축되도록 거품이 부드럽게 적당한 거리를 통해 객체를 감속 할만큼 탄성,하지만 충분히 뻣뻣한해야합니다. 압축은 충격을 흡수 할 수있는 폼의 기능을 손상시킬 것이다. 2 # 에스테르 폼 스프링 반송기구의 상부와 하부에 사용하고,도 7에 도시 된 바와 같이 2 # PE 발포체, 절취 사용 하였다. PE 발포체 치부에 사용 된 이유를 정하중이므로 때문에 작은 영역의 밸브의 끝 부분에 더.

드롭 테스트는 가속을 부착하여 스프링 전송 패키지를 수행 하였다스프링 전송 메커니즘과 다른 높이와 방향에서 패키지를 삭제하는 erometer. (10)도 7.6 cm와 15.2 cm 블랙 2 #의 PE 폼의 성능을 보여줍니다. 알 수있는 바와 같이, 두꺼운 발포체는 7.6 cm 발포체보다 더 잘 수행하지 않았다. 거품이 더 거품을 추가하는 것은 도움이되지 않습니다, 완전히 그 두께를 통해 개체를 감속 할만큼 두꺼운되면 때문이다. 따라서 7.6 cm의 PE 폼은 측면에 대한 충분한이라고 결론을 내렸다. 상단과 하단에, 그것은 2 # 에스테르 거품의 7.6 cm 두께는 필요 충분 것을 알 수 있었다. 이 밸브 측 라이터 정적 하중 (큰 영역)과 일치한다. 스프링 반송기구가 절 결부 내에 움직이지가되도록 5cm 두께 달걀 상자 스타일 에스테르 발포체의 작은 조각은 패드에 절 결부의 하단을 사용 하였다. (11)는 발포체를 압축하지 것의 중요성을 보여주고있다. 발포체가 약간 압축 된 낙하 시험에서, 충격이었다훨씬 더 큰. 경우 다른 크기는 또한 시험 하였다. 그것은 덜 패딩 작은 경우가 더 큰 경우보다 작은 충격을 생산 한 것으로 나타났습니다. 우선,이 결과는 놀라운 듯하지만, 발포체 두께가 충분하면 더 많은 거품을 추가하는 것이 더 충격 결과를 산출하지 않는 것을 기억해야한다. 하나의 가설이 더 큰 경우보다 무게함으로써 에너지의 일부를 발산, 하락하면 더 바운스 이후 감소 할 때 작은 경우는 작은 충격을 생산하는 것입니다. 최소 내부 크기는 특히 39.5 cm X 25.4 cm X 23cm 양쪽 발포체의 7.6 cm로 스프링 반송기구를 둘러싸 충분히 커야한다.

스프링 반송기구 많은 낙하 시험을 수행 하였다. 회 전자와 골 무의 원추형 끝 사이의 연락 데스로, 볼과 특별히 만든 테스트 골무를 통과하는 두 개의 전선 사이의 전기적 연속성을 로그인하여 드롭 테스트하는 동안 모니터링 하였다우리는 낙하 시험의 동안 로터를 보유하는 스프링 메커니즘의 고장을 준수하지 않은 참조 (11)에 cribed. 그림 12는 스프링 전송 메커니즘 NIST에 의해 만들어진 180 이상 낙하 시험을 실시하는 중성자 방사선 (12)를 보여줍니다. 방사선 사진 화상에서 볼 수있는 바와 같이, 스프링 반송기구 함수에도 여러번 적하 후 설계대로. 여기에 설명 된 절차에 따라, 강력한 스프링 수송 패키지 로터 회전 게이지의 장기 안정성에 수송의 영향을 최소화 할 수 있다는 생성 될 수있다.

그림 1
.도 1 : 전형적인 회전 로터 게이지 요소이 그림은 회전 로터 게이지의 모든 요소를 나타낸다 : (a) 스틸 볼 또는 로터; 로터 (상용 버전)를 포함 (b) 골무,플랜지의 가장자리 근처에 두 개의 직사각형 부분은 헤드 조립체를 고정 "타인"이고; (c) 상기 로터에 대해 고정 스프링 (스프링 반송기구에 사용되지 않음); (d) 상기 헤드 및 케이블 조립체; (e) 상기 전자 제어 장치.

그림 2
그림 2 : 사용자 정의 골무의 기계 도면 중요한 차원이 표시되고 (1 인치 = 25.4 mm) 미국 관습 단위로 주어진다.. 모든 공차는 0.005 인치 (0.1 mm)입니다. A *의 .step 파일은 추가 파일로 포함되어 있습니다. 부분은 316L 스테인리스 스틸, RA16 마감 (마이크로 인치, RA 0.4 μm의)로 만들어 져야한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3 : 스레드 어댑터의 기계 도면 중요한 차원이 표시되고 (1 인치 = 25.4 mm) 미국 관습 단위로 주어진다.. 모든 공차는 0.005 인치 (0.1 ㎜)이다. A *의 .step 파일은 추가 파일로 포함되어 있습니다. 부품은 316L 스테인레스 스틸로 만들어 져야한다; 스레드 타입 (2A)의이다. M6의 나사는 1mm 피치가있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4 : 볼 홀더의 기계 도면 중요한 차원이 표시되고 (1 인치 = 25.4 mm) 미국 관습 단위로 주어진다.. 모든 공차는 0.005 인치 (0.1 ㎜)이다. A *의 .step 파일은 추가 파일로 포함되어 있습니다. 부분은 엄마되어야한다316L 스테인리스 스틸, RA16 마감 (마이크로 인치, RA 0.4 μm의)의 드. 더 날카로운 모서리와 함께, 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
그림 5 :. 봄 전송 메커니즘의 요소 어셈블리의 위해 (오른쪽에서 왼쪽으로) 표시된 부분은 다음과 같습니다 밸브, 스레드 어댑터, 잠금 와셔, 너트, 잘라 8-32 스터드, 너트, 잠금 와셔, 공 -holder / 스프링 조립체, 4.5 mm 로터.

그림 6
도 6. 볼 홀더의 거리를 설정 스프링 반송기구를 조립 한 후, 제 끝 도청 자석 회 전자를 확보 맞춤 골무 로터를 배치 밸브를 닫고공 홀더 / 봄 통해 골무 배치 후 imble합니다. 갭은 2mm 최소하지만 이하 6mm를 측정한다.

그림 7
그림 7 :. 거품의 조립 어두운 회색은 PE 폼 컷 아웃을 나타내며, 빛 회색 사각형은 에스테르 폼입니다.

그림 8
도 8. 반송 패키지 스프링 수송기구는 스프링 반송기구는 PE 발포체의 단면에 적합하다. 에스터 발포체가 PE 발포체 하에서 상기 케이스 뚜껑에 사용된다. 에스테르 폼보다 7.6 cm 두께이다. 이 사건은 회전 성형 하드 쉘 케이스입니다.

그림 9
그림 9 : 스프링-TRAnsport기구는 진공 챔버에 장착. 같이 스프링 반송기구는, 헤드가 2 ° 이내 수직이되도록 진공 챔버에 장착되어야한다.

그림 10
그림 10 :. PE 폼에 대한 높이에 비해 충격은 PE 폼의 두 개의 서로 다른 두께의 충격 낙하 높이의 함수로 표시됩니다. 76cm의 낙하 높이에서의 평균 충격 50g 부근이지만, 표준 편차에 의해 측정 된 데이터의 분산은 (불확실성 막대로 나타냄) 약 10 %이다. 비록 152cm의 높이에서 낙하, 충격 미만 100g과 웰 스프링의 유지력 내에있다.

그림 11
도 11 : 압축 발포체의 발포 효과 압축 ℃의 소량.라 데스 압축 발포체의 큰 충격 값으로 볼 때, 충격을 줄이기 발포체의 능력.

그림 12
도 12는 :. 스프링 반송기구의 중성자 방사선 사진 (a)는 개방 위치에있는 밸브이며, (b) 좋게 원뿔형 볼 홀더의 정점에서 촬상 된 회 전자를 도시하는 폐쇄 위치에서 밸브가 있으며 골무. 방사선 사진의 촬영이되기 전에 표시되는 스프링 전송 메커니즘 이상 180 번 떨어졌다. 이 수치는 이전에 로터 게이지를 회전에 대한 Fedchak, JA, Scherschligt, J., SEFA, M., Phandinh, N. 건물 스프링 전송 패키지에 출판되었다. J. 진공 청소기. 과학. 기술이. A. 33 (3), 033201 (2015); 크리에이티브 커먼즈 저작자 표시 3.0 Unported 라이센스에 따라 사용.

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Discussion

목적은 로터가 운송 중에 고정화 남아있을되도록 충분한 유지력과 스프링 반송기구를 설계하는 것이었다. 강력한 스프링 반송기구를 설계하는 것은, 예를 들어 경질 표면 상에 높은 높이에서 낙하기구 것은 엄청난 충격을 생산할 수 있기 때문에, 로터가 고정 된 상태로된다 보장하기에 충분하지 않다. 로터에 힘을 크게하여 충격을 줄이고, 패키지 내의 거리에 그것을 부드럽게 감속되도록 스프링 반송기구를 패키징함으로써 감소 될 수있다. 적하에 충격이라고하며 전형적으로 중력 가속도 g의 관점에서 측정 될 때 임펄스 힘은 물체가 경험. 목적은 높이 (h)에서 삭제하고, 거리 (d)를 통해 감속되는 경우, 충격 X g(H / d)이다. 예를 들어, 객체를 1 m의 높이에서 떨어 경우는 1cm의 (S)의 거리에 걸쳐 감속 인개체가 경험 호크 100 g이다. 이 예는 잘 포장 된 객체가 취급 중에 제거 될 때 우리가 기대할 수있는 충격의 합리적인 추정을 나타냅니다. 따라서 스프링 반송기구는 적어도 100g의 충격시에 고정화 된 로터를 유지하도록 설계되었다. 이것은 달성하기 어렵지 않았다. 완전히 닫힌 밸브와 3 mm에 의해 압축 된 3 N / mm의 스프링 상수와 봄. 회 전자의 질량은 0.37 g이었고, 볼 홀더의 질량은, 따라서, 압축 스프링이 수백 g의 유지력을 제조 0.55 g이었다. 스프링의 길이에서, 적어도 2mm의 압축이 용이하게되는 것으로 보인다; 그러나, 택 용접에 의해 발생 된 열은 단부 근처 스프링의 간격을 줄임으로써 스프링 약간 짧아 경향 것을 알아 차렸다. 원뿔 형상과 골무 볼 홀더 공 골무 축에 대하여 측 방향으로 이동하지 않도록 보장. 골무 사용자 지정 엄마로했다두 가지 이유가 드 : 내부 단부는 원추형의 볼을 제한하기 위해 형성 될 수 있도록 설계 및 길이는 밸브가 폐쇄 될 때, 스프링이 적절한 압축을 구하는 것이어야이었다. 밸브 스트로크 전체 선형 밸브 시트의 변위 및 심블 길이를 결정하는데 중요하다. 브랜드 또는 밸브의 모델 물질리스트에서 상이한 밸브 스트로크를 갖는 것을 선택하면 다른 골무 길이가 필요할 수있다. 우리는이 응용 프로그램에서 선택한 밸브는 폐쇄 토크 렌치를 필요로하지 않습니다, 1,000 개 이상의 변론에서 지정하고,이 응용 프로그램에 이상적 스프링을 장착하기위한 편리하게 배치 스터드를 가지고있다. 아래에 제시된 테스트 결과가 나타내는 바와 같이 마지막 와셔 꽉 어셈블리의 사용은 상기 장치의 견고성을 보장한다.

전술 한 바와 같이, 다른 기관이 만든 스프링 전송 메커니즘을 사용하고 있습니다. 방법이 OTH의 문학에 약간의 정보가있다어 버전은 설계 또는 시험 하였다. 스프링 반송기구의 이러한 다른 버전을 사용하여 반송 스피닝 로터 게이지의 장기 안정성의 과거 증거가 SRG의 수용 계수를 유지하는데 효과적임을 보여준다 설계와 마찬가지로 스프링 반송기구가 동작하도록 구비 운송 중에 로터를 고정하는 데 실패하지. 여기에 제시된 NIST 버전은 엄격한 안정성 테스트되었으며 SRG 숙박 시설의 계수 적어도뿐만 아니라 이전 버전을 유지 할 것으로 예상된다. 또, 충격을 최소화하는 방식으로 스프링 반송기구 포장의 중요성은 문헌에서 논의되지 않았다. 여기 자세한 사양과 지침은 스프링 전송 메커니즘을 포장하는 방법에 주어진다. 앞 절에서 설명 드롭 테스트는 설계된대로 포장이 충격을 줄일 수 있음을 나타냅니다.

다른 방법으로 많이 사용되는로터 게이지를 회전 전송합니다. NIST 보정의 서비스의 고객에 사용되는 가장 일반적인 방법은 외부 자석을 이용하여 골무에 로터를 고정하는 것이다. 또 다른 방법은 골무에서 로터를 제거하고 유리 병에 배치 또는 알루미늄 호일이나 보풀이없는 천의 회 전자를 래핑하는 것입니다. NIST에서 반복 교정 70 고객 로터의 연구는 평균 반복성은 0.94 %였다 것으로 나타났다. 13 이전에 지적한 바와 같이, 스프링 전송 역학의 과거 데이터는 시간의 90 %, 로터는 반복성의보다 나은 0.75 %를 맞이 것으로 나타났다 intercomprisons의 로터는 국제적으로 여러 번 제공되는 곳. 우수한 안정성 결과를 산출 한 선박 로터에 사용되는 또 다른 배송 방법은 로터를 손으로 수행하는 것입니다. 불행히도이 방법은 대부분의 경우에 실용적이지 않다.

프로토콜의 설계 현재 지정된 밸브 모델과 유형에 따라 다릅니다. 기타 밸브는 우리가 될 수있다에드하지만, 설계를 변경해야 할 것이다. 즉, 골무 요구의 길이는 밸브가 완전히 폐쇄 될 때, 스프링이 적어도 2mm가 압축되도록 상기 밸브 스트로크를 수용하도록 조정된다. 또한, 상기 스프링 어셈블리 편리한 장착되어있는 밸브를 선택하는 것이 필요하다; 모든 밸브는 이러한 기능을 가지고 있습니다.

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Acknowledgements

저자는 중성자 방사선으로 우리를 지원하기위한 NIST 중성자 영상 시설 장비 과학자 박사 다니엘 Hussey는의 도움에 감사합니다.

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).
  4. 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).
  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).
  8. 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).
  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).
  10. 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).
  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).
  12. 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).
  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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