Как построить Вакуумная Весна-транспортный пакет для вращающегося ротора Манометры

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Вращающийся ротор калибра (SRG) является высокой вакуумметр часто используется в качестве вторичного или передачи стандарта для вакуумных давлений в диапазоне от 1,0 × 10 -4 Па до 1,0 Па. В этой заявке SRGS часто транспортируют в лабораторию для калибровки. События могут происходить во время транспортировки, которые изменяют состояние поверхности ротора, тем самым изменяя коэффициент калибровки. Для обеспечения стабильности калибровки, механизм пружинным транспорт часто используется для иммобилизации ротор и держать его под вакуумом во время транспортировки. Важно также, чтобы транспортировать весенне-транспортный механизм с использованием упаковки разработан, чтобы минимизировать риск повреждения во время транспортировки. В этой рукописи, подробное описание дается о том, как построить надежную весенне-транспортный механизм и транспортный контейнер. Вместе они образуют весенне-транспортный пакет. Дизайн упаковки весна-транспортная была протестирована с помощью раскрывающихся тестов и производительность оказалась превосходной. Настоящая весна-транспорт конструкции механизм удерживает ротор иммобилизованного когда испытывает потрясения нескольких сотен г = 9,8 м / с 2 и ускорение силы тяжести), в то время как морские контейнерные перевозки гарантирует , что механизм не будет испытывать потрясения больше , чем примерно 100 г в течение общих транспортные несчастные случаи (как это определено отраслевыми стандартами).

Introduction

Вращающийся ротор калибра (SRG) является высокой вакуумметр используется для определения разрежение в диапазоне от 1,0 × 10 -4 Па до 1,0 Па. Принципиально вращающийся стальной шарик , который подвешен между двумя постоянными магнитами. Электромагниты используются для вращения, или "раскрутки", мяч на некоторой частоте (обычно 410 Гц); мяч затем может свободно вращаться, но скорость вращения будет уменьшаться с течением времени из-за столкновений молекул газа в вакуумной системе с поверхностью шарика. Давление вакуума, таким образом , связано со скоростью замедления стального шарика или ротора На рисунке 1 показаны основные элементы: SRG. Ротор, наперсток, головка с соединительным кабелем и электронный контроллер. Ротор, или шар, содержится в наконечнике во время работы и, как правило, не обрабатывается и не видна пользователю SRG. Наперстка подключен к вакуумной системе. Для управления SRG, голова надевается на гильзе.головка содержит два постоянных магнитов и несколько комплектов проводов катушек, используемых для вертикальной и горизонтальной стабилизации, приведения в движение ротор, и ощущая вращение. Электронный контроллер интерпретирует сигнал от сенсорной катушки таким образом, что измерение давления может быть сделано. Для ротора с идеальными условиями на поверхности, то величина замедления связана с давлением вакуума фундаментальной физики. Для того, чтобы измерения абсолютного давления с использованием SRG, калибровочный коэффициент, известный как эффективный коэффициент размещения, должны быть определены. Эффективный коэффициент размещения зависит от реальной поверхности условий ротора, например, от шероховатости, адсорбированных газов и царапин. Эти факторы, как правило, стабильны в течение его использования. Дополнительные детали SRGS можно найти в других ссылках 1 - 3 .

SRG используется в приложениях, где требуются абсолютные измерения вакуума. Например, калибровочные лаборатории частоиспользовать SRGS в качестве абсолютного вакуума стандарта. В этом случае, высоковакуумные датчики калибруются путем сравнения их чтение к тому, что из SRG. В свою очередь, стандарт SRG должен периодически калибровать по отправкой SRG к первичной калибровочной лаборатории, чтобы его коэффициент аккомодации повторно определен. Первичные калибровочные лаборатории, как правило, являются национальными метрологическими институтами, такие как Национальный институт стандартов и технологий (NIST). Основная лаборатория определяет коэффициент аккомодации SRG путем сравнения его показание к стандарту первичного вакуума, а затем возвращает SRG к "вторичной" калибровочной лаборатории. SRG также используется в качестве эталона для сравнения эталонов между калибровочными лабораториями или национальными метрологическими институтами. В этом приложении SRG транспортируется внутри страны или на международном уровне между различными лабораториями . 4 - 8 Во время отгрузки, события могут произойти , что изменение коэффициента размещения. До Shчь, ротор должен быть де-приостанавливалось и голова удалена; ротор затем опирается на внутреннюю стенку гильзе. Во время транспортировки, поверхность ротора может изменяться от механического воздействия между ротором и наперстка из-за вибрации и ударов, или поверхность может измениться из-за воздействия ротора до атмосферного газа и влажности. Эти изменения влияют на долгосрочную стабильность коэффициента размещения. В идеале, ротор должен оставаться в вакууме и иммобилизованных во время транспортировки.

Исторически сложилось так , SRGS были использованы в качестве стандартов передачи в ключевых сличений эталонов вакуума между национальными метрологическими институтами, где SRGS интернационально транспортируемых много раз между различными институтами. 9 Во время ранней сравнения ключей, было установлено , что долговременная стабильность из коэффициент размещения SRG может быть улучшена за счет использования весенне-транспортный механизм, который, как иммобилизованного ротор и держал его под вакуумом дрительными перевозки. 1,10 С тех пор механизм пружинного транспорт был использован много раз в международных сравнений ключей. Недавнее исследование исторических данных показал , что 90% из этих сравнений были стабиль- лучше , чем 0,75%, а 70% имели стабильностью 0,5%. 9 Таким образом, используя механизм весенне-транспортного будет, в большинстве случаев, дают стабильность , которая является более чем достаточно для большинства применений.

До сих пор не было мало указаний в литературе о том, как построить механизм пружинного транспорта. Ранние версии этих устройств, как известно, не в состоянии полностью иммобилизовать ротор, благодаря сочетанию быть недостаточно разработаны для эксплуатационной надежности, а также неправильного обращения во время транспортировки. Эти ранние уроки показывают, что это важно как построить надежный механизм весенне-транспортной и правильно упаковать его таким образом, чтобы свести к минимуму шок во время транспортировки. Это позже точка является критической, но часто игнорируется. Здесь мы будем describе строительство прочной весенне-транспортного механизма в дополнение к правильно построенной транспортной упаковке. Наша конструкция основана на нескольких простых, проверенных, инженерных принципов, которые позволяют строительство прочного весенне-транспортного пакета, который сводит к минимуму возможность неудачи во время транспортировки. Мы также описываем наши испытания надежности нашего дизайна. Дополнительные сведения о методах испытаний можно найти в Fedchak и др. (2015). 11

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Закупить не пользовательские части для пружинного механизма транспорта

  1. Закупить пружины, стержень с резьбой, распорки, гайки и шайбы. Эти пункты перечислены в списке конкретных материалов / оборудования. Покупка пружины и распорки до изготовления держателя шарика. Используйте 18-8 из нержавеющей стали (кроме 303), или, предпочтительно, из нержавеющей стали 316, для всех материалов.
  2. Закупить ротор. Ротор представляет собой шариковый подшипник 4,5 мм в диаметре, изготовленный из нержавеющей стали 440С или легированной стали E52100.
  3. Закупить прямоугольным клапан, указанный в списке конкретных материалов / оборудования.

2. Закупить материалы для транспортного контейнера

  1. Закупить транспортировочный контейнер. Используйте вращательно-формованные, полиэтиленовые случаи с твердой оболочкой с защищенными выемок, так как они были такие случаи, которые были успешно протестированы. Дело в Перечень конкретных материалов / Оборудование отвечает минимальным требованиям внутренних космических.
  2. процедураURE упаковку пены.
    1. Закупить 2 # (32 кг / м 3) Полиуретан (сложный эфир) пену. Покупка достаточно пены эфира, чтобы заполнить верхнюю и нижнюю часть грузового контейнера. Купите кусок 5 см яйцевидной картонную эфира пены.
    2. Закупить 2 # (ПЭ) вспененный полиэтилен толщиной в 7,6 см и имеет достаточно большую площадь, чтобы покрыть ширину и глубину грузового контейнера.

3. Закупки и изготовление нестандартных деталей для весенне-транспортного механизма

Примечание: Пример чертежи , описанных в данном разделе пользовательских частей приведены на рисунках 2-4.

  1. Продукция и представить рисунки на заказ поставщику или в доме магазин для изготовления калибра вращающегося ротора (SRG) наперстка / фланец. Критические размеры приведены на рисунке 2. Обычай производитель должен быть знаком с технологией изготовления сверхвысокого вакуума (СВВ). Наперстка относительно просто изготовитьй хорошо в пределах способности многих вакуумных компонентов компании.
  2. Приобретать зубцы , которые удерживают SRG головку на фланец (см рисунок 1). Они могут быть удалены из коммерческого SRG наперстка / фланцевого узла, который поставляется с электронным блоком управления SRG. Каждый зубец удерживается на месте с помощью одного болта (обычно метрический шестигранной головкой) с пружинной шайбой, и могут быть удалены с помощью снятие болтов с помощью соответствующего ключа (например, метрической шестигранного ключа).
    1. В качестве альтернативы, изготовления этих тем же поставщиком, обеспечивающим наперсток / фланец, как и в предыдущем шаге, но технология изготовления сверхвысокого вакуума не нужно следовать. Сделать точные копии коммерческих лапами SRG.
  3. Продукция и представить чертежи для простой адаптер для подключения шпильку M6 на правой угловой клапан к 8-32 все нити шпильке (американский стандарт аппаратного обеспечения). Смотрите рисунок 3.
  4. Продукция и представить чертежи для изготовления держателя шарика. Criticaл размеры приведены на рисунке 4. Изготовить держатель шарика из нержавеющей стали 316L в соответствии с технологией изготовления СВВ. Прихватите держатель шарика к одному концу пружины. Прихватите другой конец пружины к противостоянию. Очистить все детали в соответствии с процедурой очистки, приведенной в разделе 5.
  5. Вырезать 8-32 все нити шпильку до длины 18 мм и чистый, как описано в разделе 5.

4. Изготовление на заказ пены Вырез

  1. Сделайте вырез для весенне-транспортного механизма в пенополиэтилен. Следуйте контуры узла клапана настолько близко, насколько это возможно. Делайте это вручную, используя острый нож; В качестве альтернативы, контур может быть профессионально вырезать с помощью поставщика упаковки.
  2. Используйте размеры клапана заданного изготовителем арматуры и наперстка / размеры фланцев приведены на рисунке 2. Обрежьте пространство для достаточно наперсток большой , чтобы разместить зубцы (1,5 см х 3,8 см).

5. Очистка Вакуумные компоненты

  1. Очистите все компоненты для вакуума сверхвысокого вакуума (СВВ) перед сборкой. Наша рекомендуемая процедура очистки заключается в следующем.
    1. Ручка вакуумных деталей с использованием нитрила, латекса или виниловые перчатки. Не прикасайтесь голыми руками.
    2. Очистите детали с помощью мягкого моющего средства (например, как указано в материалах / списке оборудования), растворенного в дистиллированной или деионизированной воды и ткань без ворса.
    3. Место части в ванну с мягким моющим средством, растворенного в дистиллированной или де-ионизированной воды и место в ультразвуковым очистителем в течение 20 мин.
    4. Промойте детали тщательно с дистиллированной или деионизированной воды.
    5. Накройте части с ацетоном и место в ультразвуковым очистителем в течение 20 мин.
    6. Удалить части из ацетона. Накройте части с этанолом и место в ультразвуковым очистителем в течение 20 мин.
    7. Удалить части из этанола. Тщательно промойте дистиллированной или деионизированной воды.
    8. Blow частисухой с сухим азотом или чистым сухим воздухом.
    9. Пусть части высохнуть на воздухе на качественной безворсовой тканью чистой комнаты в течение 24 часов.

6. Соберите Спринг-транспортный механизм

  1. Во время сборки, износ нитрил, виниловые или латексные перчатки. Не прикасайтесь к вакуумной части с голыми руками.
  2. Соберите необходимые инструменты: плоскогубцы носа иглы, водителя с головкой для 8-32 гайки, ключ для адаптера, линейки или штангенциркуля. Протирать линейкой / микрометр с этанолом; очистить все другие инструменты, используя процедуру, описанную в шаге 5.
  3. Соберите необходимые детали: узел клапана, наперсток, шарикоподшипниках, шаровой держатель / пружины (этап 3.5), 18 мм длиной 8-32 шпильки, адаптер резьбы, гайки и шайбы с блокировками, 3 мм шестигранного ключа и маскирование лента. Смотрите рисунок 5.
  4. Весна-транспортный механизм сборки:
    1. Полностью закройте правый угол клапан, повернув его по часовой стрелке до упора.
    2. Глядя через порты клапанов, определить племенную Centere M6d на седло клапана.
    3. Винт адаптер прилегать на шпильки M6. Вставьте чистый ключ или плоскогубцы СВВ через порт, чтобы получить адаптер, как плотно, насколько это возможно.
    4. Вставьте 8-32 шпильку в другой конец адаптера. Затянуть в плотно, насколько это возможно. 8-32 шпилька будет проходить через адаптер и упираются шпильки M6.
    5. Установите стопорную шайбу на 8-32 шпильки, а затем гайки. Затянуть гайку с помощью чистой драйвер сокета или плоскогубцы. Клапан может быть закрыт в течение этого шага, чтобы сделать затягивании легче.
    6. Поместите гайку на 8-32 шпильке. Поверните его до тех пор, почти касаясь гайки на другом конце. Установите стопорную шайбу на 8-32 шпильке.
    7. Приложить весна / мяч держатель к 8-32 шпильке по противостоянию. Поверните противостоянию, пока он не прикасаясь стопорную шайбу.
      Примечание: Следующая процедура описывает , как проверить регулировку длины пружинного блока, смотрите рисунок 6.
    8. Поместите ротор в обычай наперсток и закрепить его с помощью магнита (от сети переменного токаommercial SRG), поместив его на наперсток конца и фиксации его с клейкой лентой. Ротор теперь в конце напёрстке.
    9. Slide наперстка над яровой / шаровой держатель, стоп, когда мяч держатель касается мяча. Измерьте зазор между фланцем клапана и фланцем наперстка, как показано на рисунке 6.
      1. Если зазор находится в диапазоне от 2 мм до 6 мм, перейти к шагу 6.4.10.2). Номинальный зазор 3 мм является идеальным, но разрыв в диапазоне составляет от 2 до 6 мм достаточно. Зазор меньше 2 мм не допускается.
      2. Удалить наперсток / фланец в сборе и отложить в сторону. Если зазор был меньше, чем 2 мм, вращать против часовой стрелки, чтобы противостоянию сделать зазор больше. Если зазор был больше, чем 6 мм, поворот по часовой стрелке Противостояние, чтобы сделать зазор меньше. Вернитесь к шагу 6.4.10.
    10. Удалить наперсток / фланец в сборе и отложить в сторону. Если зазор был меньше, чем 2 мм, вращать против часовой стрелки, чтобы противостоянию сделать зазор больше. Если зазор был больше, чем 6 мм, поворот улandoff по часовой стрелке, чтобы сделать зазор меньше. Вернитесь к шагу 6.4.10.
    11. Затянуть гайку против противостоянию.
    12. Откройте клапан, повернув против часовой стрелки.
  5. Собрать фланец:
    1. Снимите ротор, удалив клейкую ленту и магнит и тщательно следил за ротор, чтобы выкатить из наперстка.
    2. Приложить двух зубцов к фланцу, используя зажимную шайбу и болт, вставленный через задней стороне пользовательского фланца / наперстка. Замок-шайба и болт предоставляются коммерческим SRG. Замок-шайба и болт не должны быть очищены для сверхвысокого вакуума.
    3. Поворот зубцы таким образом , чтобы они являются квадратными друг с другом, как на фиг.1 и 9.
    4. Проверьте зубцы для прямолинейности, подсовывая голову SRG над наперсток. Голова должна скользить по свободно.
    5. Дайте два болта окончательное затягивание и повторно проверить для выравнивания, как на этапе 6.5.3.
    6. Поместите ротор обратно в гильзу, А.Н.d закрепите с помощью магнита и липкой лентой.
  6. Заполните Spring узел транспортера:
    1. Поместите меди или посеребренной меди прокладку на порт клапана.
    2. Поместите ротор в гильзу (если уже не в наперстки со стадии 6.5.6).
    3. Вставьте фланец / наперсток узел на весеннем / шар держателя. Сориентируйте фланец таким образом, что установочный винт в зубцах будет направлен вниз, когда клапан прикреплен к камере.
    4. С помощью ¼-28 болтов и гаек, закрепите фланец клапана.
    5. Закройте клапан.
    6. Удалите магнит и ленту, удерживающую мяч.

7. Установите контейнер для транспортировки

  1. Обрежьте пену эфирную с размером транспортного контейнера. Толщина пенопласта будет зависеть от высоты контейнера. Поместите минимальную толщину 7,6 см пены в нижней части . На рисунке 7 показана монтажная пена.
  2. Поместите вырез PE пены на вершине тон эфира пены.
  3. Поместите слой пены эфира в крышке. Минимальная толщина должна быть 7,6 см. Рисунок 8 показывает окончательное размещение механизма пружинного транспорта. Используйте чистую алюминиевую фольгу и пластиковую торцевую (который поставляется с клапаном), чтобы защитить открытый конец порта клапана во время транспортировки.

8. Использование Спринг-транспортного механизма

  1. Монтаж и подвешивании ротора:
    Примечание: На рисунке 9 показан установленный весенне-транспортный механизм с головкой прилагается. Первый шаг удалить весенне-транспортный механизм из транспортного контейнера. Далее, предполагается, что читатель знаком с работой датчика с вращающимся ротором. Подробная информация о работе регулятора можно найти в руководстве по эксплуатации контроллера. Кроме того, предполагается, что читатель знаком с высокой вакуумной технологии.
    1. Удалите торцевую и фольгу из открытого порта пружинного механизма транспорта. Прикреплениеоткрыть порт для DN 40 (CF 2,75 ") порт на вакуумной камере с использованием новой меди или посеребренной меди прокладку и установить ¼-28 болта. Ориентация клапана будет зависеть от ориентации зубцах. Собственное ориентация показана на рисунке 9. зуб с установочным винтом указывает вниз. Подсуньте голову над наперсток, ориентация наперстка должна быть вертикальной с точностью до 2 °. Проверьте ориентацию с уровнем.
    2. Откачать вакуумную камеру до менее чем 10 -3 Па. Медленно откройте клапанный механизм пружинного транспорта.
    3. Приложить голову к контроллеру. Включите контроллер и приостановить мяч.
  2. Де-монтаж весенне-транспортный механизм
    1. Де-приостановить ротор с помощью электронного контроллера. Выключите контроллер.
    2. Закройте клапанный механизм пружинного транспорта.
    3. Снять крышку головки блока.
    4. Vent вакуумную камеру.
    5. Снимите механизм, с помощью пружинного транспорта ООН-болтовых клапанпорт из вакуумной камеры.
    6. Поместите чистую фольгу и пластиковую торцевую крышку над открытым портом механизма с пружинным транспорта. Место механизм пружинного транспорт в вырезе в транспортной таре.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Все компоненты коммерческого SRG показаны на рисунке 1. Это включает в себя ротор, наперсток, головку , содержащую постоянные магниты и катушки проволоки , используемых для подвески и погрузки, а также электронный контроллер. Маленькая пружина показано (рис 1в) используется для удержания мяча в гильзе; эта стопорная пружина не используется в механизме пружинными транспорта. Коммерческий контроллер и головка используется в механизме пружинными транспорта. Зубья от коммерческого гильзе могут быть удалены и использованы в механизме весенне-транспортной, или копии этих простых деталей могут быть изготовлены. Ротор также может быть использован, или другой шаровой подшипник может быть использован, как указано в списке материалов. Механические чертежи на рисунках 2-4 приведены критические размеры пользовательских частей , которые должны быть изготовлены для создания механизма весенне-транспорта. Мяч-держатель на рисунке 4галс приварены на один конец пружины, а другой конец пружины является прихваченный к противостоянию. За исключением наперсток, все детали , необходимые для сборки механизма весенне-транспорта показаны на рисунке 5. Пружина должна быть сжат минимум 2 мм и номинальным сжатие 3 мм предлагается авторами. На рисунке 6 показан измерительная техника, чтобы определить, является ли пружина будет надлежащим образом сжат, как описано в процедуре.

На рисунке 7 показан типичный монтаж пенопластовых вставок, 8 показана пружина транспортного механизма в транспортном пакете. Транспортировочный контейнер должен быть выбран, что является достаточно большим, чтобы места для 7,6 см пены вокруг весенне-транспортный механизм со всех сторон и концов. Используя минимум 7,6 см эфира пены на верхней и нижней, и как минимум 7,6 см вспененного полиэтилена по бокам, йе шок , испытанный механизм пружинного транспорта будет проходить до менее чем 100 г даже при падении с высоты 152 см, как показано на рисунке 10. Это очень важно , чтобы убедиться , что пена не сжимается при упаковке механизм пружинного транспорта. Это может быть вызвано с помощью пены , которая является слишком толстой Рисунок 11 показывает эффект сжатия пены даже на небольшую величину:. Ударная увеличивается примерно на 40%. В этом случае пена сжимается примерно 1 ¼ см более 22 ¾ см. После выполнения более 180 испытаний на падение одного из наших прототипов, мы взяли нейтронов рентгенограмме изображение, рисунок 12, который наглядно демонстрирует весенне-транспортный механизм , работающий , как задумано. Следует отметить , что клапан на рисунке 12 от другого производителя , чем клапан , указанного в настоящей процедуре. не бывший больше не коммерчески доступных. И, наконец, 9 показывает весенне-транспортный механизм , установленный дляиспользование.

Drop-тесты являются обычной практикой в ​​упаковочной промышленности и, в соответствии с типовыми отраслевыми руководящими принципами, для упаковки весом менее 34 кг (75 фунтов) стандартная высота падения для тестирования составляет 76 см (30 дюймов). Разумный дизайн цель состояла в том, что в весенне-транспортного механизма опыта шок менее 50 г при падении с высоты 76 см и менее 100 г при падении с высоты 152 см, что в два раза рекомендуемая высота для испытания на свободное падение. Жесткие вращательно отлила случаи и два типа стандартной пены были выбраны для упаковки пружинного механизма транспортировки. Полиуретан (сложный эфир) пенопласт и полиэтилен (РЕ) пены являются общими пенопласты, доступные для упаковки. Они бывают разной плотности и, как правило , определяются их номинальной плотности , таких как 2 # пены (32 кг / м 3). Коммерческие направляющие упаковки приведены кривые , показывающие желаемый уровень хрупкости (в граммах, представляющих максимальный шок , который можно выдержать путемартефакт) в зависимости от толщины пены, с различными кривыми, представляющими уронить коробку с разной высоты. Например, если объект со статической нагрузкой 0,77 Н / см 2 падает с 76 см, 7,6 см толщиной 2 # сложноэфирной пены и 12,7 см толщиной 2 # пенополиэтилен оба дают шок около 30 г. Пена должна быть достаточно, чтобы аккуратно замедлять объект на разумном расстоянии упругим, но достаточно жесткой, так что не существует мало или нет сжатие пенопласта, когда под статической нагрузкой. Сжатие будет поставить под угрозу способность пены абсорбировать шок. 2 # эфир пены использовали на верхней и нижней части механизма пружинными транспорта, и 2 # пенополиэтилен использовалась для выреза, как показано на рисунке 7. Причина , по которой пенополиэтилен использовался для выреза , так как статическая нагрузка больше на концах клапана из-за меньшей площади.

Испытания падения были проведены на весенне-транспортной упаковки путем присоединения Accelerometer к весенне-транспортный механизм и капельной пакет с разной высоты и ориентации. Рисунок 10 показывает производительность 7,6 см и 15,2 см черный 2 # пенополиэтилен. Как можно видеть, тем толще пена не выполнял лучше, чем 7,6 см пены. Это происходит потому, что после того, как пена достаточно толстым, чтобы в полной мере снижения скорости объекта по его толщине, добавляя больше пены не помогает. Поэтому был сделан вывод о том, что 7,6 см пенополиэтилен была достаточной для сторон. На верхней и нижней части, было установлено, что 7,6 см толщиной 2 # сложноэфирной пены было необходимо и достаточно. Это согласуется с более легкой статической нагрузки (большая площадь) сторон клапана. Небольшой кусочек толщиной 5 см яичной коробки стиль эфира пены также был использован для прокладки в нижней части выреза таким образом , чтобы пружинный механизм-транспорт не будет двигаться в вырезе. Рисунок 11 иллюстрирует важность не сжатия пены. В тестах, где падение пена слегка прессуют, шок былнамного больше. Различные размеры случаев также были испытаны. Было установлено, что небольшое дело с меньшим количеством заполнения производится меньший шок, чем больший случай. Сначала этот результат казался удивительно, но следует помнить, что если толщина пены достаточно, добавляя больше пены не дает лучшие результаты шока. Одна гипотеза состоит в том, что более мелкие случаи производят меньше шок при падении, так как они весят меньше, чем более крупные и случаев отказов больше, при падении, таким образом, рассеивает часть энергии. Минимальные внутренние размеры должны быть достаточно большими, чтобы окружить пружинный механизм транспорта по 7,6 см пены с каждой стороны, в частности, 39,5 см х 25,4 см х 23 см.

Многие были проведены испытания на падение с механизмом пружинного транспорта. контролировалась контакта между ротором и конического конца гильзу во время испытаний на падение, регистрируя электрическую непрерывность между шариком и двумя проводами, проходящих через специально изготовленную тест наперсток, а дезсываются в справочном 11. Мы не наблюдали провал пружинного механизма для удержания ротора во время любого из испытаний на падение. На рисунке 12 показана рентгенограмма 12 нейтронов весенне-транспортного механизма , построенного NIST и подвергается более 180 испытаний на падение. Как видно на рентгенограмме изображения, функции весенне-транспортный механизм, как она была задумана даже после падения так много раз. Следуя процедурам, описанным здесь, надежная пружина-транспортная упаковка может быть создан, который способен свести к минимуму воздействие транспорта на долгосрочной стабильности прядения манометры ротора.

Рисунок 1
. Рисунок 1: Элементы типичного Gauge вращающегося ротора Эта картина показывает все элементы прядильной датчика ротора: (а) стальной шарик или ротора; (Б) наперстка , который содержит ротор (коммерческая версия),две прямоугольные части вблизи края фланца являются "Лапы", которые удерживают блок головки; (С) фиксирующую пружину для ротора (не используется в механизме весенне-транспортной); (D) головка и кабель с разъемами; (Е) электронный контроллер.

фигура 2
Рисунок 2: Механическая Нанесение на заказ наперстка Критические размеры указаны и приведены в Соединенных Штатах традиционными единицами (1 дюйм = 25,4 мм).. Все допуски составляют 0,005 дюйма (0,1 мм). Файл .step * включен в качестве дополнительного файла. Часть должна быть изготовлена ​​из нержавеющей стали 316L, RA16 отделки (микро-дюйма; RA 0,4 мкм). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3: Механический Нанесение резьбовой адаптер Критические размеры показаны и приведены в Соединенных Штатах традиционными единицами (1 дюйм = 25,4 мм).. Все допуски 0,005 дюймов (0.1mm). Файл .step * включен в качестве дополнительного файла. Часть должна быть изготовлена ​​из нержавеющей стали 316L; нити имеют тип 2А. М6 имеет высоту 1 мм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4: Механическая Нанесение шаровой держатель Критические размеры указаны и приведены в Соединенных Штатах традиционными единицами (1 дюйм = 25,4 мм).. Все допуски 0,005 дюймов (0.1mm). Файл .step * включен в качестве дополнительного файла. Часть должна быть маде из нержавеющей стали 316L, RA16 отделки (микродюймах; RA 0,4 мкм)., без острых краев Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рис . 5: Элементы пружинного механизма транспорта в целях сборки (справа налево), части указаны: клапан, резьбовой переходник, замок-шайба, гайка, срезанные 8-32 шпилька, гайка, замок-шайба, мяч -holder / пружинный блок и 4,5 мм ротора.

Рисунок 6
Рис . 6: Установка расстояния от шара держателя После сборки механизма весенне-транспортной, закройте клапан, поместите ротор в пользовательском наперсток, закрепить ротор с магнитом повернутой к концу гоimble, а затем поместить наперстка по шару держателя / пружины. Зазор должен измерять как минимум 2 мм, но не более чем на 6 мм.

Рисунок 7
Рис . 7: Сборка пены Темно - серый представляет собой вырез пенополиэтилен, то светло - серые прямоугольники сложный эфир пены.

Рисунок 8
Рис . 8: Весна-транспортный механизм в транспортном пакете механизм пружинного транспорта вписывается в вырез в полиэтиленовой пены. Ester пена используется под пенополиэтилен и в крышке кейса. Пену эфир толщиной более 7,6 см. Корпус представляет собой вращательно литой корпус с твердой скорлупой.

Рисунок 9
Рисунок 9: пружинно-TRAмеханизм nsport установлен в вакуумной камере. Пружинный механизм транспорта должен быть установлен на вакуумной камеры таким образом, что головка расположена вертикально в пределах 2 °, как показано на рисунке.

Рисунок 10
Рисунок 10:. Шок от высоты для пенополиэтилен Ударная для двух различных толщин вспененного полиэтилена показаны в зависимости от высоты падения. Средняя шок на 76 см высота падения находится вблизи 50 г, но разброс в данных, измеренная с помощью стандартного отклонения составляет почти 10% (показано как неопределенность баров). Даже при высоте падения 152 см, шок меньше , чем 100 г , а также в пределах удерживающей силы пружины.

Рисунок 11
Рисунок 11: Влияние Сжатых пены Небольшое количество пены град сжатия.способность товарищи пены, чтобы уменьшить шок, как видно больших ударных значений сжатой пены.

Рисунок 12
Рис . 12: Neutron Рентгенограмма пружинный транспорта (а) клапан в открытом положении , и (б) клапан в закрытом положении, показывающий ротор хорошо захваченное в вершине конической формы шара держателя и наперстка. Механизм весенне-транспортный показано был понижен более 180 раз, прежде чем было принято рентгенограмма изображение. Эта цифра была ранее опубликована в Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, М., Phandinh, Н. Построение весенне-транспортной упаковки для прядения манометры ротора. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033201 (2015); используется в соответствии с Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Цель состояла в том, чтобы разработать весенне-транспортный механизм с достаточной удерживающей силы таким образом, что ротор будет оставаться иммобилизованным во время транспортировки. Проектирование надежный механизм весенне-транспортной не достаточно, чтобы обеспечить ротор будет оставаться обездвижен, так как, например, понижая механизм с высокой высоты на твердую поверхность может производить огромный шок. Сила, действующая на ротор, может быть значительно уменьшен путем упаковки весенне-транспортного механизма таким образом, чтобы он плавно тормозится на расстояние в пределах пакета, тем самым снижая шок. Импульс силы испытывает объект , когда в падении называется шок и , как правило , измеряется с точки зрения ускорения силы тяжести, г. Если объект падает с высотой Н и тормозится на расстояние D, шок просто / г) х г. Например, если объект упал с высоты 1 м и тормозится на расстоянии 1 см, секподжилки , испытываемое объекта составляет 100 г. Этот пример представляет собой разумную оценку шока, мы можем ожидать, когда хорошо упакованный объект удаляется во время обработки. Поэтому механизм весенне-транспортного был разработан , чтобы держать ротор иммобилизованного во время шока , по меньшей мере , 100 г. Это было не трудно достичь. Пружина с пружинной константой 3 Н / мм, который был сжат 3 мм с клапаном полностью закрытым. Масса ротора , было 0,37 г , а масса шаровой держатель был 0,55 г, таким образом , сжатая пружина произвела удерживающая сила нескольких сотен г. От длины пружины, казалось бы, что сжатие не менее 2 мм, легко достигается; Тем не менее, мы заметили, что тепло, вырабатываемое липкость сварки, как правило, слегка укоротить пружину за счет уменьшения расстояния между пружины вблизи концов. Конической формы наперстка и шаровой держатель гарантирует, что шар не будет двигаться в боковом направлении по отношению к оси наперстка. Наперстка должен был быть на заказ маде по двум причинам: внутренняя конец был разработан, чтобы быть коническую форму, чтобы ограничить мяч, а длина должна быть такой, что пружина будет получить надлежащую компрессию, когда клапан закрыт. Ход клапана является полное линейное перемещение седла клапана и решающее значение в определении длины наперсток. Если марка или модель клапана выбирается, который имеет другой ход, чем клапан в списке материалов, другой наперстка длина может быть необходимым. Клапан мы выбрали в этой заявке указано на более чем 1000 закрытий, не требует динамометрический ключ, чтобы закрыть, и имеет удобно размещены шпильки для крепления пружины, что делает его идеальным для этого приложения. И, наконец, использование пружинных шайб и плотно сборки обеспечивает надежность устройств, так как наши тесты, представленные ниже, показывают.

Как уже обсуждалось ранее, другие учреждения сделали и использовали весенне-транспортные механизмы. Существует мало информации в литературе о том, как эти Othверсии эр были разработаны или протестированы. Исторические свидетельства о долгосрочной стабильности датчиков прядильного ротора, транспортируемого с использованием этих других вариантов механизма весенне-транспортной демонстрирует, что он эффективен в сохранении размещения коэффициента в SRG, при условии, что пружинный механизм транспорта работает как задумано и делает не выходят из строя иммобилизации ротора во время транспортировки. Версия NIST, представленная здесь была тщательно проверены на надежность и, как ожидается, чтобы сохранить коэффициент SRG размещения, по крайней мере, а также предыдущие версии. Кроме того, важность упаковки механизма весенне-транспортной таким образом, чтобы минимизировать шок не обсуждалась в литературе. Здесь подробные спецификации и инструкции даны о том, как упаковать механизм пружинного транспорта. Испытания падения, рассмотренные в предыдущем разделе, показывают, что упаковка будет уменьшить шок, как задумано.

Другие методы часто используютсядля транспортировки вращающиеся измерители толщины ротора. Наиболее распространенный метод, используемый для клиентов службы калибровки NIST является обеспечение ротора к гильзе с помощью внешнего магнита. Другой способ заключается в удалении ротор из наперстка и поместить его в стеклянную пробирку или обернуть ротор в алюминиевую фольгу или ткань без ворса. Изучение 70 роторов клиентов с повторными калибровками в NIST показали , что средняя повторяемость составляла 0,94%. 13 Как указывалось ранее, исторические данные для весенне-транспортной механики показал , что 90% времени, роторы были повторяемостью лучше , чем 0,75% в intercomprisons, где роторы погружены несколько раз на международном уровне. Еще один способ доставки используется для судовых роторов, что дало отличные результаты стабильности является ручной нести ротор. К сожалению, этот метод не является практичным в большинстве случаев.

Конструкция присутствует в протоколе специфична для модели клапана и типа, указанного. Другие клапаны могут быть намие изд, но было бы необходимо изменять конструкцию. В частности, длина напёрстка необходимо регулировать, чтобы приспособить ход клапана таким образом, что пружина сжимает по меньшей мере, 2 мм, когда клапан полностью закрыт. Кроме того, необходимо выбрать клапан, который имеет удобный крепление для пружинного блока; не все клапаны имеют такие функции.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgements

Авторы благодарны за помощью NIST нейтронного изображения объекта прибора ученый д-р Даниэль Хасси для оказания нам помощи с нейтронными рентгенограмм.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics