どのようにローターゲージをスピニングするための真空春輸送パッケージをビルドするには

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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

スピニングロータゲージ(SRG)は、多くの場合、1.0 Paと1.0×10 -4 Paの範囲内の真空圧のための二次または転写標準として使用される高真空計である。本出願において、SRGSはしばしばため研究所に輸送されます較正。イベントは、このように較正係数を変化させる、ロータ表面状態を変更輸送中に発生することができます。キャリブレーションの安定性を確保するために、ばね搬送機構は、多くの場合、ローターを固定し、輸送中、真空下でそれを維持するために使用されます。輸送中の損傷のリスクを最小限に抑えるように設計されたパッケージを使用してばねの搬送機構を搬送することも重要です。本稿では、詳細な説明は、堅牢なスプリングの搬送機構と、輸送用コンテナの構築方法を与えられています。これらを合わせて、春輸送パッケージを形成します。バネ輸送パッケージデザインは、ドロップ試験を用いて試験し、性能が優れていることが分かりました。現在のスプリングTRANSP輸送用コンテナは、機構が共通の間、約100グラムよりも大きなショックを経験しないことを保証しながら、ORTの機構設計は、数百グラムのショックを経験( グラム = 9.8メートル/秒2をし、重力加速度である)ときに固定化されたローターを保ちます海運事故(業界標準で定義されているように)。

Introduction

スピニングロータゲージ(SRG)1.0×10 -4 Paの範囲1.0 Paまで真空圧力を決定するために使用される高真空計である。これは、基本的に2つの永久磁石との間に懸架され、回転鋼球です。電磁石は、いくつかの周波数(典型的には410ヘルツ)に、ボールを回転させるために使用される、または「スピンアップ」されます。ボールは、その後自由に回転させているが、回転速度が原因ボール表面を有する真空システム中のガス分子の衝突の時間をかけて減少します。真空圧力は、鋼球又はロータの減速度にこのように関連している。図1は、SRGの本質的な要素を示しています。ローター、接続ケーブルとシンブル、ヘッド、および電子制御装置を。ローター、またはボールが、運転中にシンブル内に含まれ、通常で処理されないもSRGのユーザーに表示されます。シンブルは、真空システムに接続されています。 SRGを動作させるために、ヘッドがシンブル上に滑り込まされます。ザヘッドは、垂直および水平の安定化のために使用される2つの永久磁石とワイヤコイルのいくつかのセットを含むローターを駆動し、回転を検知します。電子制御装置は、圧力測定を行うことができるように、感知コイルからの信号を解釈します。理想的な表面状態を有するロータは、減速率は、基本物理によって真空圧に関連しています。 SRGを使用して、絶対圧測定を行うために、効果的な適応係数として知られているキャリブレーション係数は、決定されなければなりません。効果的な適応係数は、このような粗さ、吸着ガスや傷などのロータの実際の表面状態に依存します。これらの要因は、その使用の過程で安定である傾向があります。 SRGSのさらなる詳細は、他の文献に見出すことができる1 - 。3

SRGは絶対真空の測定が要求される用途で使用されています。多くの場合、例えば、校正試験所絶対真空標準としてSRGSを使用します。この場合には、高真空計は、SRGのものへの読みを比較することによって較正されます。ターンでは、SRGの標準は、定期的にその適応係数の再決定を持つように、一次校正機関にSRGを出荷することによって較正されなければなりません。一次校正ラボは、通常、米国国立標準技術研究所(NIST)などの国家計量研究所です。主要な研究室では、一次真空規格にその読みを比較することにより、SRGの適応係数を決定し、「二次」の校正ラボにSRGを返します。 SRGはまた、校正機関や国家計量機関の間の規格の比較のための転送の標準として使用されています。このアプリケーションでは、SRGは、様々な研究室との間で、国内または国際的に輸送される4 - 8を出荷時には、イベントはその変化に適応係数を発生することがあります。 SHの前にipmentは、ロータが解除中断されなければならないとヘッドが削除されます。ロータはその後、シンブルの内側壁にかかっています。輸送中に、ロータ表面が原因振動や衝撃にロータとシンブルとの間の機械的作用から変更されることがあり、または表面が原因で大気中のガスや湿度に対するロータの暴露に変更されることがあります。これらの変更は、宿泊係数の長期安定性に影響を与えます。理想的には、ロータは、真空中に残っているし、輸送中に固定化する必要があります。

歴史的に、SRGSはSRGSが国際種々の機関の間で何回も搬送される。9初期のキーの比較時に国家計量標準機関のうち真空標準のキーの比較での転送標準として使用されていることがわかったの長期安定性SRGの適応係数は、両ロータを固定化し、真空dの下でそれを維持し、バネ輸送メカニズムを利用することによって改善することができますuring輸送。以来1,10は 、ばね搬送機構は、国際主要な比較で何度も使用されてきました。履歴データの最近の研究は、これらの比較の90%が0.75%よりも良好な安定性を有し、かつ70%が0.5%の安定性を有することを示した。9ため、バネ輸送機構を使用して、ほとんどの場合において、安定性をもたらしますほとんどのアプリケーションで十分以上。

今までは、春輸送メカニズムを構築する方法についての文献にはほとんど指導がありました。これらのデバイスの初期のバージョンは、完全に起因する不十分な堅牢性のために設計されているとの組み合わせに、回転子を固定化するために失敗することが知られており、輸送中に誤って処理されています。これらの初期の教訓は、それが両方の堅牢な春輸送メカニズムを構築し、かつ適切に輸送中の衝撃を最小限に抑える方法でそれをパッケージ化することが重要であることを示しています。この後者の点は重要ではなく、多くの場合、無視されます。ここでは、describます適切に構成されたトランスポート・パッケージに加えて、ロバストなバネ搬送機構の構成を電子。私たちのデザインは、輸送中の故障の可能性を最小限に抑え、耐久性春輸送パッケージの構築を可能にするいくつかの簡単な、テストされ、エンジニアリングの原則に基づいています。また、当社は、設計の堅牢性の我々のテストを記述します。試験方法のさらなる詳細はFedchak に見出すことができます。 (2015)。11

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Protocol

春の輸送機構のための1.調達非カスタムパーツ

  1. スプリング、ネジ棒、スタンドオフ、ナット、ワッシャーを調達。これらの項目は、特定の材料/機器のリストに記載されています。ボールホルダーを製造する前に、バネと支柱を購入します。すべての材料のために(303を除く)18-8ステンレス鋼、または好ましくは316ステンレス鋼を使用します。
  2. ローターを調達。ロータは、440Cステンレス鋼またはE52100合金鋼製の直径のボールベアリング4.5 mmです。
  3. 具体的な材料/機器のリストに記載されている直角バルブを調達。

シッピング・コンテナ2.調達材料

  1. 輸送用コンテナを調達。これらが正常にテストされた例タイプだったので、保護された凹部を有する回転成形、ポリエチレンハードシェルケースを使用してください。具体的な材料/機器のリストの場合は、最小の内部空間の要件を満たしています。
  2. PROCUREの発泡スチロール。
    1. 2#(32キロ/ m 3)でポリウレタン(エステル)泡を調達。輸送用コンテナの上部と底部を満たすのに十分なエステルのフォームを購入します。 5センチメートル卵カートンエステルフォームの作品を購入します。
    2. 7.6センチメートルの厚さであり、輸送用コンテナの幅と深さをカバーするのに十分大きな面積を有している2#(PE)ポリエチレンフォームを調達。

春の輸送メカニズム3.調達・カスタムパーツの製作

注:このセクションで説明するカスタムパーツの例を図面を図2-4に示されています。

  1. プロデュースとスピニングローターゲージ(SRG)シンブル/フランジを製造するためのカスタム・ベンダーや社内店に図面を提出します。限界寸法は、図2に示されている。カスタムメーカーは、超高真空(UHV)製造技術に精通している必要があります。シンブルは、製造が比較的簡単ですNDは、多くの真空部品会社の能力の範囲内です。
  2. 図1を参照)フランジにSRGヘッドを保持タインを取得します。これらは、SRGの電子制御装置に付属商業SRGシンブル/フランジ組立体から取り外すことができます。各歯は、ロックワッシャを備えた単一のボルト(通常はメトリック六角)によって適所に保持され、(例えば、メトリック六角キーのような)適切なレンチを用いunboltingによって除去することができます。
    1. 代わりに、前のステップとシンブル/フランジを提供する同じベンダーによってこれらを製造するが、超高真空の製造技術が続いする必要はありません。商業SRG歯の正確なコピーを作成してください。
  3. プロデュースと8-32すべてのスレッドスタッド(アメリカの標準ハードウェア)に直角バルブにM6スタッドを接続するための簡単​​なアダプタの図面を提出します。 図3を参照てください。
  4. プロデュースとボールホルダーの製造のための図面を提出します。 CriticaL寸法は、図4に示されている。UHV製造技術に従って316Lステンレス鋼のボールホルダを製作します。タックは、バネの一方の端部にボールホルダを溶接します。タックは、スタンドオフに春のもう一方の端を溶接しました。セクション5で指定された洗浄手順に従ったすべての部品を清掃してください。
  5. セクション5で説明したように18ミリメートルの長さに8-32すべてのスレッドスタッドをカットし、きれい。

カスタムフォームカットアウトの4製作

  1. PE発泡春輸送機構のカットアウトを行います。できるだけ密接にバルブアセンブリの輪郭に従ってください。鋭いユーティリティナイフを用いて手でこれを行います。あるいは、輪郭はプロ包装サプライヤーによって切断することができます。
  2. バルブメーカー及び図2に示すシンブル/フランジ寸法によって与えられたバルブの寸法を使用してください。タイン(1.5センチのx 3.8センチメートル)を収容するのに十分なシンブル大型のためのスペースを切り取ります。

真空部品の5.洗浄

  1. 組み立て前に超高真空(UHV)用のすべての真空コンポーネントを清掃してください。当社の推奨クリーニング手順は以下の通りです。
    1. ニトリル、ラテックス、またはビニール手袋を使用して真空部品を取り扱ってください。素手で触らないでください。
    2. 中性洗剤を使用してクリーン部品(そのような材料/機器リストに表示されているもの)に溶解し、蒸留水または脱イオン水と柔らかい布。
    3. 20分間超音波洗浄器中で蒸留水または脱イオン水と場所に溶解した中性洗剤の浴中に置き部品。
    4. 蒸留水または脱イオン水で徹底的に部品を洗浄します。
    5. 20分間の超音波洗浄器中でアセトンと場所との部分をカバー。
    6. アセトンから部品を取り外します。 20分間の超音波洗浄器中でエタノールと場所との部分をカバー。
    7. エタノールから部品を取り外します。蒸留水または脱イオン水で十分に洗い流してください。
    8. 部品を吹きます乾燥窒素や清浄な乾燥空気で乾燥しました。
    9. 24時間クリーンルーム品質の糸くずの出ない布上の部品の空気乾燥をしてみましょう。

6.春の輸送メカニズムを組み立て

  1. 組み立て時には、ニトリル、ビニール、またはラテックスの手袋を着用してください。素手で真空部品に触れないでください。
  2. 8-32ナット、アダプター、定規またはキャリパー用レンチのためのラジオペンチ、ソケットヘッドドライバ:必要なツールを収集します。エタノールできれいな定規/マイクロメーターを拭きます。ステップ5の手順を使用して、他のすべてのツールをきれいに。
  3. バルブ、シンブル、ボールベアリング、ボールホルダー/スプリングアセンブリ(ステップ3.5を参照)、18ミリメートル長い8-32スタッド、ネジアダプター、ナット、ロック・ワッシャー、3ミリメートル六角レンチとマスキング:必要な部品を収集テープ。 図5を参照てください。
  4. 春搬送機構アセンブリ:
    1. 完全に止まるまで時計回りに回して右アングルバルブを閉じてください。
    2. バルブポートを介して見ると、M6スタッドcentereを識別バルブシート上のD。
    3. M6スタッドの上にぴったりとアダプターをねじ込みます。できるだけぴったりのようにアダプタを取得するために、ポートを介してUHVクリーンレンチやペンチを挿入します。
    4. アダプタのもう一方の端に8-32スタッドを挿入します。ぴったりできるだけ締めます。 8-32スタッドは、アダプタを通って延び、M6スタッドに対してプッシュします。
    5. その後、8-32スタッドとナットのロックワッシャーを置きます。きれいなソケットドライバまたはペンチを使用してナットを締めます。バルブは、簡単に締めにするために、このステップの間に閉じることができます。
    6. 8-32スタッドのナットを置きます。ほぼもう一方の端にナットに触れるまでそれを回します。 8-32スタッドのロックワッシャーを置きます。
    7. スタンドオフによって8-32スタッドに、スプリング/ボールホルダーを取り付けます。それはロックワッシャーをタッチするまで、スタンドオフを回します。
      注意:次の手順は、 図6を参照して 、ばねアセンブリの長さ調整を確認する方法について説明します。
    8. 交流から(カスタムシンブルにローターを配置し、磁石で固定しますシンブルの端にそれを置き、マスキングテープで固定することでommercial SRG)。ロータは、シンブルの終わりになりました。
    9. 春/ボールホルダーの上にシンブルスライドさせ、ボールホルダーがボールに触れたときに停止します。 図6のように、バルブのフランジとシンブルフランジとの間のギャップを測定します。
      1. ギャップが6mmに2mmの範囲内にある場合は、6.4.10.2に進み)。 3ミリメートルの公称ギャップが理想的ですが、範囲内のギャップは、2〜6mmのに十分です。 2ミリメートル未満のギャップが許容されません。
      2. シンブル/フランジアセンブリを取り外し、脇に置きます。ギャップが2mmよりも小さかった場合には、ギャップを大きくするために反時計回りにスタンドオフを回転させます。ギャップが6mmよりも大きかった場合には、ギャップを小さくするスタンドオフを時計回りに回転させます。 6.4.10ステップに戻ります。
    10. シンブル/フランジアセンブリを取り外し、脇に置きます。ギャップが2mmよりも小さかった場合には、ギャップを大きくするために反時計回りにスタンドオフを回転させます。ギャップが6mmよりも大きかった場合は、目を回転させますandoff時計回りには、ギャップを小さくします。 6.4.10ステップに戻ります。
    11. スタンドオフに対してナットを締めます。
    12. 反時計回りに回して、バルブを開きます。
  5. フランジを組み立て:
    1. マスキングテープと磁石を除去し、慎重にロータがシンブルの外にロールすることを可能にすることによって、ロータを削除します。
    2. カスタムフランジ/シンブルの背面側を通って挿入ロックワッシャーとボルトを使用してフランジに2歯を取り付けます。ロックワッシャーとボルトが商業SRGによって提供されています。ロックワッシャーとボルトは、超高真空のために洗浄する必要はありません。
    3. 彼らはお互いの正方形になるように、図1図9のように、歯を回転させます。
    4. シンブルの上SRGヘッドを滑ることにより、真直ための歯をチェックしてください。ヘッドは自由にスライドするはずです。
    5. 2本のボルトを本締めを付けて、ステップ6.5.3のように位置合わせのために再確認してください。
    6. 、シンブルに戻って、ロータを配置磁石とマスキングテープで固定dが。
  6. 春のトランスポートアセンブリを完了します。
    1. バルブポートに銅や銀メッキ銅ガスケットを配置します。
    2. (ステップ6.5.6からない場合は、既にシンブル中)シンブルにローターを配置します。
    3. 春/ボールホルダーの上フランジ/シンブルアセンブリをスライドさせます。オリエントバルブをチャンバに装着されたときに歯で止めねじが下向きされるように、フランジ。
    4. 1/4 28ボルトとナットを使用して、バルブにフランジを固定します。
    5. バルブを閉じます。
    6. ボールを保持している磁石とテープを取り外します。

7.出荷コンテナを組み立てます

  1. 輸送用コンテナのサイズにエステル泡をカット。発泡体の厚さは、容器の高さに依存するであろう。底に泡の7.6センチメートルの最小厚さを置きます。 図7は、発泡アセンブリを示しています。
  2. トンの上にPEの泡切り欠き部を配置彼は泡をエステル。
  3. 蓋にエステル泡の層を配置します。最小厚さ7.6 cmでなければならない。 図8は、バネ輸送機構の最終的な配置を示しています。出荷時のバルブポートの開放端を保護するために、きれいなアルミ箔と(バルブに付属)プラスチック製のエンドキャップを使用してください。

8.春トランスポート機構を使用して、

  1. マウントとローターを一時停止します:
    注: 図9は、添付のヘッドを搭載春輸送メカニズムを示しています。最初のステップは、輸送用コンテナから春輸送メカニズムを削除しています。以下では、読者がスピニングロータゲージの操作に精通していると仮定する。コントローラを操作の詳細は、コントローラのユーザマニュアルに記載されています。また、読者は、高真空技術に精通していると仮定されます。
    1. 春の輸送機構のオープンポートからエンドキャップ及びホイルを外します。アタッチ新しい銅や銀メッキ銅ガスケットと1/4 28ボルトのセットを使用して、真空チャンバにDN 40(CF 2.75 ")ポートを開いているポート。バルブの向きは歯の向きに依存します。適切な向きは、図9に示されている。セットスクリューポイントと歯を下向き。シンブルの上に頭をスリップ、シンブルの向きは2°以内に垂直でなければならない。レベルの向きを確認してください。
    2. 未満10 -3 Paまで真空チャンバーを退避します。ゆっくりと春輸送機構のバルブを開きます。
    3. コントローラにヘッドを取り付けます。コントローラの電源を入れて、ボールを一時停止します。
  2. 春のトランスポートメカニズムをデ取り付け
    1. 電子制御装置を使用してローターをデ中断。コントローラの電源を切ります。
    2. 春輸送機構のバルブを閉じます。
    3. ヘッドを取り外します。
    4. 真空チャンバを通気。
    5. バルブをアンボルト締め春輸送メカニズムを削除します真空チャンバからポート。
    6. クリーン箔と春輸送機構のオープンポートを介してプラスチック製エンドキャップを置きます。輸送用コンテナ内のカットアウトにバネ輸送機構を配置します。

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Representative Results

商業SRGのすべてのコンポーネントは、 図1に示されている。これは、懸濁液およびピックアップに用いられる永久磁石とワイヤコイルを含むローター、シンブル、ヘッド、及び電子制御装置を含みます。小さ ​​なばね示す( 図1c)はシンブルでボールを保持するために使用されます。この保持ばねは、ばね輸送機構に使用されません。商業コントローラヘッドは、スプリング輸送機構に使用されています。商業シンブルから歯を取り出し、使用するばね輸送機構に、またはこれらの単純な部分のコピーを作製することができることができます。ローターを使用してもよい、または材料のリストで指定された別のボールベアリングを使用することができます。 図2-4の機械製図は、スプリング輸送メカニズムを構築するために製作されなければならないカスタムパーツの重要な寸法を与えます。 図4のボールホルダーがありますタックは、スプリングの一端に溶接さとバネの他端はスタンドオフにタック溶接されています。シンブルを除いて、ばね搬送機構の組み立てに必要な部品の全ては、 図5に示されている。バネは、著者によって示唆される2mmの最小および3mmの公称圧縮を圧縮しなければならない。 図6は図手順で説明したようにバネが適切に圧縮されるかどうかを決定するための測定技術。

図7は、フォームインサートの典型的なアセンブリを示し、 図8は、輸送パッケージのバネ搬送機構を示します。輸送用コンテナは、すべての側面と両端にバネトランスポート機構を囲む泡の7.6センチメートルのためのスペースを確保するのに十分な大きさのものを選択する必要があります。頂部及び底部及び側部にPEフォーム7.6センチ最小にエステルフォーム7.6センチ最小を使用することにより、第152センチメートルから落とした場合でも、図10に示すように、バネ輸送機構が経験する電子ショックは、100g未満に開催されます。春輸送機構を梱包する際の泡が圧縮されていない特定の作ることは非常に重要です。これは、厚すぎる発泡体を使用することによって発生することができる。図11は、さらに少量の泡を圧縮する効果を示しています。ショックが約40%増加します。この場合、フォームは22¾センチにわたっておよそ1¼cmに圧縮します。私たちのプロトタイプの1つの180以上の落下試験を行った後、我々は明らかに設計どおりに機能し、ばね輸送メカニズムを実証する中性子ラジオグラフ画像、 図12を 、取りました。 図12の弁が存在する手順で指定されたバルブとは異なるメーカーからのものであることに注意してください。前者は、もはや市販されていません。最後に、 図9にするように取り付けられたスプリングの搬送機構を示していますつかいます。

ドロップテストを包装業界では一般的であり、典型的な業界のガイドラインに従って、34キロ(75ポンド)未満のパッケージのテストのための標準的な落下高さは76センチメートル(30インチ)です。合理的な設計目標であった二回の落下試験のための推奨される高さ152センチ、から落下時50g未満の衝撃76 cmであり、100g未満から落下ばね搬送機構経験こと。ハード回転成形の場合と標準フォームの2つのタイプは、ばね搬送機構をパッケージ化するために選択しました。ポリウレタン(エステル)フォーム、ポリエチレン(PE)発泡包装に利用できる一般的なフォームです。彼らは、異なる密度で来て、通常、2#フォーム(32キロ/ m 3)で、それらの名目上の密度によって指定されています。商業包装ガイドはが耐えることができる最大の衝撃を表す、 グラムで(希望の脆弱性レベルを示す曲線を与えます異なる曲線は、異なる高さからボックスをドロップ表すと泡の厚さ対アーティファクト)、。例えば、0.77 N / cm 276センチ7.6センチ、厚さ2#エステルフォーム12.7センチから削除され、厚さ2#のPE発泡体の静荷重を持つオブジェクトは、約30グラムの衝撃を与えるの両方の場合。ときに静荷重下での泡のほとんど、あるいは全く圧縮があるように泡がやさしく、合理的な距離でオブジェクトを減速するのに十分な弾性が、十分に堅くなければなりません。圧縮は、衝撃を吸収する泡の能力を損なうことになります。 2#エステルフォームは、ばね輸送機構の上部と底部に使用し、 図7に示すように、2#のPEフォームは、切り出しのために使用した。静的荷重であるため、PE発泡体を切り出しのために使用された理由なぜなら小さな面積のバルブの両端に大きな。

落下試験は、加速を取り付けることにより、ばね輸送パッケージ上で実施しました春輸送機構と異なる高さと向きからパッケージを削除するにerometer。10図7.6センチ、15.2センチメートル黒2#のPEフォームの性能を示しています。図から分かるように、厚い泡を7.6センチの泡よりも良くは実行されませんでした。泡がより多くのフォームを追加しても解決しない、完全にその厚さを超えるオブジェクトを減速するのに十分な厚さになるとためです。したがって、7.6センチPE発泡体は側面のために十分であると結論しました。上部及び底部には、2#エステルフォーム7.6センチメートル厚さが必要かつ十分であることが判明しました。これは、弁の両側の軽い静荷重(大きい面積)と一致しています。春輸送機構がカットアウト内で移動しないように、厚さ5cm卵カートンスタイルエステルフォームの小片も、パッドに切り欠き部の底を使用した。11は、泡を圧縮していないことの重要性を示しています。泡はわずかに圧縮された落下試験では、ショックでしたはるかに大きいです。症例の異なるサイズも試験しました。これは、より少ないパディングと小さな場合の方が大きい場合よりも小さな衝撃を生成することが見出されました。最初に、この結果は驚くべきことでは見えたが、泡の厚さが十分であると、より多くの泡を追加すると、より良い衝撃の結果が得られていないことを忘れてはなりません。 1つの仮説は、これらが大きい場合よりも少ない重量を量ることにより、エネルギーの一部を消費し、落下時よりバウンスので、ドロップしたときに小さいケースが少なくショックを生成することです。最小内寸は、各側の泡7.6センチ、特に39.5センチメートルX 25.4センチメートルX 23 CMで春搬送機構を包囲するのに十分な大きさでなければなりません。

ばね搬送機構を有する多くの落下試験を行いました。ロータとシンブルの円錐形の端部との間の接触は、DESのように、ボールと特別に作られたテストシンブルを通る2本のワイヤ間の電気的導通をログインすることで、落下試験中に監視しましたリファレンス11のcribedは、我々は、落下試験のいずれかの間にローターを保持するためのバネ機構の故障を観察しなかった。 図12は、NISTによって構築されたバネ輸送機構の中性子ラジオグラフ12を示しており、180以上の落下試験に供しました。ラジオグラフ画像に見られるように、ばね搬送機構の機能があっても何度も廃棄された後に設計されます。ここで概説した手順に従うことにより、強固なスプリング輸送パッケージは、ロータゲージを回転の長期安定性の輸送の影響を最小限にすることができるように作成することができます。

図1
。図1:一般的なスピニングローターゲージの要素この画像はスピニングローターゲージのすべての要素を示しています。(a)は、鋼球やローター; (b)は 、ロータ(商用版)が含まれているシンブルを、フランジのエッジ付近の2つの長方形の部分は、ヘッドアセンブリを保持する「歯」です。 (c)は 、ロータのためのバネを保持(春輸送メカニズムでは使用されません)。 (d)のヘッドとケーブルアセンブリ。 (e)の電子制御装置。

図2
図2:カスタムシンブルの機械製図重要な寸法が示されており、米国慣習単位(1インチ= 25.4ミリメートル)で与えられます。すべての許容差は0.005インチ(0.1ミリメートル)です。 *の.STEPファイルは、補足ファイルとして含まれています。一部は316Lステンレス鋼、RA16仕上げ(マイクロインチ; RA0.4μm以下)で作られるべきである。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3
図3:スレッドアダプタの機械製図重要な寸法が示されており、(1インチ= 25.4ミリメートル)米国慣習単位で与えられますすべての許容差は0.005インチ(0.1ミリメートル)です。 *の.STEPファイルは、補足ファイルとして含まれています。部分は316Lステンレス鋼で作られるべきです。スレッドは、2A型のものです。 M6スレッドが1mmピッチを持っている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4
図4:ボールホルダーの機械製図重要な寸法が示されており、(1インチ= 25.4ミリメートル)米国慣習単位で与えられますすべての許容差は0.005インチ(0.1ミリメートル)です。 *の.STEPファイルは、補足ファイルとして含まれています。一部はミリアンペアでなければなりません316Lステンレス鋼、RA16仕上げ(マイクロインチ; RA 0.4ミクロン)のデ。鋭いエッジを持つが、 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図5
図5:春の輸送機構の要素アセンブリのために(右から左へ)、示した部分である:バルブ、ネジアダプター、ロックワッシャー、ナット、カット8-32スタッド、ナット、ロックワッシャー、ボール-holder /スプリングアセンブリ、および4.5ミリメートルローター。

図6
図6:ボールホルダーの距離を設定するバネトランスポート機構を組み立てた後、目の端にタップ磁石を回転子を固定し、カスタムシンブルにローターを配置し、バルブを閉じますボールホルダー/春の上にシンブルを配置し、その後imbleと。ギャップは2ミリメートル、ない以上6ミリメートルの最小値を測定しなければなりません。

図7
。図7:泡の組立濃い灰色はPEの泡切り欠きを表し、ライトグレーの長方形は、エステルフォームです。

図8
図8:輸送パッケージの春輸送機構は、スプリング輸送メカニズムは、PE発泡体中のカットアウトに適合しています。エステルフォームは、PEフォーム下ケース蓋に使用されます。エステルフォームはより大きい7.6 cmの厚さです。場合は、回転成形ハードシェルケースです。

図9
図9:春-TRAnsport機構 ​​は、真空チャンバに取り付けられたスプリングの搬送機構を示すように、ヘッドは、2°以内に垂直であるように、真空チャンバに取り付けられなければなりません。

図10
図10:PEフォーム用高対衝撃 PE発泡体の二つの異なる厚さのために衝撃が落下高さの関数として示されています。 76センチメートルの落下高さでの平均ショックは50グラム近くですが、標準偏差によって測定されるようなデータのばらつきは、(不確実性のバーとして示される)はほぼ10%です。でも152センチメートルの落下高さで、ショックが100g未満、よく春の保持力の範囲内です。

図11
図11:圧縮泡の効果発泡圧縮度の少量RADES圧縮された発泡体のより大きな衝撃値で見られるように、ショックを低減する発泡体の能力。

図12
図12:春輸送機構の中性子透過X線写真は、(a) は、開放位置にある弁であり、(b)はうまく円錐形状のボールホルダーの頂点に捕獲ローターを示す、閉じた位置にあるバルブであり、シンブル。放射線写真画像が撮影された前示すバネ搬送機構は、180以上の時間を滴下しました。この図は、以前のロータゲージを回転するためのFedchak、JA、Scherschligt、J.、斎場、M.、Phandinh、N.ビル春輸送パッケージに掲載されました。J. VAC。サイエンス。産業技術A. 33(3)、033201(2015);クリエイティブ・コモンズ表示3.0 Unportedのライセンスに基づいて使用。

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Discussion

目的は、ロータが輸送中に固定化されたままになるように、十分な保持力を有するばね輸送機構を設計することでした。堅牢なスプリングトランスポート機構を設計することは、たとえば、ハード面に背の高い高さからメカニズムをドロップすると、巨大な衝撃を生成することができ、ため、ロータが固定化されたままになります保証するのに十分ではありません。ロータ上の力が大きく、それによって衝撃を低減、パッケージ内の距離にわたって、それは穏やかに減速するように、ばね搬送機構をパッケージングすることによって低減することができます。ドロップされ、ショックと呼ばれ、一般的に重力、加速度gに関して測定されたときに衝撃力は、物体が経験しました。オブジェクトは高さhから落下距離dを介して減速された場合、ショックは、x G(H / D)だけです。例えば、オブジェクトは、1メートルの高さから落下された場合は1センチの距離にわたって減速され、S対象が経験ホック100 gです。この例では、十分に充填されたオブジェクトは、取り扱い中にドロップされたときに我々が期待できるショックの合理的な推定値を表します。そのため、スプリング輸送機構は、少なくとも100グラムのショックの間に固定化されたローターを保つように設計されました。これは達成することは難しいことではありませんでした。完全に閉じた弁を備えた3ミリメートルで圧縮された3 N / mmで、のばね定数を有するばね。このように圧縮されたバネが数百グラムの保持力を生成し、ロータの質量は0.37グラムであったとボールホルダーの質量は0.55グラムでした。ばねの長さから、少なくとも2mmの圧縮が容易に達成されると思われます。しかしながら、我々は、タック溶接によって発生する熱は、端部付近のバネ間隔を低減することによって少しバネを短くする傾向があったことに気づきました。円錐形のシンブルとボールホルダーはボールがシンブル軸に対して横方向に移動しないことを保証します。シンブルは、カスタムミリアンペアでなければなりませんでした二つの理由のためにデ:内側端部は、円錐、ボールを制約するように成形されるように設計されており、長さは、弁が閉じられたとき、ばねが適切な圧縮を得ることになるようなものでなければなりませんでした。バルブストロークは、総リニア弁座の変位とシンブルの長さを決定する上で非常に重要です。ブランドやバルブのモデルは素材リスト内のバルブとは異なるストロークを持っているものを選択した場合、別のシンブル長さが必要になることがあります。私たちは、このアプリケーションで選択した弁が閉じるようにトルクレンチを必要としない、1,000以上の閉鎖時に指定され、このアプリケーションに最適です、春を実装するための便利な場所にあるスタッドを有しています。以下に示す我々の試験が示すように、最終的に、ロックワッシャと緊密なアセンブリの使用は、デバイスのロバスト性を保証します。

前述のように、他の機関が作られ、ばね輸送メカニズムを使用しています。どのようにこれらのOTHに関する文献中の情報はほとんどありませんえーバージョンは、設計や試験しました。ばね搬送機構のこれらの他のバージョンを使用して転送スピニングロータゲージの長期安定性の歴史的な証拠は、ばね搬送機構が設計通りに動作しないことを条件とする、それはSRGの適応係数を維持するのに有効であることを実証しています輸送中にローターを固定化するために失敗しません。ここで紹介するNISTのバージョンが厳密に堅牢性のためにテストされ、SRGの適応係数少なくともだけでなく、以前のバージョンを保存することが期待されます。また、衝撃を最小化するように、ばね搬送機構をパッケージの重要性は、文献において議論されていません。ここでは詳細な仕様や指示は、ばね輸送メカニズムをパッケージ化する方法について説明しています。前節で説明した落下試験は、設計通りの包装はショックを低減することを示しています。

他の方法がしばしば使用されますロータゲージを回転搬送します。 NISTの校正サービスの顧客のために使用される最も一般的な方法は、外部磁石を使用してシンブルにローターを確保するためです。もう一つの方法は、シンブルからローターを削除し、ガラスバイアルに置くか、アルミ箔や糸くずの出ない布でローターをラップすることです。 NISTで繰り返し校正と70の顧客ローターの研究では、平均再現性は0.94パーセントであることが示された。13以前に指摘したように、春輸送メカニックのための履歴データは、時間の90%は、ロータが再現性のより優れた0.75%を持っていた、ことが示されましたロータは、国際的に複数回を出荷しているintercomprisonsインチ優れた安定性の結果が得られた船のローターに使用される一つの他の配送方法は、ロータを手で運ぶことです。残念ながら、この方法は、ほとんどの場合に実用的ではありません。

プロトコルのデザイン存在は、指定された弁モデルとタイプに固有です。他の弁は、私たちであってもよいです編、設計を変更する必要があります。具体的には、シンブルニーズの長さは、バルブが完全に閉じられたとき、ばねが少なくとも2mmだけ圧縮するように、弁ストロークに対応するように調整することができます。また、ばねアセンブリのための便利なマウントを有する弁を選択することが必要です。すべてのバルブは、このような特徴を持っていません。

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Acknowledgements

著者らは、中性子放射線写真で私たちを支援するためのNIST中性子イメージング設備機器の科学者博士ダニエル・ハッセーのご協力に感謝しています。

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).

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