Comment construire un printemps de transport Paquet à vide pour Spinning Rotor Jauges

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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

La jauge à rotor (SRG) est une jauge à vide élevé souvent utilisé comme un étalon secondaire ou de transfert pour des pressions de vide dans la gamme de 1,0 x 10 -4 Pa à 1,0 Pa. Dans cette application, les SOR sont fréquemment transportés aux laboratoires pour étalonnage. Les événements peuvent se produire pendant le transport qui modifient les conditions de la surface du rotor, ce qui modifie le facteur d'étalonnage. Afin d'assurer la stabilité du calibrage, un mécanisme à ressort transport est souvent utilisé pour immobiliser le rotor et le maintenir sous vide pendant le transport. Il est également important de transporter le mécanisme à ressort de transport utilisant des emballages conçus pour minimiser le risque de dommages lors de l'expédition. Dans ce manuscrit, une description détaillée est donnée sur la façon de construire un mécanisme à ressort de transport robuste et conteneur d'expédition. Ensemble, ils forment un ensemble ressort-transport. La conception de l'emballage ressort transport a été testé à l'aide drop-tests et la performance a été jugée excellente. Le ressort-transp présenteort conception du mécanisme maintient le rotor immobilisé lorsqu'on éprouve des chocs de plusieurs centaines de g (g = 9,8 m / s 2 et est l'accélération due à la gravité), tandis que le conteneur d'expédition assure que le mécanisme ne sera pas l' expérience des chocs supérieure à environ 100 g pendant commune accidents maritimes (tel que défini par les normes de l'industrie).

Introduction

La jauge de rotation du rotor (SOR) est une jauge à vide élevé utilisé pour déterminer la pression à vide dans la plage de 1,0 x 10 -4 Pa à 1,0 Pa. Il est fondamentalement une bille d'acier tournante qui est suspendu entre deux aimants permanents. Electro-aimants sont utilisés pour faire tourner, ou "spin-up", le ballon à une certaine fréquence (typiquement 410 Hz); la bille est alors autorisé à tourner librement, mais le taux de rotation diminue au fil du temps en raison des collisions entre des molécules de gaz dans le système de vide avec la surface de la bille. La pression sous vide est donc liée à la vitesse de la bille d'acier ou d'un rotor décélération La figure 1 montre les éléments essentiels de la SSR:. Le rotor, virole, tête avec câble de raccordement et de commande électronique. Le rotor, ou une balle, est contenu dans la cartouche pendant le fonctionnement et ne sont normalement pas traitées par ni est visible pour l'utilisateur du GSR. Le doigt de gant est reliée au système de vide. Pour faire fonctionner le GSR, la tête est glissé sur la cartouche. lela tête comprend deux aimants permanents et plusieurs ensembles de bobines de fil utilisés pour la stabilisation verticale et horizontale, l'entraînement du rotor, et la détection de la rotation. Le contrôleur électronique interprète le signal provenant de la bobine de détection de telle sorte qu'une mesure de la pression peut être faite. Pour un rotor avec des conditions idéales de surface, le taux de décélération est liée à la pression du vide par la physique fondamentale. Pour effectuer des mesures de pression absolue à l'aide d'un SOR, un facteur d'étalonnage, connu comme le coefficient d'adaptation efficace, doit être déterminée. Le coefficient d'adaptation efficace dépend des conditions de la surface réelle du rotor, telles que la rugosité, les gaz adsorbés et les rayures. Ces facteurs ont tendance à être stable au cours de son utilisation. Des détails supplémentaires de SOR peuvent être trouvés dans d' autres références 1 - 3.

Le SOR est utilisé dans des applications où les mesures de vide absolu sont nécessaires. Par exemple, les laboratoires d'étalonnage souventutiliser SOR en tant que norme de vide absolu. Dans ce cas, les jauges à vide poussé sont étalonnés en comparant leur lecture à celle du SRG. À son tour, la norme SOR doit être étalonné périodiquement par l'expédition du SRG à un laboratoire d'étalonnage primaire pour avoir son coefficient d'accommodation re-déterminé. laboratoires d'étalonnage primaires sont généralement instituts nationaux de métrologie tels que l'Institut National des Standards and Technology (NIST). Le laboratoire principal détermine le coefficient d'accommodation du GSR en comparant sa lecture à un niveau de vide primaire, puis retourne le SOR à l'étalonnage "secondaire" laboratoire. Le SRG est également utilisé comme une norme de transfert pour la comparaison des normes entre les laboratoires d'étalonnage ou instituts nationaux de métrologie. Dans cette application, le GSR est transporté au niveau national ou au niveau international entre les différents laboratoires . 4 - 8 Au cours de l' expédition, les événements peuvent se produire que le changement du coefficient d'hébergement. Avant shipment, le rotor doit être dé-suspendu et la tête est enlevé; le rotor repose alors sur la paroi intérieure de la douille. Pendant le transport, la surface du rotor est susceptible de changer à partir de l'action mécanique entre le rotor et virole due aux vibrations et aux chocs, ou la surface peut changer en raison de l'exposition du rotor au gaz et à l'humidité atmosphérique. Ces changements affectent la stabilité à long terme du coefficient d'hébergement. Idéalement, le rotor doit demeurer sous vide et immobilisés pendant le transport.

Historiquement, SOR ont été utilisés comme étalons de transfert dans les comparaisons clés des normes de vide entre les instituts nationaux de métrologie, où SOR sont transportés à l' échelle internationale à plusieurs reprises entre les différents instituts. 9 Lors d' une comparaison clé au début, il a été constaté que la stabilité à long terme de la SOR coefficient de logement pourrait être amélioré en utilisant un mécanisme à ressort transport qui à la fois le rotor immobilisé et maintenu sous vide dtransport urant. 1,10 Depuis lors, le mécanisme à ressort de transport a été utilisé à plusieurs reprises dans les comparaisons internationales clés. Une étude récente des données historiques ont montré que 90% de ces comparaisons ont stabilités mieux que 0,75%, et 70% avaient des stabilités de 0,5%. 9 Par conséquent, en utilisant un mécanisme à ressort de transport, dans la plupart des cas, obtenir une stabilité qui est plus que suffisant pour la plupart des applications.

Jusqu'à présent, il y a eu peu d'indications dans la littérature sur la façon de construire un mécanisme à ressort transport. Les premières versions de ces dispositifs ont été connus pour ne pas immobiliser complètement le rotor, en raison d'une combinaison d'être insuffisamment conçu pour la robustesse et la mauvaise manipulation lors de l'expédition. Ces premières leçons montrent qu'il est important à la fois de construire un mécanisme à ressort de transport robuste, et de bien l'emballer d'une manière qui minimise le choc pendant le transport. Ce dernier point est essentiel, mais souvent ignorée. Ici, nous allons describe la construction d'un mécanisme à ressort de transport robuste en plus d'un emballage de transport bien construit. Notre conception est basée sur quelques principes simples, testés, ingénierie qui permettent la construction d'un ensemble ressort de transport durable qui minimise le risque de défaillance pendant le transport. Nous décrivons également nos tests de la robustesse de notre conception. Des détails supplémentaires sur les méthodes d'essai peuvent être trouvés dans Fedchak et al. (2015). 11

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Protocol

Pièces 1. Procure non personnalisés pour le mécanisme de transport de printemps

  1. Procure les ressorts, tige filetée, espaceurs, écrous et rondelles. Ces articles sont répertoriés dans la liste des matières spécifiques / équipement. Achetez les ressorts et les écarteurs avant la fabrication du support de balle. Utilisez l'acier inoxydable 18-8 (sauf 303), ou de préférence en acier inoxydable 316, pour tous les matériaux.
  2. Procure rotor. Le rotor est un roulement à billes de 4,5 mm de diamètre en acier inoxydable 440C ou en acier allié E52100.
  3. Procure la vanne à angle droit figurant dans la liste des matières spécifiques / équipement.

2. Matériaux Procure pour le transport en conteneurs

  1. Procure le conteneur d'expédition. Utilisez moulé par rotation, polyéthylène étui rigide avec des évidements protégés puisque ceux-ci étaient le type de cas qui ont été testés avec succès. Le cas dans la liste des matières spécifiques / équipement répond aux exigences minimales de l'espace intérieur.
  2. procUre l'emballage en mousse.
    1. Procure 2 # (32 kg / m 3) polyuréthane (ester) mousse. Achetez mousse d'ester assez pour remplir le haut et le bas du conteneur d'expédition. Achetez un morceau de mousse d'ester d'oeuf carton 5 cm.
    2. Procure 2 mousse # (PE) de polyéthylène qui est de 7,6 cm d'épaisseur et a une superficie assez grande pour couvrir la largeur et la profondeur du conteneur d'expédition.

3. Approvisionnement et fabrication de pièces sur mesure pour le Mécanisme de printemps de transport

Remarque: Exemple de dessins des pièces personnalisées décrites dans cette section sont donnés dans les figures 2-4.

  1. Produire et soumettre des dessins au fournisseur personnalisé ou dans la maison-atelier pour la fabrication de la jauge à rotor (SOR) thimble / bride. Les dimensions critiques sont donnés dans la figure 2. Le fabricant personnalisé doit être familier avec ultra-vide (UHV) des techniques de fabrication. Le doigt de gant est relativement simple à fabriquer une est bien dans la capacité de nombreuses sociétés composant sous vide.
  2. Acquérir les dents qui maintiennent la tête du GSR à la bride (voir la figure 1). Ceux-ci peuvent être retirés du SOR ensemble de cosse / bride commerciale qui vient avec l'unité de commande électronique SOR. Chaque dent est maintenu en place par un seul boulon (typiquement une tête creuse hexagonale) avec une rondelle de blocage, et peut être éliminé par déboulonnage en utilisant la clé appropriée (comme une clé hexagonale).
    1. Vous pouvez également fabriquer ces par le même vendeur fournissant la cartouche / bride comme dans l'étape précédente, mais les techniques de fabrication ultra-vide ne doivent pas être suivies. Faites des copies exactes des dents SOR commerciales.
  3. Produire et soumettre des dessins pour le simple adaptateur pour connecter le goujon M6 sur la vanne à angle droit à un plot 8-32 tout-fil (matériel standard américain). Voir Figure 3.
  4. Produire et soumettre des dessins pour la fabrication du support de balle. CriticaL dimensions sont données à la figure 4. Fabriquer le support de bille en acier inoxydable 316L, conformément aux techniques de fabrication UHV. Souder le porte-bille à une extrémité d'un ressort. Souder l'autre extrémité du ressort de l'impasse. Nettoyez toutes les parties, conformément à la procédure de nettoyage donnée à l'article 5.
  5. Couper le goujon 8-32 tout-fil à une longueur de 18 mm et propre comme décrit dans la section 5.

4. Fabrication de Custom Foam Cut-out

  1. Faire une découpe pour le mécanisme à ressort transport dans la mousse de PE. Suivre les contours de l'ensemble de soupape aussi étroitement que possible. Pour ce faire, à la main à l'aide d'un couteau tranchant; alternativement, le contour peut être professionnellement coupé par un fournisseur d'emballages.
  2. Utilisez les dimensions de la vanne donnée par le fabricant de la valve et les dimensions dé / bride donnée à la figure 2. Couper l'espace pour la cartouche assez grand pour accueillir les dents (1,5 cm x 3,8 cm).

5. Nettoyage des composants à vide

  1. Nettoyez tous les composants à vide pour ultra-vide (UHV) avant l'assemblage. Notre procédure de nettoyage recommandée est la suivante.
    1. Manipulez les pièces de vide utilisant Nitrile, Latex ou gants en vinyle. Ne touchez pas à mains nues.
    2. Nettoyer les pièces à l'aide d'un détergent doux (comme indiqué dans le matériel / liste d'équipement) dissous dans l'eau distillée ou déminéralisée et un chiffon non pelucheux.
    3. Placez les pièces dans un bain de détergent doux dissous dans de l'eau distillée ou désionisée et placer dans un nettoyeur à ultrasons pendant 20 min.
    4. Rincer les pièces à fond avec de l'eau distillée ou déminéralisée.
    5. Couvrir les parties avec de l'acétone et le lieu dans un nettoyeur à ultrasons pendant 20 min.
    6. Enlever les parties de l'acétone. Couvrir les parties avec de l'éthanol et le lieu dans un nettoyeur à ultrasons pendant 20 min.
    7. Enlever les pièces à partir d'éthanol. Rincez abondamment avec de l'eau distillée ou déminéralisée.
    8. Souffler les piècessec avec de l'azote sec ou de l'air propre et sec.
    9. Laissez les pièces sécher à l'air sur un chiffon non pelucheux qualité chambre propre pendant 24 heures.

6. Assemblez le mécanisme à ressort transports

  1. Lors de l'assemblage, porter des gants en nitrile, vinyle ou latex. Ne pas toucher les pièces sous vide avec les mains nues.
  2. Rassembler les outils nécessaires: une pince à bec, prise pilote de tête pour 8-32 écrou, clé pour adaptateur, règle ou étrier. Essuyer la règle / micromètre avec de l'éthanol; nettoyer tous les autres outils à l'aide de la procédure à l'étape 5.
  3. Rassemblez les pièces nécessaires: l'ensemble vanne, roulement à bille virole, porte-ball / ressort (voir l'étape 3.5), 18 mm de long 8-32 stud, adaptateur de filetage, les noix et les rondelles de blocage, 3 mm clé Allen et masquage ruban. Voir Figure 5.
  4. Printemps-Transport Assemblée Mécanisme:
    1. fermer complètement la vanne à angle droit en le tournant dans le sens horaire jusqu'à la butée.
    2. En regardant à travers les orifices de soupape, identifier le goujon centere M6d sur le siège de soupape.
    3. Vissez l'adaptateur parfaitement sur le goujon M6. Insérez une clé ou une pince propre UHV à travers le port pour obtenir l'adaptateur comme confortable que possible.
    4. Insérez 8-32 goujon dans l'autre extrémité de l'adaptateur. Serrez aussi fort que possible. Le 8-32 stud étendra à travers l'adaptateur et le pousser contre le goujon M6.
    5. Placez lock-rondelle sur 8-32 stud puis un écrou. Serrer l'écrou à l'aide d'un pilote de support propre ou une pince. La vanne peut être fermée au cours de cette étape pour faire de serrage plus facile.
    6. Placez un écrou sur le goujon 8-32. Tournez jusqu'à ce que presque toucher l'écrou à l'autre extrémité. Placez la rondelle de blocage sur 8-32 stud.
    7. Fixer / porte-ball ressort au 8-32 stud par le bras de fer. Tournez le bras de fer jusqu'à ce qu'il touche la rondelle de blocage.
      Remarque: La procédure suivante décrit comment vérifier le réglage de la longueur de l'ensemble de ressort, voir la figure 6.
    8. Placer le rotor dans la cartouche personnalisé et le fixer avec un aimant (de courant alternatifommerciaux SOR) en le plaçant sur la fin dé à coudre et le fixer avec du ruban adhésif. Le rotor est maintenant à la fin de la cartouche.
    9. Faites glisser thimble sur / porte-ball ressort, arrêt lorsque le porte-ball touche le ballon. Mesurer l'écart entre la bride et la bride de vanne dé, comme sur la figure 6.
      1. Si l'écart est de l'ordre de 2 mm à 6 mm, passez à l'étape 6.4.10.2). Un écart nominal de 3 mm est idéal, mais une lacune dans la gamme est de 2 à 6 mm suffisante. Un écart inférieur à 2 mm est pas acceptable.
      2. Retirer l'ensemble virole / bride et mettre de côté. Si l'écart est inférieur à 2 mm, tourner le bras de fer vers la gauche pour faire le grand écart. Si l'écart est supérieur à 6 mm, tourner le bras de fer dans le sens horaire pour faire le plus petit écart. Retour à l'étape 6.4.10.
    10. Retirer l'ensemble virole / bride et mettre de côté. Si l'écart est inférieur à 2 mm, tourner le bras de fer vers la gauche pour faire le grand écart. Si l'écart est supérieur à 6 mm, tourner la standoff dans le sens horaire pour faire le plus petit écart. Retour à l'étape 6.4.10.
    11. Serrer l'écrou contre le bras de fer.
    12. Ouvrir le robinet en tournant dans le sens antihoraire.
  5. Assembler la bride:
    1. Retirer le rotor en retirant du ruban adhésif et de l'aimant et permettant soigneusement le rotor à rouler sur la cartouche.
    2. Fixer les deux dents à la bride à l'aide d'une rondelle de blocage et le boulon inséré à travers le côté arrière de la bride / virole personnalisé. Le lock-rondelle et le boulon sont fournis par le GSR commercial. Le lock-rondelle et le boulon ne doivent être nettoyés pour ultra-vide.
    3. Faites tourner les dents de sorte qu'ils sont carrés avec l'autre, comme dans la figure 1 et la figure 9.
    4. Vérifiez les dents pour la rectitude en glissant la tête du GSR sur la cartouche. La tête doit glisser sur librement.
    5. Donner les deux boulons de serrage final et re-vérifier l'alignement comme dans l'étape 6.5.3.
    6. Placez rotor arrière dans la cartouche, und assurer avec l'aimant et ruban de masquage.
  6. Remplissez Assemblée Transport Spring:
    1. Placer le cuivre ou le joint en cuivre argenté sur l'orifice de soupape.
    2. Placer le rotor dans la cartouche (si pas déjà dans thimble de l'étape 6.5.6).
    3. Faites glisser la bride / assemblage virole sur / porte-ball ressort. Orienter la bride de telle sorte que l'ensemble vis dans les dents sera dirigée vers le bas lorsque la vanne est fixée à la chambre.
    4. Utilisation de ¼-28 boulons et écrous, fixer la bride à la vanne.
    5. Fermer le robinet.
    6. Retirer l'aimant et la bande en tenant le ballon.

7. Assembler le Shipping Container

  1. Couper la mousse de l'ester de la taille du conteneur d'expédition. L'épaisseur de la mousse dépend de la hauteur du récipient. Placer une épaisseur minimale de 7,6 cm de mousse dans le fond. La figure 7 montre l'ensemble de la mousse.
  2. Placez la découpe de mousse de PE sur le dessus de til ester mousse.
  3. Placer une couche de mousse d'ester dans le couvercle. L'épaisseur minimale doit être de 7,6 cm. La figure 8 montre le placement final du mécanisme à ressort transport. Utiliser du papier d'aluminium propre et un bouchon en plastique (qui est venu avec la vanne) pour protéger l'extrémité ouverte de l'orifice de soupape pendant le transport.

8. A l'aide du mécanisme à ressort transports

  1. Montage et suspension du rotor:
    Remarque: La figure 9 montre le mécanisme à ressort monté de transport avec la tête attachée. La première étape est de retirer le mécanisme à ressort de transport du conteneur d'expédition. Dans ce qui suit, on suppose que le lecteur est familiarisé avec le fonctionnement de la jauge de rotation du rotor. Les détails de fonctionnement du contrôleur peuvent être trouvés dans le mode de commande manuelle. Il est également supposé que le lecteur est familier avec la technologie à vide élevé.
    1. Retirez le capuchon et une feuille du port ouverte du mécanisme de transport de printemps. Fixez leport ouvert à un DN 40 (CF 2.75 ") port sur une chambre à vide en utilisant un nouveau cuivre ou joint en cuivre argenté et un ensemble ¼-28 boulon. L'orientation de la valve dépendra de l'orientation des dents. Le bon orientation est représentée sur la figure 9. la dent avec les points vers le bas ensemble de vis. Glissez la tête sur la cartouche, l'orientation de la cartouche doit être verticale à moins de 2 °. Vérifiez l' orientation avec un niveau.
    2. Évacuer la chambre à vide inférieure à 10 -3 Pa. ouvrir lentement la vanne de mécanisme à ressort transport.
    3. Fixer la tête au contrôleur. Allumez le contrôleur et de suspendre la balle.
  2. De montage du mécanisme à ressort Transport
    1. De suspension sur le rotor à l'aide du dispositif de commande électronique. Éteignez le contrôleur.
    2. Fermer le robinet de mécanisme à ressort transport.
    3. Retirer la tête.
    4. Évacuer la chambre à vide.
    5. Retirer le mécanisme à ressort transport non boulonnage la vannele port de la chambre à vide.
    6. Placez une feuille propre et un bouchon en plastique sur le port ouvert du mécanisme à ressort transport. mécanisme à ressort de transport Place à découpe dans le conteneur d'expédition.

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Representative Results

Tous les composants de SOR commerciale sont présentés dans la figure 1. Cela comprend le rotor, dé, tête contenant des aimants permanents et des bobines de fils utilisés pour la suspension et de ramassage, et le contrôleur électronique. Le petit ressort représenté (figure 1c) est utilisé pour conserver la balle dans la cartouche; ce ressort de retenue ne soit pas utilisé dans le mécanisme à ressort transport. Le contrôleur commercial et la tête sont utilisés dans le mécanisme à ressort transport. Les dents de la virole commerciale peuvent être enlevés et utilisés dans le mécanisme à ressort de transport, ou une copie de ces pièces simples peuvent être fabriquées. Le rotor peut également être utilisé, ou un autre roulement à billes peut être utilisé, tel que spécifié dans la liste des matériaux. Les dessins mécaniques des figures 2-4 donnent les dimensions critiques des pièces personnalisées qui doivent être fabriqués pour construire le mécanisme à ressort transport. Le porte-bille sur la figure 4 esttack soudé sur une extrémité d'un ressort et l'autre extrémité du ressort est soudée par points à une impasse. A l'exception de la cartouche, toutes les pièces nécessaires pour assembler le mécanisme à ressort de transport sont représentés sur la Figure 5. Le ressort doit être comprimé un minimum de 2 mm et une compression nominale de 3 mm est suggérée par les auteurs. La figure 6 montre la technique de mesure pour déterminer si le ressort est correctement comprimé, comme décrit dans la procédure.

La figure 7 montre un ensemble typique des inserts en mousse, la figure 8 montre le mécanisme de transport de ressort dans l'emballage de transport. Un conteneur d'expédition doit être choisie suffisamment grande pour laisser place à 7,6 cm de mousse entourant le mécanisme à ressort de transport sur tous les côtés et les extrémités. En utilisant un minimum de 7,6 cm de mousse ester sur le haut et le bas, et un minimum de 7,6 cm de mousse de PE sur les côtés, echoc e connu par le mécanisme à ressort transports aura lieu à moins de 100 g , même en cas de chute de 152 cm, comme le montre la Figure 10. Il est très important pour assurer la mousse ne soit pas comprimé lors de l' emballage du mécanisme à ressort transport. Cela peut être causé par l' utilisation de mousse qui est trop épaisse figure 11 montre l'effet de la compression de la mousse même par une petite quantité:. Le choc est augmentée d'environ 40%. Dans ce cas, la mousse comprimée environ 1 ¼ cm de plus de 22 ¾ cm. Après avoir effectué plus de 180 tests de chute d'un de nos prototypes, nous avons pris une image de radiographie neutronique, la figure 12, ce qui démontre clairement le mécanisme à ressort de transport travaillant comme prévu. A noter que la valve de la figure 12 est d'un fabricant différent de celui de la vanne spécifiée dans la présente procédure. Le premier est plus disponible dans le commerce. Enfin, la figure 9 montre le mécanisme à ressort de transport monté pourutilisation.

Baisse-tests sont une pratique courante dans l'industrie de l'emballage et, selon les directives typiques de l'industrie, pour les colis de moins de 34 kg (75 lb) la hauteur de chute standard pour le test est de 76 cm (30 pouces). Un objectif de conception raisonnable est que l'expérience du mécanisme à ressort de transport d' un choc de moins de 50 g en cas de chute de 76 cm, et à moins de 100 g en cas de chute de 152 cm, ce qui est deux fois la hauteur recommandée pour un test de chute. cas moulés par rotation durs et deux types de mousse standard ont été choisis pour emballer le mécanisme de transport de printemps. Polyuréthane (ester) mousse et polyéthylène (PE) mousse sont des mousses communes disponibles pour l'emballage. Ils viennent en différentes densités et sont généralement spécifiées par leurs densités nominales telles que 2 # mousse (32 kg / m 3). Guides d'emballage commerciaux donnent des courbes montrant le niveau de fragilité souhaité (en g, ce qui représente le choc maximum qui peut être supportée parl'artefact) par rapport à l'épaisseur de la mousse, avec des courbes représentant l'abandon de la boîte de différentes hauteurs. Par exemple, si un objet avec une charge statique de 0,77 N / cm 2 est passée de 76 cm, une épaisseur de mousse d'ester 2 # 7,6 cm et 12,7 cm d' épaisseur en mousse PE 2 # à la fois donner un choc d'environ 30 g. La mousse doit être suffisant pour décélérer doucement l'objet sur une distance raisonnable élastique, mais suffisamment rigide pour qu'il y ait peu ou pas de compression de la mousse sous charge statique. La compression compromettre la capacité de la mousse pour absorber le choc. 2 # mousse d'ester a été utilisé sur le haut et le bas du mécanisme à ressort transport et 2 # mousse PE a été utilisée pour la découpe, comme représenté sur la figure 7. La raison pour laquelle la mousse de PE a été utilisée pour la découpe car la charge statique est une plus grande aux extrémités de la vanne en raison de la surface plus petite.

Les essais de chute ont été réalisées sur l'emballage ressort de transport en attachant un accélerometer au mécanisme à ressort transport et laisser tomber le paquet à partir de différentes hauteurs et orientations. La figure 10 montre la performance de 7,6 cm et 15,2 cm noir PE en mousse 2 #. Comme on peut le voir, la mousse plus épaisse n'a pas procédé à mieux que 7,6 cm de mousse. En effet, une fois que la mousse est assez épaisse pour décélérer pleinement l'objet sur son épaisseur, en ajoutant plus de mousse ne permet pas. Par conséquent, il a été conclu que 7,6 cm de mousse de polyéthylène est suffisante pour que les côtés. En haut et en bas, on a trouvé qu'une épaisseur de 7,6 cm de mousse de l'ester 2 ° est nécessaire et suffisante. Ceci est cohérent avec la charge statique plus légers (plus grande surface) des côtés de la vanne. Un petit morceau de 5 cm de mousse d'ester de style oeuf-carton épais a également été utilisé pour pad le fond de la découpe de telle sorte que le mécanisme à ressort de transport ne serait pas se déplacer dans la découpe. La figure 11 illustre l'importance de ne pas comprimer la mousse. Dans les essais de chute où la mousse a été légèrement comprimé, le choc a étébeaucoup plus gros. Différentes tailles de cas ont également été testés. Il a été constaté qu'un petit cas avec moins de rembourrage produit un choc plus petit qu'un plus grand cas. Au début, ce résultat semble surprenant, mais il faut se rappeler qu'une fois l'épaisseur de la mousse est suffisante, en ajoutant plus de mousse ne donne pas de meilleurs résultats de choc. Une hypothèse est que les petits cas produisent moins de chocs en cas de chute puisque ceux-ci pèsent moins de cas plus importants et rebondissent plus en cas de chute, dissipant ainsi une partie de l'énergie. Les dimensions intérieures minimales doivent être suffisamment grandes pour entourer le mécanisme de transport de ressort de 7,6 cm de mousse de chaque côté, plus précisément 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

De nombreux tests de chute avec le mécanisme à ressort transports ont été effectués. Le contact entre rotor et extrémité conique du virole a été surveillé pendant les essais de chute en vous connectant la continuité électrique entre la balle et deux fils passant à travers un dé de test spécialement conçu, comme described dans la référence 11. Nous n'avons pas observé une défaillance du mécanisme de ressort pour maintenir le rotor pendant l' une des épreuves de chute. La figure 12 montre une radiographie de neutrons 12 d'un mécanisme à ressort de transport construit par NIST et soumis à plus de 180 tests de chute. Comme on peut le voir dans l'image de radiographie, les fonctions du mécanisme ressort de transport comme prévu, même après avoir été abandonné tant de fois. En suivant les procédures décrites ici, un ensemble ressort de transport robuste peut être créé, qui est capable de minimiser les effets du transport sur la stabilité à long terme de la filature des jauges de rotor.

Figure 1
. Figure 1: Éléments d'une jauge Spinning Rotor typique Cette image montre tous les éléments d'une jauge de rotor de filature: (a) la bille d'acier ou de rotor; (B) thimble qui contient le rotor (version commerciale),les deux parties rectangulaires près du bord de la bride sont les "dents" qui maintiennent l'ensemble de tête; (C) le ressort de retenue pour le rotor (non utilisé dans un mécanisme à ressort transport); (D) la tête et assemblage de câbles; (E) le contrôleur électronique.

Figure 2
Figure 2: Dessin mécanique du Thimble personnalisé dimensions critiques sont présentés et sont donnés en unités usuelles des États-Unis (1 pouce = 25,4 mm).. Toutes les tolérances sont de 0,005 pouce (0,1 mm). Un fichier .step * est inclus dans un fichier supplémentaire. La partie doit être en acier inoxydable 316L, finition RA16 (micro-pouces; RA 0,4 pm). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3
Figure 3: Dessin mécanique de l'adaptateur de filetage dimensions critiques sont présentés et sont donnés en unités usuelles des États-Unis (1 pouce = 25,4 mm).. Toutes les tolérances sont 0,005 pouce (0.1mm). Un fichier .step * est inclus dans un fichier supplémentaire. La partie devrait être réalisée en acier inoxydable 316L; les fils sont de type 2A. Le filetage M6 a un pas de 1 mm. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4
Figure 4: Dessin mécanique du titulaire de balle dimensions critiques sont présentés et sont donnés en unités usuelles des États-Unis (1 pouce = 25,4 mm).. Toutes les tolérances sont 0,005 pouce (0.1mm). Un fichier .step * est inclus dans un fichier supplémentaire. La partie devrait être made l' acier inoxydable 316L, finition RA16 (micro-pouces; RA 0,4 pm)., sans arêtes vives S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5
Figure 5:. Les éléments du mécanisme de transport de printemps Dans l' ordre d'assemblage (de droite à gauche), les parties représentées sont: valve, adaptateur de filetage, rondelle de blocage, écrou, couper 8-32 goujon, écrou, rondelle de blocage, balle -Titulaire / assemblage de ressort, et 4,5 mm rotor.

Figure 6
Figure 6:. Réglage de la distance de la boule-Holder Après le montage du mécanisme de ressort de transport, fermer la vanne, placer le rotor dans la cartouche personnalisé, fixer le rotor avec un aimant taraudé à la fin des eimble puis placez virole sur le support-ball / printemps. L'écart doit mesurer un minimum de 2 mm, mais pas plus de 6 mm.

Figure 7
Figure 7:. Assemblée de la mousse Le gris foncé représente la découpe de mousse de PE, les rectangles gris clair sont la mousse d'ester.

Figure 8
Figure 8:. Le mécanisme à ressort de transport dans l'emballage de transport Le mécanisme à ressort de transport est apte à une découpe dans la mousse de PE. mousse Ester est utilisé sous la mousse de PE et dans le couvercle du boîtier. La mousse d'ester est supérieure à 7,6 cm d'épaisseur. Le cas est un cas de la coquille dure moulé par rotation.

Figure 9
Figure 9: Le ressort-traMécanisme NSPORT monté sur une chambre à vide. Le mécanisme de transport de ressort doit être monté sur la chambre à vide de telle sorte que la tête est perpendiculaire à moins de 2 °, comme montré.

Figure 10
Figure 10:. Shock par rapport hauteur pour PE Foam Le choc pour deux épaisseurs différentes de mousse de PE sont présentés en fonction de la hauteur de chute. Le choc moyenne à hauteur de chute de 76 cm est proche de 50 g, mais la dispersion dans les données , telle que mesurée par l'écart type est de près de 10% (présentée comme les barres d'incertitude). Même à une hauteur de chute de 152 cm, le choc est inférieure à 100 g et bien au sein de la force de maintien du ressort.

Figure 11
Figure 11: Effet de la mousse comprimée Une petite quantité de degrés de compression de la mousse.rades la capacité de la mousse pour réduire le choc, comme on le voit par les valeurs de choc plus grandes de la mousse comprimée.

Figure 12
Figure 12:. Neutron Radiographie du Mécanisme Printemps-Transport (a) est la soupape dans la position ouverte et (b) est la soupape en position fermée, montrant le rotor bien capturé dans le sommet du porte-boule de forme conique et dé. Le mécanisme à ressort de transport montré a chuté de plus de 180 fois avant que l'image de radiographie a été prise. Ce chiffre a été publié dans Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Construction d' un ensemble ressort de transport pour la filature des jauges de rotor. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033201 (2015); utilisé conformément à la licence Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

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Discussion

L'objectif était de concevoir un mécanisme à ressort de transport avec une force de maintien suffisante pour que le rotor resterait immobilisé pendant le transport. La conception d'un mécanisme à ressort de transport robuste ne suffit pas pour assurer le rotor restera immobilisé parce que, par exemple, laisser tomber le mécanisme de grande hauteur sur une surface dure peut produire un choc énorme. La force sur le rotor peut être considérablement réduit par l'emballage du mécanisme à ressort transport tel qu'il décélère doucement sur une distance dans l'emballage, réduisant ainsi le choc. La force d' impulsion vécue par un objet quand en est tombé est appelé le choc et est généralement mesurée en termes de l'accélération due à la gravité, g. Si un objet est tombé d'une hauteur h et décélère sur une distance d, le choc est juste (h / j) x g. Par exemple, si un objet est tombé d'une hauteur de 1 m et est décélère sur une distance de 1 cm, les sjarret subie par l'objet est de 100 g. Cet exemple représente une estimation raisonnable du choc nous pouvons nous attendre quand un objet bien emballé est tombé lors de la manipulation. Par conséquent , le mécanisme de ressort transport a été conçu pour maintenir le rotor immobilisé lors d'un choc d'au moins 100 g. Cela n'a pas été difficile à réaliser. Un ressort avec une constante de printemps de 3 N / mm, qui a été comprimé par 3 mm avec la vanne complètement fermée. La masse du rotor était de 0,37 g et la masse du porte-balle était de 0,55 g, ainsi le ressort comprimé produit une force de maintien de plusieurs centaines de g. De la longueur du ressort, il semblerait qu'une compression d'au moins 2 mm est facile à réaliser; Cependant, nous avons remarqué que la chaleur générée par le soudage par points ont tendance à raccourcir légèrement le ressort en réduisant l'espacement de ressort près des extrémités. La partie conique du support de bille en forme de dé à coudre et assure que la bille ne se déplace pas latéralement par rapport à l'axe dé à coudre. Le thimble devait être ma coutumede pour deux raisons: l'extrémité intérieure a été conçue pour être de forme conique pour contraindre la balle, et la longueur devait être telle que le ressort obtiendrait la compression appropriée lorsque la vanne est fermée. La course de la soupape est le déplacement linéaire totale du siège de soupape et critique dans la détermination de la longueur dé à coudre. Si une marque ou un modèle de valve est choisie qui a une course différente de la valve dans la liste des matériaux, une longueur dé différente peut être nécessaire. La vanne nous avons choisi dans cette application est spécifiée à plus de 1.000 fermetures, ne nécessite pas une clé dynamométrique pour fermer, et a un goujon idéalement placé pour le montage du ressort, ce qui est idéal pour cette application. Enfin, l'utilisation de rondelles de blocage et assemblage étanche assure la robustesse des dispositifs, comme nos tests présentés ci-dessous indiquent.

Comme indiqué précédemment, d'autres institutions ont fabriqué et utilisé des mécanismes à ressort transport. Il y a peu d'informations dans la littérature sur la façon dont ces OTHversions er ont été conçus ou testés. La preuve historique de la stabilité à long terme des jauges de filage à rotor transporté en utilisant ces autres versions du mécanisme à ressort de transport démontre qu'il est efficace pour préserver le coefficient de logement du SOR, à condition que le mécanisme de transport de ressort fonctionne comme prévu et ne ne manquera pas d'immobiliser le rotor pendant le transport. La version NIST présentée ici a été rigoureusement testé pour la robustesse et devrait préserver le coefficient d'accommodation de SOR au moins aussi bien que les versions précédentes. En outre, l'importance de l'emballage du mécanisme à ressort de transport de manière à minimiser le choc n'a pas été discutée dans la littérature. Voici les spécifications détaillées et des instructions sont données sur la façon de conditionner le mécanisme à ressort transport. Les tests de chute discutés dans la section précédente indiquent que l'emballage permettra de réduire le choc comme prévu.

D'autres méthodes sont souvent utiliséespour le transport de la filature des jauges de rotor. La méthode la plus couramment utilisée pour les clients du service d'étalonnage du NIST est d'assurer le rotor dans la cartouche à l'aide d'un aimant externe. Une autre méthode consiste à retirer le rotor de la virole et le placer dans un flacon en verre ou envelopper le rotor dans une feuille d'aluminium ou d'un chiffon non pelucheux. Une étude de 70 rotors des clients avec des étalonnages répétées au NIST a indiqué que la répétabilité moyenne était de 0,94%. 13 Comme indiqué précédemment, les données historiques pour la mécanique ressort de transport indiqué que, 90% du temps, les rotors avait mieux que 0,75 le% de répétabilité dans intercomprisons où les rotors sont livrés plusieurs fois à l'échelle internationale. Une autre méthode d'expédition utilisée pour rotors de navires qui a donné d'excellents résultats de stabilité est à portée de main-porter le rotor. Malheureusement, cette méthode est peu pratique dans la plupart des cas.

La conception actuelle du protocole est spécifique au modèle de soupape et le type spécifié. D'autres vannes peuvent nous êtreed, mais il serait nécessaire de modifier la conception. Plus précisément, la longueur des besoins cosses à être ajustée pour tenir compte de la course de soupape de telle sorte que le ressort se comprime au moins 2 mm, lorsque la vanne est complètement fermée. En outre, il est nécessaire de choisir une vanne qui a un support pratique pour l'ensemble de ressorts; pas toutes les valves ont de telles fonctions.

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Acknowledgements

Les auteurs sont reconnaissants pour l'aide du NIST imagerie neutronique instrument de l'installation scientifique Dr. Daniel Hussey pour nous aider avec des radiographies de neutrons.

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

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