Como construir um pacote Spring-transporte a vácuo para Spinning Rotor Gauges

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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

O manómetro de rotor de fiação (PRE) é um indicador de vácuo elevado, muitas vezes utilizado como um padrão secundário ou transferência para pressões de vácuo no intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Nesta aplicação, os SRGs são frequentemente transportados para laboratórios para calibração. Os eventos podem ocorrer durante o transporte que altere as condições da superfície do rotor, alterando assim o factor de calibração. Para garantir a estabilidade de calibração, um mecanismo de mola-transporte é frequentemente utilizado para imobilizar o rotor e mantê-lo sob vácuo durante o transporte. É também importante para o transporte do mecanismo de mola-transporte utilizando a embalagem concebida para minimizar o risco de danos durante o transporte. Neste manuscrito, uma descrição detalhada é dada sobre como construir um mecanismo de mola-transporte robusto e contêiner de transporte. Juntos, estes formam um conjunto de mola-transporte. O design da embalagem primavera-transporte foi testado utilizando ensaios de quedas eo desempenho foi considerado excelente. O presente primavera-transport desenho mecanismo mantém o rotor imobilizada quando experimentando choques de várias centenas de g (g = 9,8 m / seg 2 e é a aceleração devido à gravidade), enquanto o contentor de transporte assegura que o mecanismo não irá experimentar choques superior a cerca de 100 g durante comum acidentes de transporte (conforme definido pelos padrões da indústria).

Introduction

O manómetro de rotor de fiação (PRE) é um indicador de vácuo elevado usadas para determinar as pressões de vácuo no intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Trata-se, fundamentalmente, uma esfera de aço de rotação que é suspensa entre dois magnetos permanentes. Eletro-ímãs são usados ​​para girar ou "spin-up", a bola para alguma frequência (tipicamente 410 Hz); a esfera é então permitida a rodar livremente, mas a taxa de rotação irá diminuir ao longo do tempo devido a colisões das moléculas de gás no sistema de vácuo com a superfície da bola. Pressão de vácuo é, portanto, relacionado com a taxa de desaceleração da bola de aço ou rotor A Figura 1 mostra os elementos essenciais da SRG:. Rotor, dedal, cabeça com cabo de ligação, e controlador eletrônico. O rotor, ou uma esfera, está contida dentro do dedal durante a operação e, normalmente, não é tratado por nem é visível para o utilizador SRG. O cone está ligado ao sistema de vácuo. Para operar o SRG, a cabeça é deslizado sobre o dedal. ocabeça contém dois magnetos permanentes e de vários conjuntos de bobinas de fio utilizado para a estabilização vertical e horizontal, acciona o rotor, e detectando a rotação. O controlador electrónico interpreta o sinal da bobina de detecção de modo que uma medição de pressão pode ser feito. Para um rotor com as condições ideais de superfície, a taxa de desaceleração está relacionada com a pressão de vácuo por física fundamental. Para fazer as medições de pressão absoluta utilizando um SRG, um factor de calibração, conhecido como o coeficiente de acomodação eficaz, tem de ser determinado. O coeficiente de acomodação eficaz depende das condições reais da superfície do rotor, tal como a rugosidade, os gases adsorvidos e arranhões. Estes factores tende a ser estável ao longo do decurso da sua utilização. Detalhes adicionais de SRGs pode ser encontrada em outras referências 1-3.

O PRE é utilizado em aplicações em que são necessárias medições de vácuo absoluto. Por exemplo, laboratórios de calibração, muitas vezesusar SRGs como um padrão vácuo absoluto. Neste caso, medidores de alto vácuo são calibrados por comparação da sua leitura a que da SRG. Por sua vez, o padrão SRG deve ser calibrado periodicamente por transportar o SRG para um laboratório de calibração primário ter o seu coeficiente de alojamento re-determinado. laboratórios de calibração primários são geralmente institutos nacionais de metrologia, como o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). O laboratório primária determina o coeficiente de acomodação SRG, comparando sua leitura a um padrão de vácuo primário e, em seguida, retorna a SRG para o laboratório de calibração "secundário". A SRG também é usado como um padrão de transferência de comparação de padrões entre os laboratórios de calibração ou institutos nacionais de metrologia. Nesta aplicação, a SRG é transportado nível nacional ou internacional entre os vários laboratórios. 4 - 8 Durante o transporte, os eventos podem ocorrer que a mudança do coeficiente de acomodação. Antes shipment, o rotor deve ser de-suspenso e a cabeça é removida; o rotor, em seguida, assenta sobre a parede interior do casquilho. Durante o transporte, a superfície do rotor está sujeita a alteração da acção mecânica entre o rotor e o dedal devido às vibrações e choques, ou a superfície pode mudar devido à exposição do rotor a gás atmosférico e da humidade. Estas alterações afectam a estabilidade a longo prazo do coeficiente de alojamento. Idealmente, o rotor deve permanecer em vácuo e imobilizada durante o transporte.

Historicamente, SRGs foram utilizados como padrões de transferência em comparações chave de padrões de vácuo entre institutos nacionais de metrologia, onde SRGs são transportados internacionalmente muitas vezes entre os vários institutos. 9 Durante uma comparação chave precoce, verificou-se que a estabilidade a longo prazo do SRG coeficiente de acomodação poderia ser melhorada através da utilização de um mecanismo de mola-transporte que tanto imobilizado o rotor e manteve-o sob vácuo durante o transporte. 1,10 Desde então, o mecanismo de mola-transporte tem sido utilizado muitas vezes em comparações chave internacionais. Um estudo recente dos dados históricos mostrou que 90% destas comparações tinha estabilidades melhor do que 0,75%, e 70% tinham estabilidades de 0,5%. 9 Portanto, usando um mecanismo de mola-transporte irá, na maioria dos casos, obter uma estabilidade que é mais do que suficiente para a maioria das aplicações.

Até agora, tem havido pouca orientação na literatura sobre como construir um mecanismo de mola-transporte. As primeiras versões destes dispositivos têm sido conhecida a falhar para imobilizar completamente o rotor, devido a uma combinação de ser suficientemente projetado para robustez e seja mal utilizado durante o transporte. Estas lições iniciais mostram que é importante tanto para construir um mecanismo de mola-transporte robusto e empacotá-lo corretamente em uma maneira que minimiza choque durante o transporte. Este ponto posterior é fundamental, mas muitas vezes ignorado. Aqui vamos describPT A construção de um mecanismo de mola-transporte robusta para além de um pacote de transporte de construção adequada. Nosso projeto é baseado em alguns princípios simples, testado de engenharia que possibilitam a construção de um conjunto de mola-transporte durável que minimiza a possibilidade de falha durante o transporte. Descrevemos também nossos testes de robustez do nosso projeto. Detalhes adicionais dos métodos de ensaio podem ser encontrados em Fedchak et ai. (2015). 11

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Protocol

Peças 1. Procuradoria não-personalizadas para o mecanismo de transporte Primavera

  1. Adquirir as molas, haste de rosca, espaçadores, porcas e arruelas. Esses itens são listados na Lista de materiais específicos / Equipamentos. Comprar as molas e suportes antes da fabricação titular da bola. Usar 18-8 aço inoxidável (excepto 303), ou preferencialmente aço inoxidável 316, para todos os materiais.
  2. Adquirir rotor. O rotor é um 4,5 mm de rolamento de esferas de diâmetro feito de 440C aço inoxidável ou E52100 ligas de aço.
  3. Adquirir a válvula de ângulo reto listado na Lista de materiais específicos / Equipamentos.

2. Materiais obter para o Shipping Container

  1. Adquirir o contêiner de transporte. Use rotacionalmente-moldado, polietileno casos schnaps com recessos protegidas uma vez que estes eram o tipo de casos que foram testados com sucesso. O caso na Lista de materiais específicos / equipamento atende aos requisitos mínimos de espaço interior.
  2. ProcUre a embalagem de espuma.
    1. 2 Adquirir # (32 kg / m 3) de poliuretano (éster) de espuma. Comprar o suficiente para encher de espuma de éster de a parte superior e inferior do contentor de transporte. Comprar um pedaço de 5 cm de espuma de éster de ovo-caixa.
    2. Adquirir 2 espuma # (PE) de polietileno que é 7,6 cm de espessura e tem uma área grande o suficiente para cobrir a largura e profundidade do contentor de transporte.

3. Aquisição e fabricação de peças sob encomenda para o mecanismo de mola-transporte

Nota: desenhos exemplo de peças personalizadas descritas nesta seção são apresentados nas Figuras 2-4.

  1. Produzir e enviar desenhos para fornecedor personalizado ou in-house loja para fabricar o medidor de rotor girando (SRG) dedal / flange. Dimensões críticas são apresentados na Figura 2. O fabricante personalizado deve estar familiarizado com as técnicas de fabricação ultra-alto vácuo (UHV). O cone é relativamente simples de fabricar umND está bem dentro da capacidade de muitas empresas de componentes de vácuo.
  2. Adquirir os dentes que prendem a cabeça SRG ao flange (ver Figura 1). Estes podem ser removidos do conjunto do dedal / flange comercial SRG que vem com a unidade de controlo electrónico SRG. Cada dente é mantida no lugar por um único parafuso (tipicamente uma cabeça de encaixe hexagonal métrica) com uma arruela de pressão, e pode ser removido desaparafusando usando a chave apropriada (tal como uma chave sextavada métrica).
    1. Em alternativa, fabricar esses pelo mesmo fornecedor fornecer o dedal / flange como no passo anterior, mas as técnicas de fabricação de ultra-alto vácuo não precisa de ser seguido. Faça cópias exatas dos dentes SRG comerciais.
  3. Produzir e enviar desenhos para o adaptador simples para conectar o pino M6 na válvula de ângulo direito a um parafuso prisioneiro 8-32 all-thread (hardware padrão americano). Veja a Figura 3.
  4. Produzir e apresentar desenhos para a fabricação do suporte da esfera. Critical dimensões são dadas na Figura 4. Fabricar suporte de aço inoxidável 316L da bola de acordo com as técnicas de fabricação UHV. Tack soldar o suporte de bola para uma extremidade de uma mola. Solde a outra extremidade da mola para o impasse. Limpe todas as peças de acordo com o procedimento de limpeza se na secção 5.
  5. Corte o garanhão 8-32 all-thread para um comprimento de 18 mm e limpo como descrito no capítulo 5.

4. Fabricação de Personalizado espuma Cut-out

  1. Faça um recorte para o mecanismo de mola-transporte na espuma PE. Siga os contornos do conjunto da válvula, tanto quanto possível. Fazer isso manualmente, usando uma faca afiada; Alternativamente, o contorno pode ser profissionalmente cortado por um fornecedor de embalagens.
  2. Use as dimensões da válvula dada pelo fabricante da válvula e as dimensões dedal / flange dadas na Figura 2. Cortar o espaço para o dedal grande o suficiente para acomodar os dentes (1,5 cm x 3,8 cm).

5. Limpeza dos componentes de vácuo

  1. Limpe todos os componentes de vácuo para ultra-alto vácuo (UHV) antes da montagem. O nosso procedimento de limpeza recomendado é o seguinte.
    1. Lidar com peças de vácuo usando nitrílica, látex ou luvas de vinil. Não toque com as mãos desprotegidas.
    2. Limpe as peças utilizando um detergente suave (como listado na lista de materiais / equipamentos) dissolvido em água destilada ou deionizada e um pano que não solte fiapos.
    3. Coloque as peças em um banho de detergente suave dissolvido em água destilada ou deionizada e coloque em um limpador ultra-sônico por 20 min.
    4. peças lavar abundantemente com água destilada ou deionizada.
    5. Cubra peças com acetona e lugar em um limpador ultra-sônico por 20 min.
    6. Retirar as peças a partir de acetona. Cubra peças com etanol e lugar em um limpador ultra-sônico por 20 min.
    7. Retirar as peças a partir de etanol. Enxaguar abundantemente com água destilada ou deionizada.
    8. Soprar as partesseca com azoto seco ou ar seco e limpo.
    9. Vamos peças de ar seco em uma qualidade de pano que não solte fiapos de sala limpa, durante 24 horas.

6. Montar o mecanismo de mola-transporte

  1. Durante a montagem, use luvas de borracha nitrílica, vinil ou látex. Não toque nas peças de vácuo com as mãos.
  2. Reunir as ferramentas necessárias: alicate de ponta fina, tomada cabeça de driver para 8-32 porca, chave para o adaptador, régua ou paquímetro. Limpe o governante / micrômetro com etanol; limpar todas as outras ferramentas que utilizam o procedimento na etapa 5.
  3. Recolher as peças necessárias: o conjunto da válvula, dedal, rolamento de esferas, bola titular / nascente (veja o passo 3.5), 18 mm de comprimento 8-32 parafuso prisioneiro, adaptador de rosca, porcas, e lock-lavadoras, 3 mm chave Allen e mascaramento fita. Veja a Figura 5.
  4. Assembléia mecanismo de mola-Transport:
    1. Totalmente fechar a válvula em ângulo reto girando no sentido horário até que ele pare.
    2. Olhando através das portas da válvula, identificar o parafuso prisioneiro centere M6d na sede da válvula.
    3. Dane-se o adaptador confortavelmente no pino M6. Insira uma chave ou um alicate limpo UHV através da porta para obter o adaptador como confortável possível.
    4. Insira 8-32 pino na outra extremidade do adaptador. Aperte como confortavelmente possível. O 8-32 parafuso prisioneiro se estenderá até o adaptador e empurrar o pino M6.
    5. Coloque lock-arruela de 8-32 parafuso prisioneiro e, em seguida, uma porca. Aperte a porca usando um driver de soquete limpa ou um alicate. A válvula pode ser fechada durante este passo para tornar mais fácil o aperto.
    6. Coloque uma porca no 8-32 garanhão. Ligá-lo até quase tocar a porca na outra extremidade. Coloque a anilha de segurança em 8-32 garanhão.
    7. Anexar primavera / bola titular ao 8-32 parafuso prisioneiro pelo impasse. Vire o impasse até que ele está tocando o lock-máquina de lavar.
      Nota: O procedimento a seguir descreve como verificar o ajuste de comprimento do conjunto de mola, veja a Figura 6.
    8. Coloque o rotor no dedal personalizado e prenda-o com um ímã (de acommercial SRG), colocando-o na extremidade do dedal e fixando-a com fita adesiva. O rotor está agora na extremidade do casquilho.
    9. Deslize dedal sobre a mola / bola titular, parar quando o titular bola a tocar na bola. Medir a folga entre a flange da válvula e da flange dedal, como na Figura 6.
      1. Se a diferença é na gama de 2 mm a 6 mm, avance para o passo 6.4.10.2). Uma abertura nominal de 3 mm é ideal, mas uma lacuna na gama é de 2 mm a 6 mm suficiente. Uma diferença menor do que 2 mm não é aceitável.
      2. Remova o conjunto do dedal / flange e reserve. Se a diferença era menor do que 2 mm, gire o impasse para a esquerda para fazer a diferença maior. Se a diferença era maior do que 6 mm, gire no sentido horário impasse para fazer a menor diferença. Volte ao passo 6.4.10.
    10. Remova o conjunto do dedal / flange e reserve. Se a diferença era menor do que 2 mm, gire o impasse para a esquerda para fazer a diferença maior. Se a diferença era maior do que 6 mm, gire o standoff horário para fazer a menor diferença. Volte ao passo 6.4.10.
    11. Aperte a porca contra o impasse.
    12. Abrir a válvula girando anti-horário.
  5. Montar o flange:
    1. Remover rotor através da remoção de fita adesiva e um ímã e permitindo cuidadosamente o rotor para rolar para fora do dedal.
    2. Fixe os dois dentes ao flange usando um lock-arruela e parafuso inserido através da parte traseira do lado do flange custom / dedal. O lock-arruela e parafuso são fornecidos pela SRG comercial. O lock-arruela e parafuso não precisam ser limpos para ultra-alto vácuo.
    3. Rodar os dentes de modo que eles são quadrados com uma outra, como na Figura 1 e na Figura 9.
    4. Verifique dentes para straightness deslizando a cabeça SRG sobre o dedal. A cabeça deve deslizar sobre livremente.
    5. Dê os dois parafusos de aperto final e re-verificar o alinhamento como no passo 6.5.3.
    6. Coloque rotor de volta para o dedal, umaD Secure com a fita de ímã e mascaramento.
  6. Completar a montagem de Transporte Spring:
    1. Coloque cobre ou junta de cobre prateado na porta da válvula.
    2. Coloque o rotor no dedal (se já não estiver no dedal do passo 6.5.6).
    3. Deslize o flange / montagem dedal over / ball-suporte da mola. Orientar a flange de tal modo que o conjunto de parafuso nos dentes serão apontando para baixo, quando a válvula está ligada à câmara.
    4. Usando ¼-28 de parafusos e porcas, fixar a flange da válvula.
    5. Fechar a válvula.
    6. Remover ímã e fita segurando a bola.

7. Monte o Shipping Container

  1. Cortar a espuma de éster com o tamanho do recipiente de transporte. A espessura da espuma irá depender da altura do recipiente. Coloque uma espessura mínima de 7,6 cm de espuma na parte inferior. A Figura 7 mostra o conjunto de espuma.
  2. Coloque o recorte de espuma PE no topo de tele éster espuma.
  3. Coloque uma camada de espuma de éster na tampa. A espessura mínima deve ser de 7,6 cm. A figura 8 mostra a colocação final do mecanismo de mola-transporte. Use papel alumínio limpo e um endcap de plástico (que veio com a válvula) para proteger a extremidade aberta da porta da válvula durante o transporte.

8. Usando o mecanismo de mola-transporte

  1. Montagem e suspender o rotor:
    Nota: A Figura 9 mostra o mecanismo de mola-transporte montado com a cabeça ligada. O primeiro passo é remover o mecanismo de mola-transporte do contentor de transporte. No que se segue, assume-se que o leitor está familiarizado com o funcionamento do medidor de fiação do rotor. Detalhes de funcionamento do controlador pode ser encontrada no manual do usuário do controlador. Supõe-se também o leitor está familiarizado com a tecnologia de alto vácuo.
    1. Retire a tampa de terminação e na folha da porta aberta do mecanismo de transporte primavera. Fixe oporta aberta para um DN 40 (CF 2,75 ") de porta de um câmara de vácuo utilizando um novo cobre ou junta de cobre revestido de prata e um conjunto de ¼ de 28 de parafuso. A orientação da válvula dependerá da orientação dos dentes. O correcto orientação é mostrado na Figura 9. o dente com os pontos dos parafusos de pressão para baixo. deslizamento da cabeça sobre o cartucho, a orientação do cone deve estar na vertical para dentro de 2 °. Verifique a orientação com um nível.
    2. Evacuar a câmara de vácuo para menos de 10 ~ 3 Pa. Abra lentamente a válvula mecanismo de mola-transporte.
    3. Anexar cabeça para o controlador. Ligue o controlador e suspender a bola.
  2. De-montagem do mecanismo de mola-Transport
    1. De-suspender o rotor usando o controlador eletrônico. Desligue controlador.
    2. Fechar a válvula de mecanismo de mola-transporte.
    3. Retire a cabeça.
    4. Desabafar câmara de vácuo.
    5. Remover o mecanismo de mola-transporte por un-trancando a válvulaporta da câmara de vácuo.
    6. Coloque a folha limpa e um endcap plástico sobre a porta aberta do mecanismo de mola-transporte. mecanismo de mola-transporte lugar no cut-out no contêiner de transporte.

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Representative Results

Todos os componentes da SRG comercial são mostradas na Figura 1. Isto inclui o rotor, dedal, cabeça contendo os magnetos permanentes e de bobinas de fio utilizado para a suspensão e recolhida, e o controlador electrónico. A pequena mola mostrado (Figura 1C) é utilizada para reter a bola no cartucho; este retentor da mola não é usado no mecanismo de mola-transporte. O controlador comercial e cabeça são usados ​​no mecanismo de mola-transporte. Os dentes do dedal comercial pode ser removido e utilizado no mecanismo de mola-transporte, ou uma cópia simples de estas peças podem ser fabricadas. O rotor também pode ser usado, ou pode ser usado um rolamento de esferas diferente, tal como especificado na lista de materiais. Os desenhos mecânicos nas Figuras 2-4 dão as dimensões críticas das partes mercadorias que devem ser fabricados para construir o mecanismo de mola-transporte. A bola-titular na Figura 4 étacha soldada a uma extremidade de uma mola e a outra extremidade da mola é soldada a um suporte isolador de pegajosidade. Com a excepção do dedal, todas as partes necessárias para montar o mecanismo de mola-transporte são mostrados na Figura 5. A mola deve ser comprimida de um mínimo de 2 mm e de compressão nominal de 3 mm, é sugerido pelos autores. A Figura 6 mostra o método de medição para determinar se a mola irá ser adequadamente comprimido, tal como discutido no procedimento.

A Figura 7 mostra um conjunto típico das inserções de espuma, A Figura 8 mostra o mecanismo de transporte da mola no pacote de transporte. A embalagem de transporte deve ser selecionado que é suficientemente grande para permitir espaço para 7,6 cm de espuma em torno do mecanismo de mola-transporte em todos os lados e extremidades. Ao utilizar um mínimo de 7,6 cm de espuma de éster na parte superior e inferior e um mínimo de 7,6 cm de espuma de PE nos lados, The choque experimentado pelo mecanismo de mola-transporte será realizada a menos de 100 g, mesmo quando caiu de 152 cm, como mostrado na Figura 10. É muito importante ter a certeza de que a espuma não é comprimido quando a embalagem o mecanismo de mola-transporte. Isto pode ser causada pelo uso de espuma que é demasiado espesso A Figura 11 mostra o efeito de comprimir a espuma mesmo por uma pequena quantidade:. O choque é aumentada em cerca de 40%. Neste caso, a espuma comprimida cerca de 1 ¼ cm mais de 22 ¾ cm. Depois de realizar mais de 180 testes de queda de um dos nossos protótipos, tomamos uma imagem radiografia de nêutrons, Figura 12, o que demonstra claramente o mecanismo de mola-transporte funcionando como projetado. Note-se que a válvula da Figura 12 é de um fabricante diferente do que a válvula especificado no presente processo. O primeiro não está comercialmente disponível. Finalmente, a Figura 9 mostra o mecanismo de mola-transporte montado parausar.

Drop-testes são uma prática comum na indústria de embalagens e, de acordo com as diretrizes típicas da indústria, para pacotes com menos de 34 kg (75 libras) a altura de queda padrão para o teste é de 76 cm (30 polegadas). Um objetivo do projeto razoável era que a experiência mecanismo de mola-transporte um choque de menos de 50 g, quando caiu de 76 cm, e menos de 100 g, quando caiu de 152 cm, o que é o dobro da altura recomendada para um teste de queda. casos moldado rotacional rígidos e dois tipos de espuma padrão foram escolhidos para empacotar o mecanismo de transporte de primavera. Poliuretano (éster) de espuma e espuma de polietileno (PE) são as espumas comuns disponíveis para embalagem. Vêm em diferentes densidades e são normalmente especificados pelas suas densidades nominais tal como 2 # espuma (32 kg / m 3). Guias embalagens comerciais dar curvas que mostram o nível de fragilidade desejada (expressa em gramas, representando o choque máxima que pode ser suportada pelao artefato) versus espessura de espuma, com diferentes curvas que representam cair a caixa de diferentes alturas. Por exemplo, se um objeto com uma carga estática de 0,77 N / PE espuma 2 # grossa cm 2 é caiu de 76 cm, 7,6 cm de espessura 2 # espuma de éster e 12,7 cm ambos dão um choque de cerca de 30 g. A espuma deve ser suficientemente elástico para desacelerar suavemente o objecto ao longo de uma distância razoável, mas suficientemente rígida de modo que há pouca ou nenhuma compressão da espuma quando sob carga estática. Compressão irá comprometer a capacidade da espuma para absorver o choque. 2 # espuma éster foi usada na parte superior e inferior do mecanismo de mola-transporte, e dois espuma # PE foi usado para o entalhe, como mostrado na Figura 7. A razão que a espuma de PE foi usado para o entalhe porque a carga estática é maior sobre as extremidades da válvula, devido à menor área.

testes de queda foram realizadas no pacote de primavera-transporte, anexando uma aceleraçãoerometer ao mecanismo de mola-transporte e soltando o pacote de diferentes alturas e orientações. A Figura 10 mostra o desempenho de 7,6 cm e 15,2 cm preto 2 # PE espuma. Como pode ser visto, a espuma mais espessa não se realizar qualquer melhor do que a espuma de 7,6 centímetros. Isto é porque uma vez que a espuma é grossa o suficiente para desacelerar plenamente o objeto sobre a sua espessura, adicionando mais espuma não ajuda. Portanto, concluiu-se que a espuma PE 7,6 cm, foi suficiente para os lados. Na parte superior e na parte inferior, verificou-se que uma espessura de 7,6 centímetros de espuma de éster 2 # era necessária e suficiente. Isto é consistente com a carga estática mais leve (área maior) dos lados da válvula. Um pequeno pedaço de 5 cm de espessura ovo-embalagem de espuma de éster modelo também foi utilizado para preencher o fundo do entalhe de modo a que o mecanismo de mola-transporte não se mover no interior do recorte. A Figura 11 ilustra a importância de não comprimir a espuma. Em testes de queda, onde a espuma foi ligeiramente comprimido, o choque foimuito maior. Diferentes tamanhos de casos também foram testados. Verificou-se que uma pequena caixa com menos preenchimento produzido um choque menor do que um maior número de casos. No início, este resultado parece surpreendente, mas é preciso lembrar que uma vez que a espessura da espuma é suficiente, adicionando mais espuma não produzir melhores resultados de choque. Uma hipótese é que os casos menores produzem menos choque quando caiu uma vez que estes pesam menos do que os casos de maior dimensão e saltar mais quando caiu, dissipando-se, assim, uma parte da energia. As dimensões interiores mínimas deve ser grande o suficiente para cercar o mecanismo de transporte de mola por 7,6 cm de espuma em cada lado, mais especificamente 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

Foram realizados muitos testes de queda com o mecanismo de mola-transporte. O contato entre o rotor e extremidade cónica do dedal foi monitorada durante os ensaios de queda, registando a continuidade elétrica entre a bola e dois fios que passam através de um dedal de teste feitos especialmente, como descrita na Referência 11. Nós não observamos uma falha do mecanismo de mola para manter o rotor durante a qualquer um dos testes de queda. A Figura 12 mostra uma radiografia de nêutrons 12 de um mecanismo de mola-transporte construído pela NIST e submetido a mais de 180 testes de queda. Como pode ser visto na imagem radiografia, as funções de mecanismo de mola de transporte tal como concebido mesmo após uma queda tantas vezes. Seguindo os procedimentos descritos aqui, um conjunto de mola robusta-transporte pode ser criado que é capaz de minimizar os efeitos de transporte sobre a estabilidade a longo prazo de fiação do rotor calibres.

figura 1
. Figura 1: Elementos de um medidor de giro do rotor típico Esta imagem mostra todos os elementos de um medidor de rotor girando: (a) a bola de aço ou de rotor; (B) dedal que contém o rotor (versão comercial),as duas partes rectangulares perto da borda da flange são os "dentes" que seguram a montagem de cabeça; (C) retenção de mola para o rotor (não utilizado em um mecanismo de mola-transporte); (D) da cabeça e do conjunto de cabo; (E) o controlador electrónico.

Figura 2
Figura 2: Desenho Mecânico do dedal personalizado dimensões críticas são mostrados e são dadas em unidades usuais dos Estados Unidos (1 polegada = 25,4 mm).. Todas as tolerâncias são 0.005 polegadas (0,1 mm). Um arquivo .step * é incluído como um arquivo suplementar. A parte deve ser feita de aço inoxidável 316L, acabamento RA16 (micro-polegadas; RA 0,4 mm). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3: Desenho Mecânico do Adaptador da linha dimensões críticas são mostrados e são dadas em unidades usuais dos Estados Unidos (1 polegada = 25,4 mm).. Todas as tolerâncias são 0,005 polegadas (0,1 mm). Um arquivo .step * é incluído como um arquivo suplementar. A parte deve ser feita de aço inoxidável 316L; os fios são do tipo 2A. O Fio M6 tem um campo de 1 mm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4: Desenho Mecânico do Titular da Bola dimensões críticas são mostrados e são dadas em unidades usuais dos Estados Unidos (1 polegada = 25,4 mm).. Todas as tolerâncias são 0,005 polegadas (0,1 mm). Um arquivo .step * é incluído como um arquivo suplementar. A parte deve ser made de aço inoxidável 316L, acabamento RA16 (micro-polegadas; RA 0,4 mm)., sem bordas afiadas Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5:. Elementos do mecanismo de transporte da Primavera, em ordem de montagem (da direita para a esquerda), as peças mostradas são: válvula, adaptador de rosca, lock-anilha, porca, corte 8-32 cravo, noz, lock-louça, bola -holder conjunto de mola / e rotor 4,5 mm.

Figura 6
Figura 6:. Definir a distância da bola titular Depois de montar o mecanismo de mola-transporte, fechar a válvula, coloque o rotor no cone costume, fixar o rotor com um ímã aproveitado para o fim dos thimble e coloque dedal sobre a bola titular / primavera. A diferença deve medir um mínimo de 2 mm, mas não mais do que 6 mm.

Figura 7
Figura 7:. Assembleia da Espuma A cinza escuro representa o recorte de espuma PE, a luz retângulos cinzentos são a espuma de éster.

Figura 8
Figura 8:. O mecanismo de mola-transporte no pacote de transporte O mecanismo de mola-transporte está apto para um cut-out em espuma de PE. Éster de espuma é utilizado sob a espuma de PE e na tampa da caixa. A espuma de éster é maior do que 7,6 cm de espessura. O caso é um caso de casca dura moldado rotacional.

Figura 9
Figura 9: A mola-transport mecanismo montado numa câmara de vácuo. O mecanismo de transporte de mola deve ser montado sobre a câmara de vácuo de tal modo que a cabeça está na posição vertical para dentro de 2 °, como mostrado.

Figura 10
Figura 10:. Choque versus a altura de espuma do PE O choque para duas espessuras diferentes de espuma de PE estão apresentados como uma função da altura da queda. O choque média de 76 cm de altura da gota é cerca de 50 g, mas a dispersão nos dados como medido pelo desvio padrão é cerca de 10% (como as barras de incerteza). Mesmo a uma altura de queda de 152 cm, o choque é inferior a 100 g e bem dentro da força de retenção da mola.

Figura 11
Figura 11: O Efeito de comprimido Espuma Uma pequena quantidade de graus de compressão da espuma.Rades a capacidade de espuma para reduzir o choque, como visto pelos valores de choque maiores da espuma comprimida.

Figura 12
Figura 12:. Neutron Radiografia de o mecanismo de mola-transporte (a) representa a válvula na posição aberta, e (b) representa a válvula na posição fechada, mostrando o rotor bem capturados no vértice da bola-titular a forma cónica e dedal. O mecanismo de mola-transporte mostrado foi abandonada mais de 180 vezes antes que a imagem radiografia foi tirada. Esta figura foi publicado anteriormente em Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Construindo um pacote de primavera-transporte para fiação medidores de rotor. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033,201 (2015); utilizado de acordo com a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

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Discussion

O objetivo era criar um mecanismo de mola-transporte com uma força de retenção suficiente para que o rotor ficaria imobilizado durante o transporte. A concepção de um mecanismo de mola-transporte robusta não é suficiente para garantir o rotor permanecerá imobilizado porque, por exemplo, deixando cair o mecanismo de altura de altura sobre uma superfície dura pode produzir um enorme choque. A força sobre o rotor pode ser grandemente reduzida pela compactação do mecanismo de mola-transporte de modo a que desacelera suavemente sobre uma distância no interior da embalagem, reduzindo assim o choque. A força de impulso experimentado por um objecto quando é deixada cair em é chamado o choque e é tipicamente medida em termos da aceleração devido à gravidade, g. Se um objeto é cair de uma altura h e desacelera ao longo de uma distância d, o choque é apenas (h / d) x g. Por exemplo, se um objecto for deixado cair de uma altura de 1 m e é desacelera ao longo de uma distância de 1 cm, o Sjarrete a que o objecto é 100 g. Este exemplo representa uma estimativa razoável do choque que podemos esperar quando um objeto bem embalado é descartado durante o manuseio. Por conseguinte, o mecanismo de mola-transporte foi concebido para manter o rotor imobilizada durante o choque de pelo menos 100 g. Isto não era difícil de conseguir. Uma mola com uma constante de 3 N / mm, o qual foi comprimido por 3 mm, com a válvula totalmente fechada da mola. A massa do rotor foi de 0,37 g ea massa do titular bola, o foi de 0,55 g, assim, a mola comprimida produziu uma força de retenção de várias centenas g. A partir do comprimento da mola, afigura-se que uma compressão de pelo menos 2 mm é facilmente conseguida; No entanto, percebemos que o calor gerado pela aderência-soldadura tende a encurtar a mola ligeiramente ao reduzir o espaçamento de mola perto das extremidades. A forma cónica do dedal e bola-titular garantir que a bola não irá mover-se lateralmente em relação ao eixo do cone. O dedal tinha que ser ma personalizadode, por duas razões: a extremidade interior foi desenhado para ser de forma cónica para restringir a bola, e o comprimento tinha de ser tal que a mola se obter a correcta compressão, quando a válvula está fechada. O curso da válvula é o deslocamento linear total do assento de válvula e crítica na determinação do comprimento dedal. Se uma marca ou modelo de válvula é escolhido que tem um curso diferente do que a válvula na lista de materiais, um comprimento dedal diferente pode ser necessário. A válvula que escolhemos nesta aplicação é especificado em mais de 1.000 fechamentos, não requer uma chave de torque para fechar, e tem um pino colocado convenientemente para a montagem da mola, tornando-o ideal para esta aplicação. Finalmente, o uso de arruelas de pressão e montagem apertado garante robustez dos dispositivos, como nossos testes apresentados a seguir indicam.

Como discutido anteriormente, outras instituições têm feito e usado mecanismos de primavera-transporte. Há pouca informação na literatura sobre como essas othversões de er foram concebidos ou testados. A evidência histórica de a estabilidade a longo prazo das bitolas de fiação de rotor transportados usando estas outras versões do mecanismo de mola-transporte demonstra que é eficaz na preservação do coeficiente de acomodação do SRG, desde que o mecanismo de transporte da mola opera como concebido e faz não deixe de imobilizar o rotor durante o transporte. A versão NIST aqui apresentada foi rigorosamente testado em termos de robustez e é esperado para preservar o coeficiente de alojamento SRG pelo menos tão bem como as versões anteriores. Além disso, a importância da embalagem do mecanismo de mola-transporte de modo a minimizar o choque não foi discutido na literatura. Aqui especificações detalhadas e instruções são dadas sobre como empacotar o mecanismo de mola-transporte. Os testes de queda discutidos na seção anterior indicam que a embalagem irá reduzir o choque como projetado.

Outros métodos são muitas vezes utilizadospara o transporte de fiação do rotor calibres. O método mais comum usado para os clientes do serviço de calibração do NIST é o de garantir o rotor para o dedal usando um magneto externo. Outro método consiste em remover o rotor do dedal e colocá-lo em um frasco de vidro ou envolva o rotor em papel de alumínio ou um pano que não solte fiapos. Um estudo de 70 rotores do cliente com calibrações repetir no NIST indicou que a repetibilidade média foi de 0,94%. 13 Tal como anteriormente apontado, dados históricos para a mecânica primavera-transporte indicou que, 90% do tempo, rotores teve de repetibilidade melhor do que 0,75% em intercomprisons em que os rotores são enviados várias vezes internacionalmente. Um outro método do transporte usado para rotores navio que tem produzido excelentes resultados de estabilidade é a mão-carregam o rotor. Infelizmente este método não é prático na maioria dos casos.

A concepção presente no protocolo é específico para o modelo da válvula e tipo especificado. Outras válvulas podem ser nósEd, mas seria necessário modificar o design. Especificamente, o comprimento das necessidades dedal de ser ajustada para acomodar o curso da válvula de tal modo que a mola comprime por pelo menos 2 mm, quando a válvula está completamente fechada. Além disso, é necessário escolher uma válvula que tem uma montagem conveniente para o conjunto de mola; nem todas as válvulas têm tais características.

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Acknowledgements

Os autores são gratos pela ajuda do NIST imagem de neutrões instrumento de apoio cientista Dr. Daniel Hussey para ajudar-nos com radiografias de nêutrons.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Spring, 3 N/m Lee Spring (www.leespring.com) LC 042C 18 S316 Outside diameter 0.240 in, Wire Diameter 0.042 in, Rate 17.1 lb⁠/⁠in, Free Length 2.25 in, Number of Coils 29.3
8-32 threaded rod, 316 stainless steel McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 90575A260 Type 316 Stainless Steel Fully Threaded Stud 8-32 Thread, 3" Length.  Cut to length specified in protocol
standoffs, 8-32 Screw Size McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 91125A140 18-8 Stainless Steel Female Threaded Round Standoff, 1/4" OD, 1/4" Length, 8-32 Screw Size
nuts, 8-32 McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 90205A309 316 SS Undersized Machine Screw Hex Nut 8-32 Thread Size, 1/4" Width, 3/32" Height
Split Lock-Washers, 316 Stainless Steel McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 92147A425 Type 316 Stainless Steel Split Lock Washer NO. 8 Screw Size, .3" OD, .04" min Thick
Steel Rotor McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 9292K38 Bearing-Quality E52100 Alloy Steel, Hardened Ball, 4.5 mm Diameter
Right-Angle Valve VAT Valve (www.vatvalve.com) 54132-GE02-0001 Easy-close all-metal angle valve, DN 40 (1.5")
Shipping Container Allcases, Reekstin & Associates (www.allcases.com) REAL1616-1205 Zinc Hardware w/Zinc Handles, Rotationally Molded, light-weight, high-impact, Polyethylene Case with protected recessed hardware.  15.75" x 15.88" x 16.45"
Ester Foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-PAD 3" Thick 3" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Ester Foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-PAD 1" Thick 1" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Egg-carton ester foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-CONV ES-CONV, 2 lb, 24" x 27" x 1 1/2".  "egg-crate" ester foam. 
Foam Cutout, PE foam Willard Packaging Co. (www.willardpackaging.com) Custom Foam Cutout.
Spinning Rotor Gauge  MKS Instruments (www.mks.com) SRG-3 Controller, head, and thimble.  Custom thimble must be used for the spring-transport mechanism
Custom thimble MDC vacuum Inc. (www.mdcvacuum.com) drawing must be submitted for custom part
Detergent Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) 04-320-4 Sparkleen 1 Detergent
Acetone Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) A18-S4 Acetone (Certified ACS)
Ethanol Warner-Graham Company (www.warnergraham.com) 190 proof USP 190 Proof USP ethyl alcohol
Bolt set for valve Kurt J. Lesker (www.lesker.com) TBS25028125P B,N&W set, 12 point, (25)1/4-28 x 1.25", for 2.75" thru, silver plat
Silver-plated copper gaskets Kurt J. Lesker (www.lesker.com) GA-0275LBNSP
Spring Assembly (welding) Omley Industries, Inc. (www.omley.com) N/A The machine work and welding were done in NIST's shop. However, Omley industries was used as an alternative for welding the spring assembly.

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References

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