Hoe maak je een Vacuum Spring-transport Package Build for draaiende rotor Meters

Engineering

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

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

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

De draaiende rotor bestaat (SRG) is een high-vacuümmeter vaak als secundaire of transferstandaard voor vacuüm drukken in het gebied van 1,0 x 10 -4 Pa tot 1,0 Pa. Bij deze toepassing worden de SRGs vaak vervoerd naar laboratoria kalibratie. Gebeurtenissen kunnen voordoen tijdens het vervoer het rotoroppervlak omstandigheden veranderen, waardoor het veranderen van de kalibratiefactor. Kalibratie stabiliteit te verzekeren, is een veer-transportmechanisme vaak gebruikt om de rotor te immobiliseren en te houden onder vacuüm tijdens transport. Het is ook belangrijk om de veer-transportmechanisme behulp verpakking bedoeld om de kans op beschadiging tijdens het transport te beperken vervoeren. In dit manuscript, wordt een gedetailleerde beschrijving gegeven over hoe je een robuuste veer-transportmechanisme en container op te bouwen. Samen vormen deze een veer-transport-pakket. De veer-transport collo werd getest met behulp van drop-tests en de prestaties bleek uitstekend te zijn. De huidige lente-transport mechanism design zorgt ervoor dat de rotor geïmmobiliseerde als ze last hebben schokken van enkele honderden g (g = 9,8 m / sec 2 en is de versnelling van de zwaartekracht), terwijl de container zorgt ervoor dat het mechanisme niet schokken groter dan ongeveer 100 g tijdens gemeenschappelijke ervaart scheepvaart ongelukken (zoals gedefinieerd door de industrie normen).

Introduction

De draaiende rotor bestaat (SRG) is een high-vacuümmeter gebruikt vacuümdrukken bepalen in het gebied van 1,0 x 10 -4 Pa tot 1,0 Pa. In principe is een roterende stalen bal die is opgehangen tussen twee permanente magneten. Electro-magneten worden gebruikt om te draaien, of "spin-up", de bal naar enige regelmaat (typisch 410 Hz); de bal wordt vrij draaien, maar de rotatiesnelheid tijd zullen afnemen vanwege botsingen van gasmoleculen in het vacuümsysteem de bal oppervlak. Onderdruk is dus gerelateerd aan de vertraging snelheid van de stalen kogel of rotor Figuur 1 toont de essentiële elementen van de SRG:. De rotor, vingerhoed, hoofd met aansluitkabel en elektronische regelaar. De rotor of wedstrijd is opgenomen in de huls tijdens bedrijf en wordt gewoonlijk niet behandeld door noch zichtbaar is voor de gebruiker SRG. De huls is aangesloten op het vacuümsysteem. Om de SRG te bedienen, wordt de kop geschoven over de huls. Dehoofd bevat twee permanente magneten en verschillende sets van draadspoelen voor verticale en horizontale stabilisatie aandrijven van de rotor, en het meten van de rotatie. De elektronische controller interpreteert het signaal van de meetspoel zodat een drukmeting kan worden gemaakt. Een rotor ideale oppervlaktetoestand, wordt de deceleratie betrekking tot de vacuümdruk door fundamentele fysica. Absolute drukmeting met behulp van een SRG een kalibratiefactor, bekend als doeltreffende accommodatie coëfficiënt moet worden bepaald. De effectieve accommodatie coëfficiënt is afhankelijk van de werkelijke oppervlaktetoestand van de rotor, zoals de ruwheid geadsorbeerde gassen en krassen. Deze factoren neiging stabiel tijdens het gebruik. Verdere details van SRGs kan worden gevonden in andere referenties. 1 - 3

De SRG wordt gebruikt in toepassingen waar absolute vacuum metingen vereist. Bijvoorbeeld, kalibratielaboratoria vaakGebruik SRGs als een absolute vacuum norm. In dit geval worden hoogvacuüm meters gekalibreerd door het uitlezen vergelijken met die van de SRG. Op zijn beurt, moet de SRG standaard periodiek worden gekalibreerd door verzending van de SRG om een ​​primaire ijklaboratorium haar accommodatie coëfficiënt opnieuw vastgesteld te hebben. Primaire kalibratie labs zijn meestal een Nationaal Meetinstituut zoals het National Institute of Standards and Technology (NIST). De primaire laboratorium bepaalt de SRG accommodatie coëfficiënt door de lezing vergelijken met een primair vacuüm standaard, en de SRG terug naar de "secundaire" kalibratie lab. De SRG wordt ook gebruikt als een transfer standaard voor de vergelijking van normen tussen kalibratielaboratoria of een Nationaal Meetinstituut. In deze toepassing wordt de SRG nationaal of internationaal transport tussen de verschillende laboratoria. 4 - 8 Tijdens het transport, kan gebeurtenissen die verandering optreden de accommodatie coëfficiënt. Voorafgaand aan de shipment, de rotor moeten hierbij geschorst en het hoofd wordt verwijderd; de rotor rust dan op de binnenwand van de huls. Tijdens het transport, het rotoroppervlak is aan verandering van de mechanische werking tussen de rotor en huls door trillingen en schokken, of het oppervlak kan veranderen als gevolg van de blootstelling van de rotor atmosferische gas en vocht. Deze veranderingen van invloed op de stabiliteit op lange termijn van de accommodatie coëfficiënt. Idealiter zou de rotor onder vacuüm blijven en geïmmobiliseerd tijdens transport.

Historisch gezien zijn SRGs gebruikt als overdrachtstandaards in ringvergelijken vacuüm voldeden nationale metrologie instituten waar SRGs internationaal vaak tussen de verschillende instellingen worden getransporteerd. 9 In een vroeg sleutel vergelijking bleek dat de lange-termijn stabiliteit van de SRG accommodatie coëfficiënt kan worden verbeterd met behulp van een veer-transportmechanisme dat zowel geïmmobiliseerde de rotor en hield het onder vacuüm dijdens vervoer. 1,10 Sindsdien is de lente-transportmechanisme al vele malen gebruikt in internationale vergelijkingen sleutel. Een recente studie van de historische gegevens bleek dat 90% van deze vergelijkingen had stabiliteiten beter dan 0,75%, en 70% had stabiliteiten van 0,5%. 9 dus met een veer-transportmechanisme zullen in de meeste gevallen op een stabiliteit die ruim voldoende voor de meeste toepassingen.

Tot nu toe is er weinig begeleiding is in de literatuur over hoe je een veer-transportmechanisme op te bouwen. Vroege versies van deze inrichtingen zijn bekend om niet volledig te immobiliseren de rotor, door een combinatie van het onvoldoende zeer stevige en verkeerd wordt gebruikt tijdens het transport. Deze vroege lessen tonen dat het belangrijk zowel een robuuste veer transportmechanisme bouwen en goed verpakken op een manier die schok minimaliseert tijdens het transport. Dit later punt is kritisch, maar vaak genegeerd. Hier zullen we describe de aanleg van een robuuste veer-transportmechanisme in aanvulling op een zorgvuldig gebouwde transport pakket. Ons ontwerp is gebaseerd op een paar eenvoudige, getest technische principes die de opbouw van een duurzame bron-transportpakket dat de mogelijkheid van een fout minimaliseert tijdens transport mogelijk. We beschrijven ook onze testen van de robuustheid van ons ontwerp. Verdere details van de testmethoden kunnen worden gevonden in Fedchak et al. (2015). 11

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Procure Non-custom onderdelen voor de lente transportmechanisme

  1. Procure de veren, draadstang, afstandhouders, moeren en ringen. Deze artikelen zijn opgenomen in de lijst van specifieke materialen / Equipment. Koop de veren en afstandhouders voor het vervaardigen van de bal houder. Gebruik 18-8 roestvrij staal (met uitzondering van 303), of bij voorkeur 316 roestvast staal, voor alle materialen.
  2. Procure rotor. De rotor is een kogellager 4,5 mm in diameter gemaakt van 440C roestvast staal of E52100 gelegeerd staal.
  3. Procure de haakse klep in de lijst van specifieke materialen / Equipment vermeld.

2. Procure Materialen voor de Shipping Container

  1. Procure de zeecontainer. Gebruik rotatie-gegoten, polyethyleen hard-shell gevallen met beschermde uitsparingen omdat deze waren de aard van de gevallen die met succes werden getest. De zaak in de lijst van specifieke materialen / apparatuur voldoet aan de minimale vereisten binnenruimte.
  2. Procure het schuim verpakking.
    1. 2 # schaffen (32 kg / m 3) polyurethaan (ester) schuim. Schaf genoeg ester schuim om de boven- en onderkant van de container te vullen. Koop een stuk van 5 cm ei-karton ester schuim.
    2. Procure 2 # (PE) polyethyleen schuim dat is 7,6 cm dik en heeft een groot genoeg ruimte om de breedte en diepte van de container te dekken.

3. Procurement en fabricatie van Custom onderdelen voor de lente-transportmechanisme

Opmerking: Voorbeeld tekeningen van de aangepaste onderdelen in dit hoofdstuk beschreven zijn in de figuren 2-4.

  1. Produceren en legt tekeningen aangepaste leverancier of in-house winkel voor het vervaardigen van de draaiende rotor gauge (SRG) vingerhoed / flens. Kritische afmetingen zijn aangegeven in figuur 2. De aangepaste fabrikant moet vertrouwd zijn met ultrahoog vacuüm (UHV) fabricagetechnieken zijn. De huls relatief eenvoudig te vervaardigen eennd ligt binnen het vermogen van veel vacuüm componentenbedrijven.
  2. Het verwerven van de tanden dat de SRG hoofd aan de flens vast te houden (zie figuur 1). Deze kunnen van het commerciële SRG vingerhoed / flens montage die wordt geleverd met de SRG elektronische regeleenheid worden verwijderd. Elke tand wordt vastgehouden door een bout (gewoonlijk een metrische zeskante kop) met een borgring, en kunnen los te draaien met behulp van de juiste sleutel worden verwijderd (bijvoorbeeld een metrische inbussleutel).
    1. Alternatief fabriceren die door dezelfde verkoper die de huls / flens zoals in de vorige stap, maar ultrahoog vacuüm productietechnieken niet gevolgd. Maak exacte kopieën van de commerciële SRG tanden.
  3. Produceren en legt tekeningen om de eenvoudige adapter aan de M6 stud te sluiten op de haakse ventiel om een ​​8-32 all-thread stud (Amerikaanse standaard hardware). Zie figuur 3.
  4. Produceren en legt tekeningen voor de fabricage van de bal houder. Critical afmetingen zijn aangegeven in figuur 4. Fabriceer de bal houder van 316L roestvrij staal in overeenstemming met UHV fabricagetechnieken. Hecht de kogelhouder aan een uiteinde van een veer. Hecht het andere uiteinde van de veer de impasse. Reinig alle onderdelen in overeenstemming met de schoonmaak procedure gegeven in hoofdstuk 5.
  5. Snijd de 8-32 all-thread stud tot een lengte van 18 mm en schone zoals beschreven in hoofdstuk 5.

4. Fabricage van Custom Foam Cut-out

  1. Maak een uitsparing voor de lente-transportmechanisme in de PE-schuim. Volgen de contouren van het klepsamenstel zo dicht mogelijk. Doe dit met de hand met een scherp mes; Als alternatief kan de contour professioneel worden gesneden door een verpakking leverancier.
  2. Met de afmetingen van de klep van de fabrikant klep en de huls / flensmaten aangegeven in figuur 2. Knip de ruimte voor de huls groot genoeg om de tanden (1,5 cm x 3,8 cm) huisvesten.

5. Reiniging van de Vacuum Components

  1. Maak alle vacuum componenten voor ultrahoog vacuüm (UHV) vóór de montage. Onze aanbevolen reinigingsprocedure is als volgt.
    1. Behandel vacuüm onderdelen met behulp van nitril, Latex of vinyl handschoenen. Niet met blote handen aan.
    2. Reinig de onderdelen met een mild schoonmaakmiddel (zoals vermeld in de materialen / list uitrusting) opgelost in gedestilleerd of gedeïoniseerd water en een pluisvrije doek.
    3. Leg onderdelen in een bad van mild schoonmaakmiddel opgelost in gedestilleerd of gedemineraliseerd water en plaats in een ultrasone reiniger voor 20 min.
    4. Spoel de onderdelen grondig met gedestilleerd of gedeïoniseerd water.
    5. Bedek delen met aceton en plaats in een ultrasone reiniger voor 20 min.
    6. Verwijderen onderdelen uit aceton. Bedek delen met ethanol en plaats in een ultrasone reiniger voor 20 min.
    7. Verwijderen onderdelen uit ethanol. Spoel grondig met gedestilleerd of gedeïoniseerd water.
    8. Blaas de onderdelendroog met droge stikstof of schone droge lucht.
    9. Laten we delen de lucht drogen op een schone-kamer kwaliteit pluisvrije doek voor 24 uur.

6. Monteer de lente-transportmechanisme

  1. Bij de montage, draag nitril, vinyl of latex handschoenen. Heeft vacuüm onderdelen niet met blote handen.
  2. Verzamel de nodige instrumenten: punttang, socket hoofd driver voor 8-32 moer, moersleutel voor adapter, liniaal of remklauw. Veeg de heerser / micrometer met ethanol; Reinig alle andere instrumenten met behulp van de procedure in stap 5.
  3. Verzamel de benodigde onderdelen: het ventiel, vingerhoed, kogellager, bal-houder / verenpakket (zie stap 3.5), 18 mm lang 8-32 stud, draad adapter, noten, en lock-ringen, 3 mm inbussleutel en maskeren tape. Zie figuur 5.
  4. Spring-transportmechanisme Montage:
    1. Volledig sluit de haakse ventiel door rechtsom te draaien tot hij stopt.
    2. Kijkend door de klep havens, identificeren van de M6 stud centered op de klepzitting.
    3. Schroef de adapter stevig op de M6 stud. Plaats een UHV schone sleutel of een tang door de haven aan de adapter krijg zo gezellig mogelijk te maken.
    4. Plaats 8-32 stud in het andere uiteinde van de adapter. Draai zo precies mogelijk te maken. De 8-32 stud zal zich door de adapter en duw tegen de M6 stud.
    5. Plaats lock-ring op 8-32 stud en daarna een moer. Draai de moer met een schone socket bestuurder of een tang. De klep kan tijdens deze stap worden gesloten om aanscherping vergemakkelijken.
    6. Plaats een moer op de 8-32 stud. Zet hem tot bijna aanraken van de moer aan de andere kant. Plaats de borgring op 8-32 stud.
    7. Bevestig de lente / ball-houder aan de 8-32 stud door de patstelling. Draai de impasse totdat het de lock-ring raakt.
      Opmerking: De volgende procedure beschrijft hoe u de lengte aanpassing van het verenpakket te controleren, zie figuur 6.
    8. Plaats de rotor in de aangepaste vingerhoed en zet hem vast met een magneet (van acommercial SRG) door het op de huls end en vast te zetten met plakband. De rotor is nu aan het einde van de huls.
    9. Schuif vingerhoed dan spring / ball-houder, stoppen als de bal-houder raakt de bal. Meet de spleet tussen klep flens en huls flens, zoals in figuur 6.
      1. Als de kloof is in het bereik van 2 mm tot 6 mm, ga dan naar stap 6.4.10.2). Een nominale tussenruimte van 3 mm is ideaal, maar een gat in het bereik van 2-6 mm voldoende. Een spleet kleiner dan 2 mm is onaanvaardbaar.
      2. Verwijder vingerhoed / opzetstuk en zet apart. Als de ruimte was kleiner dan 2 mm, draait u de impasse tegen de klok in om het gat groter te maken. Als de ruimte was groter dan 6 mm, draait u de impasse met de klok mee om de kloof kleiner te maken. Ga terug naar stap 6.4.10.
    10. Verwijder vingerhoed / opzetstuk en zet apart. Als de ruimte was kleiner dan 2 mm, draait u de impasse tegen de klok in om het gat groter te maken. Als de ruimte was groter dan 6 mm, draai de standoff met de klok mee om de kloof kleiner te maken. Ga terug naar stap 6.4.10.
    11. Draai de moer tegen de impasse.
    12. Open de klep door te draaien tegen de klok in.
  5. Monteer de Flens:
    1. Verwijder rotor door het verwijderen van plakband en magneet en zorgvuldig waardoor de rotor naar de uitrol van de huls.
    2. Bevestig de twee tanden aan de flens met behulp van een lock-ring en bout ingebracht via de achterzijde van de aangepaste flens / vingerhoed. De lock-wasmachine en bolt worden geleverd door de commerciële SRG. De lock-ring en bout niet te worden gereinigd voor ultrahoog vacuüm.
    3. Draai de tanden, zodat ze niet meer boven elkaar, zoals in figuur 1 en figuur 9.
    4. Controleer tanden voor rechtheid door uitglijden de SRG hoofd over de huls. Het hoofd moet schuiven op vrij.
    5. Geef de twee bouten een definitief aanhalen en opnieuw controleren voor alignment zoals in stap 6.5.3.
    6. Plaats de rotor terug in de huls, eenD Secure met de magneet en plakband.
  6. Compleet Spring Transport Montage:
    1. Plaats koper of verzilverd koper pakking op de afsluiter poort.
    2. Plaats de rotor in de huls (indien niet reeds in de huls uit stap 6.5.6).
    3. Schuif de flens / koussamenstel over de lente / ball-houder. Richt de flens zodanig dat de set-schroef in de tanden beneden zal wijzen wanneer de klep aan de kamer is bevestigd.
    4. Met behulp van ¼-28 bouten en moeren, zet de flens aan de klep.
    5. Sluiten de klep.
    6. Verwijder magneet en tape die de bal.

7. Monteer de Shipping Container

  1. Snijd de ester schuim om de grootte van de container. De dikte van het schuim is afhankelijk van de hoogte van de container. Plaats een minimale dikte van 7,6 cm schuim op de bodem. Figuur 7 toont het schuim samenstel.
  2. Leg de PE-schuim uitsparing op de top van tHij ester foam.
  3. Leg een laag ester schuim in het deksel. De minimale dikte moet 7,6 cm. Figuur 8 toont de uiteindelijke positie van het veer-transportmechanisme. Gebruik schone aluminiumfolie en een kunststof eindkap (dat de klep kwamen) naar het open uiteinde van de klepopening tijdens transport te beschermen.

8. Met behulp van de Lente-transportmechanisme

  1. Montage en schorsing van de rotor:
    Opmerking: Figuur 9 toont de gemonteerde veer transportmechanisme met het hoofd bevestigd. De eerste stap is het verwijderen van de lente-transportmechanisme uit de zeecontainer. Hierna wordt aangenomen dat de lezer vertrouwd is met de werking van de draaiende rotor bestaat. Details van het bedienen van de controller kan worden gevonden in de controller gebruikershandleiding. Ook wordt verondersteld de lezer vertrouwd is met hoge vacuümtechniek.
    1. Verwijder de punctiedop en de folie van de open poort van het voorjaar transportmechanisme. Bevestig deopen poort naar een DN 40 (CF 2,75 ") poort van een vacuümkamer met een nieuwe koper of verzilverd koper pakking en een ¼-28 Boutset. De oriëntatie van de klep hangt af van de oriëntatie van de tanden. De juiste oriëntatie is weergegeven in figuur 9. de tand met de stelschroef naar beneden wijst. Schuif het hoofd over de huls, moet de oriëntatie van de vingerhoed verticale binnen 2 ° zijn. Controleer de richting met een niveau.
    2. Evacueren de vacuümkamer tot minder dan 10 -3 Pa. Open langzaam de lente-transportmechanisme ventiel.
    3. Bevestig hoofd naar de controller. Schakel de controller en schorten de bal.
  2. De montage van de lente-transportmechanisme
    1. De-schorten de rotor met behulp van de elektronische besturing. Schakel de controller.
    2. Sluit de lente-transportmechanisme ventiel.
    3. Verwijder het hoofd.
    4. Vent vacuümkamer.
    5. Verwijder de veer-transportmechanisme door VN-bouten de kleppoort van de vacuümkamer.
    6. Plaats schoon folie en een plastic eindkap over de open poort van de lente-transportmechanisme. Place de lente-transportmechanisme in cut-out in zeecontainer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle componenten van commerciële SRG worden getoond in Figuur 1. Dit omvat de rotor, vingerhoed, hoofd met de permanente magneten en draadspoelen gebruikt voor suspensie en pick-up en de elektronische besturing. De spring getoond (figuur 1c) wordt gebruikt om de bal in de huls te houden; deze klemveer wordt niet gebruikt in het voorjaar-transportmechanisme. De commerciële controller en hoofd worden in het voorjaar-transportmechanisme. De tanden van het commerciële vingerhoed kunnen worden verwijderd en gebruikt in het voorjaar-transportmechanisme, of een kopie van deze eenvoudige onderdelen kunnen worden vervaardigd. De rotor kan ook worden gebruikt, of een andere kogellagers worden toegepast, zoals in de lijst genoemde materialen. De mechanische tekeningen in de figuren 2-4 geven de kritische afmetingen van de aangepaste onderdelen die moeten worden gemaakt om de veer-transportmechanisme op te bouwen. De bal-houder in figuur 4gepuntlast op één uiteinde van een veer en het andere uiteinde van de veer-gepuntlast een impasse. Met uitzondering van de huls en alle onderdelen die nodig zijn om de veer-transportmechanisme monteren zijn weergegeven in figuur 5. De veer moet worden samengedrukt ten minste 2 mm en een nominale druk van 3 mm wordt voorgesteld door de auteurs. Figuur 6 toont de meettechniek te bepalen of de veer correct worden samengedrukt, zoals in de procedure.

Figuur 7 toont een typisch samenstel van het schuim inzetstukken, figuur 8 toont de veer transportmechanisme in de transportverpakking. Een container worden gekozen dat voldoende groot is om ruimte voor 7,6 cm schuim rondom de veer-transportmechanisme aan alle kanten en uiteinden toe. Via minste 7,6 cm ester foam op de bovenkant en onderkant en minimaal 7,6 cm van PE-schuim aan de zijkanten, the schok ervaren door de veer-transportmechanisme wordt gehouden tot minder dan 100 g, zelfs bij een val van 152 cm, zie figuur 10. Het is belangrijk om er zeker van het schuim niet samengedrukt bij het ​​verpakken de veer-transportmechanisme. Dit kan veroorzaakt worden door schuim dat te dik Figuur 11 toont het effect van het comprimeren van het schuim zelfs een kleine hoeveelheid. De schok wordt met ongeveer 40%. In dit geval, het schuim samengeperst ongeveer 1 ¼ cm over 22 ¾ cm. Na het uitvoeren van meer dan 180 valproeven van één van onze prototypes, namen we een beeld neutron röntgenfoto, figuur 12, die duidelijk de veer-transportmechanisme werkt zoals ontworpen. Merk op dat de klep in figuur 12 is van een andere fabrikant dan de in de onderhavige procedure klep. De voormalige is niet meer in de handel verkrijgbaar. Tenslotte Figuur 9 toont het verend gemonteerd transportmechanismegebruiken.

Drop-testen gebruikelijk zijn in de verpakkingsindustrie en volgens typisch industriële richtlijnen voor verpakkingen minder dan 34 kg (75 lbs) standaard valhoogte voor het testen is 76 cm (30 inch). Een redelijk ontwerp doel was dat de veer-transportmechanisme ervaring een schok van minder dan 50 g bij een val van 76 cm, en minder dan 100 g bij een val van 152 cm, dat is het dubbele van de aanbevolen hoogte voor een valtest. Hard rotatie gegoten gevallen en twee soorten van standaard schuim werden gekozen om de veer transportmechanisme verpakken. Polyurethaan (ester) schuim en polyethyleen (PE) schuim gemeenschappelijk schuimen beschikbaar voor verpakking. Ze komen in verschillende dichtheden en worden meestal gebruikt om de nominale dichtheden zoals 2 # schuim (32 kg / m 3). Commerciële verpakking gidsen geven krommen die het gewenste niveau van kwetsbaarheid (in g, die de maximale schok die kan worden weerstaan ​​doorhet artefact) versus schuimdikte, met verschillende curven die vallen geven van verschillende hoogtes. Als bijvoorbeeld een object met een statische belasting van 0,77 N / cm2 van een hoogte van 76 cm, dikte 7,6 cm 2 # ester schuim en 12,7 cm dik # 2 PE-schuim zowel een schok van ongeveer 30 g. Het schuim moet elastisch genoeg om het object zachtjes vertragen over een redelijke afstand, maar stijf genoeg zijn zodat er weinig of geen samendrukking van het schuim wanneer onder statische belasting. Compressie zal het vermogen van het schuim om de schok op te vangen in gevaar brengen. 2 # ester schuim werd gebruikt op de bovenkant en onderkant van de veer-transportmechanisme en 2 # PE schuim werd gebruikt voor de uitsparing, zie figuur 7. De reden dat PE-schuim werd gebruikt voor de uitsnede omdat de statische belasting meer op de uiteinden van de klep door de kleinere oppervlakte.

Drop tests werden uitgevoerd op de lente-transport-pakket door het aanbrengen van een accelerometer om de veer-transportmechanisme en het laten vallen van de verpakking van verschillende hoogtes en oriëntaties. Figuur 10 toont de prestaties van 7,6 cm en 15,2 cm zwart 2 # PE-schuim. Zoals blijkt, heeft de dikkere schuim niet beter dan 7,6 cm schuim voeren. Dit komt omdat wanneer het schuim is dik genoeg om het object op de dikte volledig vertragen, het toevoegen van meer schuim helpt niet. Daarom werd geconcludeerd dat 7,6 cm PE-schuim was voldoende voor de zijkanten. Op de boven- en onderkant, werd gevonden dat een 7,6 cm dikte van 2 # ester schuim noodzakelijk en voldoende was. Dit strookt met de lichtere statische belasting (groter gebied) van de klep zijden. Een klein stukje van 5 cm dik ei-karton style ester schuim werd ook gebruikt voor het opvullen van de bodem van de uitsparing zodat de veer-transportmechanisme niet binnen de uitsparing zou bewegen. Figuur 11 illustreert het belang van niet comprimeren van het schuim. In druppel tests waarbij het schuim lichtjes werd samengeperst, de schok wasveel groter. Verschillende maten van de gevallen werden ook getest. Gevonden werd dat een koffertje met minder vulling produceerde een schok kleiner dan een groter case. Aanvankelijk leek dit resultaat verrassend, maar men moet bedenken dat zodra de schuimdikte voldoende, het toevoegen van meer schuim geen betere resultaten op shock. Een hypothese is dat kleinere gevallen minder schokken veroorzaken bij een val omdat deze minder dan grotere gevallen wegen en stuiteren meer bij een val, waardoor een deel van de energie afvoeren. De minimale binnenafmetingen moet groot genoeg zijn om de veer transportmechanisme omgeven door 7,6 cm schuim aan elke kant, in het bijzonder 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

Veel druppel tests met het veer-transportmechanisme werden uitgevoerd. Contact tussen rotor en conische huls van werd gedurende valproeven gevolgd door in te loggen de elektrische continuïteit tussen de bal en twee draden die door een speciaal proef vingerhoed, als described in referentievoorbeeld 11. Wij geen defect van het veermechanisme om de rotor te houden tijdens een van valproeven heeft gehouden. Figuur 12 toont een neutron röntgenfoto 12 van een veer-transportmechanisme gebouwd door NIST en onderworpen aan meer dan 180 valproeven. Zoals blijkt beeld röntgenfoto in, als de veer-transportmechanisme functies gemaakt zelfs na vele malen wegvalt. Door het volgen van de hier geschetste procedures, kan een robuuste veer-transport-pakket worden gecreëerd die in staat is het minimaliseren van de effecten van het vervoer op de stabiliteit op lange termijn van de draaiende rotor meters is.

Figuur 1
. Figuur 1: Elementen van een typische draaiende rotor Gauge Deze foto toont alle elementen van een draaiende rotor gauge: (a) de stalen kogel of de rotor; (B) vingerhoed dat de rotor (commerciële versie) bevat,de twee rechthoekige gedeelten nabij de rand van de flens zijn de "tanden" dat het kopsamenstel houden; (C) het behoud van de lente voor de rotor (niet gebruikt in een lente-transportmechanisme); (D) het hoofd en kabel vergadering; (E) de elektronische besturing.

Figuur 2
Figuur 2: Mechanische Tekening van de Custom Thimble kritische afmetingen worden getoond en worden gegeven in de Verenigde Staten gebruikelijke eenheden (1 inch = 25,4 mm).. Alle toleranties zijn 0,005 inch (0,1 mm). A * .step bestand is opgenomen als een aanvullend bestand. Het onderdeel moet worden gemaakt van 316L roestvrij staal, RA16 afwerking (micro-inches, RA 0,4 pm). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: Mechanische tekening van de draad adapter kritische afmetingen worden weergegeven en worden in de Verenigde Staten gebruikelijke eenheden (1 inch = 25,4 mm).. Alle toleranties zijn 0,005 inch (0,1 mm). A * .step bestand is opgenomen als een aanvullend bestand. Het gedeelte zal worden gemaakt van 316L roestvrij staal; de draden van het type 2A. De M6 Thread heeft een 1 mm spoed. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: Mechanische tekening van de kogelhouder kritische afmetingen worden weergegeven en worden in de Verenigde Staten gebruikelijke eenheden (1 inch = 25,4 mm).. Alle toleranties zijn 0,005 inch (0,1 mm). A * .step bestand is opgenomen als een aanvullend bestand. Het onderdeel moet zijn made van 316L roestvrij staal, RA16 afwerking (micro-inches, RA 0,4 pm)., zonder scherpe randen Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5:. Elementen van de Lente transportmechanisme In volgorde van de montage (van rechts naar links), de getoonde onderdelen zijn: ventiel, draad adapter, lock-ring, moer, knippen 8-32 stud, noot, lock-ring, bal -houder / verenpakket, en 4,5 mm rotor.

figuur 6
Figuur 6:. De afstand van de Ball-houder instellen Na de montage van de lente-transportmechanisme, sluit de klep, plaats de rotor in de aangepaste vingerhoed, zet de rotor met een magneet onttrokken aan het einde van de driimble en plaats vingerhoed over de bal-houder / voorjaar. De spleet moet minstens 2 mm, maar niet meer dan 6 mm meten.

figuur 7
Figuur 7:. Vergadering van de Foam De donkergrijze vertegenwoordigt de PE-schuim uitsparing, de lichtgrijze rechthoeken zijn de ester schuim.

Figuur 8
Figuur 8:. De veer-transportmechanisme in de transportverpakking De veer-transportmechanisme is passen in een cut-out in PE-schuim. Ester schuim wordt gebruikt in de PE-schuim en bij deksel. De ester schuim is groter dan 7,6 cm dik. De zaak is een rotatie gegoten harde hoes.

figuur 9
Figuur 9: De veer-traNSPORT mechanisme gemonteerd op een vacuümkamer. De veer transportmechanisme worden gemonteerd op de vacuümkamer, zodat de kop verticaal binnen 2 °, zoals getoond.

figuur 10
Figuur 10:. Shock versus hoogte van PE schuim De schok voor twee verschillende diktes van PE-schuim zijn weergegeven als functie van valhoogte. De gemiddelde schok bij 76 cm valhoogte dichtbij 50 g, maar de spreiding in de gegevens zoals gemeten door de standaarddeviatie bijna 10% (getoond als de onzekerheid staven). Zelfs bij een valhoogte van 152 cm, de schok minder dan 100 g en ruim binnen de houdkracht van het voorjaar.

figuur 11
Figuur 11: Het effect van gecomprimeerde schuim Een kleine hoeveelheid schuim compressie graden.Rades het vermogen van schuim om schokken te verminderen, zoals gezien door de grotere schok waarden van het gecomprimeerde schuim.

figuur 12
Figuur 12:. Neutron Röntgenfoto van de lente-transportmechanisme (a) is de klep in de open stand en (b) de klep in de gesloten stand, waarin de rotor goed meegenomen in de top van de conisch gevormde kogel houder en vingerhoed. De veer-transportmechanisme getoond werd meer dan 180 keer laten vallen voordat imago van de röntgenfoto werd genomen. Dit cijfer is eerder gepubliceerd in Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Het bouwen van een veer-transport-pakket voor het spinnen rotor meters. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033.201 (2015); gebruikt in overeenstemming met de Creative Commons Attribution 3.0 Unported licentie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het doel was een veer transportmechanisme met een voldoende houdkracht zodanig dat de rotor zou geïmmobiliseerd blijven tijdens transport te ontwerpen. Het ontwerpen van een robuuste veer transportmechanisme is niet voldoende om te verzekeren de rotor geïmmobiliseerd blijven omdat, bijvoorbeeld, het laten vallen van het mechanisme van grote hoogte op een hard oppervlak kan een enorme schok veroorzaken. De kracht op de rotor kan sterk worden verminderd door het verpakken van de veer-transportmechanisme zodanig dat deze zachtjes vertraagt ​​over een afstand in de verpakking, waardoor de schok wordt gereduceerd. De impuls kracht ervaren door een voorwerp wanneer in valt is de schok genoemd en wordt meestal gemeten in termen van de versnelling van de zwaartekracht, g. Als een object is gedaald van een hoogte h en vertraagt ​​over een afstand d, de schok is gewoon (h / d) x g. Bijvoorbeeld, als een object wordt van een hoogte van 1 m en is wordt vertraagd over een afstand van 1 cm, de sspronggewricht ervaren door het object is 100 g. Dit voorbeeld is een redelijke schatting van de schok we kunnen verwachten als er een goed verpakt object is gedaald tijdens de behandeling. Daarom werd de veer-transport mechanisme van de rotor geïmmobiliseerde tijdens shock ten minste 100 g te houden. Dit was niet moeilijk te bereiken. Een veer met een veerconstante van 3 N / mm, dat is gecomprimeerd met 3 mm met de klep volledig gesloten. De massa van de rotor was 0,37 g en de massa van de kogel houder was 0,55 g, waardoor het samengedrukte veer produceerde een vasthoudkracht van enkele honderden g. Van de lengte van de veer, lijkt het erop dat een samendrukking van ten minste 2 mm autostoel wordt; echter merkten we dat de warmte die door de hechtlassen neiging om de veer enigszins verkort doordat de veer afstand nabij de einden. De kegelvormige huls en bal-houder verzekeren dat de bal niet zijdelings beweegt ten opzichte van de huls as. De vingerhoed moest aangepaste ma zijnde twee redenen: het inwendige einde conisch is ontworpen om te worden gevormd om de bal beperken, en de lengte was zodanig dat de veer de juiste compressie zou worden verkregen wanneer de klep gesloten is. De klep beroerte is de totale lineaire verplaatsing van de klepzitting en kritische bepalen de huls lengte. Als een merk of model van de klep wordt gekozen dat een andere lijn dan de klep in de lijst materiaal heeft, kan een andere huls lengte noodzakelijk. De klep kozen we in deze toepassing is gespecificeerd op meer dan 1.000 sluitingen, vereist geen momentsleutel te sluiten, en heeft een gunstig gelegen stud voor het monteren van het voorjaar, waardoor het ideaal is voor deze toepassing. Tenslotte is het gebruik van borgringen en strakke montage verzekert robuustheid van de apparaten, zoals onze tests hieronder vermeld.

Zoals eerder besproken, hebben andere instellingen gemaakt en gebruikt mechanismen veer transport. Er is weinig informatie in de literatuur over hoe deze OTHer versies zijn ontworpen of getest. De historische gegevens van de stabiliteit op lange termijn van de draaiende rotor meters vervoerd deze andere versies van de veer-transportmechanisme aantoont dat het effectief in het behoud van de accommodatie coëfficiënt van de SRG, mits de veer transportmechanisme werkt zoals ontworpen en doet niet nalaten om de rotor te immobiliseren tijdens het transport. Het NIST versie hier gepresenteerde is uitgebreid getest op robuustheid en zal naar verwachting de SRG accommodatie coëfficiënt minstens zo goed als de vorige versies behouden. Bovendien is het belang van het verpakken van het veer-transportmechanisme zodanig schokken te minimaliseren niet besproken in de literatuur. Hier gedetailleerde specificaties en instructies worden gegeven over hoe de lente-transportmechanisme te verpakken. Valproeven besproken in de vorige sectie blijkt dat de verpakking de schok verminderen gemaakt.

Andere methoden worden vaak gebruiktte transporteren draaiende rotor meters. De meest voorkomende methode die wordt gebruikt voor de klanten van de NIST's kalibratieservice is om de rotor aan de huls te beveiligen met behulp van een externe magneet. Een andere methode is om de rotor van de huls te verwijderen en plaats deze in een glazen flesje of wikkel de rotor in aluminiumfolie of niet pluizende doek. Een studie van 70 customer rotors met repeat kalibraties bij NIST gaf aan dat de gemiddelde herhaalbaarheid was 0,94%. 13 Zoals eerder opgemerkt, historische gegevens voor de lente-transport mechanica gaf aan dat 90% van de tijd, rotors had herhaalbaarheid beter dan 0,75% in intercomprisons waar de rotors worden meerdere malen internationaal is getransporteerd. Een andere wijze van verzending gebruikt om het schip rotors die een uitstekende stabiliteit resultaten heeft opgeleverd is om met de hand te dragen aan de rotor. Helaas is deze methode niet geschikt meestal.

Het ontwerp aanwezig in het protocol is specifiek voor de klepmodel en het type gespecificeerd. Andere kleppen kunnen onsed, maar het zou noodzakelijk zijn om het ontwerp te veranderen. Specifiek, de lengte van de huls moet worden aangepast aan de afsluiterslag zodat de veer samendrukt minstens 2 mm wanneer de klep volledig gesloten tegemoet. Bovendien moet een klep die een geschikte mount heeft voor het verenpakket halen; niet alle kleppen dergelijke functies.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgements

De auteurs zijn dankbaar voor de hulp van de NIST neutron imaging faciliteit instrument wetenschapper Dr. Daniel Hussey voor ons te helpen met neutronen röntgenfoto's.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fremerey, J. K. The spinning rotor gauge. J. Vac. Sci. Technol. A. 3, (3), 1715-1720 (1985).
  2. Jousten, K. Chapter 13, Total Pressure Vacuum Gauges. Handbook of Vacuum Technology. Jousten, K. Wiley-VCH. Weinheim. 573-583 (2008).
  3. Berg, R. F., Fedchak, J. A. NIST Calibration Services for Spinning Rotor Gauge Calibrations. NIST Special Publication. 250-293 (2015).
  4. Messer, G., et al. Intercomparison of Nine National High-vacuum Standards under the Auspices of the Bureau International des Poids et Mesures. Metrologia. 26, 183-195 (1989).
  5. Jousten, K., et al. Results of the regional key comparison Euromet.M.P-K1.b in the pressure range from 3 x 10 Pa to 0.9 Pa. Metrologia. 42, (1A), 07001 (2005).
  6. Jousten, K., Santander Romero, L. A., Torres Guzman, J. C. Results of the key comparison SIM-Euromet.M.P-BK3 (bilateral comparison) in the pressure range from 3 x 10 Pa to 0.9 Pa. Metrologia. 42, (1A), 07002 (2005).
  7. Yoshida, H., Arai, K., Akimichi, H., Hong, S. S., Song, H. W. Final report on key comparison APMP.M.P-K3: Absolute pressure measurements in gas from 3 x 10 Pa to 9 x 10 Pa. Metrologia. 48, (1A), 07013 (2011).
  8. Fedchak, J. A., Bock, T. h, Jousten, K. Bilateral key comparison CCM.P-K3.1 for absolute pressure measurements from 3 x 10 Pa to 9 x 10 Pa. Metrologia. 51, (1A), 07005 (2014).
  9. Fedchak, J. A., Arai, K., Jousten, K., Setina, J., Yoshida, H. Recommended practices for the use of spinning rotor gauges in inter-laboratory comparisons. Measurement. 66, 176-183 (2015).
  10. Rohl, P., Jitschin, W. Performance of the spinning rotor gauge with a novel transport device as a transfer standard for high vacuum. Vacuum. 38, (7), 507-509 (1988).
  11. Fedchak, J. A., Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Building a spring-transport package for spinning rotor gauges. J. Vac. Sci. Technol. A. 33, (3), (2015).
  12. Hussey, D. S., Jacobson, D. L., Arif, M., Coakley, K. J., Vecchia, D. F. In Situ Fuel Cell Water Metrology at the NIST Neutron Imaging Facility. J. Fuel Cell Sci. Technol. 7, (2), 021024 (2010).
  13. Chang, R. F., Abbott, P. J. Factors affecting the reproducibility of the accommodation coefficient of the spinning rotor gauge. J. Vac. Sci. Technol. A. 25, (6), 1567-1576 (2007).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

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

    Usage Statistics