Hvordan man opbygger en Vacuum Spring-transport pakke til Spinning Rotor Målere

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

Den roterende rotor gauge (SRG) er en høj-vakuum gauge ofte brugt som en sekundær eller overførsel standard for vakuum tryk i størrelsesordenen 1,0 x 10 -4 Pa til 1,0 Pa. I denne ansøgning, er SRGs ofte transporteres til laboratorier for kalibrering. Hændelser kan forekomme under transport, der ændrer rotor overfladeforhold, og dermed ændre kalibreringsfaktoren. For at sikre kalibrering stabilitet, er en fjeder-transport mekanisme ofte bruges til at immobilisere rotoren og holde det under vakuum under transport. Det er også vigtigt at transportere fjeder-transportmekanismen ved hjælp emballage udformet til at minimere risikoen for beskadigelse under forsendelse. I dette manuskript, er en detaljeret beskrivelse af, hvordan til at bygge en robust fjeder-transport mekanisme og skibscontainer. Tilsammen danner en fjeder-transport-pakke. Fjederen-transport kollikonstruktion blev testet ved hjælp af drop-tests og ydeevne viste sig at være fremragende. Den foreliggende fjeder-transport mekanisme design holder rotoren immobiliserede når de oplever chok på flere hundrede g (g = 9,8 m / s2 og er tyngdeaccelerationen), mens skibscontainer sikrer, at mekanismen ikke vil opleve rystelser større end ca. 100 g under fælles skibsfart uheld (som defineret af branchestandarder).

Introduction

Spinding rotor gauge (SRG) er en høj-vakuummåler anvendes til at bestemme vakuumtryk i området fra 1,0 x 10 -4 Pa til 1,0 Pa. Det er grundlæggende en roterende stålkugle, der er ophængt mellem to permanente magneter. Elektromagneter anvendes til at rotere, eller "spin-up", bolden til en vis hyppighed (typisk 410 Hz); bolden lades derefter rotere frit, men rotationshastigheden vil falde over tid på grund af kollisioner af gasmolekyler i vakuumsystemet med bolden overflade. Vakuum pres er således relateret til deceleration satsen for stålkugle eller rotor Figur 1 viser de væsentlige elementer i SRG:. Rotoren, fingerbøl, hoved med tilslutningskabel, og elektronisk controller. Rotoren eller kugle, er indeholdt i hylstret under drift og er normalt ikke håndteres af eller er synligt for SRG brugeren. Hylstret er forbundet til vakuumsystemet. For at betjene SRG, er hovedet gled over fingerbøl. Dethoved indeholder to permanente magneter og flere sæt trådspoler, der anvendes til vertikal og horisontal stabilisering, drive rotoren, og afføling af rotationen. Den elektroniske styreenhed tolker signalet fra sensorspolen, således at en trykmåling kan foretages. For en rotor med ideelle overfladeforhold, er deceleration sats relateret til vakuum pres fra grundlæggende fysik. For at gøre absolutte trykmålinger ved hjælp af en SRG, en kalibrering faktor, kendt som den effektive indkvartering koefficient, skal bestemmes. Den effektive indkvartering koefficient afhænger den virkelige overfladeforhold rotorens, såsom ruhed, adsorberede gasser, og ridser. Disse faktorer har tendens til at være stabil i løbet af dets anvendelse. Yderligere oplysninger om SRGs kan findes i andre referencer 1 -. 3

Den SRG anvendes i applikationer, hvor der kræves absolut vakuum målinger. For eksempel kalibreringslaboratorier oftebruge SRGs som en absolut vakuum standard. I dette tilfælde er høj vakuummålere kalibreret ved at sammenligne deres læsning til den for SRG. Til gengæld skal SRG standarden periodisk kalibreres ved forsendelse af SRG til en primær kalibrering laboratorium for at have sin bolig koefficient igen bestemt. Primære kalibrering laboratorier er normalt nationale måletekniske institutter såsom National Institute of Standards and Technology (NIST). Den primære lab bestemmer SRG overnatning koefficient ved at sammenligne sin behandling til en primær vakuum standard, og derefter returnerer SRG til "sekundære" kalibrering lab. Den SRG bruges også som en overførsel standard til sammenligning af standarder mellem kalibreringslaboratoriers eller nationale måletekniske institutter. I denne ansøgning, er SRG transporteres på hjemmemarkedet eller internationalt mellem de forskellige laboratorier 4 -. 8. Under overførsel, kan begivenheder indtræffer, at forandring bolig koefficient. Forud for shipment, rotoren skal blive de-suspenderes og hovedet er fjernet; rotoren hviler derefter på den indvendige væg af fingerbøl. Under transport, rotor overflade kan ændres fra den mekaniske handling mellem rotor og fingerbøl på grund af vibrationer og stød, eller overfladen kan ændre sig på grund af eksponering af rotoren til atmosfærisk gas og fugtighed. Disse ændringer påvirker den langsigtede stabilitet af bolig koefficient. Ideelt set bør rotoren forblive i vakuum og immobiliseres under transport.

Historisk set har SRGs været brugt som overfoerselsnormaler på vigtige sammenligninger af vakuum standarder blandt nationale måletekniske institutter, hvor SRGs er internationalt transporteres mange gange mellem de forskellige institutter. 9 Under en tidlig nøgle sammenligning blev det konstateret, at den langsigtede stabilitet i SRG overnatning koefficient kunne forbedres ved at udnytte en fjeder-transport mekanisme, som både immobiliseret rotoren og holdt det under vakuum dnder transport. 1,10 Siden da har fjeder-transport mekanisme blevet brugt mange gange i internationale vigtige sammenligninger. En nylig undersøgelse af de historiske data viste, at 90% af disse sammenligninger havde stabiliteter bedre end 0,75%, og 70% havde stabiliteter 0,5%. 9. Derfor anvendelse af en fjeder-transportmekanisme vil i de fleste tilfælde, udbytte en stabilitet, som er mere end tilstrækkeligt til de fleste anvendelser.

Indtil nu har der været megen vejledning i litteraturen om hvordan man opbygger en fjeder-transportmekanisme. Tidlige versioner af disse indretninger har været kendt at ikke fuldt ud immobilisere rotoren på grund af en kombination af at være utilstrækkeligt udviklet til robusthed, og bliver udsat for hærværk under forsendelsen. Disse tidlige erfaringer viser, at det er vigtigt både at opbygge en robust fjeder-transportmekanisme, og man korrekt pakke det på en måde, der minimerer stød under transporten. Denne senere punkt er kritisk, men ofte ignoreret. Her vil vi describe konstruktionen af ​​en robust mekanisme fjeder-transport ud over en korrekt opbygget transport pakke. Vores design er baseret på et par enkle, testet, tekniske principper, der muliggør opførelsen af ​​et varigt fjeder-transport pakke, der minimerer muligheden for fiasko under transport. Vi beskriver også vores test af robustheden af ​​vores design. Yderligere oplysninger om testmetoder kan findes i Fedchak et al. (2015). 11

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Procure Non-custom Dele til foråret Transport Mechanism

  1. Skaffe fjedre, gevind stang, afstandsstykker, nødder, og vaskemaskine. Disse elementer er opført på listen over specifikke materialer / udstyr. Køb fjedre og modsætninger, før han fremstiller bolden holder. Brug 18-8 rustfri (undtagen 303), eller fortrinsvis 316 rustfrit stål, for alle materialer.
  2. Anskaffe rotor. Rotoren er et kugleleje 4,5 mm i diameter fremstillet af 440C rustfrit stål eller E52100 legeret stål.
  3. Skaffe retvinklet ventil opført på listen over specifikke materialer / udstyr.

2. fremskaffe materialer til Shipping Container

  1. Skaffe skibscontainer. Brug drejeligt-støbte, polyethylen hårdt shell sager med beskyttede fordybninger, da disse var den type sager, der blev testet med succes. Sagen i Liste over specifikke materialer / udstyr opfylder minimumskravene indvendige pladsbehov.
  2. ProcURE skummet pakning.
    1. Skaffe 2 # (32 kg / m 3) polyurethan (ester) skum. Købe nok ester skum at fylde toppen og bunden af ​​fragtcontaineren. Købe et stykke 5 cm æggebakke ester skum.
    2. Skaffe 2 # (PE) polyethylenskum, der er 7,6 cm tyk og har et stort nok område til at dække bredden og dybden af ​​fragtcontaineren.

3. Indkøb og Fabrikation af custom dele til Spring-transport Mechanism

Bemærk: Eksempel tegninger af custom dele, der er beskrevet i dette afsnit er givet i figur 2-4.

  1. Producere og indsende tegninger til brugerdefinerede leverandør eller in-house shop for fremstilling af spinding rotor gauge (SRG) fingerbøl / flange. Kritiske dimensioner er givet i figur 2. Den brugerdefinerede Fabrikanten skal være bekendt med ultra-høj vakuum (UHV) fremstillingsteknikker. Den fingerbøl er forholdsvis enkel at fremstille ennd er godt inden for evnerne af mange vakuum komponent virksomheder.
  2. Erhverve de tænder, der holder SRG hoved til flangen (se figur 1). Disse kan fjernes fra det kommercielle SRG fingerbøl / flange montage, der kommer med SRG elektroniske styreenhed. Hver tand er holdt på plads af en enkelt bolt (typisk en metrisk sekskant) med en låseskive, og kan fjernes ved unbolting hjælp af passende skruenøgle (såsom en metrisk sekskantnøgle).
    1. Alternativt, fabrikere disse ved samme leverandør leverer fingerbøl / flange som i det forrige trin, men ultrahøj vakuum produktionsteknikker behøver ikke følges. Lav nøjagtige kopier af de kommercielle SRG tænder.
  3. Producere og indsende tegninger af den simple adapter til at tilslutte M6 stud på højre vinkel ventil til en 8-32 all-tråd stud (amerikansk standard hardware). Se figur 3.
  4. Producere og indsende tegninger til fremstilling af bolden holder. Critical dimensioner er angivet i figur 4. Fabricate bolden indehaver af 316L rustfrit stål i overensstemmelse med UHV fremstillingsteknikker. Tack svejse bolden ret til én ende af en fjeder. Tack svejse den anden ende af fjederen til standoff. Rengør alle dele i overensstemmelse med den rengøring proceduren i afsnit 5.
  5. Skær 8-32 all-tråd stud til en længde på 18 mm og ren som beskrevet i afsnit 5.

4. Fremstilling af brugerdefinerede skumgummi

  1. Lav en udskæring for forår-transport mekanisme i PE-skum. Følge konturerne af ventilsamlingen så tæt som muligt. Gør dette ved hånden med en skarp hobbykniv; alternativt kan konturen blive professionelt skåret af en emballage leverandør.
  2. Brug dimensioner ventilen givet af ventil producent og fingerbøl / flange målene i figur 2. Skær plads til fingerbøl store nok til at rumme tænderne (1,5 cm x 3,8 cm).

5. Rengøring af Vacuum Components

  1. Rengør alle vakuum komponenter til ultra-højt vakuum (UHV) før samling. Vores anbefalede rengøring procedure er som følger.
    1. Håndtag vakuum dele ved hjælp nitril, latex eller vinyl handsker. Rør ikke ved med bare hænder.
    2. Rengør delene med et mildt rengøringsmiddel (f.eks opført i materialer / udstyr listen) opløst i destilleret eller deioniseret vand og en fnugfri klud.
    3. Placer dele i et bad af mildt rengøringsmiddel opløst i destilleret eller deioniseret vand og plads i en ultra-sonic renere for 20 min.
    4. Skyl delene grundigt med destilleret eller deioniseret vand.
    5. Cover dele med acetone og sted i en ultra-sonic renere for 20 min.
    6. Fjern dele fra acetone. Cover dele med ethanol og sted i en ultra-sonic renere for 20 min.
    7. Fjern dele fra ethanol. Skyl grundigt med destilleret eller deioniseret vand.
    8. Blow delenetør med tør nitrogen eller ren tør luft.
    9. Lad dele lufttørre på en ren-værelse kvalitet fnugfri klud i 24 timer.

6. Saml Spring-transport Mechanism

  1. Under montering, slid nitril, vinyl eller latex handsker. Rør ikke vakuum dele med de bare hænder.
  2. Saml de nødvendige værktøjer: spidstang, socket head driver for 8-32 møtrik, svensknøgle for adapter, lineal eller skydelære. Tør herskeren / mikrometer med ethanol; rengøre alle andre værktøjer anvendelse af proceduren i trin 5.
  3. Saml de nødvendige dele: ventil, fingerbøl, kugleleje, bold-holder / fjeder samling (se trin 3.5), 18 mm lang 8-32 stud, tråd adapter, nødder og lock-skiver, 3 mm unbrakonøgle og maskering tape. Se figur 5.
  4. Spring-Transport Mechanism Montering:
    1. Fuldt lukke retvinklet ventilen ved at dreje den med uret, indtil den stopper.
    2. Ser man gennem ventilportene, identificere M6 stud centered på ventilsædet.
    3. Skrue adapteren nemt på M6 stud. Indsæt et UHV ren skruenøgle eller tang gennem porten for at få adapteren som lun som muligt.
    4. Indsæt 8-32 stud ind i den anden ende af adapteren. Stram så stramt som muligt. Den 8-32 stud vil udvide gennem adapteren og skubbe mod M6 stud.
    5. Placer lock-skive på 8-32 stud og derefter en møtrik. Spænd møtrikken med en ren socket driver eller tang. Ventilen kan være lukket under dette trin for at gøre stramning lettere.
    6. Placer en møtrik på 8-32 stud. Drej det indtil næsten røre møtrikken på den anden ende. Placer låseskive på 8-32 stud.
    7. Vedhæft forår / kugle-holder til 8-32 stud af dødvande. Drej dødvande, indtil det rører lock-skive.
      Bemærk: Følgende procedure beskriver, hvordan du kontrollerer længdejustering af foråret samling, se figur 6.
    8. Placer rotoren i den brugerdefinerede fingerbøl og fastgør den med en magnet (fra acommercial SRG) ved at placere den på fingerbøl ende og fastsættelse det med malertape. Rotoren er nu ved afslutningen af ​​hylstret.
    9. Skub fingerbøl over spring / bold-holder, stoppe når bolden indehaver rører bolden. Mål afstanden mellem ventilflangen og fingerbøl flange, som i figur 6.
      1. Hvis afstanden er i intervallet fra 2 mm til 6 mm, gå til trin 6.4.10.2). En nominel mellemrum på 3 mm er ideel, men et hul i området er 2 til 6 mm er tilstrækkelig. Et hul er mindre end 2 mm, er ikke acceptabelt.
      2. Fjern fingerbøl / flange montage og der er afsat. Hvis afstanden var mindre end 2 mm, dreje standoff mod uret for at gøre hullet større. Hvis afstanden var større end 6 mm, dreje standoff uret for at gøre hullet mindre. Gå tilbage til trin 6.4.10.
    10. Fjern fingerbøl / flange montage og der er afsat. Hvis afstanden var mindre end 2 mm, dreje standoff mod uret for at gøre hullet større. Hvis afstanden var større end 6 mm, dreje standoff uret for at gøre hullet mindre. Gå tilbage til trin 6.4.10.
    11. Spænd møtrikken mod dødvande.
    12. Åbn ventilen ved at dreje mod uret.
  5. Saml Flange:
    1. Fjern rotoren ved at fjerne malertape og magnet og omhyggeligt lade rotoren til at rulle ud af fingerbøl.
    2. Sæt de to tænder til flangen ved hjælp af en lock-skive og bolt indsat gennem bagsiden af ​​den brugerdefinerede flange / fingerbøl. Låsen-skive og bolt leveres af den kommercielle SRG. Låsen-skive og bolt behøver ikke at blive renset for ultrahøjt vakuum.
    3. Rotere tænderne, så de er kvadratiske med hinanden, som i figur 1 og figur 9.
    4. Tjek tænder til rethed ved at glide af SRG hovedet over fingerbøl. Hovedet skal glide på frit.
    5. Giv de to bolte endelige stramning og re-check for tilpasning som i trin 6.5.3.
    6. Placer rotor tilbage i fingerbøl, end sikkert med magneten og malertape.
  6. Komplet Spring Transport Montering:
    1. Placer kobber eller forsølvet kobber pakning på ventilen port.
    2. Placer rotoren i fingerbøl (hvis ikke allerede i fingerbøl fra trin 6.5.6).
    3. Skub flange / fingerbøl samling i løbet af foråret / kugle-holder. Orientere flangen, således at set-skrue i tænderne vil blive peger nedad, når ventilen er fastgjort til kammeret.
    4. Under anvendelse ¼-28 bolte og møtrikker, fastgør flangen til ventilen.
    5. Lukke ventilen.
    6. Fjern magnet og tape holder bolden.

7. Saml Shipping Container

  1. Skær esteren skum til størrelsen af ​​fragtcontaineren. Tykkelsen af ​​skummet vil afhænge af højden af ​​beholderen. Placer en tykkelse på mindst 7,6 cm skum i bunden. Figur 7 viser skummet forsamling.
  2. Placer PE-skum udskæring på toppen af ​​than ester skum.
  3. Læg et lag af ester skum i låget. Tykkelse Den mindste skal være 7,6 cm. Figur 8 viser den endelige placering af forår-transport mekanisme. Brug rent aluminiumsfolie og en plast endcap (der fulgte med ventilen) for at beskytte den åbne ende af ventilporten under forsendelsen.

8. Brug af Spring-transport Mechanism

  1. Montering og om suspension af rotoren:
    Bemærk: Figur 9 viser den monterede fjeder-transportmekanisme med hoved knyttet. Det første skridt er at fjerne foråret-transport mekanisme fra beholderen shipping. I det følgende antages det, at læseren er fortrolig med brugen af ​​den roterende rotor gauge. Detaljer vedrørende drift af controlleren kan findes i regulatoren brugermanualen. Det antages også, at læseren er bekendt med højvakuum teknologi.
    1. Fjern endehætten og folie fra den åbne port af fjederen transportmekanisme. Sætåben port til en DN 40 (CF 2,75 ") på et vakuumkammer ved anvendelse af en ny kobber eller forsølvet kobber pakning og en ¼-28 bolt sæt. Orienteringen af ​​ventilen vil afhænge af orienteringen af ​​tænderne. Den korrekte orientering er vist i figur 9. den tand med stilleskruen peger nedad. Slip hovedet over fingerbøl, bør orienteringen af fingerbøl være lodret til inden for 2 °. Check orientering med et niveau.
    2. Evakuere vakuumkammeret til mindre end 10 -3 Pa. Åbn langsomt forår-transport mekanisme ventil.
    3. Fastgør hoved til controlleren. Tænd controller og suspenderer bolden.
  2. De-montering af Spring-Transport Mechanism
    1. De-suspendere rotoren ved hjælp af den elektroniske styreenhed. Slå controller.
    2. Luk fjeder-transportmekanismen ventil.
    3. Fjern hoved.
    4. Lufte vakuumkammer.
    5. Fjern fjeder-transport mekanisme, un-fastboltning ventilenhavn fra vakuumkammeret.
    6. Placer ren folie og en plastik endehætte over den åbne port på forår-transport mekanisme. Placer mekanisme forår-transport i udskæringen i container shipping.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle dele af kommerciel SRG er vist i figur 1. Dette inkluderer rotoren, fingerbøl, hoved indeholdende de permanente magneter og trådspoler, der anvendes til suspension og afhentning, og den elektroniske styreenhed. Den lille fjeder vist (figur 1c) bruges til at fastholde bolden i fingerbøl; denne holdefjederen bruges ikke i foråret-transportmekanismen. Den kommercielle controller og hoved anvendes i fjeder-transportmekanismen. Tænderne fra den kommercielle fingerbøl kan fjernes og bruges i foråret-transport mekanisme, eller en kopi af disse enkle dele kan fremstilles. Rotoren kan også anvendes, eller der kan anvendes en anden kugleleje, som specificeret i den liste materialer. De mekaniske tegninger i figur 2-4 giver de kritiske dimensioner af custom dele, der skal fabrikeret til at bygge foråret-transport mekanisme. Bolden-holderen i figur 4 ertack svejset på en ende af en fjeder, og den anden ende af fjederen er hæftesvejses til helt lige. Med undtagelse af hylstret, er alle de nødvendige dele til at samle fjederen-transportmekanismen vist i figur 5. Fjederen skal komprimeres mindst 2 mm og en nominel kompression på 3 mm er foreslået af forfatterne. Figur 6 viser måleteknikken at afgøre, om foråret, vil blive korrekt sammentrykket, som diskuteret i proceduren.

Figur 7 viser et typisk samling af skumindlæg, Figur 8 viser fjederen transportmekanismen i transportkassen. En skibscontainer bør vælges, der er tilstrækkelig stor til at give plads til 7,6 cm skum omgiver mekanismen forår-transport på alle sider og ender. Ved anvendelse af et minimum på 7,6 cm ester skum på toppen og bunden og mindst 7,6 cm PE-skum på siderne, the chok opleves af fjeder-transportmekanismen afholdes til mindre end 100 g, selv når faldet fra 152 cm, som vist i figur 10. Det er meget vigtigt at foretage visse skummet ikke er komprimeret når pakning fjederen-transportmekanismen. Dette kan være forårsaget af anvendelse af skum, der er for tyk Figur 11 viser virkningen af at komprimere skummet selv ved en lille mængde:. Chokket forøges med ca. 40%. I dette tilfælde skummet komprimeres ca. 1¼ cm over 22 ¾ cm. Efter at have udført over 180 dråbe test af en af vores prototyper, vi tog en neutron røntgenbillede billede, figur 12, som klart viser forår-transport mekanisme fungerer efter hensigten. Bemærk, at ventilen i figur 12 er fra en anden producent end ventilen er angivet i den foreliggende procedure. Førstnævnte er ikke længere kommercielt tilgængelig. Endelig viser figur 9 fjederen-transportmekanismen monteret tilbrug.

Drop-tests er en almindelig praksis i emballageindustrien og ifølge typiske retningslinjer industrien, for pakker mindre end 34 kg (75 lbs) standard faldhøjden til test er 76 cm (30 tommer). En rimelig design mål var at fjederen-transport mekanisme oplevelse et chok på mindre end 50 g, når faldet fra 76 cm og mindre end 100 g, når faldet fra 152 cm, hvilket er det dobbelte af den anbefalede højde for en dråbe test. Hårde rotationsstøbt tilfælde og to typer af standard skum blev udvalgt til at emballere fjederen transportmekanismen. Polyurethan (ester) skum og polyethylen (PE) skum er almindelige skum tilgængelige til emballering. De kommer i forskellige tætheder og er normalt specificeret ved deres nominelle tætheder såsom 2 # skum (32 kg / m 3). Kommercielle emballage guider giver kurver, der viser det ønskede skrøbelighed niveau (i g, der repræsenterer den maksimale chok, der kan modstået afartefakt) versus tykkelse skum, med forskellige kurver repræsenterer droppe boksen fra forskellige højder. For eksempel, hvis en genstand med en statisk belastning på 0,77 N / cm2 er faldet fra 76 cm, 7,6 cm tyk 2 # ester skum og 12,7 cm tyk 2 # PE-skum begge giver et stød på omkring 30 g. Skummet skal være elastisk nok til forsigtigt decelerere objekt over en rimelig afstand, men stiv nok til, at der er ringe eller ingen komprimering af skummet når under statisk belastning. Komprimering vil kompromittere skummets evne til at absorbere stød. 2 # ester skum blev anvendt på toppen og bunden af fjederen-transportmekanismen, og 2 # PE-skum blev anvendt til udskæring, som vist i figur 7. Grunden til at PE-skum blev anvendt til udskæring fordi den statiske belastning er større på enderne af ventilen på grund af den mindre område.

Drop test blev udført på forår-transport pakke ved at vedhæfte en accelerometer til forår-transport mekanisme og slippe pakken fra forskellige højder og orienteringer. Figur 10 viser resultaterne af 7,6 cm og 15,2 cm sort 2 # PE skum. Som det kan ses, har tykkere skum ikke udføre nogen bedre end 7,6 cm skum. Dette er fordi, når skummet er tyk nok til fuldt decelerere objekt over dets tykkelse, tilføje mere skum hjælper ikke. Det blev derfor konkluderet, at PE-skum 7,6 cm var tilstrækkelig til siderne. På toppen og bunden, blev det konstateret, at et 7,6 cm tykkelse på 2 # ester skum var nødvendig og tilstrækkelig. Dette er i overensstemmelse med den lettere statisk belastning (større areal) af ventilen sider. Et lille stykke på 5 cm tyk æggebakke stil ester skum blev også anvendt til pad bunden af udskæringen således at fjederen-transportmekanismen ikke ville bevæge sig inden i udskæringen. Figur 11 illustrerer vigtigheden af ikke komprimere skummet. I drop tests, hvor skummet var lidt komprimeret, chokket varmeget større. Forskellige størrelser af sager blev også testet. Det blev konstateret, at en lille sag med mindre polstring produceret en mindre stød end en større sag. Ved første virkede overraskende dette resultat, men det må huskes, at når tykkelsen skummet er tilstrækkeligt, at tilføje mere skum giver ikke bedre stød. En hypotese er, at mindre sager producere mindre chok, når droppet, da disse vejer mindre end større sager og hoppe mere, når droppet, og dermed sprede noget af energien. De minimale indvendige mål skal være stort nok til at omgive fjederen transportmekanisme med 7,6 cm af skum på hver side, specifikt 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

Mange drop tests med fjeder-transport mekanisme blev udført. Kontakt mellem rotor og koniske ende af fingerbøl blev overvåget under drop test ved at logge den elektriske kontinuitet mellem bolden og to ledninger, der passerer gennem en specielt fremstillet test fingerbøl, som described i reference 11. Vi har ikke observere en fejl i foråret mekanisme til at holde rotoren under nogen af de drop tests. Figur 12 viser en neutron røntgenbillede 12 af en fjeder-transport mekanisme bygget af NIST og udsættes for mere end 180 dråbe test. Som det kan ses i røntgenbilledet billedet, da mekanisme fungerer forår-transport designet selv efter et fald så mange gange. Ved at følge de procedurer, der er beskrevet her, kan en robust fjeder-transport pakke blive skabt, der er i stand til at minimere virkningerne af transport på den langsigtede stabilitet spinning rotor målere.

figur 1
. Figur 1: Elementer af en typisk Spinning Rotor Gauge Dette billede viser alle de elementer af en spinning rotor gauge: (a) stålkugle eller rotor; (B) fingerbøl, der indeholder rotoren (kommerciel version),de to rektangulære dele nær kanten af ​​flangen er de "tænder", der holder hovedet forsamlingsfriheden; (C) opretholdelse forår for rotoren (ikke brugt i en fjeder-transport mekanisme); (D) hovedet og kabelkonstruktion; (E) den elektroniske styreenhed.

Figur 2
Figur 2: Mekanisk Tegning af Custom Thimble Kritiske dimensioner er vist og er givet i USA sædvanlige enheder (1 tomme = 25,4 mm).. Alle tolerancer er 0,005 inches (0,1 mm). A * .step fil er inkluderet som en supplerende fil. Den del skal være lavet af 316L rustfrit stål, RA16 finish (mikro-inches, RA 0,4 um). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3: Mekanisk Tegning af gevindadapteren kritiske dimensioner er vist og er givet i USA sædvanlige enheder (1 tomme = 25,4 mm).. Alle tolerancer er 0,005 inches (0,1 mm). A * .step fil er inkluderet som en supplerende fil. Den del skal være fremstillet af 316L rustfrit stål; trådene er af typen 2A. Den M6 Tråd har en 1 mm banen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: Mekanisk Tegning af Ball Holder Kritiske dimensioner er vist og er givet i USA sædvanlige enheder (1 tomme = 25,4 mm).. Alle tolerancer er 0,005 inches (0,1 mm). A * .step fil er inkluderet som en supplerende fil. Den del skal være made 316L rustfrit stål, RA16 finish (mikro-inches, RA 0,4 um)., uden skarpe kanter Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5:. Elementer i foråret Transport Mechanism For forsamlingsfrihed (fra højre til venstre), de viste dele er: ventil, tråd adapter, lock-skive, møtrik, skære 8-32 stud, møtrik, lock-skive, bold -holder / forår samling, og 4,5 mm rotor.

Figur 6
Figur 6:. Indstilling af Distance af Ball-Holder Efter montering af fjeder-transport mekanisme, lukkes ventilen, placere rotoren i den brugerdefinerede fingerbøl, fastgør rotoren med en magnet tappet til slutningen af thimble og derefter placere fingerbøl på bolden-indehaver / forår. Kløften skal måle mindst 2 mm, men ikke mere end 6 mm.

Figur 7
Figur 7:. Montering af Foam Den mørkegrå repræsenterer PE-skum udskæring, de lysegrå rektangler er esteren skum.

Figur 8
Figur 8:. Fjederen-transport mekanisme i transportkassen Fjederen-transport mekanisme er egnet til en udskæring i PE-skum. Ester skum anvendes under PE-skum og i tilfælde låget. Esteren skum er større end 7,6 cm tykke. Sagen er en rotationsstøbt hårde cover.

Figur 9
Figur 9: Foråret-transport mekanisme monteret på et vakuumkammer. Transportmekanismen fjeder skal monteres på vakuumkammeret således, at hovedet er lodret ± 2 °, som vist.

Figur 10
Figur 10:. Shock versus Højde til PE Foam Chokket for to forskellige tykkelser af PE-skum er vist som funktion af faldhøjden. Den gennemsnitlige chok over 76 cm faldhøjde er nær 50 g, men scatter i dataene, som målt ved standardafvigelsen er næsten 10% (vist som de usikkerhedsfaktorer søjler). Selv ved en faldhøjde på 152 cm, chokket er mindre end 100 g og godt inden holdekraften fra fjederen.

Figur 11
Figur 11: Virkning af Compressed Foam En lille mængde skum kompression deg.RADES evne skum til at reducere stød, som ses ved de større chok værdier af det komprimerede skum.

Figur 12
Figur 12:. Neutron Røntgenbillede af Spring-Transport Mechanism (a) er ventilen i åben position og (b) er ventilen i lukket stilling, viser rotoren pænt fanget i spidsen af den konisk formede kugle-holder og fingerbøl. Fjederen-transport mekanisme vist blev droppet mere end 180 gange, før røntgenbillede billedet blev taget. Dette tal er tidligere blevet udgivet i Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Building en fjeder-transport pakke til spinding rotor målere. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033.201 (2015); anvendes i overensstemmelse med Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Målet var at designe en fjeder-transportmekanisme med en tilstrækkelig holdekraft, således at rotoren vil forblive immobiliseret under transport. Design af et robust fjeder-transportmekanisme er ikke nok til at forsikre rotoren vil forblive immobiliseret fordi for eksempel, droppe mekanismen fra høje højde på en hård overflade kan producere en enorm chok. Kraften på rotoren kan reduceres ved at pakke fjederen-transportmekanismen således at den blidt decelererer over en afstand inde i emballagen, og derved reducere chokket. Impulskraften opleves af et objekt, når i tabes kaldes chok og måles typisk i form af tyngdeaccelerationen, g. Hvis et objekt falde fra en højde h og decelererer over en afstand d, chokket er lige (h / d) x g. For eksempel, hvis en genstand tabes fra en højde på 1 m og er decelererer over en afstand på 1 cm, Shock opleves af objektet er 100 g. Dette eksempel repræsenterer et rimeligt skøn over det chok, vi kan forvente, når et godt pakket objekt er faldet under håndtering. Foråret-transport mekanisme blev derfor designet til at holde rotoren immobiliseret under chok på mindst 100 g. Dette var ikke vanskeligt at opnå. En fjeder med en fjederkonstant på 3 N / mm, som blev komprimeret ved 3 mm med helt lukket ventil. Massen af rotoren var 0,37 g, og massen af kuglen indehaveren var 0,55 g, hvilket den komprimerede fjeder frembragte en holdekraft på flere hundrede g. Fra længden af ​​fjederen ville det synes, at en kompression på mindst 2 mm let nås; men vi har bemærket, at den varme, der genereres af tack-svejsning tendens til at forkorte foråret lidt ved at reducere foråret afstand nær enderne. Den konisk formede fingerbøl og bold-holder forsikre, at bolden ikke vil bevæge sig sideværts i forhold til hylstret akse. Den fingerbøl skulle være brugerdefinerede made af to grunde: den indre ende er designet til at blive konisk formet til at begrænse bolden, og længden skulle være således, at fjederen vil opnå den korrekte kompression, når ventilen er lukket. Ventilen slagtilfælde er den totale lineær forskydning af ventilsædet og kritisk ved bestemmelse af fingerbøl længde. Hvis et mærke eller model af ventilen vælges der har en anden slaglængde end ventilen i listen materialer, kan en anden fingerbøl længde være nødvendig. Ventilen vi valgte i denne ansøgning er angivet på mere end 1.000 lukninger, kræver ikke en momentnøgle til at lukke, og har et godt placeret tap til montering af fjederen, hvilket gør den ideel til denne anvendelse. Endelig er brugen af ​​låseskiver og stram samling sikrer robusthed enhederne, som vores tests præsenteret nedenfor viser.

Som tidligere omtalt, har andre institutioner lavet og brugt mekanismer forår-transport. Der er ikke meget information i litteraturen om, hvordan disse andrER versioner blev udviklet eller afprøvet. Den historiske beviser for den langsigtede stabilitet i spinning-rotor målere transporteres ved hjælp af disse andre versioner af forår-transport mekanisme viser, at det er effektivt til at bevare bolig koefficienten af ​​SRG, forudsat at foråret transport mekanismen fungerer som designet og gør ikke undlade at immobilisere rotoren under transport. NIST versionen præsenteres her er blevet grundigt testet for robusthed og forventes at bevare SRG overnatning koefficienten mindst lige så godt som de tidligere versioner. Desuden er vigtigheden af ​​emballageaffald fjederen-transportmekanismen på en sådan måde at minimere stød ikke været drøftet i litteraturen. Her detaljerede specifikationer og instruktioner gives på, hvordan at pakke foråret-transport mekanisme. De drop tests diskuteret i det foregående afsnit viser, at emballagen vil reducere stød som designet.

Andre fremgangsmåder anvendes ofteat transportere spinning rotor gauges. Den mest almindelige metode til kunderne i NIST kalibrering service er at sikre rotoren til fingerbøl ved hjælp af en ekstern magnet. En anden metode er at fjerne rotoren fra fingerbøl og læg den i et hætteglas eller pak rotoren i aluminiumsfolie eller fnugfri klud. En undersøgelse af 70 kunde rotorer med gentagne kalibreringer på NIST viste, at den gennemsnitlige repeterbarhed var 0,94%. 13. Som tidligere påpeget, historiske data for forår-transport mekanikere viste, at 90% af tiden, rotorer havde repeterbarhed er bedre end 0,75% i intercomprisons hvor rotorerne er afsendt flere gange internationalt. En anden skibsfart metode, der anvendes til skibet rotorer, der har givet gode stabilitet resultater, er at hånd-bære rotoren. Desværre er denne fremgangsmåde ikke praktisk i de fleste tilfælde.

Udformningen stede i protokollen er specifik for ventilen model og type specificeret. Andre ventiler kan være osed, men det ville være nødvendigt at ændre designet. Specifikt til længden af ​​hylstret behov justeres til at rumme ventilslaglængde således at fjederen komprimerer med mindst 2 mm, når ventilen er helt lukket. Desuden er det nødvendigt at vælge en ventil, der har en bekvem holder til fjederaggregatet; ikke alle ventiler har sådanne funktioner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgements

Forfatterne er taknemmelige for den hjælp af NIST neutron imaging facilitet instrument videnskabsmand Dr. Daniel Hussey for at bistå os med neutron røntgenbilleder.

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