Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.
Il calibro rotore (SSR) è un calibro alto vuoto spesso usato come standard secondario o trasferimento per pressioni di vuoto nella gamma di 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. In questa applicazione, i SRGS sono spesso trasportati ai laboratori per calibrazione. Gli eventi possono verificarsi durante il trasporto che cambiate le condizioni della superficie del rotore, cambiando così il fattore di calibrazione. Per garantire la stabilità di calibrazione, un meccanismo a molla trasporto è spesso usato per immobilizzare il rotore e tenerlo sotto vuoto durante il trasporto. E 'anche importante per trasportare il meccanismo a molla trasporto utilizzando imballaggi progettati per minimizzare il rischio di danneggiamento durante il trasporto. In questo manoscritto, una descrizione dettagliata viene data su come costruire un meccanismo a molla-trasporto robusta e container. Insieme, questi costituiscono un pacchetto di primavera-trasporti. Il design della confezione molla di trasporto è stata testata utilizzando drop-test e la performance è risultata eccellente. L'attuale primavera-trasport meccanismo disegno mantiene il rotore immobilizzato quando si verifica scosse di diverse centinaia g (g = 9,8 m / sec 2 ed è l'accelerazione di gravità), mentre il contenitore di trasporto assicura che il meccanismo non subirà urti superiore a circa 100 g durante comune contrattempi di spedizione (come definito da standard del settore).
Il calibro rotore (SSR) è un calibro alto vuoto utilizzato per determinare la pressione di vuoto nella gamma di 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Si tratta fondamentalmente una sfera di acciaio rotante che è sospeso tra due magneti permanenti. Elettromagneti sono utilizzati per ruotare o "spin-up", la palla certa frequenza (tipicamente 410 Hz); la sfera è quindi consentito di ruotare liberamente, ma la velocità di rotazione diminuisce nel tempo a causa delle collisioni di molecole di gas nel sistema di vuoto con la superficie della sfera. Pressione di vuoto è quindi correlata al tasso di decelerazione della sfera d'acciaio o rotore Figura 1 mostra gli elementi essenziali della SSR:. Rotore, ditale, testa con cavo di collegamento, e centralina elettronica. Il rotore, o la sfera, è contenuto all'interno del ditale durante il funzionamento e vengono normalmente non gestite da non è visibile all'utente SRG. Il ditale è collegato al sistema di aspirazione. Per far funzionare la SSR, la testa è scivolato sopra il ditale. Iltesta contiene due magneti permanenti e diverse serie di bobine di filo usati per la stabilizzazione verticale ed orizzontale, la guida del rotore, e rilevare la rotazione. Il controllore elettronico interpreta il segnale dalla bobina di rilevamento in modo che una misurazione della pressione può essere effettuata. Per un rotore con condizioni superficie ideale, la velocità di decelerazione è legata alla pressione di vuoto dalla fisica fondamentale. Per effettuare le misurazioni di pressione assoluta usando un SSR, un fattore di calibrazione, noto come efficace coefficiente di accomodazione, deve essere determinato. L'efficace coefficiente di accomodazione dipende dalle reali condizioni della superficie del rotore, come la rugosità, gas adsorbiti e graffi. Questi fattori tende ad essere stabile nel corso del suo utilizzo. Ulteriori dettagli di SRGS possono essere trovati in altri riferimenti 1 -. 3
La SSR è utilizzato in applicazioni in cui sono richieste misure vuoto assoluto. Ad esempio, laboratori di taratura spessousare SRGS come standard vuoto assoluto. In questo caso, calibri alto vuoto sono calibrati confrontando la loro lettura a quella della SSR. A sua volta, lo standard SSR deve essere periodicamente calibrata spedendo la SSR ad un laboratorio di taratura primaria per avere il suo coefficiente di accomodazione ri-determinato. laboratori di taratura primarie sono di solito istituti nazionali di metrologia, come il National Institute of Standards and Technology (NIST). Il laboratorio primaria determina la SRG coefficiente di alloggio, confrontando la lettura di uno standard vuoto primario, e poi ritorna la SSR al laboratorio di taratura "secondario". La SSR è anche usato come standard di trasferimento per il confronto delle norme tra i laboratori di taratura o istituti nazionali di metrologia. In questa applicazione, la SSR è trasportato nazionale o internazionale tra i vari laboratori. 4 – 8 Durante la spedizione, gli eventi possono accadere che il cambiamento del coefficiente di alloggio. Prima di shipment, il rotore deve essere de-sospeso e la testa viene rimossa; il rotore poggia quindi sulla parete interna del ditale. Durante il trasporto, la superficie del rotore è soggetto a modifiche dall'azione meccanico tra il rotore e ditale causa di vibrazioni e urti, o la superficie può variare a esposizione del rotore a gas atmosferico e umidità. Questi cambiamenti influenzano la stabilità a lungo termine del coefficiente alloggio. Idealmente, il rotore dovrebbe rimanere nel vuoto e immobilizzato durante il trasporto.
Storicamente, SRGS sono stati utilizzati come standard di trasferimento in confronti chiave di standard vuoto tra gli istituti nazionali di metrologia, dove SRGS vengono trasportati a livello internazionale molte volte tra i vari istituti. 9 Durante un confronto chiave presto, si è constatato che la stabilità a lungo termine del SSR coefficiente di accomodazione potrebbe essere migliorata utilizzando un meccanismo a molla di trasporto che sia immobilizzato il rotore e mantenuto sotto vuoto durante il trasporto. 1,10 Da allora, il meccanismo a molla di trasporto è stato usato molte volte in confronti chiave internazionali. Un recente studio dei dati storici hanno mostrato che il 90% di questi confronti avuto stabilità migliore di 0,75%, e il 70% ha avuto stabilità dello 0,5%. 9 Pertanto, utilizzando un meccanismo a molla trasporto, nella maggior parte dei casi, produrre una stabilità che è più che sufficiente per la maggior parte delle applicazioni.
Fino ad oggi, c'è stato poco di orientamento nella letteratura su come costruire un meccanismo a molla-trasporti. Le prime versioni di questi dispositivi sono stati conosciuti per riuscire immobilizzare completamente il rotore, a causa di una combinazione di essere insufficientemente progettato per la robustezza e la manomissione durante la spedizione. Questi primi insegnamenti mostrano che è importante sia per costruire un meccanismo a molla trasporto robusta e confezionare correttamente in modo da minimizzare urti durante il trasporto. Questo secondo momento è critico, ma spesso ignorato. Qui ci describall'e la costruzione di un meccanismo a molla trasporto robusta in aggiunta ad un pacchetto trasporti ben costruito. Il nostro progetto si basa su pochi testati, semplici principi, ingegneria che consentono la realizzazione di un pacchetto a molla trasporto resistente che minimizza la possibilità di errore durante il trasporto. Noi descriviamo anche i nostri test della solidità del nostro design. Ulteriori dettagli dei metodi di prova possono essere trovati in Fedchak et al. (2015). 11
L'obiettivo era quello di progettare un meccanismo a molla di trasporto con una forza di ritenuta sufficiente tale che il rotore sarebbe rimasto immobilizzato durante il trasporto. Progettare un meccanismo a molla trasporto robusta non è sufficiente ad assicurare il rotore rimarrà immobilizzato perché, per esempio, far cadere il meccanismo da altezza alto su una superficie dura può produrre un enorme shock. La forza sul rotore può essere notevolmente ridotto imballaggio meccanismo a molla trasporto tale che dec…
The authors have nothing to disclose.
Gli autori sono grati per l'aiuto del NIST di imaging a neutroni strumento struttura scienziato Dr. Daniel Hussey per noi assistere con radiografie di neutroni.
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, 2lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27". |
Ester Foam | Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) | ES-PAD 1" Thick | 1" Thick, 2lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27". |
Egg-carton ester foam | Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) | ES-CONV | ES-CONV, 2lb, 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)1/4-28X 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. |