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.
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).
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
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…
The authors have nothing to disclose.
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.
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. |