كيفية بناء فراغ الربيع النقل التعبئة والتغليف للغزل الدوار المقاييس
Summary
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.
Abstract
مقياس الغزل الدوار (SRG) هو مقياس عالية فراغ غالبا ما تستخدم كمعيار ثانوي أو نقل لضغوط الفراغ في حدود 1.0 × 10 -4 بسكال إلى 1.0 بنسلفانيا في هذا التطبيق، غالبا ما تنقل مجموعات الاعتماد على الذات إلى المختبرات ل معايرة. يمكن أن تحدث أحداث أثناء النقل التي تغير الظروف سطح الدوار، وبالتالي تغيير عامل المعايرة. لضمان الاستقرار المعايرة، وغالبا ما يتم استخدام آلية الربيع النقل لشل حركة الدوار وابقائه تحت فراغ أثناء النقل. ومن المهم أيضا لنقل آلية الربيع النقل باستخدام التعبئة والتغليف المصممة للحد من مخاطر الضرر أثناء النقل البحري. في هذه المخطوطة، وتعطى وصفا تفصيليا حول كيفية بناء آلية الربيع النقل قوية وحاوية شحن. معا هذه تشكل مجموعة ربيع والنقل. تم اختبار تصميم حزمة الربيع النقل باستخدام اختبارات قطرة وتم العثور على الأداء لتكون ممتازة. الحاضر الربيع transpأورط تصميم آلية تحافظ على الدوار يجمد عندما تعاني من صدمات عدة مئات غ (ز = 9.8 م / ث 2 و هو تسارع الجاذبية)، في حين يؤكد حاوية الشحن أن الآلية لن تتعرض لصدمات أكبر من حوالي 100 غرام خلال شيوعا حوادث النقل البحري (على النحو المحدد وفقا للمعايير الصناعة).
Introduction
مقياس الغزل الدوار (SRG) هو مقياس عالية فراغ المستخدمة لتحديد الضغوط فراغ في حدود 1.0 × 10 -4 بسكال إلى 1.0 بنسلفانيا وهو في الأساس الدورية الصلب الكرة التي علقت بين اثنين من مغناطيس دائم. وتستخدم الكهربائية المغناطيس لتدوير، أو "تدور المتابعة"، الكرة إلى بعض التردد (عادة 410 هرتز)؛ ثم سمح للكرة لتدوير بحرية، إلا أن معدل دوران تنخفض مع مرور الوقت بسبب اصطدام جزيئات الغاز في نظام فراغ مع سطح الكرة. ضغط الفراغ وبالتالي ذات الصلة إلى معدل تباطؤ الكرة الصلب أو الدوار ويبين الشكل 1 العناصر الأساسية للSRG: الدوار، كشتبان، الرأس مع كابل توصيل وحدة تحكم إلكترونية. الدوار، أو الكرة يرد ضمن كشتبان أثناء التشغيل، وعادة لا التعامل معها من قبل ولا مرئيا للمستخدم SRG. توصيل كشتبان إلى نظام فراغ. لتشغيل SRG، وتراجع رأس على الكشتبان. اليحتوي على رأس اثنين من مغناطيس دائم وعدة مجموعات من لفائف الأسلاك المستخدمة لتحقيق الاستقرار الرأسي والأفقي، والقيادة الدوار، والاستشعار عن بعد في الدوران. وحدة تحكم الكتروني يفسر إشارة من لفائف الاستشعار بحيث يمكن إجراء قياس الضغط. لالدوار مع ظروف سطح مثالية، ويرتبط معدل التباطؤ لضغوط الفراغ الذي الفيزياء الأساسية. لإجراء قياسات ضغط المطلقة باستخدام SRG، وهو عامل المعايرة، والمعروفة باسم معامل الإقامة فعالة، يجب أن يتم تحديدها. معامل الإقامة فعال يعتمد على ظروف سطح الحقيقية للدوار، مثل خشونة والغازات كثف، والخدوش. هذه العوامل تميل إلى أن تكون مستقرة على مدى استخدامه. تفاصيل إضافية مجموعات الاعتماد على الذات يمكن العثور عليها في غيرها من المراجع 1 – 3
يتم استخدام SRG في التطبيقات التي تتطلب قياسات فراغ المطلقة. على سبيل المثال، مختبرات المعايرة في كثير من الأحياناستخدام مجموعات الاعتماد على الذات كمعيار الفراغ المطلق. في هذه الحالة، يتم معايرة أجهزة قياس عالية فراغ بمقارنة قراءتهم لتلك التي من SRG. في المقابل، فإن مستوى SRG يجب معايرة بشكل دوري من قبل شحن SRG إلى مختبر المعايرة الأساسي أن يكون معامل الإقامة في إعادة تحديد. مختبرات المعايرة الأولية عادة ما تكون المعاهد الوطنية المقاييس مثل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). يحدد المختبر الرئيسي للSRG الإقامة معامل بمقارنة القراءة إلى مستوى فراغ الأساسي، ومن ثم إرجاع SRG إلى "الثانوي" مختبر المعايرة. يتم استخدام SRG أيضا كمعيار نقل عن المقارنة بين المعايير بين مختبرات المعايرة أو المعاهد المقاييس الوطنية. في هذا التطبيق، يتم نقل SRG محليا أو دوليا بين مختلف المختبرات 4 – 8 أثناء الشحن، يمكن أن تحدث الأحداث التي تغير معامل الإقامة. قبل إلى shipment، الدوار يجب اجتثاث مع وقف التنفيذ ويتم إزالة الرأس. ثم تقع على الدوار على الجدار الداخلي للكشتبان. أثناء النقل، والسطح الدوار عرضة للتغيير من العمل الميكانيكي بين الدوار وكشتبان بسبب الاهتزازات والصدمات، أو قد تتغير السطح بسبب التعرض للدوار إلى الغاز في الغلاف الجوي والرطوبة. هذه التغييرات تؤثر على الاستقرار على المدى الطويل من معامل الإقامة. من الناحية المثالية، ينبغي أن يظل الدوار في فراغ وثبتوا أثناء النقل.
تاريخيا، استخدمت مجموعات الاعتماد على الذات كما معايير النقل في مقارنات مهمة للمعايير فراغ بين معاهد القياس الوطنية، حيث يتم مجموعات الاعتماد على الذات نقل دوليا عدة مرات بين المعاهد المختلفة. 9 خلال المقارنة الرئيسية في وقت مبكر، فقد وجد أن الاستقرار طويل الأجل لل ويمكن تحسين SRG الإقامة معامل من خلال الاستفادة من آلية الربيع النقل الذي يجمد كل من الدوار وأبقاها تحت فراغ دالنقل أورينغ. 1،10 ومنذ ذلك الحين، تم استخدام آلية الربيع النقل عدة مرات في المقارنات الدولية الرئيسية. وأظهرت دراسة حديثة من البيانات التاريخية إلى أن 90٪ من هذه المقارنات كانت بثبات أفضل من 0.75٪، في حين قال 70٪ بثبات من 0.5٪. 9 لذلك، وذلك باستخدام آلية الربيع النقل و، في معظم الحالات، تسفر عن الاستقرار الذي هو أكثر من كافية لمعظم التطبيقات.
حتى الآن، لم يكن هناك إلا القليل من التوجيه في ما كتب حول كيفية بناء آلية الربيع النقل. من المعروف أن الإصدارات الأولى من هذه الأجهزة لتفشل في شل تماما الدوار، نتيجة لمزيج من يجري تصميم كاف لمتانة، والتي اساءت التصدي أثناء الشحن. هذه الدروس المبكرة تظهر أنه من المهم على حد سواء لبناء آلية الربيع النقل قوية، وحزمه بشكل صحيح بطريقة تقلل من صدمة أثناء النقل. هذه مرحلة لاحقة هي حرجة ولكن في كثير من الأحيان تجاهلها. ونحن هنا سوف describالبريد بناء آلية الربيع النقل قوية بالإضافة إلى مجموعة النقل التي شيدت بشكل صحيح. ويستند التصميم لدينا على عدد قليل من المبادئ البسيطة، واختبارها، والهندسة التي تمكن من بناء مجموعة ربيع النقل دائمة أن يقلل من احتمال فشل أثناء النقل. ونحن أيضا وصفا لدينا اختبارات متانة التصميم لدينا. مزيد من التفاصيل من طرق الاختبار يمكن العثور عليها في Fedchak وآخرون. (2015) 11
Protocol
Representative Results
Discussion
وكان الهدف من وضع آلية الربيع النقل مع قوة كافية عقد مثل هذا الدوار ستبقى يجمد أثناء النقل. وضع آلية الربيع النقل قوية لا يكفي لضمان ستبقى الدوار يجمد لأنه، على سبيل المثال، واسقاط آلية من ارتفاع القامة على سطح صلب يمكن أن تنتج صدمة هائلة. القوة على الدوار يمكن أن يخفض…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب ممتنون للمساعدة من نيست النيوترونات التصوير أداة منشأة عالم الدكتور دانيال هاسي لمساعدتنا مع الأشعة النيوترونية.
Materials
| 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. |
References
- Fremerey, J. K. The spinning rotor gauge. J. Vac. Sci. Technol. A. 3 (3), 1715-1720 (1985).
- Jousten, K., Jousten, K. Chapter 13, Total Pressure Vacuum Gauges. Handbook of Vacuum Technology. , 573-583 (2008).
- Berg, R. F., Fedchak, J. A. NIST Calibration Services for Spinning Rotor Gauge Calibrations. NIST Special Publication. , 250-293 (2015).
- 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).
- Jousten, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Results+of+the+regional+key+comparison+Euromet.M.P-K1.b+in+the+pressure+range+from+3+x+10-4+Pa+to+0.9+Pa.”>Results of the regional key comparison Euromet.M.P-K1.b in the pressure range from 3 x 10-4 Pa to 0.9 Pa. Metrologia. 42 (1A), 07001 (2005).
- Jousten, K., Santander Romero, L. A., Torres Guzman, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Results+of+the+key+comparison+SIM-Euromet.M.P-BK3+(bilateral+comparison)+in+the+pressure+range+from+3+x+10-4+Pa+to+0.9+Pa.”>Results of the key comparison SIM-Euromet.M.P-BK3 (bilateral comparison) in the pressure range from 3 x 10-4 Pa to 0.9 Pa. Metrologia. 42 (1A), 07002 (2005).
- Yoshida, H., Arai, K., Akimichi, H., Hong, S. S., Song, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Final+report+on+key+comparison+APMP.M.P-K3:+Absolute+pressure+measurements+in+gas+from+3+x+10-6+Pa+to+9+x+10-4+Pa.”>Final report on key comparison APMP.M.P-K3: Absolute pressure measurements in gas from 3 x 10-6 Pa to 9 x 10-4 Pa. Metrologia. 48 (1A), 07013 (2011).
- Fedchak, J. A., Bock, T. h., Jousten, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bilateral+key+comparison+CCM.P-K3.1+for+absolute+pressure+measurements+from+3+x+10-6+Pa+to+9+x+10-4+Pa.”>Bilateral key comparison CCM.P-K3.1 for absolute pressure measurements from 3 x 10-6 Pa to 9 x 10-4 Pa. Metrologia. 51 (1A), 07005 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
