Comment construire un printemps de transport Paquet à vide pour Spinning Rotor Jauges
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
La jauge à rotor (SRG) est une jauge à vide élevé souvent utilisé comme un étalon secondaire ou de transfert pour des pressions de vide dans la gamme de 1,0 x 10 -4 Pa à 1,0 Pa. Dans cette application, les SOR sont fréquemment transportés aux laboratoires pour étalonnage. Les événements peuvent se produire pendant le transport qui modifient les conditions de la surface du rotor, ce qui modifie le facteur d'étalonnage. Afin d'assurer la stabilité du calibrage, un mécanisme à ressort transport est souvent utilisé pour immobiliser le rotor et le maintenir sous vide pendant le transport. Il est également important de transporter le mécanisme à ressort de transport utilisant des emballages conçus pour minimiser le risque de dommages lors de l'expédition. Dans ce manuscrit, une description détaillée est donnée sur la façon de construire un mécanisme à ressort de transport robuste et conteneur d'expédition. Ensemble, ils forment un ensemble ressort-transport. La conception de l'emballage ressort transport a été testé à l'aide drop-tests et la performance a été jugée excellente. Le ressort-transp présenteort conception du mécanisme maintient le rotor immobilisé lorsqu'on éprouve des chocs de plusieurs centaines de g (g = 9,8 m / s 2 et est l'accélération due à la gravité), tandis que le conteneur d'expédition assure que le mécanisme ne sera pas l' expérience des chocs supérieure à environ 100 g pendant commune accidents maritimes (tel que défini par les normes de l'industrie).
Introduction
La jauge de rotation du rotor (SOR) est une jauge à vide élevé utilisé pour déterminer la pression à vide dans la plage de 1,0 x 10 -4 Pa à 1,0 Pa. Il est fondamentalement une bille d'acier tournante qui est suspendu entre deux aimants permanents. Electro-aimants sont utilisés pour faire tourner, ou "spin-up", le ballon à une certaine fréquence (typiquement 410 Hz); la bille est alors autorisé à tourner librement, mais le taux de rotation diminue au fil du temps en raison des collisions entre des molécules de gaz dans le système de vide avec la surface de la bille. La pression sous vide est donc liée à la vitesse de la bille d'acier ou d'un rotor décélération La figure 1 montre les éléments essentiels de la SSR:. Le rotor, virole, tête avec câble de raccordement et de commande électronique. Le rotor, ou une balle, est contenu dans la cartouche pendant le fonctionnement et ne sont normalement pas traitées par ni est visible pour l'utilisateur du GSR. Le doigt de gant est reliée au système de vide. Pour faire fonctionner le GSR, la tête est glissé sur la cartouche. lela tête comprend deux aimants permanents et plusieurs ensembles de bobines de fil utilisés pour la stabilisation verticale et horizontale, l'entraînement du rotor, et la détection de la rotation. Le contrôleur électronique interprète le signal provenant de la bobine de détection de telle sorte qu'une mesure de la pression peut être faite. Pour un rotor avec des conditions idéales de surface, le taux de décélération est liée à la pression du vide par la physique fondamentale. Pour effectuer des mesures de pression absolue à l'aide d'un SOR, un facteur d'étalonnage, connu comme le coefficient d'adaptation efficace, doit être déterminée. Le coefficient d'adaptation efficace dépend des conditions de la surface réelle du rotor, telles que la rugosité, les gaz adsorbés et les rayures. Ces facteurs ont tendance à être stable au cours de son utilisation. Des détails supplémentaires de SOR peuvent être trouvés dans d' autres références 1 – 3.
Le SOR est utilisé dans des applications où les mesures de vide absolu sont nécessaires. Par exemple, les laboratoires d'étalonnage souventutiliser SOR en tant que norme de vide absolu. Dans ce cas, les jauges à vide poussé sont étalonnés en comparant leur lecture à celle du SRG. À son tour, la norme SOR doit être étalonné périodiquement par l'expédition du SRG à un laboratoire d'étalonnage primaire pour avoir son coefficient d'accommodation re-déterminé. laboratoires d'étalonnage primaires sont généralement instituts nationaux de métrologie tels que l'Institut National des Standards and Technology (NIST). Le laboratoire principal détermine le coefficient d'accommodation du GSR en comparant sa lecture à un niveau de vide primaire, puis retourne le SOR à l'étalonnage "secondaire" laboratoire. Le SRG est également utilisé comme une norme de transfert pour la comparaison des normes entre les laboratoires d'étalonnage ou instituts nationaux de métrologie. Dans cette application, le GSR est transporté au niveau national ou au niveau international entre les différents laboratoires . 4 – 8 Au cours de l' expédition, les événements peuvent se produire que le changement du coefficient d'hébergement. Avant shipment, le rotor doit être dé-suspendu et la tête est enlevé; le rotor repose alors sur la paroi intérieure de la douille. Pendant le transport, la surface du rotor est susceptible de changer à partir de l'action mécanique entre le rotor et virole due aux vibrations et aux chocs, ou la surface peut changer en raison de l'exposition du rotor au gaz et à l'humidité atmosphérique. Ces changements affectent la stabilité à long terme du coefficient d'hébergement. Idéalement, le rotor doit demeurer sous vide et immobilisés pendant le transport.
Historiquement, SOR ont été utilisés comme étalons de transfert dans les comparaisons clés des normes de vide entre les instituts nationaux de métrologie, où SOR sont transportés à l' échelle internationale à plusieurs reprises entre les différents instituts. 9 Lors d' une comparaison clé au début, il a été constaté que la stabilité à long terme de la SOR coefficient de logement pourrait être amélioré en utilisant un mécanisme à ressort transport qui à la fois le rotor immobilisé et maintenu sous vide dtransport urant. 1,10 Depuis lors, le mécanisme à ressort de transport a été utilisé à plusieurs reprises dans les comparaisons internationales clés. Une étude récente des données historiques ont montré que 90% de ces comparaisons ont stabilités mieux que 0,75%, et 70% avaient des stabilités de 0,5%. 9 Par conséquent, en utilisant un mécanisme à ressort de transport, dans la plupart des cas, obtenir une stabilité qui est plus que suffisant pour la plupart des applications.
Jusqu'à présent, il y a eu peu d'indications dans la littérature sur la façon de construire un mécanisme à ressort transport. Les premières versions de ces dispositifs ont été connus pour ne pas immobiliser complètement le rotor, en raison d'une combinaison d'être insuffisamment conçu pour la robustesse et la mauvaise manipulation lors de l'expédition. Ces premières leçons montrent qu'il est important à la fois de construire un mécanisme à ressort de transport robuste, et de bien l'emballer d'une manière qui minimise le choc pendant le transport. Ce dernier point est essentiel, mais souvent ignorée. Ici, nous allons describe la construction d'un mécanisme à ressort de transport robuste en plus d'un emballage de transport bien construit. Notre conception est basée sur quelques principes simples, testés, ingénierie qui permettent la construction d'un ensemble ressort de transport durable qui minimise le risque de défaillance pendant le transport. Nous décrivons également nos tests de la robustesse de notre conception. Des détails supplémentaires sur les méthodes d'essai peuvent être trouvés dans Fedchak et al. (2015). 11
Protocol
Representative Results
Discussion
L'objectif était de concevoir un mécanisme à ressort de transport avec une force de maintien suffisante pour que le rotor resterait immobilisé pendant le transport. La conception d'un mécanisme à ressort de transport robuste ne suffit pas pour assurer le rotor restera immobilisé parce que, par exemple, laisser tomber le mécanisme de grande hauteur sur une surface dure peut produire un choc énorme. La force sur le rotor peut être considérablement réduit par l'emballage du mécanisme à ressort tra…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs sont reconnaissants pour l'aide du NIST imagerie neutronique instrument de l'installation scientifique Dr. Daniel Hussey pour nous aider avec des radiographies de neutrons.
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
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