Wie baue ich eine Vakuum-Frühling-Transport Paket für Spinnrotor Gauges
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
Der Spinnrotor Messer (SRG) ist ein Hochvakuummeters oft als Sekundär- oder Übertragungsstandard für die Vakuumdrücke im Bereich von 1,0 x 10 -4 Pa bis 1,0 Pa verwendet wird . Bei dieser Anwendung werden die SRGs häufig Laboratorien transportiert für Kalibrierung. Ereignisse können während des Transports auftreten, die der Rotoroberfläche Bedingungen verändern, wodurch die Kalibrierungsfaktor zu verändern. Um die Stabilität der Kalibrierung, eine Federtransportmechanismus gewährleistet wird häufig verwendet, um den Rotor zu immobilisieren und halten sie unter Vakuum während des Transports. Es ist auch wichtig, um die federTransportMechanismus Verpackung so ausgelegt transportieren das Risiko einer Beschädigung zu minimieren, während des Transports. In diesem Manuskript wird eine detaillierte Beschreibung gegeben, wie eine robuste Federtransportmechanismus und Transportbehälter zu bauen. Zusammen bilden sie eine federTransportVerpackung. Die Feder-Transportverpackungsdesign wurde mit Drop-Tests getestet und die Leistung wurde als hervorragend. Die vorliegende Feder-transport Mechanismus Design hält die immobilisierte Rotors , wenn Erschütterungen von mehreren hundert g (g = 9,8 m / s 2 und ist die Erdbeschleunigung) erfährt, während der Transportbehälter gewährleistet , daß der Mechanismus nicht Schocks erfahren mehr als etwa 100 g während gemeinsame Versand Pannen (wie von Industriestandards definiert).
Introduction
Der Spinnrotor Messer (SRG) ist ein Hochvakuummeter verwendet , um Unterdrücke in dem Bereich von 1,0 x 10 -4 Pa bis 1,0 Pa bestimmen. Es ist grundlegend ein rotierender Stahlkugel , die zwischen zwei Permanentmagneten aufgehängt ist. Elektromagnete verwendet werden, um zu drehen, oder "Spin-up", den Ball zu einem gewissen Frequenz (typischerweise 410 Hz); Der Ball wird dann frei rotieren, aber die Drehgeschwindigkeit aufgrund von Kollisionen von Gasmolekülen in dem Vakuumsystem mit der Kugeloberfläche im Laufe der Zeit abnimmt. Vakuum – Druck ist somit im Zusammenhang mit der Verzögerungsrate der Stahlkugel oder Rotor Abbildung 1 zeigt die wesentlichen Elemente der SRG. Den Rotor, Fingerhut, Leiter mit Anschlusskabel und elektronische Steuerung. Der Rotor oder Kugel wird innerhalb der Hülse während des Betriebs enthalten sind, und wird normalerweise nicht behandelt durch noch sichtbar an den SRG Benutzer. Die Hülse ist mit dem Vakuumsystem verbunden. Um die SRG betreiben, wird der Kopf über den Fingerhut gerutscht. DasKopf enthält zwei Permanentmagneten und mehrere Sätze von Drahtspulen für vertikale und horizontale Stabilisierung verwendet, Antreiben des Rotors, und Erfassen der Rotation. Die elektronische Steuerung interpretiert das Signal von der Erfassungsspule, so daß eine Druckmessung durchgeführt werden kann. Für einen Rotor mit idealen Oberflächenbedingungen wird die Verzögerungsrate auf den Vakuumdruck von der Grundlagenphysik bezogen. Um Absolutdruckmessungen machen eine SRG verwenden, einen Kalibrierungsfaktor, als die effektive Akkommodationskoeffizient bekannt ist, muss festgestellt werden. Die effektive Akkommodationskoeffizient hängt von den wirklichen Oberflächenbedingungen des Rotors, wie beispielsweise die Rauhigkeit, adsorbierte Gase und Kratzer. Diese Faktoren dazu neigt, im Laufe seiner Verwendung stabil. Weitere Einzelheiten SRGs können auch in anderen Referenzen zu finden . 1 – 3
Die SRG wird in Anwendungen, bei denen absolute Vakuummessungen erforderlich sind. Zum Beispiel Kalibrierlaboratorien oftverwenden SRGs als absolutes Vakuum-Standard. In diesem Fall werden durch Vergleich ihrer Messwert zu der des SRG Hochvakuummeter kalibriert. Im Gegenzug muss die SRG Standard periodisch den Versand der SRG zu einem primären Kalibrierlabor kalibriert werden, um seine Akkommodationskoeffizient neu bestimmt zu haben. Primäre Kalibrierlaboratorien sind in der Regel den nationalen Metrologieinstituten wie dem National Institute of Standards and Technology (NIST). Das primäre Labor bestimmt die SRG Akkommodationskoeffizient durch seine Lesung zu einem primären Vakuum-Standard zu vergleichen, und gibt dann die SRG auf die "sekundäre" Kalibrierlabor. Die SRG wird auch als Übertragungsstandard für den Vergleich von Standards zwischen Kalibrierlaboratorien oder nationalen Metrologieinstituten eingesetzt. Bei dieser Anwendung wird die SRG im Inland oder international zwischen den verschiedenen Laboratorien transportiert . 4 – 8 Während Sendung können Ereignisse eintreten , die Änderung der Akkommodationskoeffizient. Vor shipment, muss der Rotor sein De-suspendiert und der Kopf entfernt wird; der Rotor ruht dann auf der Innenwand der Muffe. Während des Transports ist die Rotoroberfläche Gegenstand von der mechanischen Wirkung zwischen dem Rotor zu verändern und Fingerhut durch Vibrationen und Stöße, oder die Oberfläche kann aufgrund der Exposition des Rotors auf atmosphärischen Gas und Feuchtigkeit ändern. Diese Änderungen wirken sich auf die langfristige Stabilität des Akkommodationskoeffizient. Idealerweise sollte der Rotor während des Transports im Vakuum und immobilisiert bleiben.
Historisch gesehen , wurden als Übertragungsstandards in Schlüsselvergleiche von Vakuum – Normen bei den nationalen Metrologieinstituten verwendet SRGs, wo SRGs international viele Male zwischen den verschiedenen Instituten transportiert werden. 9 während einer frühen Schlüssel Vergleich wurde festgestellt , dass die langfristige Stabilität des SRG Akkommodationskoeffizient durch die Verwendung eines federTransportMechanismus verbessert werden könnte, die sowohl den Rotor immobilisiert und behielt es unter Vakuum dährend Transport. 1,10 Seitdem ist die federTransportMechanismus hat viele Male in internationalen Schlüsselvergleiche verwendet. Eine aktuelle Studie der historischen Daten zeigten , dass 90% dieser Vergleiche Stabilitäten hatte besser als 0,75%, und 70% hatten Stabilitäten von 0,5%. 9 Daher wird ein federTransportMechanismus verwenden, in den meisten Fällen eine Stabilität ergeben , das ist mehr als ausreichend für die meisten Anwendungen.
Bisher gab es in der Literatur wenig Anleitung gegeben, wie eine federTransportMechanismus zu bauen. Frühe Versionen dieser Geräte wurden vollständig versagen bekannt, den Rotor zu immobilisieren, aufgrund einer Kombination von unzureichend für Robustheit ausgebildet ist und während des Transports falsch gehandhabt wird. Diese frühen Lehren zeigen, dass es wichtig ist, sowohl eine robuste Federtransportmechanismus zu bauen und ordnungsgemäß verpacken es in einer Weise, die Schock während des Transports minimiert. Diese späteren Zeitpunkt ist kritisch, aber oft ignoriert. Hier werden wir describe die Konstruktion eines robusten Federtransportmechanismus zusätzlich zu einer richtig konstruierten Transportverpackung. Unser Design basiert auf einigen einfachen, getestet technischen Prinzipien, die den Aufbau eines dauerhaften Federtransportpaket ermöglichen, die die Möglichkeit eines Ausfalls während des Transports minimiert. Wir beschreiben auch unsere Tests der Robustheit unserer Design. Weitere Einzelheiten zu den Testmethoden finden Sie in Fedchak et al. (2015). 11
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Ziel war, einen federTransportMechanismus mit einer ausreichenden Haltekraft so zu gestalten, dass der Rotor während des Transports immobilisiert bleiben würde. eine robuste Federtransportmechanismus zu entwerfen ist nicht genug, um den Rotor zum Beispiel, weil immobilisiert, um sicherzustellen, bleibt, kann der Mechanismus von hohen Höhe auf eine harte Oberfläche einen enormen Schock erzeugen. Die Kraft auf den Rotor kann stark durch Verpacken des federTransportMechanismus, so dass sie leicht den Schock abbrems…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren sind dankbar für die Hilfe des NIST Neutron Imaging Instrument an Wissenschaftler Dr. Daniel Hussey für uns mit Neutronenradiogramme zu unterstützen.
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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