כיצד לבנות חבילה הכוללת טיסה-אביב אבק עבור ספינינג Rotor מחוונים
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
מד הרוטור מסתובב (SRG) הוא מד ואקום גבוה לעתים קרובות משמש כסטנדרט משני או העברה על לחצים ואקום בטווח של 1.0 x 10 -4 אבא ל -1.0 Pa. ביישום זה, SRGS מועבר לעתים קרובות מעבד כִּיוּל. אירועים יכולים להתרחש במהלך ההובלה המשנים את תנאי השטח הרוטור, ובכך לשנות את גורם הכיול. כדי להבטיח יציבות כיול, מנגנון-תחבורה האביב משמש לעתים קרובות כדי לשתק את הרוטור ולשמור אותו תחת ואקום במהלך ההובלה. כמו כן, חשוב להעביר את מנגנון האביב-תחבורה באמצעות אריזות שנועדו למזער את הסיכון של נזק במהלך המשלוח. בכתב היד הזה, תיאור מפורט ניתן על איך לבנות מנגנון תחבורת האביב חזק למכולה. כל אלה ביחד יוצרים חבילת אביב-התחבורה. חבילת עיצוב האביב-התחבורה נבדק באמצעות ירידת מבחנים ואת הביצועים נמצאים להיות מעולה. באביב-תחבורתיים הנוכחיאורט עיצוב מנגנון שומר על הרוטור משותק כאשר חווים זעזועים של כמה מאות גרם (g = 9.8 m / sec 2 והוא תאוצת הכובד), ואילו המכולה מבטיחה כי המנגנון לא יחווה זעזועים העולים על 100 גרם במהלך משותף התקלות משלוח (כפי שהוגדר על ידי תקני תעשייה).
Introduction
מד הרוטור מסתובב (SRG) הוא מד ואקום גבוה המשמש לקביעת לחצים ואקום בטווח של 1.0 x 10 -4 אבא ל -1.0 אבא. זה הוא ביסודה כדור פלדה מסתובבת מושעה בין שני מגנטים קבועים. אלקטרו-מגנטים משמשים כדי לסובב, או "ספין למעלה", את הכדור בתדירות כלשהי (בדרך כלל 410 הרץ); הכדור מותר אז לסובב בחופשיות, אך שיעור הסיבוב יצטמצם עם הזמן בגלל התנגשויות של מולקולות גז במערכת ואקום עם משטח הכדור. לחץ אבק לפיכך הקשור לשיעור האטה של כדור פלדה או הרוטור איור 1 מציג את המרכיבים הבסיסיים של SRG:. הרוטור, אצבעון, ראש עם חיבור כבל, ו בקר אלקטרוני. הרוטור, או כדור, הכלול בתוך אצבעון במהלך המבצע, והוא בדרך כלל לא טיפל ולא גלוי בפני המשתמש SRG. האצבעון מחובר למערכת הוואקום. כדי להפעיל את SRG, הראש החליק על האצבעון. ההראש מכיל שני מגנטים קבועים וערכות כמה סלילי תיל המשמשים לייצוב אנכי ואופקי, נהיגה הרוטור, ולהרגיש את הסיבוב. הבקר האלקטרוני מפרש את האות מ סליל החישה כך מדיד לחץ יכול להתבצע. עבור רוטור עם תנאי שטח אידיאליים, שיעור ההאטה קשור בלחץ הוואקום ידי פיסיקה בסיסית. כדי לבצע מדידות לחץ אבסולוטיות באמצעות SRG, גורם כיול, המכונה מקדם אירוח היעיל, צריך להיקבע. מקדם אירוח יעיל תלוי בתנאי השטח האמיתי של הרוטור, כגון חספוס, גזים adsorbed, ושריטות. גורמים אלה נוטים להיות יציבים במהלך השימוש בו. פרטים נוספים של SRGS ניתן למצוא אזכור אחרים 1 -. 3
SRG משמש ביישומים שבהם מדידות ואקום מוחלט נדרשים. לדוגמה, מעבדות כיול לעתים קרובותלהשתמש SRGS כתקן ואקום מוחלט. במקרה זה, מודד ואקום גבוה מכוילים על ידי השוואת הקריאה שלהם לזה של SRG. בתורו, תקן SRG חייב להיות מכויל מעת לעת על ידי משלוח SRG למעבדת כיול ראשוני לקיים מחדש נקבע מקדם האירוח שלה. מעבדות כיול ראשיים הם בדרך כלל הלאומי מטרולוגיה מכונים כגון המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST). המעבדה העיקרית מקובעת את מקדם אירוח SRG ידי השוואת הקריאה שלה לסטנדרט ואקום ראשוני, ולאחר מכן מחזירה את SRG למעבדת הכיול "המשנית". SRG משמש גם כסטנדרט העברה עבור ההשוואה של סטנדרטים בין מעבדות כיול או מכונה מטרולוגיה הלאומי. ביישום זה, SRG מועבר מבית או בינלאומי בין המעבדות השונות 4 -. 8 במהלך משלוח, אירועים יכולים להתרחש השינוי שמקדמים האירוח. לפני shipment, הרוטור חייב להיות לדה-מושעה וראש מוסר; הרוטור ואז נשען על הקיר הפנימי של אצבעון. במהלך הובלה, המשטח הרוטור עשוי להשתנות מן הפעולה המכאנית בין הרוטור האצבעון בשל תנודות וזעזועים, או פני השטח עשויים להשתנות בשל החשיפה של הרוטור לגז ולחות אטמוספרי. שינויים אלו משפיעים על היציבות לטווח הארוך של מקדם האירוח. באופן אידיאלי, הרוטור צריך להישאר ריק וחסר תנועה במהלך ההובלה.
מבחינה הסטורית, SRGS שמש סטנדרטים העברה בהשוואות מפתח של סטנדרטי ואקום בין מכוני המטרולוגיה לאומיים, שבו SRGS בינלאומית מועברות פעמים רבות בין המוסדות השונים. 9 במהלך השוואת מפתח מוקדם, נמצא כי היציבות לטווח הארוך של מקדם אירוח SRG יכול להשתפר על ידי ניצול מנגנון תחבורת האביב אשר הוא המשותקת הרוטור ושמר אותו תחת ואקום דתחבורת uring. 1,10 מאז, למנגנון-תחבורת האביב נוצל בעבר פעמים רבות בהשוואות בינלאומיות מרכזיות. מחקר שנערך לאחרונה של הנתונים ההסטוריים הראה כי 90% של השוואות אלה היו stabilities טוב יותר מאשר 0.75%, ו -70% היו יציבות של 0.5%. 9 לכן, באמצעות מנגנון-תחבורה באביב יהיה, ברוב המקרים, להניב יציבות שהיא יותר מהדרוש עבור מרבית היישומים.
עד עכשיו, חלה כמעט הכוונה בספרות על איך לבנות מנגנון-תחבורה האביב. גרסאות מוקדמות של המכשירים האלה היו ידועים מצליחים לשתק את הרוטור באופן מלא, עקב שילוב של שתוכננו מספיק עבור החוסן, ואת לרעה במהלך המשלוח. שיעורים המוקדמים אלה מראים כי חשוב הן לבנות מנגנון תחבורת האביב חזק, לארוז אותו בצורה נכונה באופן שימזער הלם במהלך הובלה. בשלב מאוחר יותר זה קריטי אך לעתים קרובות התעלם. כאן נוכל describדואר בניית מנגנון תחבורת האביב חזק בנוסף חבילה הכוללת טיסה בנויה כהלכה. העיצוב שלנו מבוסס על כמה עקרונות פשוטים, נבדקו, הנדסה המאפשרים הבנייה של חבילה הכוללת טיסת הקפיץ עמידה שתמזער את האפשרות של כישלון במהלך הובלה. כמו כן, אנו מתארים את הבדיקות שלנו על חוסנו של העיצוב שלנו. ניתן למצוא פרטים נוספים על שיטות הבדיקה ואח Fedchak. (2015). 11
Protocol
Representative Results
Discussion
המטרה הייתה לעצב מנגנון תחבורת האביב עם כוח החזקה מספיק כאלה כי הרוטור יישאר משותק במהלך הובלה. עיצוב מנגנון האביב-תחבורה חזקה אינו מספיק כדי להבטיח את הרוטור יישאר משותק בגלל, למשל, להפיל את מנגנון מגובה גבוה על משטח קשה יכול לייצר זעזוע עצום. הכוח על הרוטור ניתן להפ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים על העזרה של המדען מכשיר מתקן הדמיה נויטרונים NIST ד"ר דניאל הוסי לסיוע אותנו עם צילומי נויטרונים.
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).
