どのようにローターゲージをスピニングするための真空春輸送パッケージをビルドするには
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
スピニングロータゲージ（SRG）は、多くの場合、1.0 Paと1.0×10 -4 Paの範囲内の真空圧のための二次または転写標準として使用される高真空計である。本出願において、SRGSはしばしばため研究所に輸送されます較正。イベントは、このように較正係数を変化させる、ロータ表面状態を変更輸送中に発生することができます。キャリブレーションの安定性を確保するために、ばね搬送機構は、多くの場合、ローターを固定し、輸送中、真空下でそれを維持するために使用されます。輸送中の損傷のリスクを最小限に抑えるように設計されたパッケージを使用してばねの搬送機構を搬送することも重要です。本稿では、詳細な説明は、堅牢なスプリングの搬送機構と、輸送用コンテナの構築方法を与えられています。これらを合わせて、春輸送パッケージを形成します。バネ輸送パッケージデザインは、ドロップ試験を用いて試験し、性能が優れていることが分かりました。現在のスプリングTRANSP輸送用コンテナは、機構が共通の間、約100グラムよりも大きなショックを経験しないことを保証しながら、ORTの機構設計は、数百グラムのショックを経験（ グラム = 9.8メートル/秒2をし、重力加速度である）ときに固定化されたローターを保ちます海運事故（業界標準で定義されているように）。
Introduction
スピニングロータゲージ（SRG）1.0×10 -4 Paの範囲1.0 Paまで真空圧力を決定するために使用される高真空計である。これは、基本的に2つの永久磁石との間に懸架され、回転鋼球です。電磁石は、いくつかの周波数（典型的には410ヘルツ）に、ボールを回転させるために使用される、または「スピンアップ」されます。ボールは、その後自由に回転させているが、回転速度が原因ボール表面を有する真空システム中のガス分子の衝突の時間をかけて減少します。真空圧力は、鋼球又はロータの減速度にこのように関連している。図1は、SRGの本質的な要素を示しています。ローター、接続ケーブルとシンブル、ヘッド、および電子制御装置を。ローター、またはボールが、運転中にシンブル内に含まれ、通常で処理されないもSRGのユーザーに表示されます。シンブルは、真空システムに接続されています。 SRGを動作させるために、ヘッドがシンブル上に滑り込まされます。ザヘッドは、垂直および水平の安定化のために使用される2つの永久磁石とワイヤコイルのいくつかのセットを含むローターを駆動し、回転を検知します。電子制御装置は、圧力測定を行うことができるように、感知コイルからの信号を解釈します。理想的な表面状態を有するロータは、減速率は、基本物理によって真空圧に関連しています。 SRGを使用して、絶対圧測定を行うために、効果的な適応係数として知られているキャリブレーション係数は、決定されなければなりません。効果的な適応係数は、このような粗さ、吸着ガスや傷などのロータの実際の表面状態に依存します。これらの要因は、その使用の過程で安定である傾向があります。 SRGSのさらなる詳細は、他の文献に見出すことができる1 – 。3
SRGは絶対真空の測定が要求される用途で使用されています。多くの場合、例えば、校正試験所絶対真空標準としてSRGSを使用します。この場合には、高真空計は、SRGのものへの読みを比較することによって較正されます。ターンでは、SRGの標準は、定期的にその適応係数の再決定を持つように、一次校正機関にSRGを出荷することによって較正されなければなりません。一次校正ラボは、通常、米国国立標準技術研究所（NIST）などの国家計量研究所です。主要な研究室では、一次真空規格にその読みを比較することにより、SRGの適応係数を決定し、「二次」の校正ラボにSRGを返します。 SRGはまた、校正機関や国家計量機関の間の規格の比較のための転送の標準として使用されています。このアプリケーションでは、SRGは、様々な研究室との間で、国内または国際的に輸送される4 – 8を出荷時には、イベントはその変化に適応係数を発生することがあります。 SHの前にipmentは、ロータが解除中断されなければならないとヘッドが削除されます。ロータはその後、シンブルの内側壁にかかっています。輸送中に、ロータ表面が原因振動や衝撃にロータとシンブルとの間の機械的作用から変更されることがあり、または表面が原因で大気中のガスや湿度に対するロータの暴露に変更されることがあります。これらの変更は、宿泊係数の長期安定性に影響を与えます。理想的には、ロータは、真空中に残っているし、輸送中に固定化する必要があります。
歴史的に、SRGSはSRGSが国際種々の機関の間で何回も搬送される。9初期のキーの比較時に国家計量標準機関のうち真空標準のキーの比較での転送標準として使用されていることがわかったの長期安定性SRGの適応係数は、両ロータを固定化し、真空dの下でそれを維持し、バネ輸送メカニズムを利用することによって改善することができますuring輸送。以来1,10は 、ばね搬送機構は、国際主要な比較で何度も使用されてきました。履歴データの最近の研究は、これらの比較の90％が0.75％よりも良好な安定性を有し、かつ70％が0.5％の安定性を有することを示した。9ため、バネ輸送機構を使用して、ほとんどの場合において、安定性をもたらしますほとんどのアプリケーションで十分以上。
今までは、春輸送メカニズムを構築する方法についての文献にはほとんど指導がありました。これらのデバイスの初期のバージョンは、完全に起因する不十分な堅牢性のために設計されているとの組み合わせに、回転子を固定化するために失敗することが知られており、輸送中に誤って処理されています。これらの初期の教訓は、それが両方の堅牢な春輸送メカニズムを構築し、かつ適切に輸送中の衝撃を最小限に抑える方法でそれをパッケージ化することが重要であることを示しています。この後者の点は重要ではなく、多くの場合、無視されます。ここでは、describます適切に構成されたトランスポート・パッケージに加えて、ロバストなバネ搬送機構の構成を電子。私たちのデザインは、輸送中の故障の可能性を最小限に抑え、耐久性春輸送パッケージの構築を可能にするいくつかの簡単な、テストされ、エンジニアリングの原則に基づいています。また、当社は、設計の堅牢性の我々のテストを記述します。試験方法のさらなる詳細はFedchak らに見出すことができます。 （2015）。11
Protocol
Representative Results
Discussion
目的は、ロータが輸送中に固定化されたままになるように、十分な保持力を有するばね輸送機構を設計することでした。堅牢なスプリングトランスポート機構を設計することは、たとえば、ハード面に背の高い高さからメカニズムをドロップすると、巨大な衝撃を生成することができ、ため、ロータが固定化されたままになります保証するのに十分ではありません。ロータ上の力が大きく、?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、中性子放射線写真で私たちを支援するためのNIST中性子イメージング設備機器の科学者博士ダニエル・ハッセーのご協力に感謝しています。
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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