Como construir um pacote Spring-transporte a vácuo para Spinning Rotor 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
O manómetro de rotor de fiação (PRE) é um indicador de vácuo elevado, muitas vezes utilizado como um padrão secundário ou transferência para pressões de vácuo no intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Nesta aplicação, os SRGs são frequentemente transportados para laboratórios para calibração. Os eventos podem ocorrer durante o transporte que altere as condições da superfície do rotor, alterando assim o factor de calibração. Para garantir a estabilidade de calibração, um mecanismo de mola-transporte é frequentemente utilizado para imobilizar o rotor e mantê-lo sob vácuo durante o transporte. É também importante para o transporte do mecanismo de mola-transporte utilizando a embalagem concebida para minimizar o risco de danos durante o transporte. Neste manuscrito, uma descrição detalhada é dada sobre como construir um mecanismo de mola-transporte robusto e contêiner de transporte. Juntos, estes formam um conjunto de mola-transporte. O design da embalagem primavera-transporte foi testado utilizando ensaios de quedas eo desempenho foi considerado excelente. O presente primavera-transport desenho mecanismo mantém o rotor imobilizada quando experimentando choques de várias centenas de g (g = 9,8 m / seg 2 e é a aceleração devido à gravidade), enquanto o contentor de transporte assegura que o mecanismo não irá experimentar choques superior a cerca de 100 g durante comum acidentes de transporte (conforme definido pelos padrões da indústria).
Introduction
O manómetro de rotor de fiação (PRE) é um indicador de vácuo elevado usadas para determinar as pressões de vácuo no intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Trata-se, fundamentalmente, uma esfera de aço de rotação que é suspensa entre dois magnetos permanentes. Eletro-ímãs são usados para girar ou "spin-up", a bola para alguma frequência (tipicamente 410 Hz); a esfera é então permitida a rodar livremente, mas a taxa de rotação irá diminuir ao longo do tempo devido a colisões das moléculas de gás no sistema de vácuo com a superfície da bola. Pressão de vácuo é, portanto, relacionado com a taxa de desaceleração da bola de aço ou rotor A Figura 1 mostra os elementos essenciais da SRG:. Rotor, dedal, cabeça com cabo de ligação, e controlador eletrônico. O rotor, ou uma esfera, está contida dentro do dedal durante a operação e, normalmente, não é tratado por nem é visível para o utilizador SRG. O cone está ligado ao sistema de vácuo. Para operar o SRG, a cabeça é deslizado sobre o dedal. ocabeça contém dois magnetos permanentes e de vários conjuntos de bobinas de fio utilizado para a estabilização vertical e horizontal, acciona o rotor, e detectando a rotação. O controlador electrónico interpreta o sinal da bobina de detecção de modo que uma medição de pressão pode ser feito. Para um rotor com as condições ideais de superfície, a taxa de desaceleração está relacionada com a pressão de vácuo por física fundamental. Para fazer as medições de pressão absoluta utilizando um SRG, um factor de calibração, conhecido como o coeficiente de acomodação eficaz, tem de ser determinado. O coeficiente de acomodação eficaz depende das condições reais da superfície do rotor, tal como a rugosidade, os gases adsorvidos e arranhões. Estes factores tende a ser estável ao longo do decurso da sua utilização. Detalhes adicionais de SRGs pode ser encontrada em outras referências 1-3.
O PRE é utilizado em aplicações em que são necessárias medições de vácuo absoluto. Por exemplo, laboratórios de calibração, muitas vezesusar SRGs como um padrão vácuo absoluto. Neste caso, medidores de alto vácuo são calibrados por comparação da sua leitura a que da SRG. Por sua vez, o padrão SRG deve ser calibrado periodicamente por transportar o SRG para um laboratório de calibração primário ter o seu coeficiente de alojamento re-determinado. laboratórios de calibração primários são geralmente institutos nacionais de metrologia, como o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). O laboratório primária determina o coeficiente de acomodação SRG, comparando sua leitura a um padrão de vácuo primário e, em seguida, retorna a SRG para o laboratório de calibração "secundário". A SRG também é usado como um padrão de transferência de comparação de padrões entre os laboratórios de calibração ou institutos nacionais de metrologia. Nesta aplicação, a SRG é transportado nível nacional ou internacional entre os vários laboratórios. 4 – 8 Durante o transporte, os eventos podem ocorrer que a mudança do coeficiente de acomodação. Antes shipment, o rotor deve ser de-suspenso e a cabeça é removida; o rotor, em seguida, assenta sobre a parede interior do casquilho. Durante o transporte, a superfície do rotor está sujeita a alteração da acção mecânica entre o rotor e o dedal devido às vibrações e choques, ou a superfície pode mudar devido à exposição do rotor a gás atmosférico e da humidade. Estas alterações afectam a estabilidade a longo prazo do coeficiente de alojamento. Idealmente, o rotor deve permanecer em vácuo e imobilizada durante o transporte.
Historicamente, SRGs foram utilizados como padrões de transferência em comparações chave de padrões de vácuo entre institutos nacionais de metrologia, onde SRGs são transportados internacionalmente muitas vezes entre os vários institutos. 9 Durante uma comparação chave precoce, verificou-se que a estabilidade a longo prazo do SRG coeficiente de acomodação poderia ser melhorada através da utilização de um mecanismo de mola-transporte que tanto imobilizado o rotor e manteve-o sob vácuo durante o transporte. 1,10 Desde então, o mecanismo de mola-transporte tem sido utilizado muitas vezes em comparações chave internacionais. Um estudo recente dos dados históricos mostrou que 90% destas comparações tinha estabilidades melhor do que 0,75%, e 70% tinham estabilidades de 0,5%. 9 Portanto, usando um mecanismo de mola-transporte irá, na maioria dos casos, obter uma estabilidade que é mais do que suficiente para a maioria das aplicações.
Até agora, tem havido pouca orientação na literatura sobre como construir um mecanismo de mola-transporte. As primeiras versões destes dispositivos têm sido conhecida a falhar para imobilizar completamente o rotor, devido a uma combinação de ser suficientemente projetado para robustez e seja mal utilizado durante o transporte. Estas lições iniciais mostram que é importante tanto para construir um mecanismo de mola-transporte robusto e empacotá-lo corretamente em uma maneira que minimiza choque durante o transporte. Este ponto posterior é fundamental, mas muitas vezes ignorado. Aqui vamos describPT A construção de um mecanismo de mola-transporte robusta para além de um pacote de transporte de construção adequada. Nosso projeto é baseado em alguns princípios simples, testado de engenharia que possibilitam a construção de um conjunto de mola-transporte durável que minimiza a possibilidade de falha durante o transporte. Descrevemos também nossos testes de robustez do nosso projeto. Detalhes adicionais dos métodos de ensaio podem ser encontrados em Fedchak et ai. (2015). 11
Protocol
Representative Results
Discussion
O objetivo era criar um mecanismo de mola-transporte com uma força de retenção suficiente para que o rotor ficaria imobilizado durante o transporte. A concepção de um mecanismo de mola-transporte robusta não é suficiente para garantir o rotor permanecerá imobilizado porque, por exemplo, deixando cair o mecanismo de altura de altura sobre uma superfície dura pode produzir um enorme choque. A força sobre o rotor pode ser grandemente reduzida pela compactação do mecanismo de mola-transporte de modo a que desace…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores são gratos pela ajuda do NIST imagem de neutrões instrumento de apoio cientista Dr. Daniel Hussey para ajudar-nos com radiografias de nêutrons.
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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