Cómo construir un vacío Paquete de primavera-transporte para la hilatura de rotor de medidores
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
El medidor de rotor de hilado (SRG) es un medidor de alto vacío a menudo usado como un estándar secundario o de transferencia para presiones de vacío en el intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. En esta aplicación, los grupos autónomos son transportados con frecuencia a los laboratorios para calibración. Los eventos pueden ocurrir durante el transporte de que el cambio de las condiciones de la superficie del rotor, cambiando así el factor de calibración. Para asegurar la estabilidad de calibración, un mecanismo de transporte de la primavera a menudo se utiliza para inmovilizar el rotor y mantenerlo bajo vacío durante el transporte. También es importante para el transporte del mecanismo de transporte de resorte usando embalaje diseñado para minimizar el riesgo de daño durante el envío. En este manuscrito, una descripción detallada se da en la forma de construir un sólido mecanismo de transporte de la primavera y el contenedor de transporte. Juntos, forman un paquete de transporte de la primavera. El diseño del envase de transporte de la primavera fue probada usando ensayos de caída y el rendimiento se encontró que era excelente. La presente primavera-TranspORT diseño del mecanismo mantiene el rotor inmovilizado cuando se experimenta choques de varios cientos g (g = 9,8 m / s 2 y es la aceleración debida a la gravedad), mientras que el contenedor de transporte asegura que el mecanismo no experimentará choques mayor que aproximadamente 100 g durante común percances de envío (según la definición de estándares de la industria).
Introduction
El medidor de rotor de hilado (SRG) es un medidor de alto vacío se utiliza para determinar las presiones de vacío en el intervalo de 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Se trata fundamentalmente de una bola de acero de rotación que está suspendido entre dos imanes permanentes. Los electroimanes se utilizan para girar, o "spin-up", la pelota a una cierta frecuencia (típicamente 410 Hz); la pelota se deja entonces para girar libremente, pero la velocidad de rotación se reducirá con el tiempo debido a las colisiones de las moléculas de gas en el sistema de vacío con la superficie de la bola. La presión de vacío es decir, que son la tasa de deceleración de la bola de acero o de rotor La figura 1 muestra los elementos esenciales de la SRG:. Rotor, dedal, cabeza con cable de conexión y controlador electrónico. El rotor, o una pelota, está contenida en el cartucho durante el funcionamiento y que normalmente no está a cargo de, ni es visible para el usuario SRG. El dedal está conectado al sistema de vacío. Para hacer funcionar el SRG, la cabeza se desliza sobre el dedal. loscabeza contiene dos imanes permanentes y varios conjuntos de bobinas de alambre usados para la estabilización vertical y horizontal, la conducción del rotor, y la detección de la rotación. El controlador electrónico interpreta la señal de la bobina de detección de modo que una medición de la presión se puede hacer. Para un rotor con las condiciones de superficie ideal, la tasa de desaceleración se relaciona con la presión de vacío por la física fundamental. Para realizar mediciones de presión absoluta usando un SRG, un factor de calibración, conocido como el coeficiente de acomodación efectiva, debe ser determinado. El coeficiente de alojamiento eficaz depende de las condiciones de la superficie reales del rotor, tales como la rugosidad, los gases adsorbidos y los arañazos. Estos factores tiende a ser estable durante el curso de su uso. Detalles adicionales de grupos autónomos se pueden encontrar en otras referencias 1 -. 3
El SRG se utiliza en aplicaciones donde se requieren mediciones de vacío absoluto. Por ejemplo, los laboratorios de calibración a menudoutilizar grupos autónomos como un estándar de vacío absoluto. En este caso, los indicadores de alto vacío se calibran mediante la comparación de su lectura a la de la SRG. A su vez, el estándar SRG debe ser calibrado periódicamente por el envío de la SRG a un laboratorio de calibración primaria de tener su coeficiente de alojamiento volver a determinar. laboratorios de calibración primarios son generalmente Institutos Nacionales de Metrología como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). El laboratorio primaria determina el coeficiente de acomodación SRG mediante la comparación de su lectura a un nivel de vacío primario, y luego devuelve el SRG al laboratorio de calibración "secundaria". El SRG también se utiliza como un estándar de transferencia para la comparación de los estándares de calibración entre laboratorios o institutos nacionales de metrología. En esta aplicación, el SRG se transporta nivel nacional o internacional entre los diferentes laboratorios. 4 – 8 Durante el transporte, los eventos pueden ocurrir que el cambio del coeficiente de acomodación. Antes de shipment, el rotor debe desconectarse de la suspensión y se retira la cabeza; el rotor a continuación, se apoya en la pared interior del dedo de guante. Durante el transporte, la superficie del rotor está sujeta a cambios de la acción mecánica entre el rotor y el dedal debido a las vibraciones y los choques, o la superficie puede cambiar debido a la exposición de la rotor a gas y humedad atmosférica. Estos cambios afectan a la estabilidad a largo plazo del coeficiente de acomodación. Idealmente, el rotor debe permanecer en vacío e inmovilizado durante el transporte.
Históricamente, los grupos autónomos han sido utilizados como patrones de transferencia en las comparaciones clave de las normas de vacío entre los institutos nacionales de metrología, en los grupos autónomos son transportados a nivel internacional muchas veces entre los diversos institutos. 9 Durante una comparación de claves temprana, se encontró que la estabilidad a largo plazo de la coeficiente de alojamiento SRG se podría mejorar mediante la utilización de un mecanismo de transporte de resorte que tanto inmoviliza el rotor y lo mantuvo bajo vacío durante el transporte. 1,10 Desde entonces, el mecanismo de transporte de la primavera ha sido utilizado muchas veces en las comparaciones internacionales clave. Un estudio reciente de los datos históricos mostró que 90% de estas comparaciones tenían estabilidades mejor que 0,75%, y 70% tienen estabilidades de 0,5%. 9 Por lo tanto, el uso de un mecanismo de transporte de la primavera, en la mayoría de los casos, producir una estabilidad que es más que suficiente para la mayoría de aplicaciones.
Hasta ahora, ha habido poca orientación en la literatura sobre cómo construir un mecanismo de transporte de la primavera. Las primeras versiones de estos dispositivos se han sabido para fallar para inmovilizar completamente el rotor, debido a una combinación de estar diseñado insuficiente para la robustez y la manipulación no deseada durante el envío. Estas primeras lecciones muestran que es importante tanto para construir un sólido mecanismo de transporte de la primavera, y para empaquetar adecuadamente de una manera que minimice los golpes durante el transporte. Este punto más adelante es crítica, pero a menudo ignorada. Aquí vamos a describe la construcción de un sólido mecanismo de transporte de la primavera, además de un paquete de transporte construido adecuadamente. Nuestro diseño se basa en algunos principios sencillos, probados, de ingeniería que permiten la construcción de un paquete de transporte de la primavera duradero que minimiza la posibilidad de fallo durante el transporte. También describimos nuestras pruebas de la solidez de nuestro diseño. Los detalles adicionales de los métodos de ensayo se pueden encontrar en Fedchak et al. (2015). 11
Protocol
Representative Results
Discussion
El objetivo fue diseñar un mecanismo de transporte de resorte con una fuerza de retención suficiente de manera que el rotor quedaría inmovilizado durante el transporte. El diseño de un sólido mecanismo de transporte de resorte no es suficiente para asegurar el rotor permanecerá inmovilizada porque, por ejemplo, dejando caer el mecanismo de la altura de altura sobre una superficie dura puede producir un enorme shock. La fuerza sobre el rotor se puede reducir en gran medida por el envasado del mecanismo de transport…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen la ayuda del NIST imágenes de neutrones instrumento de instalación científico Dr. Daniel Hussey para ayudarnos con las radiografías de neutrones.
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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