Как построить Вакуумная Весна-транспортный пакет для вращающегося ротора Манометры

Резюме

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.

Аннотация

Вращающийся ротор калибра (SRG) является высокой вакуумметр часто используется в качестве вторичного или передачи стандарта для вакуумных давлений в диапазоне от 1,0 × 10 ^-4 Па до 1,0 Па. В этой заявке SRGS часто транспортируют в лабораторию для калибровки. События могут происходить во время транспортировки, которые изменяют состояние поверхности ротора, тем самым изменяя коэффициент калибровки. Для обеспечения стабильности калибровки, механизм пружинным транспорт часто используется для иммобилизации ротор и держать его под вакуумом во время транспортировки. Важно также, чтобы транспортировать весенне-транспортный механизм с использованием упаковки разработан, чтобы минимизировать риск повреждения во время транспортировки. В этой рукописи, подробное описание дается о том, как построить надежную весенне-транспортный механизм и транспортный контейнер. Вместе они образуют весенне-транспортный пакет. Дизайн упаковки весна-транспортная была протестирована с помощью раскрывающихся тестов и производительность оказалась превосходной. Настоящая весна-транспорт конструкции механизм удерживает ротор иммобилизованного когда испытывает потрясения нескольких сотен г (г = 9,8 м / с ² и ускорение силы тяжести), в то время как морские контейнерные перевозки гарантирует , что механизм не будет испытывать потрясения больше , чем примерно 100 г в течение общих транспортные несчастные случаи (как это определено отраслевыми стандартами).

Введение

Вращающийся ротор калибра (SRG) является высокой вакуумметр используется для определения разрежение в диапазоне от 1,0 × 10 ^-4 Па до 1,0 Па. Принципиально вращающийся стальной шарик , который подвешен между двумя постоянными магнитами. Электромагниты используются для вращения, или "раскрутки", мяч на некоторой частоте (обычно 410 Гц); мяч затем может свободно вращаться, но скорость вращения будет уменьшаться с течением времени из-за столкновений молекул газа в вакуумной системе с поверхностью шарика. Давление вакуума, таким образом , связано со скоростью замедления стального шарика или ротора На рисунке 1 показаны основные элементы: SRG. Ротор, наперсток, головка с соединительным кабелем и электронный контроллер. Ротор, или шар, содержится в наконечнике во время работы и, как правило, не обрабатывается и не видна пользователю SRG. Наперстка подключен к вакуумной системе. Для управления SRG, голова надевается на гильзе.головка содержит два постоянных магнитов и несколько комплектов проводов катушек, используемых для вертикальной и горизонтальной стабилизации, приведения в движение ротор, и ощущая вращение. Электронный контроллер интерпретирует сигнал от сенсорной катушки таким образом, что измерение давления может быть сделано. Для ротора с идеальными условиями на поверхности, то величина замедления связана с давлением вакуума фундаментальной физики. Для того, чтобы измерения абсолютного давления с использованием SRG, калибровочный коэффициент, известный как эффективный коэффициент размещения, должны быть определены. Эффективный коэффициент размещения зависит от реальной поверхности условий ротора, например, от шероховатости, адсорбированных газов и царапин. Эти факторы, как правило, стабильны в течение его использования. Дополнительные детали SRGS можно найти в других ссылках ^{1 - 3} .

SRG используется в приложениях, где требуются абсолютные измерения вакуума. Например, калибровочные лаборатории частоиспользовать SRGS в качестве абсолютного вакуума стандарта. В этом случае, высоковакуумные датчики калибруются путем сравнения их чтение к тому, что из SRG. В свою очередь, стандарт SRG должен периодически калибровать по отправкой SRG к первичной калибровочной лаборатории, чтобы его коэффициент аккомодации повторно определен. Первичные калибровочные лаборатории, как правило, являются национальными метрологическими институтами, такие как Национальный институт стандартов и технологий (NIST). Основная лаборатория определяет коэффициент аккомодации SRG путем сравнения его показание к стандарту первичного вакуума, а затем возвращает SRG к "вторичной" калибровочной лаборатории. SRG также используется в качестве эталона для сравнения эталонов между калибровочными лабораториями или национальными метрологическими институтами. В этом приложении SRG транспортируется внутри страны или на международном уровне между различными лабораториями . ^{4 - 8} Во время отгрузки, события могут произойти , что изменение коэффициента размещения. До Shчь, ротор должен быть де-приостанавливалось и голова удалена; ротор затем опирается на внутреннюю стенку гильзе. Во время транспортировки, поверхность ротора может изменяться от механического воздействия между ротором и наперстка из-за вибрации и ударов, или поверхность может измениться из-за воздействия ротора до атмосферного газа и влажности. Эти изменения влияют на долгосрочную стабильность коэффициента размещения. В идеале, ротор должен оставаться в вакууме и иммобилизованных во время транспортировки.

Исторически сложилось так , SRGS были использованы в качестве стандартов передачи в ключевых сличений эталонов вакуума между национальными метрологическими институтами, где SRGS интернационально транспортируемых много раз между различными институтами. ⁹ Во время ранней сравнения ключей, было установлено , что долговременная стабильность из коэффициент размещения SRG может быть улучшена за счет использования весенне-транспортный механизм, который, как иммобилизованного ротор и держал его под вакуумом дрительными перевозки. ^1,10 С тех пор механизм пружинного транспорт был использован много раз в международных сравнений ключей. Недавнее исследование исторических данных показал , что 90% из этих сравнений были стабиль- лучше , чем 0,75%, а 70% имели стабильностью 0,5%. ⁹ Таким образом, используя механизм весенне-транспортного будет, в большинстве случаев, дают стабильность , которая является более чем достаточно для большинства применений.

До сих пор не было мало указаний в литературе о том, как построить механизм пружинного транспорта. Ранние версии этих устройств, как известно, не в состоянии полностью иммобилизовать ротор, благодаря сочетанию быть недостаточно разработаны для эксплуатационной надежности, а также неправильного обращения во время транспортировки. Эти ранние уроки показывают, что это важно как построить надежный механизм весенне-транспортной и правильно упаковать его таким образом, чтобы свести к минимуму шок во время транспортировки. Это позже точка является критической, но часто игнорируется. Здесь мы будем describе строительство прочной весенне-транспортного механизма в дополнение к правильно построенной транспортной упаковке. Наша конструкция основана на нескольких простых, проверенных, инженерных принципов, которые позволяют строительство прочного весенне-транспортного пакета, который сводит к минимуму возможность неудачи во время транспортировки. Мы также описываем наши испытания надежности нашего дизайна. Дополнительные сведения о методах испытаний можно найти в Fedchak и др. (2015). ¹¹

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

1. Закупить не пользовательские части для пружинного механизма транспорта

1. Закупить пружины, стержень с резьбой, распорки, гайки и шайбы. Эти пункты перечислены в списке конкретных материалов / оборудования. Покупка пружины и распорки до изготовления держателя шарика. Используйте 18-8 из нержавеющей стали (кроме 303), или, предпочтительно, из нержавеющей стали 316, для всех материалов.
2. Закупить ротор. Ротор представляет собой шариковый подшипник 4,5 мм в диаметре, изготовленный из нержавеющей стали 440С или легированной стали E52100.
3. Закупить прямоугольным клапан, указанный в списке конкретных материалов / оборудования.

2. Закупить материалы для транспортного контейнера

1. Закупить транспортировочный контейнер. Используйте вращательно-формованные, полиэтиленовые случаи с твердой оболочкой с защищенными выемок, так как они были такие случаи, которые были успешно протестированы. Дело в Перечень конкретных материалов / Оборудование отвечает минимальным требованиям внутренних космических.
2. процедураURE упаковку пены.
   1. Закупить 2 # (32 кг / м ³⁾ Полиуретан (сложный эфир) пену. Покупка достаточно пены эфира, чтобы заполнить верхнюю и нижнюю часть грузового контейнера. Купите кусок 5 см яйцевидной картонную эфира пены.
   2. Закупить 2 # (ПЭ) вспененный полиэтилен толщиной в 7,6 см и имеет достаточно большую площадь, чтобы покрыть ширину и глубину грузового контейнера.

3. Закупки и изготовление нестандартных деталей для весенне-транспортного механизма

Примечание: Пример чертежи , описанных в данном разделе пользовательских частей приведены на рисунках 2-4.

1. Продукция и представить рисунки на заказ поставщику или в доме магазин для изготовления калибра вращающегося ротора (SRG) наперстка / фланец. Критические размеры приведены на рисунке 2. Обычай производитель должен быть знаком с технологией изготовления сверхвысокого вакуума (СВВ). Наперстка относительно просто изготовитьй хорошо в пределах способности многих вакуумных компонентов компании.
2. Приобретать зубцы , которые удерживают SRG головку на фланец (см рисунок 1). Они могут быть удалены из коммерческого SRG наперстка / фланцевого узла, который поставляется с электронным блоком управления SRG. Каждый зубец удерживается на месте с помощью одного болта (обычно метрический шестигранной головкой) с пружинной шайбой, и могут быть удалены с помощью снятие болтов с помощью соответствующего ключа (например, метрической шестигранного ключа).
   1. В качестве альтернативы, изготовления этих тем же поставщиком, обеспечивающим наперсток / фланец, как и в предыдущем шаге, но технология изготовления сверхвысокого вакуума не нужно следовать. Сделать точные копии коммерческих лапами SRG.
3. Продукция и представить чертежи для простой адаптер для подключения шпильку M6 на правой угловой клапан к 8-32 все нити шпильке (американский стандарт аппаратного обеспечения). Смотрите рисунок 3.
4. Продукция и представить чертежи для изготовления держателя шарика. Criticaл размеры приведены на рисунке 4. Изготовить держатель шарика из нержавеющей стали 316L в соответствии с технологией изготовления СВВ. Прихватите держатель шарика к одному концу пружины. Прихватите другой конец пружины к противостоянию. Очистить все детали в соответствии с процедурой очистки, приведенной в разделе 5.
5. Вырезать 8-32 все нити шпильку до длины 18 мм и чистый, как описано в разделе 5.

4. Изготовление на заказ пены Вырез

1. Сделайте вырез для весенне-транспортного механизма в пенополиэтилен. Следуйте контуры узла клапана настолько близко, насколько это возможно. Делайте это вручную, используя острый нож; В качестве альтернативы, контур может быть профессионально вырезать с помощью поставщика упаковки.
2. Используйте размеры клапана заданного изготовителем арматуры и наперстка / размеры фланцев приведены на рисунке 2. Обрежьте пространство для достаточно наперсток большой , чтобы разместить зубцы (1,5 см х 3,8 см).

5. Очистка Вакуумные компоненты

1. Очистите все компоненты для вакуума сверхвысокого вакуума (СВВ) перед сборкой. Наша рекомендуемая процедура очистки заключается в следующем.
   1. Ручка вакуумных деталей с использованием нитрила, латекса или виниловые перчатки. Не прикасайтесь голыми руками.
   2. Очистите детали с помощью мягкого моющего средства (например, как указано в материалах / списке оборудования), растворенного в дистиллированной или деионизированной воды и ткань без ворса.
   3. Место части в ванну с мягким моющим средством, растворенного в дистиллированной или де-ионизированной воды и место в ультразвуковым очистителем в течение 20 мин.
   4. Промойте детали тщательно с дистиллированной или деионизированной воды.
   5. Накройте части с ацетоном и место в ультразвуковым очистителем в течение 20 мин.
   6. Удалить части из ацетона. Накройте части с этанолом и место в ультразвуковым очистителем в течение 20 мин.
   7. Удалить части из этанола. Тщательно промойте дистиллированной или деионизированной воды.
   8. Blow частисухой с сухим азотом или чистым сухим воздухом.
   9. Пусть части высохнуть на воздухе на качественной безворсовой тканью чистой комнаты в течение 24 часов.

6. Соберите Спринг-транспортный механизм

1. Во время сборки, износ нитрил, виниловые или латексные перчатки. Не прикасайтесь к вакуумной части с голыми руками.
2. Соберите необходимые инструменты: плоскогубцы носа иглы, водителя с головкой для 8-32 гайки, ключ для адаптера, линейки или штангенциркуля. Протирать линейкой / микрометр с этанолом; очистить все другие инструменты, используя процедуру, описанную в шаге 5.
3. Соберите необходимые детали: узел клапана, наперсток, шарикоподшипниках, шаровой держатель / пружины (этап 3.5), 18 мм длиной 8-32 шпильки, адаптер резьбы, гайки и шайбы с блокировками, 3 мм шестигранного ключа и маскирование лента. Смотрите рисунок 5.
4. Весна-транспортный механизм сборки:
   1. Полностью закройте правый угол клапан, повернув его по часовой стрелке до упора.
   2. Глядя через порты клапанов, определить племенную Centere M6d на седло клапана.
   3. Винт адаптер прилегать на шпильки M6. Вставьте чистый ключ или плоскогубцы СВВ через порт, чтобы получить адаптер, как плотно, насколько это возможно.
   4. Вставьте 8-32 шпильку в другой конец адаптера. Затянуть в плотно, насколько это возможно. 8-32 шпилька будет проходить через адаптер и упираются шпильки M6.
   5. Установите стопорную шайбу на 8-32 шпильки, а затем гайки. Затянуть гайку с помощью чистой драйвер сокета или плоскогубцы. Клапан может быть закрыт в течение этого шага, чтобы сделать затягивании легче.
   6. Поместите гайку на 8-32 шпильке. Поверните его до тех пор, почти касаясь гайки на другом конце. Установите стопорную шайбу на 8-32 шпильке.
   7. Приложить весна / мяч держатель к 8-32 шпильке по противостоянию. Поверните противостоянию, пока он не прикасаясь стопорную шайбу.
      Примечание: Следующая процедура описывает , как проверить регулировку длины пружинного блока, смотрите рисунок 6.
   8. Поместите ротор в обычай наперсток и закрепить его с помощью магнита (от сети переменного токаommercial SRG), поместив его на наперсток конца и фиксации его с клейкой лентой. Ротор теперь в конце напёрстке.
   9. Slide наперстка над яровой / шаровой держатель, стоп, когда мяч держатель касается мяча. Измерьте зазор между фланцем клапана и фланцем наперстка, как показано на рисунке 6.
      1. Если зазор находится в диапазоне от 2 мм до 6 мм, перейти к шагу 6.4.10.2). Номинальный зазор 3 мм является идеальным, но разрыв в диапазоне составляет от 2 до 6 мм достаточно. Зазор меньше 2 мм не допускается.
      2. Удалить наперсток / фланец в сборе и отложить в сторону. Если зазор был меньше, чем 2 мм, вращать против часовой стрелки, чтобы противостоянию сделать зазор больше. Если зазор был больше, чем 6 мм, поворот по часовой стрелке Противостояние, чтобы сделать зазор меньше. Вернитесь к шагу 6.4.10.
   10. Удалить наперсток / фланец в сборе и отложить в сторону. Если зазор был меньше, чем 2 мм, вращать против часовой стрелки, чтобы противостоянию сделать зазор больше. Если зазор был больше, чем 6 мм, поворот улandoff по часовой стрелке, чтобы сделать зазор меньше. Вернитесь к шагу 6.4.10.
   11. Затянуть гайку против противостоянию.
   12. Откройте клапан, повернув против часовой стрелки.
5. Собрать фланец:
   1. Снимите ротор, удалив клейкую ленту и магнит и тщательно следил за ротор, чтобы выкатить из наперстка.
   2. Приложить двух зубцов к фланцу, используя зажимную шайбу и болт, вставленный через задней стороне пользовательского фланца / наперстка. Замок-шайба и болт предоставляются коммерческим SRG. Замок-шайба и болт не должны быть очищены для сверхвысокого вакуума.
   3. Поворот зубцы таким образом , чтобы они являются квадратными друг с другом, как на фиг.1 и 9.
   4. Проверьте зубцы для прямолинейности, подсовывая голову SRG над наперсток. Голова должна скользить по свободно.
   5. Дайте два болта окончательное затягивание и повторно проверить для выравнивания, как на этапе 6.5.3.
   6. Поместите ротор обратно в гильзу, А.Н.d закрепите с помощью магнита и липкой лентой.
6. Заполните Spring узел транспортера:
   1. Поместите меди или посеребренной меди прокладку на порт клапана.
   2. Поместите ротор в гильзу (если уже не в наперстки со стадии 6.5.6).
   3. Вставьте фланец / наперсток узел на весеннем / шар держателя. Сориентируйте фланец таким образом, что установочный винт в зубцах будет направлен вниз, когда клапан прикреплен к камере.
   4. С помощью ¼-28 болтов и гаек, закрепите фланец клапана.
   5. Закройте клапан.
   6. Удалите магнит и ленту, удерживающую мяч.

7. Установите контейнер для транспортировки

1. Обрежьте пену эфирную с размером транспортного контейнера. Толщина пенопласта будет зависеть от высоты контейнера. Поместите минимальную толщину 7,6 см пены в нижней части . На рисунке 7 показана монтажная пена.
2. Поместите вырез PE пены на вершине тон эфира пены.
3. Поместите слой пены эфира в крышке. Минимальная толщина должна быть 7,6 см. Рисунок 8 показывает окончательное размещение механизма пружинного транспорта. Используйте чистую алюминиевую фольгу и пластиковую торцевую (который поставляется с клапаном), чтобы защитить открытый конец порта клапана во время транспортировки.

8. Использование Спринг-транспортного механизма

1. Монтаж и подвешивании ротора:
   Примечание: На рисунке 9 показан установленный весенне-транспортный механизм с головкой прилагается. Первый шаг удалить весенне-транспортный механизм из транспортного контейнера. Далее, предполагается, что читатель знаком с работой датчика с вращающимся ротором. Подробная информация о работе регулятора можно найти в руководстве по эксплуатации контроллера. Кроме того, предполагается, что читатель знаком с высокой вакуумной технологии.
   1. Удалите торцевую и фольгу из открытого порта пружинного механизма транспорта. Прикреплениеоткрыть порт для DN 40 (CF 2,75 ") порт на вакуумной камере с использованием новой меди или посеребренной меди прокладку и установить ¼-28 болта. Ориентация клапана будет зависеть от ориентации зубцах. Собственное ориентация показана на рисунке 9. зуб с установочным винтом указывает вниз. Подсуньте голову над наперсток, ориентация наперстка должна быть вертикальной с точностью до 2 °. Проверьте ориентацию с уровнем.
   2. Откачать вакуумную камеру до менее чем 10 ^-3 Па. Медленно откройте клапанный механизм пружинного транспорта.
   3. Приложить голову к контроллеру. Включите контроллер и приостановить мяч.
2. Де-монтаж весенне-транспортный механизм
   1. Де-приостановить ротор с помощью электронного контроллера. Выключите контроллер.
   2. Закройте клапанный механизм пружинного транспорта.
   3. Снять крышку головки блока.
   4. Vent вакуумную камеру.
   5. Снимите механизм, с помощью пружинного транспорта ООН-болтовых клапанпорт из вакуумной камеры.
   6. Поместите чистую фольгу и пластиковую торцевую крышку над открытым портом механизма с пружинным транспорта. Место механизм пружинного транспорт в вырезе в транспортной таре.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Все компоненты коммерческого SRG показаны на рисунке 1. Это включает в себя ротор, наперсток, головку , содержащую постоянные магниты и катушки проволоки , используемых для подвески и погрузки, а также электронный контроллер. Маленькая пружина показано (рис...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Цель состояла в том, чтобы разработать весенне-транспортный механизм с достаточной удерживающей силы таким образом, что ротор будет оставаться иммобилизованным во время транспортировки. Проектирование надежный механизм весенне-транспортной не достаточно, чтобы обеспечить ротор буд...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
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, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Ester Foam	Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com)	ES-PAD 1" Thick	1" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Egg-carton ester foam	Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com)	ES-CONV	ES-CONV, 2 lb, 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)1/4-28 x 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.