ЩЕЛЕВОЙ МАГНИТНЫЙ ЭКРАН ДЛЯ МАГНИТНОГО ПРИВОДА

Заявленное техническое решение может быть использовано в области аналитической химии.
Известны конструкции лабораторных мешалок с магнитным приводом [1], имеющих корпус, изготовленный из немагнитных материалов и позволяющий беспрепятственно передавать крутящий момент от вращающегося внутри корпуса ведущего магнита к ферритовому перемешивающему якорю, находящемуся в лабораторном сосуде с перемешиваемой жидкостью (фиг.1).
Недостатком этих устройств является наличие переменного магнитного поля от вращающегося ведущего магнита, наводящего синусоидальный переменный ток в цепи погруженного в сосуд электрического или электрохимического датчика. В результате на выходе датчика появляется помеха (фиг.2) с частотой, зависящей от числа оборотов мешалки, что существенно затрудняет корректную оцифровку сигнала от датчика и ведет к появлению артефактов при определенных частотах дискретизации.
Также известны конструкции магнитных экранов [2], служащих для защиты некоторой части пространства от действия внешних магнитных полей и представляющих собой сплошную оболочку или перегородку из материала с высокой магнитной проницаемостью.
Недостатком этих устройств является невозможность передачи крутящего момента в разделенном магнитным экраном магнитном приводе мешалки.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является снижение уровня помех от вращающегося магнитного поля на выходе электрических или электрохимических датчиков, погруженных в сосуд с жидкостью, перемешиваемой мешалкой с магнитным приводом, путем использования магнитного экрана из материала с высокой магнитной проницаемостью, отделяющего вращающийся ведущий магнит от перемешиваемой жидкости.
Данная задача решается благодаря за счет того, что с целью обеспечения передачи крутящего момента к перемешивающему якорю, в магнитном экране предусмотрено соосное приводу щелевидное отверстие (щель), пропускающее силовые линии магнитного поля вращающегося ведущего магнита к перемешивающему якорю только когда их ориентация относительно щели близка к параллельной. При этом в перемешиваемой жидкости сохраняются экранированные зоны, пригодные для размещения электрических или электрохимических датчиков.
Техническим результатом использования полезной модели является снижение уровня помехи от магнитной мешалки на выходе датчика, расположенного в экранированной зоне перемешиваемой жидкости, в несколько раз.
1. Мешалка магнитная ММ-5. Паспорт. Ужгород: Изд-во №3, 1988.
2. Гроднев И.И. Экранирование в широком диапазоне частот. М.: Связь, 1986.
Техническая сущность и принцип действия полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 - схема возникновения помехи от магнитной мешалки на выходе электрохимического датчика.
Фиг.2 - низкочастотный участок амплитудно-частотного спектра помехи на выходе кислородного датчика при использовании магнитной мешалки.
Фиг.3 - схема устройства щелевого магнитного экрана и его установки на магнитной мешалке.
Фиг.4 - схема принципа действия щелевого магнитного экрана.
Фиг.5 - схема стабилизации работы мешалки с использованием дополнительной оси.
Возможность осуществления заявленной полезной модели показана следующими примерами:
Щелевой магнитный экран представляет собой перегородку из материала с высокой магнитной проницаемостью, имеющую щелевидное отверстие (фиг.3а, б). Размеры и конфигурация отверстия (щели) подбираются так, чтобы при минимальной наводке обеспечить достаточную стабильность вращения перемешивающего якоря. Неподвижный экран располагается между ведущим магнитом и перемешивающим якорем, чтобы ось их вращения проходила через центр щели (фиг.3в, г). В результате степень проникновения магнитного поля вращающегося ведущего магнита в перемешиваемый объем жидкости сквозь экран зависит от положения магнита относительно щели в каждый момент времени: она минимальна, когда ведущий магнит расположится перпендикулярно щели (фиг.4а, б) и максимальна, когда параллельно (фиг.4в, г).
Крутящий момент от ведущего магнита к перемешивающему якорю передается импульсами, достигающими максимума при прохождении магнита через положение параллельное щели (2 импульса на каждый оборот привода). В этом случае сквозь экран будут периодически проникают только силовые линии магнитного поля, плоскости которых перпендикулярны экрану и параллельны щели. Поэтому в объеме раствора сохраняются две неподвижные полуцилиндрические экранированные зоны, расположенные по обеим сторонам от щели (обозначены буквой Э на фиг.3, 4). Размещение электрического или электрохимического датчика в одной из таких зон ведет к минимизации наводки от вращающегося магнитного привода.
Так как при наличии щелевого магнитного экрана крутящий момент на перемешивающий якорь передается импульсами, вращение обычного цилиндрического якоря, идущего в комплекте с магнитной мешалкой, может оказаться неустойчивым. Поэтому используют якорь с отверстием, свободно вращающегося на неподвижной вертикальной оси из какого-либо инертного материала, расположенной в центре сосуда с перемешиваемой жидкостью (фиг.5). Ось может быть как постоянной, жестко закрепленной в дне сосуда (фиг.5а), так и съемной, фиксирующейся на дне сосуда спиральной пружиной, составляющей с осью одно целое (фиг.5б).
Заявленная полезная модель используется следующим образом:
Использовался съемный щелевой магнитный экран прямоугольной формы 125×100×0,5 мм из оцинкованной низкоуглеродистой стали с размером щели 85×15 мм и следующее дополнительное оборудование: магнитная мешалка в алюминиевом заземленном корпусе; перемешивающий ферритовый якорь 12×4 мм (для стабилизации вращения использовалась дополнительная ось из нихрома, показанная на фиг.5б); измерительная ячейка с вмонтированным полярографическим кислородным датчиком; усилитель постоянного тока; плата сбора данных L-154; персональный компьютер; приложение PowerGraph 2.1.
2
3
С использованием приложения PowerGraph 2.1 производилась непрерывная регистрация сигнала от кислородного датчика, размещенного в бескислородной перемешиваемой жидкой среде (свежеприготовленный NaSO, 5%), при скорости вращения мешалки 290 об/мин. Продолжительность каждого замера составляла 30 сек, частота дискретизации - 1 Кгц. Затем при помощи функции Spectrum приложения PowerGraph получили график амплитудно-частотного спектра помехи, по которому определили амплитуду пика, соответствующего частоте наводки от магнитной мешалки (9,6 Гц).
Результаты двух серий, по 10 замеров в каждой, приведены в табл.1. Замеры первой серии проводились без использования щелевого магнитного экрана, второй - с использованием. В случае использования щелевого экрана его закрепляли на корпусе мешалки таким образом, чтобы кислородный датчик оказался в одной из экранированных зон Э (фиг.3, 4). Как видно из табл.1, использование щелевого магнитного экрана из низкоуглеродистой стали позволило снизить уровень помехи от магнитной мешалки (9,6 Гц) с 0,98 до 0,22 мВ, то есть в 4,5 раза.
Таблице 1
Снижение уровня помехи от магнитной мешалки при использовании щелевого магнитного экрана.
№ замера
Амплитуда пика наводки от мешалки (мВ)
без экрана
с экраном
1
0,96
0,16
2
0,97
0,33
3
0,96
0,33
4
1,03
0,32
5
0,98
0,08
6
0,86
0,15
7
1,10
0,29
8
0,95
0,19
9
0,97
0,23
10
1,01
0,13
Среднее
0,98
0,22