Устройство для определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в текучей среде

Устройство относится к средствам анализа содержания магнитных, т.е. обладающих магнитно-восприимчивыми свойствами, частиц и может быть использовано в лабораторной практике определения фракции этих частиц в пробах различных текучих (сыпучих, жидких, газообразных) сред при решении задач магнитного обогащения руд, удаления железосодержащих примесей из пищевых продуктов, сырья производств стекла и керамики, газовых выбросов в металлургии, на постах сварки и резки металла и пр.
Известны средства [1, 2] для анализа содержания магнитных частиц в сыпучих пищевых продуктах, сырьевых компонентах производств стекла и керамики, когда оператор вручную многократно (от трех до шести раз) перемещает источник магнитного воздействия, а именно постоянный магнит, сканирующими движениями по тонкому (создаваемому для этой цели) слою пробы исследуемой среды. Выделяемые магнитные частицы накапливают, измеряют общую массу и при известном значении объема (или массы) пробы определяют концентрацию (массовую долю) этих частиц.
При использовании этих средств и соответствующих приемов процедура такого анализа является трудоемкой и сравнительно длительной во времени, а его результатам свойственны погрешности - из-за отсутствия обоснований к количеству операций подобной магнитной сепарации, при этом даже с увеличением числа операций извлечь магнитные частицы из пробы полностью не удается.
Известно устройство [3], в котором осуществляются последовательные операции магнитной сепарации пробы анализируемой среды: подаваемая из бункера, она перемещается по каскадно размещенным плоским наклонным желобам из немагнитного материала с расположенной под ними магнитной системой (блоки постоянных магнитов, с возрастающей от желоба к желобу магнитной энергией). Выделенные на каждом из желобов (в каждой операции) массы магнитных частиц снимаются с желобов, определяется их суммарная масса и содержание этих частиц в общей массе пробы.
При использовании этого устройства, позволяющего в определенной мере снизить трудозатраты, сократить время анализа, такой анализ, как и описанный выше, также не обеспечивает полное выделение магнитных частиц, обусловливая погрешность результатов.
Известен способ [4], предусматривающий проведение ряда одинаковых операций магнитной сепарации для извлечения из пробы магнитных частиц - для последующего измерения масс выделенных частиц, причем обязательно раздельно в каждой из операций. Значения этих операционных масс (убывающих по выявляемой закономерности) указывают на определенную аналитическую зависимость операционных масс от порядкового номера операции. Это дает возможность расчетным путем (в том числе с использованием принципа экстраполяции) находить значения любых операционных масс - не только с целью проверки их сходимости с уже найденными опытными данными, но и для получения данных за пределами фактического числа проведенных операций, что позволяет точнее определять общую фактическую массу магнитных частиц в пробе и их содержание (концентрацию).
Будучи более объективным, такой подход к анализу содержания магнитных частиц, тем не менее, является трудоемким (из-за отсутствия технических решений, позволяющих в автоматизированном режиме получать необходимую опытно-расчетную информацию), требует затрат времени для выполнения оператором необходимых расчетов, выявления и обработки аналитической зависимости убывания операционных масс.
Наиболее близким аналогом (прототипом), предназначенным для определения содержания в текучей среде магнитных частиц, является устройство [5], включающее в себя магнитный сепаратор с не менее чем тремя равноценными, последовательно расположенными, операционными зонами магнитного выделения частиц. Для автоматизированного получения необходимых данных анализа оно также имеет соответствующую систему, состоящую из анализатора с аналогичным числом узлов для определения операционных масс выделяемых частиц (взвешиванием или посредством измерения параметров, по которым становится доступной оценка этих масс, в частности - магнитного потока, магнитной проницаемости, электроемкости), и соединенного с анализатором блока определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в пробе среды (обладающего функциями получения, обработки и отображения фактической и экстраполируемой зависимости операционных масс выделяемых частиц).
Хотя устройство-прототип содержит анализатор, являющийся необходимым звеном в реализации возможности автоматизированного получения необходимых данных по содержанию магнитных частиц в текучей среде, причем анализатор предусматривает использование ряда вариантов технических решений для определения операционных масс выделяемых частиц (от их прямого взвешивания до измерений таких параметров, по которым можно оценивать массу выделенных частиц, как магнитный поток в зоне выделения, магнитная проницаемость и электроемкость этой зоны), тем не менее, указанным техническим решениям присущи недостатки. Это - повышенная сложность и трудоемкость их практического исполнения или/и повышенная сложность в обеспечении необходимой точности требуемых здесь тонких измерений (эти недостатки могли бы быть устранены или уменьшены при выборе для измерений иных, более доступных и предпочтительных для таких целей параметров оценки операционных масс).
Задача полезной модели заключается в снижении трудоемкости, повышении точности и расширении функциональных возможностей устройства.
Поставленная задача решается в устройстве для определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в пробе текучей среды, включающем в себя магнитный сепаратор с не менее чем тремя равноценными, последовательно расположенными, операционными зонами магнитного выделения частиц, а также имеющем анализатор с соответствующим числом узлов для определения параметров оценки операционных масс выделяемых частиц, соединенный с блоком определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в пробе среды (с функциями получения, обработки и отображения фактической и экстраполируемой зависимости операционных масс выделяемых частиц). При этом каждый из узлов анализатора выполнен в виде контура, состоящего из катушки индуктивности, охватывающей операционную зону магнитного выделения частиц, и измерителя индуктивности.
Техническим результатом, достигаемым в данной полезной модели, является снижение трудоемкости и повышение точности определения содержания магнитных частиц в анализируемой пробе текучей среды. При этом в данной полезной модели с расширенными функциональными возможностями за счет использования ранее не применявшегося (в прототипе и устройствах подобного назначения) параметра индуктивности катушки, охватывающей операционную зону магнитного выделения частиц - в качестве контрольного параметра оценки операционных масс выделяемых частиц, вполне оправдано. Так, величина индуктивности катушки зависит от магнитных свойств ее объема, а, следовательно, от накопленной в указанной зоне массы таких частиц (эта зависимость устанавливается на практике соответствующей градуировкой).
На фиг. 1 показана схема устройства для определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в текучей, например, сыпучей среде. Устройство содержит магнитный сепаратор, состоящий из рабочего канала 2 для потока пробы среды, бункеров для подачи 1 и приема 9 среды,  источников 3 равноценного магнитного воздействия на поток (в частности, постоянных магнитов), обеспечивающих создание операционных зон (не менее трех, здесь - четырех) для выделения масс магнитных частиц 4 из потока среды, дроссель-клапана 8 расхода среды. Для получения необходимых данных анализа используется анализатор, каждый из узлов которого выполнен в виде контура, состоящего из катушки индуктивности 5, охватывающей зону выделения частиц, и измерителя индуктивности 6 (в частности, типа RLC), при этом соответствующая информация от измерителей индуктивности 6 поступает в блок 7 определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в пробе среды.
Устройство работает следующим образом. Поток пробы сыпучей среды из бункера для подачи 1 этой среды поступает в рабочий канал 2 магнитного сепаратора и, перемещаясь самотеком вдоль него, подвергается магнитному воздействию (операционной сепарации) посредством источников 3 такого воздействия. При этом магнитные частицы 4 выделяются (извлекаются) из потока, осаждаясь на внутренней поверхности рабочего канала 2 с закономерным уменьшением масс выделенных магнитных частиц в каждой из операционных зон. Благодаря катушкам индуктивности 5, охватывающим каждую из зон выделения частиц, информация от измерителя индуктивности 6 (изменяющаяся в зависимости от величины каждой из операционных масс  выделяемых магнитных частиц 4) поступает в блок 7 определения и оцифровки данных содержания магнитных частиц в пробе среды.
1. ГОСТы: 20239; 30483; Р53011; 5901; 13979.5; 1936; 15113.2; 13496.9; 17681; 26185.
2. ГОСТы: 25216; 23673.2; 23789.
3. Авторское свидетельство СССР 1461506. Магнитный анализатор (Рожков И.М., Кармазин В.В.).
4. Патент РФ 2409425. Способ определения концентрации магнитовосприимчивых примесей в текучей среде (Сандуляк А.В., Пугачева М.Н., Сандуляк А.А., Ершова В.А.), 2011.
5. Патент РФ 93305 (полезная модель). Устройство для определения содержания в текучей среде магнитновосприимчивых примесей (варианты) (Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Свистунов Д.И. и др.), 2010.