УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ В ТЕКУЧЕЙ СРЕДЕ МАГНИТНО-ВОСПРИИМЧИВЫХ ПРИМЕСЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая группа полезных моделей относится к области контроля состава различных материалов при фракционном их разделении на обладающие и не обладающие ферро(ферри)магнитными свойствами, при котором содержание магнитновосприимчивых примесей в среде определяют по фактической массе их осадка, выделенного из анализируемой контрольной порции среды, и может быть использована в различных отраслях промышленности для текучих (сыпучих, жидких газообразных) сред, в частности, для фракционного анализа материалов при решении вопросов их обогащения или лабораторного исследования (анализа).
В настоящее время в соответствии с действующими ГОСТами лабораторный контроль соответствующего параметра качества, например пищевых продуктов, осуществляется  помощью ручного устройства, которое представляет собой постоянный магнит, снабженный защитным экраном из немагнитного материала и перемещаемый оператором по определенной схеме неоднократно над слоем исследуемой порции продукта.
Известно устройство (RU 2197529, 2003 г.) в виде чаши с расположенными в ней анализируемой средой и постоянным магнитом, состоящим из отдельных элементов, зафиксированных в шахматном порядке, неоднократно перемещаемым по кругу над средой также вручную.
При использовании этих аналогов процесс сепарации трудоемок, а из-за отсутствия обоснованных требований к кратности сепарации и анализу результатов определения масс извлекаемых магнитновосприимчивых примесей не обеспечивается достаточно объективный контроль.
Магнитные анализаторы, известные из авт. вид. СССР №300825, 1971 г.  №1461506, 1989 г., позволяют минимизировать трудозатраты, сократить время анализа и повысить его точность.
По числу совпадающих существенных признаков наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемых полезных моделей является устройство по авт. вид СССР №1461506, 1989 г., содержащее исполнительный магнитный сепаратор, обеспечивающий несколько последовательных, с определнным шагом осуществляемых, циклов сепарации контрольной порции анализируемой среды. Рабочий орган сепаратора, предназначенный для размещения порции среды, выполнен наклонным в виде каскадно установленного ряда желобов и снабжен источником магнитного воздействия, который представляет собой ряд блоков постоянных магнитов, установленных в порядке возрастания их магнитной энергии. Анализируемая среда, подаваемая из бункера на наклонный рабочий орган, перемещается по желобам и на каждом желобе выделяется (оседает) магнитновосприимчивая фракция в соответствии с энергией расположенного под ним магнита, а немагнитная фракция уходит с последнего желоба в приемную емкость. Выделенные магнитновосприимчивые фракции снимаются с каждого желоба, взвешиваются, и значение их суммарной массы используется для определения уровня содержания магнитновосприимчивых примесей в общей массе материала.
При этом в прототипе реализуется метод анализа, основанный на убеждении, что в процессеразделения материала на фракции обеспечивается 100%-ное отделение магнитновосприимчивых примесей, не являющемся достаточно достоверным, т.к. следует признать, что ни один из известных способов разделения не обеспечивает 100%-ного отделения примесей. Реализовать же метод достоверного анализа, который основывался бы на оценке не только фактически выделенных масс примесей, а и остаточой массы примесей, установленной виртуально, в прототипе невозможно из-за отсутствия в нем необходимых технических средств, в том числе позволявших бы осуществлять поцикловое определение масс осадка.
Задача, реализуемая полезными моделями, и технический результат, получаемый при их использовании, заключаются в расширении арсенала устройств для определения содержания в текучей среде магнитновосприимчивых примесей, создание устройств, обеспечивающих достаточно высокий уровень достоверности анализа, включая автоматизированные.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в первом варианте устройства для определения содержания в текучей среде магнитновосприимчивых примесей по массе осадка примесей, выделенных из анализируемой контрольной порции среды, содержащем исполнительный магнитный сепаратор, обеспечивающий не менее трех последовательных, с определенным шагом осуществляемых циклов сепарации упомянутой порции, имеющий рабочий орган для размещения среды, снабженный источником магнитного воздействия, а также узлы подачи и приема среды, в отличие от прототипа, имеется средство поциклового определения массы осадка примесей и системный анализатор с функциями визуализации поцикловых фактических масс осадка, легализации получаемой функциональной зависимости этих масс, экстраполяции этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс и интеграции фактических и экстраполяционных данных по массам осадка, рабочий орган состоит из секций поцикловой сепарации, а источник магнитного воздействия выполнен в виде ряда дистанционно размещенных магнитных блоков с одинаковой магнитной энергией, шаг размещения которых соответствует шагу поцикловой сепарации, причем рабочий орган и источник магнитного воздействия взаимосвязаны между собой с обеспечением равноценного магнитного воздействия на среду в каждом из осуществляемых циклов, при этом средство определения фактической массы осадка функционально связано с каждой из секций рабочего органа и подключено к анализатору.
В частных случаях исполнения:
- рабочий орган выполнен в виде наклонного лотка с функционально выделенными за счет упомянутого дистанционного размещения магнитных блоков секциями поцикловой сепарации, как минимум тремя, или в виде наклонного лотка, состоящего из цепочки желобов, как минимум трех, каждый из которых размещен над соответствующим ему магнитным блоком;
- угол наклона лотка выбран из условия: α=arctgk:, где k - коэффициент трения между средой и поверхностью, по которой она перемещается;
- рабочий орган выполнен в виде технологической цепочки фильтров, как минимум трех, охваченных магнитными блоками; причем фильтр представляет собой канал, в котором размещена ферромагнитная фильтрующая матрица, например засыпка шаров из нержавеющей стали 95Х18, при этом канал выполнен с проходным сечением, обеспечивающим скорость фильтрования υ анализируемой среды υ≤600ν/d, где ν - ее кинематическая вязкость, d - диаметр шаров фильтрующей матрицы;
- системный анализатор выполнен в виде комплекса функциональных блоков, включающего в себя, по меньшей мере, блок визуализации поцикловых фактических масс осадка, блок легализации получаемой функциональной зависимости этих масс, блок экстраполяции этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс, блок интеграции фактических и экстраполяционных данных по массам осадка; в качестве системного анализатора может служить компьютер с программным продуктом, обеспечивающим выполнение перечисленных функций анализатора.
По второму варианту поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в устройстве для определения содержания в текучей среде магнитно-восприимчивых примесей по массе осадка примесей, выделенных из контрольной исследуемой порции среды, содержащем исполнительный магнитный сепаратор, обеспечивающий не менее трех последовательных, с определенным шагом осуществляемых, циклов сепарации упомянутой порции, имеющий рабочий орган для размещения среды, снабженный источником магнитного воздействия, а также узлы подачи и приема среды, в отличие от прототипа, имеется средство поциклового определения фактической массы осадка примесей и системный анализатор с функциями визуализации поцикловых фактических масс осадка, легализации получаемой функциональной зависимости этих масс, экстраполяции этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс и интеграции фактических и экстраполяционных данных по массам осадка, исполнительный магнитный сепаратор снабжен узлом поциклового возврата среды из приемного средства в подающее и имеет один магнитный блок, рабочий орган в нем выполнен односекционным, причем рабочий орган и источник магнитного воздействия взаимосвязаны между собой с обеспечением равноценного магнитного воздействия на среду в каждом из осуществляемых циклов, при этом средство определения фактической массы осадка функционально связано с рабочим органом и подключено к анализатору.
В частных случаях исполнения:
- рабочий орган выполнен в виде наклонного лотка, расположенного над магнитным блоком;
- угол наклона лотка выбран из условия: α=arctgk, где k - коэффициент трения между средой и поверхностью, по которой она перемещается;
- рабочий орган выполнен в виде фильтра, охваченного магнитным блоком, причем фильтр представляет собой канал, в котором размещена ферромагнитная фильтрующая матрица, например засыпка шаров из нержавеющей стали 95Х18, причем канал выполнен с проходным сечением, обеспечивающим скорость фильтрования υ анализируемой среды υ≤600ν/d, где ν - ее кинематическая вязкость, d - диаметр шаров фильтрующей матрицы;
- системный анализатор выполнен в виде комплекса функциональных блоков, включающего в себя, по меньшей мере, блок визуализации поцикловых фактических масс осадка, блок легализации получаемой функциональной зависимости этих масс, блок экстраполяции этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс, блок интеграции фактических и экстраполяционных данных по массам осадка; в качестве системного анализатора может служить компьютер с программным продуктом, обеспечивающим выполнение перечисленных функций анализатора.
Выполнение устройства с возможностью проведения не менее трех циклов сепарации, причем с одинаковыми параметрами магнитного воздействия, возможностью поциклового взвешивания фактического осадка выделенных при этом примесей позволяет на основе экстраполяции полученных поцикловых масс примесей вычислить общую массу магнитновоспримчивых примесей, реально присутствующих в контрольной порции анализируемой среды, без необходимости проведения большего числа циклов сепарации, обеспечивая тем самым снижение трудозатрат при значительном повышении достоверности результатов контроля.
Снабжение устройства системным анализатором с перечисленными функциями и подключенным к нему средством поциклового взвешивания осадка примесей, связанного с каждой из секций рабочего органа, позволяет расширить его функциональный и технологический диапазоны, автоматизировать процесс контроля и/или исследования.
Достижению этих преимуществ способствует и предлагаемое в обоих вариантах выполнение рабочего органа, обеспечивающее оптимальную скорость перемещения анализируемой среды в сепараторе.
Выполнение исполнительного магнитного сепаратора во втором варианте с узлом поциклового (после каждого цикла) возврата среды из приемного узла в подающий позволяет осуществлять множество циклов выделения примесей при укороченном, в сравнении с первым вариантом, односекционном рабочем органе.
На представленных чертежах: на фиг.1-3 - даны схемы примеров исполнения устройства по первому варианту; на фиг.4-5 - то же по второму варианту.
В первом варианте устройство содержит исполнительный магнитный сепаратор, состоящий из рабочего органа 1, включающего в себя определенное число секций 2 поцикловой сепарации, и источника магнитного воздействия, выполненного в виде ряда магнитных блоков 3 с одинаковой магнитной энергией, расположенных дистанционно между собой вдоль рабочего органа 1. Шаг размещения блоков 3 соответствует шагу поцикловой сепарации, который устанавливается в зависимости от свойств и вида анализируемой среды. Размеры и конструктивное решение исполнительного сепаратора выбираются такими, чтобы обеспечивалось не менее трех последовательных циклов сепарации.
Рабочий орган 1 выполнен в виде наклонного лотка (при необходимости - вибролотка), секции 2 которого выделены функционально за счет описанного выше порядка размещения магнитных блоков 3 (фиг.1), или он выполняется в виде наклонного лотка, состоящего из цепочки последовательно взаимосвязанных между собой желобов-секций 2, каждый из которых размещен над соответствующим ему блоком 3 (фиг.2). Угол наклона лотка выбирается из условия: α=arctgk, где k - коэффициент трения между средой и поверхностью, по которой она перемещается.
Рабочий орган 1 может быть также выполнен в виде технологической цепочки фильтров-секций 2, охваченных блоками 3 (фиг.3). Фильтр в этом случае может представлять собой канал с размещенной в нем ферромагнитной фильтрующей матрицей, например засыпкой шаров из нержавеющей стали 95Х18. Проходное сечение канала должно обеспечивать скорость фильтрования υ анализируемой среды υ<600ν/d, где ν - ее кинематическая вязкость, d - диаметр шаров фильтрующей матрицы.
Системный анализатор 4 устройства выполнен с функциями визуализации поцикловых фактических масс осадка (в частности, в виде графической зависимости этих масс от числа циклов сепарации); легализации получаемой функциональной зависимости этих масс (нахождения ее аналитического вида); экстраполяции этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс, интеграции (суммирования) фактических и экстраполяционных данных по массам осадка. Анализатор выполняется в виде комплекса функциональных блоков, включающего в себя, по меньшей мере, блок 5 визуализации поцикловых фактических масс осадка, блок 6 легализации получаемой функциональной зависимости этих масс, блок 7 экстраполяции этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс, блок 8 интеграции фактических и экстраполяционных данных по массам осадка. В качестве системного анализатора устройства может служить компьютер с программным продуктом, обеспечивающим выполнение перечисленных выше функций анализатора.
Устройство содержит средство 9 любого типа для поциклового определения фактической массы осадка примесей, например, аналитические весы, оперативные системы измерения зависимых от массы осадка таких параметров, характеризующих объем потенциальной локализации осадка, как магнитный поток, магнитная проницаемость, электроемкость, оптическая плотность и т.п., а также узел 10 подачи среды на рабочий орган 1 и узел 11 приема среды, которые выполняются любым целесообразным образом. Средство 9 функционально связано с каждой из секций 2 и подключено к анализатору 4.
По второму варианту, так же как и по первому варианту, устройство содержит исполнительный магнитный сепаратор, состоящий из рабочего органа 1, включающего в себя определенное число секций 2, и источника магнитного воздействия в виде магнитных блоков 3. Рабочий орган 1 выполнен в виде наклонного лотка, секция 2 которого, например, выделена функционально размещением магнитного блока 3 (фиг.4), или выполнена в виде фильтра, охваченного блоком 3 (фиг.5). Угол наклона лотка и выполнение фильтра аналогичны описанным в первом варианте.
Системный анализатор 4 с функциями, как и в первом варианте, выполнен в виде комплекса функциональных блоков и включает в себя блоки 5-8. В качестве системного анализатора может также служить компьютер с программным продуктом, обеспечивающим выполнение перечисленных выше функций анализатора.
Средство 9 для поциклового определения массы осадка примесей, как и в первом варианте, может использоваться любого типа, например, аналитические весы, оперативные системы измерения зависимых от массы осадка таких параметров, характеризующих объем потенциального образования осадка, как магнитный поток, магнитная проницаемость, электроемкость, оптическая плотность и т.п. Узел 10 подачи среды на рабочий орган 1 и узел 11 приема среды также выполняются любым целесообразным образом. Средство 9 функционально связано с секцией 2 и подключено к анализатору 4.
В отличие от предыдущего варианта, в этом варианте устройства исполнительный магнитный сепаратор выполнен с односекционным рабочим органом 1, одним магнитным блоком 3 и дополнительно снабжен узлом 12, расположенным между узлами 10 и 11 для обеспечения необходимого по условиям сепарации числа повторных, последующих после первого, циклов выделения примесей. В этом варианте рабочий орган 1 также может иметь более одной секции 3, например две или три, что целесообразно при необходимости проведения большого числа циклов и при этом нежелательно значительно удлинять рабочий орган. В этом случае источник магнитного воздействия выполняется в виде ряда магнитных блоков 3 с одинаковой магнитной энергией, расположенных дистанционно между собой вдоль рабочего органа 1, шаг размещения которых определяется так же как и в первом варианте.
Рабочий орган 1 и магнитные блоки 3 в обоих вариантах взаимосвязаны между собой с обеспечением равноценного магнитного воздействия на среду в каждом из осуществляемых циклов. В устройстве могут быть предусмотрены средства регулирования их взаимосвязи для корректировки магнитного воздействия при переходе от одной среды к другой (на чертежах не показаны).
Исполнение таких узлов и элементов как рабочий орган, источник магнитного воздействия, средство определения фактических масс осадка примесей, системного анализатора и в первом, и во втором вариантах может быть выполнено и другим известным образом.
Работа устройства по первому варианту поясняется на конкретном примере его исполнения в соответствии со схемой, представленной на фиг.1.
Контрольная порция определенного объема (определенной массы) исследуемого материала из узла 10 подается на наклонный лоток (при необходимости - вибролоток) рабочего органа 1 и, благодаря выбранному углу наклона лотка, самотеком перемещается вдоль него со скоростью, обеспечивающей в каждой секции 2 наклонного лотка равноценное магнитное воздействие на среду со стороны соответствующих блоков 3 и выделение из нее осадка 13 магнитновосприимчивых примесей.
При помощи средства 9, например, аналитических весов, определяются фактические массы осадка 13 примесей - после их механического снятия с каждой из секций 2 (оценка масс осадка может производиться также оперативными, предварительно протарированными системами измерения зависимых от массы осадка таких параметров, характеризующих объем потенциального образования осадка, как магнитный поток, магнитная проницаемость, электроемкость, оптическая плотность и пр.).
Поступая в систему 4 из блоков 5-8 полученная информация о посекционных массах осадка подвергается соответствующему анализу, логичными итерационными этапами-результатами которого являются:
- визуализация поцикловых фактических масс осадка целесообразна (для наглядности, особенно с целью подтверждения необходимости оценки остаточной массы магнитновосприимчивых примесей) в виде показательной графической зависимости этих масс от числа циклов сепарации;
- легализация функционального вида получаемой зависимости этих масс от числа циклов сепарации (т.е. нахождение необходимого для дальнейшего анализа аналитического);
- экстраполяция этой зависимости за рамки участка фактических поцикловых масс (в основе объективной экстраполяции - установленный аналитический вид получаемой зависимости этих масс от числа циклов сепарации, как правило - экспоненциальный);
- интеграция (суммирование) фактических и экстраполяционных данных по массам осадка с получением результата о совокупной массе магнитновосприимчивых примесей, присутствующих в исследуемой порции среды и, как следствие, вывод об их концентрации (из расчета на единицу объема и/или массы этой среды).
Работа устройства по первому варианту поясняется также и на конкретном примере его исполнения в соответствии со схемой, представленной на фиг.3.
Контрольная порция исследуемой среды (жидкой или газообразной) из узла 10 подается в рабочий орган 1 в виде технологической цепочки фильтров-секций 2, содержащих, например, такую ферромагнитную фильтрующую матрицу как засыпка шаров из нержавеющей стали 95Х18, охваченных блоками 3 (фиг.3). Благодаря равноценному магнитному воздействию на среду со стороны соответствующих блоков 3 и выбранной скорости фильтрования в каждой секции 2 обеспечиваются необходимые, одинаково благоприятные условия для выделения из нее осадка 13 магнитновосприимчивых примесей. Затем, как и в предыдущем примере, при помощи средства 9, например, аналитических весов, определяются фактические массы осадка 13 примесей. Полученная информация подвергается далее соответствующему анализу в системе 4 с получением необходимых, как и в предыдущем примере результатов.
Работа устройства по второму варианту, например в соответствии с фиг.4-5, осуществляется следующим образом.
Контрольная порция исследуемой среды из узла 10 поступает в рабочий орган 1: на наклонный лоток (желоб) или в фильтр. Поскольку, в отличие от предыдущего варианта, в этом варианте устройства рабочий орган 1 - односекционный, содержащий один магнитный блок 3, и дополнительно снабжен узлом 12 для обеспечения необходимого числа повторных, неоднократных, как минимум, трехкратных циклов выделения примесей, при помощи средства 9 определяются фактические массы осадка 13 примесей после каждого цикла. Полученная информация подвергается соответствующему, аналогичному описанному выше, анализу в системе 4 из блоков 5-8 с получением необходимых результатов, конечным из которых является определение совокупной массы магнитновосприимчивых примесей, присутствующих в исследуемой порции среды, и их концентрации.
Применение предлагаемой группы полезных моделей позволяет снизить трудозатраты определения содержания в текучей среде магнитновосприимчивых примесей при значительном повышении достоверности результатов, расширении функционального и технологического диапазона устройств такого назначения.