УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ МАГНИТНОЙ СИЛЫ ПОЛЮСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАГНИТНЫХ АППАРАТОВ И ПРИБОРОВ
DEVICE FOR TESTING MAGNETIC FORCE OF POLE ELEMENTS OF MAGNETIC DEVICES AND INSTRUMENTS

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для тестирования магнитной силы полюсных элементов различных магнитных аппаратов и приборов. В частности, это применяемые в технологии пищевых, горнообогатительных, керамических, энергетических, химических, литейных и других производств, а также для решения биотехнологических и экологических задач магнитные сепараторы и анализаторы, полюсные (рабочие) элементы которых предназначены для магнитофореза, захвата и осаждения на них ферровключений из потока среды. Кроме того, это применяемые в строительном деле (для оперативного монтажа и демонтажа опалубки) и в погрузке-разгрузке (железного лома) различные силовые магниты и электромагниты.
Из уровня техники известны способы и устройства для измерения таких параметров магнитного поля, создаваемого различными аппаратами и приборами, как напряженность и/или индукция [патент RU 2699235 С1, дата публикации 04.09.2019; патент RU 2694798 С1, дата публикации 16.07.2019; патент RU 2522128 С1, дата публикации 10.07.2014; патент RU 2526293 С1, дата публикации 20.08.2014; патент RU 2098807 С1, дата публикации 10.12.1997; авторское свидетельство SU 1397862 А1, дата публикации 23.05.1988; авторское свидетельство SU 313182 А1, дата публикации 31.08.1971; авторское свидетельство SU479060 А1, дата публикации 30.07.1975].
Эти разработки, основанные на использовании магнитоэлектрических систем, пьезоэлектрических композитов, датчиков Холла, измерительных катушек (подключаемых к милливеберметру, баллистическому гальванометру) и пр., обеспечивая получение данных напряженности и/или индукции поля, тем не менее, в отсутствие других необходимых данных не позволяют получать информацию об уровне магнитной силы полюсных элементов аппаратов и приборов - столь необходимую для объективной характеристики работоспособности, в частности, магнитных сепараторов и других устройств, где такая информация является принципиально важной.
Известно устройство [патент RU 2539726 С1, дата публикации 27.01.2015] с применением специфичного феррозонда (в соответствующем магнитометре для измерения компонент индукции магнитного поля), где феррозондовый датчик содержит сердечник из ферромагнитного материала, катушку возбуждения и измерительные катушки. Однако такой феррозонд в данном случае не обладает функцией, которая бы позволяла определять уровень магнитной силы полюсных элементов аппаратов и приборов: наличие этого феррозонда в устройстве позволяет, по сути, решать ту же ограниченную задачу определения индукции.
Известно устройство [патент RU 2399927 С1, дата публикации 20.09.2010] с применением иного феррозонда - в виде закрепляемой на намагниченном объекте скобы, выполняющей роль сердечника, с намоткой. Однако такой феррозонд также не обладает функцией, которая бы позволяла определять уровень магнитной силы полюсных элементов аппаратов и приборов: наличие этого феррозонда в устройстве позволяет контролировать изменения во времени намагниченности объекта.
Известно устройство [авторское свидетельство SU 73700 А1, дата публикации 31.08.1949] для измерения силы магнитного притяжения (постоянных магнитов). Оно содержит пару стальных стержней (каждый из которых тоже можно именовать феррозондом), располагаемых на определенном расстоянии от разноименных полюсов подковообразного магнита. При этом степень магнитного воздействия на них регистрируется на шкале посредством подпружиненного поворотного железного якоря и соответствующего указателя (на шкалу). Недостатком устройства является его ограниченная применимость: только для постоянного магнита указанной формы при отсутствии возможности выполнения измерения магнитной силы отдельно для каждого из полюсов. К тому же, вряд ли правильной можно считать имеющуюся в описании устройства рекомендацию градуировать шкалу здесь в единицах индукции (а не в единицах силы).
Известно решение [законодательные документы: СанПиН 2.3.4.545-96 «Производство хлеба, хлебобулочных и кондитерских изделий», п. 3.9.14; СанПиН 1197-74 «Санитарные правила для предприятий по производству растительных масел», п. 7.1], обязывающее использовать устройство, которое должно соответствовать требованию к проверке работоспособности магнитных сепараторов - путем проверки силы применяемого в сепараторе магнита (эта сила не должна быть менее 8 кГ на 1 кГ собственного веса или на 1 кг собственной массы). Однако, хотя в устройстве подразумевается наличие ферромагнитного тела, отрываемого от магнита (в данном случае это тело тоже имеет смысл именовать феррозондом), конкретные рекомендации по конструктивному оформлению устройства и его реализации не оговариваются. К тому же, не оговаривается форма такого тела-феррозонда, а это особенно важно, особенно для весьма распространенного случая, когда поверхность магнита (реально -поверхность того или иного полюсного элемента сепаратора) не является строго плоской. Так, форма тела-феррозонда должна быть в определенной мере универсальной: для тестирования полюсных элементов с различной формой поверхности.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является устройство, описанное в публикации [Сандуляк А.А. и др. Методика и результаты диагностики силовых характеристик неоднородных зон магнитных сепараторов (прямое зондирование) / Метрология, 2011, №2, с. 36-47]. Устройство-прототип состоит из приемлемого для разных полюсных элементов (с той или иной формой поверхности) феррозонда, а именно шарообразного, принудительно отрываемого от полюсного элемента (применение такого, в определенном смысле универсального, феррозонда расширяет возможности тестирования - для случая не только полюсного элемента с плоской поверхностью, в частности, постоянного магнита, но и полюсных элементов с поверхностями различной формы), измерителя силы отрыва, связанного с феррозондом посредством хвостовика (в виде нити, наматываемой на такой механизм ее перемещения как блок вращения).
Основной недостаток прототипа состоит в том, что хвостовик является нерастяжимым, и это обусловливает получение взаимно отличающихся данных силы отрыва феррозонда (при повторении одного и того же измерения): сила отрыва оказывается зависимой от скорости вращения блока, т.е. от времени механического воздействия, побуждающего к отрыву феррозонда. Это особенно проявляется для случаев сравнительно резкого и плавного приложения таких воздействий, что вносит (из-за неодинаковых условий отрыва) погрешность в результаты измерений. К недостаткам устройства-прототипа также относится отсутствие демпфирующего экрана для безопасного гашения скорости феррозонда, приобретаемой при его отрыве в направлении измерителя силы и оператора.
Задача изобретения заключается в повышении точности измерений магнитной силы полюсных элементов магнитных аппаратов и приборов, в частности, магнитных сепараторов с полюсными (рабочими) элементами разной конфигурации, а также в повышении безопасности этих измерений.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для тестирования магнитной силы полюсных (рабочих) элементов магнитных аппаратов и приборов, включая магнитные сепараторы, состоящем из шарообразного феррозонда, принудительно отрываемого от поверхности полюсного элемента, измерителя силы отрыва, связанного с шарообразным феррозондом посредством хвостовика, этот хвостовик выполнен растяжимым упругим, а между измерителем силы отрыва и шарообразным феррозондом установлен гаситель скорости шарообразного феррозонда (после его отрыва от поверхности полюсного элемента).
Необходимое для хвостовика свойство, заключающееся в возможности его упругого растяжения (чем практически достигается идентичность механического, побуждающего к отрыву феррозонда, воздействия - с соответствующим повышением точности измерений), может быть обеспечено, например, выполнением хвостовика в виде пружины из неферромагнитного материала (в отличие от материала феррозонда) или хвостовика-стержня с соответствующей пружинной вставкой. Этой же цели может служить также вариант хвостовика, выполненный из композита с памятью формы.
Для повышения безопасности измерений (прибора для измерения силы отрыва и оператора), гаситель скорости шарообразного феррозонда предпочтительно может быть выполнен в виде демпфирующего экрана с отверстием, обеспечивающим свободный ход хвостовика. При этом для усиления эффекта демпфирования экран содержит покрытие из пористой резины.
Технический результат, который достигается от использования изобретения, заключается в том, что вследствие применения растяжимого упругого хвостовика (в частности, из пружины или с пружинной вставкой, либо композита с памятью формы) создается идентичное (при воспроизводстве измерений силы отрыва феррозонда) натяжение хвостовика и соответствующее, побуждающее к отрыву феррозонда, механическое воздействия на него: это снижает погрешность измерений. Применение же между измерителем силы и шарообразным феррозондом гасителя скорости шарообразного феррозонда (после его отрыва от поверхности полюсного элемента), выполненного в виде демпфирующего экрана с отверстием (обеспечивающим свободный ход хвостовика), в том числе с усиливающим демпфирующие качества покрытием (например, из пористой резины) повышает безопасность эксплуатации измерителя силы отрыва, а также безопасность работы оператора при проведении измерений магнитной силы. При этом важно и то, что предлагаемое устройство позволяет отказаться от механизма по перемещению хвостовика (с феррозондом) и производить это перемещение вручную, упрощая тем самым как устройство, так и операции по измерению магнитной силы и повышая оперативность такого измерения (на практике - многократных локальных измерений).
На фиг. 1 показана схема варианта предложенного устройства. Оно содержит шарообразный феррозонд 1, закрепленный на конце упругого растяжимого хвостовика (например, в виде витой цилиндрической неферромагнитной пружины 2) и изначально, перед проведением измерений, находящейся на поверхности полюсного элемента 3 (показан фрагмент этого элемента, в общем случае - с поверхностью, отличающейся от плоской). Противоположный конец пружины 2 связан с измерителем силы 4 (предпочтительно с функцией фиксации силы отрыва, в данном случае - фиксации максимально достигаемой силы воздействия на шарообразный феррозонд 1, которая при проведении измерений соответствует силе отрыва шарообразного феррозонда 1 от поверхности полюсного элемента 3). Для повышения безопасности эксплуатации измерителя силы 4 и работы оператора по выполнению измерений между измерителем силы 4 и шарообразным феррозондом 1 установлен гаситель скорости феррозонда (после его отрыва от поверхности полюсного элемента 3) - в виде, например, демпфирующего экрана 5 (закрепленного в нижней части корпуса измерителя силы 4) - с отверстием, обеспечивающим свободный ход пружины 2. При этом демпфирующий экран 5 для усиления эффекта демпфирования снабжен обращенным к шарообразному феррозонду 1 покрытием 6 из пористой резины.
Устройство работает следующим образом. При перемещении связанного с одним из концов пружины 2 измерителя силы 4 посредством этой пружины осуществляется силовое воздействие на шарообразный феррозонд 1. Перемещение измерителя силы 4 (на практике - вручную) производится вплоть до отрыва шарообразного феррозонда 1 от поверхности полюсного элемента 3, при этом силовое воздействие на шарообразный феррозонд 1 в момент его отрыва (т.е. сила отрыва) фиксируется измерителем силы 4; в случае необходимости находят удельную силу отрыва - как отношение измеренной силы к объему шарообразного феррозонда 1.