RU203653U1

RU203653U1 - Device for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a fluid

Info

Publication number: RU203653U1
Application number: RU2020143221U
Authority: RU
Inventors: Анна Александровна Сандуляк; Вера Александровна Ершова; Александр Васильевич Сандуляк; Юрий Олегович Горпиненко
Priority date: 2020-12-27
Filing date: 2020-12-27
Publication date: 2021-04-14

Abstract

Устройство относится к средствам анализа содержания магнитных (магнитно-восприимчивых) частиц и может быть использовано для определения фракции этих частиц в пробах тех многочисленных производств, где осуществляются процессы магнитного разделения материалов. Включает в себя магнитный сепаратор с не менее чем тремя операционными зонами магнитного выделения частиц, а также анализатор с соответствующим числом узлов для определения параметров оценки операционных масс 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. Каждый из узлов анализатора выполнен в виде контура, состоящего из катушки индуктивности, охватывающей операционную зону магнитного выделения частиц, и измерителя индуктивности. Техническим результатом является снижение трудоемкости и повышение точности определения содержания магнитных частиц в анализируемой пробе текучей среды - при расширенных функциональных возможностях устройства.The device belongs to the means of analyzing the content of magnetic (magnetically susceptible) particles and can be used to determine the fraction of these particles in the samples of those numerous industries where the processes of magnetic separation of materials are carried out. Includes a magnetic separator with at least three operational zones for magnetic separation of particles, as well as an analyzer with an appropriate number of nodes for determining the parameters for evaluating the operational masses of particles, connected to a unit for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a medium sample - with functions for obtaining, processing and displaying the actual and extrapolated dependence of the operating masses. Each of the analyzer assemblies is made in the form of a circuit consisting of an inductance coil, covering the operational zone of magnetic particle separation, and an inductance meter. The technical result is a reduction in labor intensity and an increase in the accuracy of determining the content of magnetic particles in the analyzed fluid sample - with expanded functionality of the device.

Description

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.The device belongs to the means of analyzing the content of magnetic possessing magnetically susceptible properties, particles and can be used in laboratory practice for determining the fraction of these particles in samples of various fluid (bulk, liquid, gaseous) media when solving problems of magnetic enrichment of ores, removing iron-containing impurities from food products, raw materials for glass and ceramics production, gas emissions in metallurgy, at the posts of welding and cutting metal, etc.

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.There are known means [1, 2] for analyzing the content of magnetic particles in bulk food products, raw materials for glass and ceramics production, when the operator manually repeatedly (three to six times) moves the source of magnetic influence, namely a permanent magnet, with scanning movements along a thin ( created for this purpose) layer of the sample of the investigated medium. The released magnetic particles are accumulated, the total mass is measured, and at a known value of the volume (or mass) of the sample, the concentration (mass fraction) of these particles is determined.

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.When using these tools and appropriate techniques, the procedure for such an analysis is laborious and relatively long in time, and its results are characterized by errors - due to the lack of justification for the number of operations of such magnetic separation, while even with an increase in the number of operations, it is not possible to completely extract magnetic particles from the sample. succeeds.

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.A device [3] is known, in which successive operations of magnetic separation of a sample of the analyzed medium are carried out: supplied from the bunker, it moves along cascaded flat inclined troughs made of non-magnetic material with a magnetic system located under them (blocks of permanent magnets, with a magnetic energy). The masses of magnetic particles allocated on each of the grooves (in each operation) are removed from the grooves, their total mass and the content of these particles in the total mass of the sample are determined.

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.When using this device, which allows to a certain extent to reduce labor costs, to shorten the analysis time, such an analysis as described above also does not provide a complete separation of magnetic particles, causing an error in the results.

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).The known method [4], providing for a number of identical operations of magnetic separation to extract magnetic particles from the sample - for subsequent measurement of the masses of the separated particles, and necessarily separately in each of the operations. The values of these operational masses (decreasing according to the revealed regularity) indicate a certain analytical dependence of the operational masses on the serial number of the operation. This makes it possible by calculation (including using the principle of extrapolation) to find the values of any operating masses - not only in order to check their convergence with the experimental data already found, but also to obtain data outside the actual number of operations performed, which makes it possible to more accurately determine the total the actual mass of magnetic particles in the sample and their content (concentration).

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.Being more objective, such an approach to the analysis of the content of magnetic particles, nevertheless, is laborious (due to the lack of technical solutions that allow obtaining the necessary experimental and design information in an automated mode), it takes time for the operator to perform the necessary calculations, identify and process analytical dependence of the decrease in operating masses.

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).The closest analogue (prototype), designed to determine the content of magnetic particles in a fluid, is a device [5], which includes a magnetic separator with at least three equivalent, sequentially located, operational zones of magnetic separation of particles. To automatically obtain the necessary analysis data, it also has an appropriate system consisting of an analyzer with a similar number of nodes to determine the operating masses of the emitted particles (by weighing or by measuring the parameters by which an estimate of these masses becomes available, in particular - magnetic flux, magnetic permeability, electrical capacity ), and a unit connected to the analyzer for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a sample of the medium (which has the functions of obtaining, processing and displaying the actual and extrapolated dependence of the operational masses of the emitted particles).

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).Although the prototype device contains an analyzer, which is a necessary link in the implementation of the possibility of automatically obtaining the necessary data on the content of magnetic particles in a fluid medium, the analyzer provides for the use of a number of technical solutions for determining the operational masses of the emitted particles (from their direct weighing to measuring such parameters, according to which can estimate the mass of the separated particles as a magnetic flux in the separation zone, magnetic permeability and electrical capacity of this zone), however, these technical solutions have disadvantages. This is the increased complexity and laboriousness of their practical implementation or / and increased complexity in ensuring the required accuracy of the fine measurements required here (these disadvantages could be eliminated or reduced when choosing for measurements other, more accessible and preferable for such purposes, parameters for estimating the operating masses).

Задача полезной модели заключается в снижении трудоемкости, повышении точности и расширении функциональных возможностей устройства.The task of the utility model is to reduce labor intensity, improve accuracy and expand the functionality of the device.

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.The problem is solved in a device for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a fluid sample, which includes a magnetic separator with at least three equivalent, sequentially located, operating zones of magnetic particle separation, as well as having an analyzer with an appropriate number of nodes for determining parameters evaluation of the operational masses of the emitted particles, connected to the unit for determining and digitizing the data on the content of magnetic particles in the sample of the medium (with the functions of obtaining, processing and displaying the actual and extrapolated dependence of the operational masses of the emitted particles). In this case, each of the analyzer nodes is made in the form of a circuit consisting of an inductance coil, covering the operational zone of magnetic particle separation, and an inductance meter.

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).The technical result achieved in this utility model is to reduce labor intensity and increase the accuracy of determining the content of magnetic particles in the analyzed fluid sample. At the same time, in this utility model with extended functionality, due to the use of a previously unused (in the prototype and devices of a similar purpose) parameter of the inductance of the coil covering the operational zone of magnetic particle release - as a control parameter for assessing the operational masses of the released particles, it is quite justified. So, the value of the inductance of the coil depends on the magnetic properties of its volume, and, consequently, on the mass of such particles accumulated in the indicated zone (this dependence is established in practice by the corresponding calibration).

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.FIG. 1 shows a diagram of a device for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a fluid, for example, a free-flowing medium. The device contains a magnetic separator, consisting of a working channel 2 for the flow of a sample of the medium, bunkers for supplying 1 and receiving 9 of the medium, sources 3 of an equivalent magnetic effect on the flow (in particular, permanent magnets), providing the creation of operating zones (at least three, here - four) to separate the masses of magnetic particles 4 from the flow of the medium, the throttle valve 8 of the flow of the medium. To obtain the necessary analysis data, an analyzer is used, each of the nodes of which is made in the form of a circuit consisting of an inductance coil 5, covering the particle separation zone, and an inductance meter 6 (in particular, of the RLC type), while the corresponding information from inductance meters 6 is fed to block 7 for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in the sample of the medium.

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.The device works as follows. The flow of a sample of a granular medium from the hopper for supplying 1 of this medium enters the working channel 2 of the magnetic separator and, moving by gravity along it, is subjected to magnetic action (operational separation) by means of sources 3 of such action. In this case, magnetic particles 4 are separated (extracted) from the flow, deposited on the inner surface of the working channel 2 with a regular decrease in the masses of the separated magnetic particles in each of the operating zones. Thanks to the inductance coils 5, covering each of the particle emission zones, the information from the inductance meter 6 (varying depending on the value of each of the operating masses of the emitted magnetic particles 4) enters the block 7 for determining and digitizing the data on the content of magnetic particles in the medium sample.

1. ГОСТы: 20239; 30483; Р53011; 5901; 13979.5; 1936; 15113.2; 13496.9; 17681; 26185.1.GOSTs: 20239; 30483; P53011; 5901; 13979.5; 1936; 15113.2; 13496.9; 17681; 26185.

2. ГОСТы: 25216; 23673.2; 23789.2. GOSTs: 25216; 23673.2; 23789.

3. Авторское свидетельство СССР 1461506. Магнитный анализатор (Рожков И.М., Кармазин В.В.).3. USSR author's certificate 1461506. Magnetic analyzer (IM Rozhkov, VV Karmazin).

4. Патент РФ 2409425. Способ определения концентрации магнитовосприимчивых примесей в текучей среде (Сандуляк А.В., Пугачева М.Н., Сандуляк А.А., Ершова В.А.), 2011.4. RF patent 2409425. Method for determining the concentration of magnetically susceptible impurities in a fluid (Sandulyak AV, Pugacheva MN, Sandulyak AA, Ershova VA), 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.), 2010.5. RF patent 93305 (utility model). A device for determining the content of magnetically susceptible impurities in a fluid (options) (Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Svistunov D.I., etc.), 2010.

Claims

A device for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a fluid sample, which includes a magnetic separator with at least three equivalent, sequentially located, operational zones of magnetic particle separation, as well as having an analyzer with an appropriate number of nodes to determine the parameters for evaluating the operational masses of the released particles connected to a unit for determining and digitizing data on the content of magnetic particles in a sample of the medium with the functions of obtaining, processing and displaying the actual and extrapolated dependence of the operating masses of the separated particles, characterized in that each of the analyzer nodes is made in the form of a circuit consisting of an inductor covering an operating area for magnetic particle separation, and an inductance meter.