Устройство для контактного контроля магнитной силы на полюсных поверхностях Российский патент 2021 года по МПК B03C1/00 B03B13/04 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для диагностики магнитной силы на полюсных поверхностях аппаратов магнитного разделения материалов и силового воздействия на ферро-ферримагнитные объекты: магнитных сепараторов в горнообогатительной, пищевой, химической, строительной, металлургической и других отраслях промышленности, силовых электромагнитов и пр.

Известны способ [1] и устройство [2] для измерения такой характеристики магнитного поля как его напряженность (по разности потенциалов в конденсаторе с диэлектриком из магнитострикционно-пьезоэлектрического композита). Однако данные об этой характеристике, в частности, на полюсной поверхности источника поля, не позволяют получать информацию о силе воздействия поля на определенное ферромагнитное тело, например, помещаемое на эту поверхность.

Известно устройство [3], работа которого основана на измерении намагниченности объекта специализированным феррозондом, а именно состоящим из сердечника с электрической обмоткой и представляющим собой скобу с наконечниками, контактирующими с поверхностью корпусной конструкции. Однако используемый в данном устройстве многосоставной феррозонд не предназначен для диагностики силы магнитного воздействия.

Известен также феррозондовый магнитометр [4] для измерения компонент индукции магнитного поля, в котором используется многосоставной феррозондовый датчик: с сердечником, катушкой возбуждения и измерительными катушками. Но, как и в предыдущем аналоге, он не предназначен для диагностики силы магнитного воздействия.

Известно устройство [5], согласно которому проводятся измерения магнитной индукции на поверхности постоянных магнитов при помощи тесламетра. Однако данное устройство не позволяет получать информацию о магнитной силе на этой поверхности.

Известен нормативный документ [6], обязывающий проводить проверку магнитного сепаратора измерением удельной подъемной силы используемых в нем магнитов. Тем не менее, в этом документе не оговорено конструктивное исполнение соответствующего измерительного устройства и его элементов, в том числе ферромагнитных тел (феррозондов), с помощью которых можно было бы определять подъемную силу магнитов (по силе отрыва от поверхности магнита) - для того, чтобы судить о результатах проверки сепаратора. К тому же, отсутствует указание на то, какая форма феррозондов обеспечивала бы получение объективных данных измерений, особенно когда полюсная поверхность является не только плоской.

Наиболее близким по техническому решению является устройство, описанное в публикации [7]. Оно состоит из пробного магнетика в виде шарообразного феррозонда, принудительно отрываемого от поверхности полюсного элемента посредством тягового неферромагнитного хвостовика (нерастяжимой нити) - путем увеличения прикладываемой силы вплоть до отрыва феррозонда, что фиксируется измерителем силы. При этом величина силы отрыва свидетельствует о величине магнитной силы, воздействующей на феррозонд, контактирующий с полюсной поверхностью. Используемая же шарообразная форма феррозонда позволяет получать данные силы отрыва от полюсных поверхностей разной конфигурации, что не требует индивидуального трудоемкого подбора соответствующей конфигурации контактной поверхности феррозонда. Однако применение указанного, т.е. нерастяжимого, хвостовика (не обеспечивающего упругую, демпфирующую связь между ним и феррозондом) негативно сказывается на точности измерений. Так, данные силы отрыва в идентичных измерениях могут отличаться друг от друга - в зависимости от интенсивности (медленно или резко увеличиваемой) принудительной силы, прилагаемой к феррозонду (посредством нерастяжимого здесь хвостовика). Тем самым возникает погрешность определения силы отрыва феррозонда от полюсной поверхности, т.е. магнитной силы на полюсной поверхности.

Задача предлагаемого изобретения - повышение точности в определении силы отрыва феррозонда от полюсной поверхности и, следовательно, воздействующей на него магнитной силы на полюсной поверхности.

Поставленная задача решается в устройстве для контактного контроля магнитной силы на полюсных поверхностях, состоящем из пробного магнетика в виде шарообразного феррозонда, принудительно отрываемого от полюсной поверхности посредством тягового неферромагнитного хвостовика, и измерителя силы отрыва. В этом устройстве тяговый хвостовик, выполненный жестким, содержит закрепленную на его торце поперечную упругую неферромагнитную консоль с размещенным в ее концевой части шарообразным феррозондом и снабженную датчиком контроля деформации изгиба консоли, выполненным с возможностью подачи сигнала в исполнительный узел, в котором для преобразования сигнала, обработки и оцифровки данных, проградуированные в единицах силы установлены измерительный и аналого-цифровой преобразователи, микроконтроллер и блок отображения данных, служащие для определения силы отрыва, свидетельствующей о магнитной силе.

Необходимые упругие свойства неферромагнитной консоли (закрепленной на торце хвостовика, в данном случае - жесткого cтержня, с рукояткой на противоположном торце, позволяющей выполнять силовые действия для отрыва феррозонда от полюсной поверхности вручную) в достаточной мере могут быть обеспечены путем использования консоли в виде гибкой пластины. При этом для размещения феррозонда (в концевой части пластинчатой консоли) целесообразно выполнить в пластине соответствующее гнездо-отверстие.

Диаметр гнезда-отверстия D в этой упругой пластинчатой консоли толщиной δ для размещения в нем шарообразного феррозонда диаметром d выбирается из условия:

< D < d.

В соответствии с этим условием диаметр гнезда-отверстия D должен иметь два ограничения. Одно из них не допускает возможности свободного прохода феррозонда сквозь отверстие, т.е. D < d. Еще одно ограничение: феррозонд должен быть настолько углублен в гнездо-отверстие, чтобы всегда имелась возможность обеспечить его непосредственный контакт с полюсной поверхностью, т.е. D > . Согласно этому ограничению, феррозонд должен проникать в гнездо-отверстие, как минимум, до совпадения его наиболее выступающей точки, которая должна контактировать с диагностируемой полюсной поверхностью, с плоскостью пластины, обращенной к этой поверхности.

Разумеется, размещение шарообразного феррозонда в гнезде-отверстии на пластине должно быть выполнено с соответствующим креплением. Кроме упрощенного варианта неразъемного крепления (например, с помощью клея или пайки), в определенной мере предпочтительными, а именно позволяющими использовать шарообразные феррозонды разного диаметра, являются варианты разъемного крепления. В частности, это использование неферромагнитного прижима феррозонда.

В качестве датчика контроля упругой деформации изгиба консоли (величина этой деформации является носителем информации о величине принудительной силы, прилагаемой с целью фиксирования силы отрыва феррозонда, которая в момент его отрыва соответствует искомой магнитной силе, воздействующей на феррозонд, контактирующий с диагностируемой полюсной поверхностью), целесообразно использовать тензодатчик. Обработка поступающих от тензодатчика сигналов, включая последующую градуировку в единицах силы, может осуществляться посредством их подачи в измерительный и аналого-цифровой преобразователи, после чего, при помощи микроконтроллера - на блок отображения, в частности, персональный компьютер.

Технический результат, который достигается от применения изобретения, заключается в повышении точности определения силы отрыва феррозонда от полюсной поверхности, т.е. воздействующей на него магнитной силы на полюсной поверхности. Так, в результате введения такого звена как упругая неферромагнитная консоль (будучи изготовленной в виде пластины, она одной своей концевой частью закреплена на торце хвостовика, который в этом случае обязан быть жестким - в виде cтержня, а на другой ее концевой части установлен феррозонд), позволяет использовать свойство упругой деформации консоли-пластины для нивелирования погрешности, возникающей при различной интенсивности увеличения прилагаемой силы, принуждающей к отрыву феррозонда от полюсной поверхности, например, при попытках умеренно или резко увеличивать силу для реализации этого отрыва. Тем самым создаются условия для получения стабильных, достоверных данных измерений - независимо от интенсивности прикладываемых оператором (или зачастую разными операторами) усилий. Использование же датчика (например, тензодатчика) для контроля упругой деформации консоли-пластины (с необходимым, связанным с тензодатчиком, оборудованием, в частности, измерительным и аналого-цифровом преобразователями, микроконтроллером, блоком отображения - для преобразования сигнала от тензодатчика, обработки и оцифровки данных, причем с соответствующей градуировкой данных в размерностях силы) позволяет в режиме реального времени регистрировать значения прикладываемой изгибающей силы, величину силы отрыва феррозонда, т.е. величину магнитной силы, действующей на феррозонд, изначально контактирующий с диагностируемой полюсной поверхностью. При этом, располагая получаемыми данными магнитной силы, действующей на такой пробный магнетик как феррозонд-шар, кроме самой величины магнитной силы, доступной становится информация о более универсальном параметре, а именно об удельной магнитной силе, т.е. силе, отнесенной к массе или объему феррозонда.

На фиг. 1 изображен общий вид варианта предложенного устройства. Оно состоит из пробного магнетика в виде шарообразного феррозонда 1, располагаемого в гнезде-отверстии на концевой части упругой неферромагнитной пластины 2 и закрепленного на ней при помощи неферромагнитной прижимной планки 3. Пластина 2, закрепленная своей противоположной частью на торце жесткого тягового стержня-штока 4, является его поперечной консолью, подвергаемой деформации изгиба при ручном силовом перемещении (на фиг.1 показано стрелкой) тягового стержня-штока 4 (посредством рукоятки 5 на нем): от начального момента, когда феррозонд 1 перед измерением приведен в контакт непосредственно с полюсной поверхностью 6 (например, магнитного сепаратора) и испытывает магнитное притяжение к ней - до момента отрыва феррозонда 1 от этой полюсной поверхности 6. Датчиком контроля упругой деформации изгиба консоли-пластины 2, зависящей от прилагаемой силы, является здесь закрепленный на ней тензодатчик 7, сигнал от которого подается в исполнительный узел 8, где установлены преобразователи, микроконтроллер, блок отображения данных (силы отрыва, свидетельствующей о магнитной силе, воздействующей на феррозонд 1, контактирующий с полюсной поверхностью 6).

Устройство работает следующим образом. При помощи рукоятки 5, находящейся на жестком стержне-штоке 4, устройство вручную ориентируют по отношению к диагностируемой полюсной поверхности (в частности, магнитного сепаратора) таким образом, чтобы феррозонд 1, испытывая к диагностируемой полюсной поверхности 6 магнитное притяжение, пришел в контакт с интересующим оператора местом на этой поверхности. Далее при помощи рукоятки 5 осуществляют силовое перемещение стержня 4 (на фиг.1 показано стрелкой) и, следовательно, всего устройства в направлении от полюсной поверхности 6, чему препятствует сила магнитного взаимодействия между феррозондом 1 (защемленным прижимом 3 на консоли-пластине 2). Из-за упругих свойств консоли-пластины 2 она будет подвергаться упругой деформации изгиба. Степень этого изгиба консоли-пластины 2, воспринимаемая тензодатчиком 7, в виде соответствующего сигнала подается в механически связанный со стержнем-штоком 4 исполнительный узел 8 с установленным в нем оборудованием, необходимым для обработки и оцифровки данных (в итоге, после соответствующей градуировки - значений силы отрыва, свидетельствующих о значениях магнитной силы, воздействующей на феррозонд 1, контактирующий с полюсной поверхностью 6).

Изобретательский уровень предложенного устройства подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

1. Патент RU 2 522 128. Способ измерения постоянного магнитного поля (Филиппов Д.А., Лалетин В.М., Фирсова Т.О.), 2014.

2. Патент RU 2 526 293. Дифференциальный датчик постоянного магнитного поля (Филиппов Д.А., Лалетин В.М., Фирсова Т.О.), 2014.

3. Патент RU 2 399 927. Устройство для контроля изменений во времени намагниченности объекта (Быстров В.А., Большаков В.И., Пермяков А.Л., Смирнов А.С.), 2010.

4. Патент RU 2 539 726. Феррозондовый магнитометр и способ измерения компонент индукции магнитного поля при помощи векторной компенсации (Колбин А.А., Донской А.В., Королев А.В.), 2015.

5. Патент RU 2 699 235. Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов. Белокурова Н.А. (Захаренко А.Б., Осикова К.С., Решетников М.Е.), 2019.

6. СанПиН 1197-74. Санитарные правила для предприятий по производству растительных масел, п.7.7.

7. Сандуляк А.А., Ершова В.А., Полисмакова М.Н., Сандуляк А.В. Методика и результаты диагностики силовых характеристик неоднородных зон магнитных сепараторов (прямое зондирование). Метрология. 2011. №2. С.36-47.

Предложенное изобретение относится к измерительной технике и предназначено для диагностики магнитной силы на полюсных поверхностях аппаратов магнитного разделения материалов и силового воздействия на ферро-ферримагнитные объекты: магнитных сепараторов в горнообогатительной, пищевой, химической, строительной, металлургической и других отраслях промышленности, силовых электромагнитов и пр. Устройство для контактного контроля магнитной силы на полюсных поверхностях состоит из шарообразного феррозонда, принудительно отрываемого от полюсной поверхности посредством тягового неферромагнитного хвостовика. Тяговый хвостовик выполнен жестким и содержит закрепленную на его торце поперечную упругую неферромагнитную консоль с размещенным в ее концевой части шарообразным феррозондом и снабженную датчиком контроля деформации изгиба консоли. Последний выполнен с возможностью подачи сигнала в исполнительный узел, в котором для преобразования сигнала, обработки и оцифровки данных, проградуированных в единицах силы установлены измерительный и аналого-цифровой преобразователи, микроконтроллер и блок отображения данных, служащие для определения силы отрыва, свидетельствующей о магнитной силе. Технический результат - повышение точности в определении силы отрыва феррозонда от полюсной поверхности и, следовательно, воздействующей на него магнитной силы на полюсной поверхности аппаратов магнитного разделения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контактного контроля магнитной силы на полюсных поверхностях, состоящее из шарообразного феррозонда, принудительно отрываемого от полюсной поверхности посредством тягового неферромагнитного хвостовика, отличающееся тем, что тяговый хвостовик, выполненный жестким, содержит закрепленную на его торце поперечную упругую неферромагнитную консоль с размещенным в ее концевой части шарообразным феррозондом и снабженную датчиком контроля деформации изгиба консоли, выполненным с возможностью подачи сигнала в исполнительный узел, в котором для преобразования сигнала, обработки и оцифровки данных, проградуированных в единицах силы установлены измерительный и аналого-цифровой преобразователи, микроконтроллер и блок отображения данных, служащие для определения силы отрыва, свидетельствующей о магнитной силе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругая неферромагнитная консоль изготовлена пластинчатой формы с отверстием, выполняющим функцию гнезда для размещения и крепления шарообразного феррозонда.

3. Устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что диаметр отверстия D в пластинчатой консоли выбирается из условия:

< D < d,

где d - диаметр феррозонда, δ - толщина пластинчатой консоли.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что крепление шарообразного феррозонда выполнено неразъемным, в частности, с помощью клея или пайки.

5. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что крепление шарообразного феррозонда выполнено разъемным, с возможностью использования шарообразного феррозонда разного диаметра.

6. Устройство по пп.1-3, 5, отличающееся тем, что крепление шарообразного феррозонда обеспечивается с помощью неферромагнитной прижимной планки.