Пристрій електромагнітного багатопозиційного перемішування з індивідуальним регулюванням і контролем режиму роботи

Реферат: Пристрій електромагнітного багатопозиційного перемішування з індивідуальним регулюванням і контролем режиму роботи - багатоцільовий лабораторний засіб приведення гетерогенних і гомогенних багатокомпонентних систем у стан стійкої термодинамічної рівноваги із системою магнітних елементів-змішувачів та їх приведенням електромагнітним полем змінної частоти у дію. Система двополюсних електромагнітів й електронного блоку керування забезпечує створення в робочому середовищі пульсуюче магнітне поле, що обертає магнітні змішувачі з магнітнотвердих рідкісноземельних інтерметалідів із частотою, близькою до власних значень коливань середовища перемішування, та забезпечує індивідуальне електронне відстеження стану працездатності магнітних змішувачів при регулюванні й контролі їх режимів. UA 107432 C2 UA 107432 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до багатоцільових лабораторних пристроїв приведення гетерогенних і гомогенних багатокомпонентних систем у стан стійкої термодинамічної рівноваги при розв'язанні наукових і виробничих завдань зі створення нових та вдосконалення існуючих хімічних технологій; синтезу сучасних функціональних матеріалів різного призначення; вивчення температурної поведінки і з'ясування функціональних залежностей параметрів досліджуваних об'єктів та інших аналогічних цілей. Вивчення хімічної взаємодії й фазових рівноваг у багатокомпонентних системах із використанням комплексу фізико-хімічних методів пов'язані з тривалим безперервним перемішуванням і термостатуванням гетерогенних систем усередині обмеженого робочого об'єму сухоповітряного чи рідинного термостатів із використанням дорогих реактивів і паралельним дослідженням великого числа зразків. Відомі аналогічні розв'язки подібних завдань реалізовано в сучасних пристроях механічного перемішування, а також у засобах, у яких перемішування здійснюється феромагнітним ротором, що приводиться в обертальний рух магнітним полем постійного магніту [1] чи електромагнітним полем змінної частоти [2]. Вони дають можливість розв'язувати широке коло завдань. Їхні сервісні можливості й досконалість визначаються застосованими схемними, технічними і конструкторськими рішеннями; різноманітність конструкцій - функціональним призначенням, специфікою об'єктів дослідження, характером і особливостями процесів перебігу перетворень, умовами експлуатації та цілою низкою інших факторів. У ряді випадків вони складні, дорогі за собівартістю, передбачають обслуговування підготовленим персоналом. Недоліком цього виду обладнання є те, що воно не може бути універсальним через існування широкої різноманітності й складності об'єктів дослідження; широти спектра розв'язуваних функціональних завдань, принципів і способів їхньої реалізації; відсутності існування матеріалів, що повністю задовольняють увесь комплекс технічних і технологічних вимог, їх сумісності та інших чинників. Прототипом заявленому пристрою може бути вибраний практично будь-який засіб перемішування. Найбільш близьким за принципом роботи є електромагнітний міксер [2], у якому обертаюче змішувач магнітне поле створюється системою нерухомих чотирьох полюсних електромагнітів, що попарно живляться в заданій послідовності електронним комутатором, а як ротор використано постійні магніти з фериту барію у вигляді стрижнів. Недоліком цього прототипу є громіздкість системи електромагнітів приводу змішувачів, складність використаного принципу функціонування, схемного та конструкторського його рішення. Жоден із наведених традиційних засобів не дає можливості технічно розв'язувати завдання в комплексі, а до того ж вивчення модельних систем, що супроводжуються одночасною роботою з великою кількістю заправок зразків з малою кількістю речовини у малих за об'ємом реакторах, робить застосування подібних великогабаритних систем приводів індивідуальних змішувачів недоцільним. Тому задачею створення цього винаходу є розроблення багатоцільового лабораторного засобу, за допомогою якого може бути створено багатопозиційні компактні малогабаритні високоефективні пристрої перемішування з індивідуальним регулюванням режиму перемішування, принципово відмінні від промислових і відомих раніше аналогів, що може бути реалізований і експлуатуватися як самостійно, так і в складі функціональних комплексів (термостатування - сухоповітряного, рідинного тощо) та дозволяє в процесі перемішування вести також високочутливі вимірювання. Перемішування в такому пристрої передбачається здійснювати постійними магнітами-тороїдами, що приводяться в обертальний рух електромагнітним полем змінної частоти. Головною перевагою пристрою є те, що в ньому електронними засобами в робочому просторі позиціонування зразка, в режимі резонансу, створюється електромагнітне поле із частотою, близькою до власних значень коливань об'єкта перемішування. Це значно знижує енергетичні затрати процесу перемішування, спрощує конструкцію багатоканальної електронної схеми керування та багатопозиційної системи електромагнітів, що важливо при обслуговуванні великого числа досліджуваних об'єктів в умовах жорстких конструкційних обмежень щодо об'єму, габаритів; способу кріплення й монтажу; можливості доступу й спостереження за зразком; зручності в експлуатації; проведення заходів з обслуговування та проведення регламентних видів робіт; можливості ремонту тощо. Пристрій перемішування (див. кресл.) складається з касети котушок електромагнітів (КЕМ) і багатоканального каскадного електронного блока керування (БК) роботою позиційних систем електромагнітів перемішування окремих об'єктів (ПСЕМ). Злагоджену роботу засобу приведення об'єктів дослідження в рівноважний стан пояснює функціональна схема керування роботою 1-го каскаду позиційної системи перемішування (ПСЕМi) i-го зразка. Посудина розчинності 1 з діамагнітного матеріалу з досліджуваною системою і постійним тороїдальним чи циліндричним магнітом-змішувачем 2, захищеним 1 UA 107432 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 індиферентною оболонкою (тефлоном), закріплюється симетрично над електромагнітом, конструкційно виконаним з П-подібного магнітопроводу 3 і послідовно ввімкнених котушок 4 та 4'. Електронний каскад керування (KKi), що складається з генератора (ЗГ), який задає частоту змінного електромагнітного поля для приведення в обертальний рух елемента-змішувача, та підсилювача потужності (ПП) через "комутатор" вибору режиму роботи здійснює паралельне живлення котушок 4 і 4' електромагніту. Як синхронізуючий роботу генератор у найпростішому варіанті може бути використано симетричний мультивібратор, частота якого плавно змінюється в діапазоні 4-35 Гц. Підсилювач потужності виконаний за двотактною безтрансформаторною схемою. Необхідна амплітуда напруги живлення підбирається дільником напруги 5 на вході підсилювача потужності. При подачі на позиційну систему електромагнітів напруги живлення змінної частоти постійний магніт-змішувач, поміщений у робоче середовище, зазнає з боку електромагнітного поля орієнтуючу дію, що намагається повернути тороїд так, щоб його власний магнітний момент збігався з напрямком ліній магнітної індукції зовнішнього поля. Виникаючий результуючий момент сил магнітного поля й опору середовища приводить тороїд в обертальний рух. Його дія залежить від магнітних властивостей матеріалу постійного магніту-змішувача, форми й розмірів останнього, частоти й амплітуди зовнішнього електромагнітного поля, взаємної орієнтації полів постійного магніту і електромагніту приводу. Якщо частота напруги живлення позиційного електромагніту збігається з власною частотою коливань системи, що перемішується, то тороїдмагніт встигає слідувати за змінним електромагнітним полем і, проходячи по інерції положення рівноваги, набуває стійкого обертального руху навколо вертикальної осі симетрії. При частотах, відмінних від власних значень середовища, тороїд-магніт не обертається, а коливається біля положень рівноваги із частотою збуджувального електромагнітного поля. Оптимальний режим перемішування підбирається індивідуально емпірично частотою й амплітудою напруги живлення електромагнітів конкретного позиційного приводу залежно від властивостей об'єкта перемішування, форми й матеріалу використаного постійного магнітузмішувача, особливостей конструкції позиційної системи електромагнітів. Пристрій перемішування може працювати безперервно й періодично (задається електронним таймером (Т)), каскадним, секційним способом комутації приводів та відповідно до заданого алгоритмом керування. Якісне перемішування забезпечується надійністю й стабільністю в роботі використаних електронних засобів керування. У комплекс керування введено також електронну систему контролю стану елементівзмішувачів (див. кресл.), побудова якої дозволяє виділяти модуляційну складову із загального магнітного потоку, пов'язану з періодичним обертанням магнітного тороїдального змішувача, та забезпечує контрольпрацездатності і-тої позиційної системи перемішування й поліпшує регулювання режиму її роботи. Вона складається із МД - магніточутливого датчика; СД синхронного детектора, керованого опорною частотою генератора ЗГ, що задає режим перемішування; Тг - тригера, що забезпечує необхідну крутизну фронту сигналу переключення і значення гістерезису та СІ - схеми індикації. У розробці використовуються тороїдальні й циліндричні елементи-змішувачі з матеріалів на основі рідкісноземельних елементів (РЗЕ) [3]. Поєднанням у роботі пристрою резонансного принципу вибору частоти перемішування з використанням магнітнотвердих РЗЕ-вмісних інтерметалідів, що характеризуються стабільністю характеристик, високими значеннями коерцитивної сили, питомої магнітної енергії, температури Кюрі (~ 1000 К), як матеріал змішувачів спрощується схемне і конструкторське його рішення, забезпечується компактність та ефективність роботи, багатофункціональність. Температурний робочий інтервал використання такого виду змішувачів на практиці фактично лімітується температурою розм'якшення матеріалу захисної оболонки. Сучасний етап розвитку магнітнотвердих РЗЕ-вмісних матеріалів із суттєвим подальшим збільшенням питомої енергії й особливості магнітного поля, створюваного магнітами на їх основі (оптимальна полярна довжина такого магніту значно менша поперечних розмірів, а енергія в робочому зазорі досягає максимуму при сумірних значеннях із довжиною магніту), відкривають можливості відходу від традиційних конструкцій магнітних систем, їх мініатюризації, розширюють шляхи застосування в новому поколінні змішувачів. Розробку може бути використано для аналогічних наукових фундаментальних досліджень; у виробничих лабораторіях для проведення експрес-аналізу фазового складу вхідної сировини й готової продукції, її випробуваннях, тестуванні, оцінюванні надійності й визначенні ресурсу напрацювання; сертифікації; при емпіричному дослідженні впливу технологічних факторів, умов синтезу на відтворення структурочутливих характеристик цільового продукту із заданими 2 UA 107432 C2 5 однорідністю й властивостями; встановленні функціональних зв'язків досліджуваних об'єктів тощо. Джерела інформації: 1. Приспособление к суховоздушному термостату для непрерывного перемешивания солей в реакционных сосудах с помощью магнитных мешалок / В.Н. Коцарь, В.Г. Шевчук, Д.А. Стороженко, А.Г. Дрючко // Заводская лаборатория. - 1980. - Т. 46, № 6. - С. 568. 2. Чантурия А. Электромагнитный миксер / А. Чантурия // Радио. - 1985. - № 6. - С. 28, 29. 3. Материалы в приборостроении и автоматике: справочник / [под общ. ред. Ю.М. Пятина]. М.: Машиностроение, 1990. - 528 с. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 Пристрій електромагнітного багатопозиційного перемішування з індивідуальним регулюванням і контролем режиму роботи, що містить касету котушок електромагнітів, багатоканальний каскадний електронний блок керування роботою позиційних систем електромагнітів перемішування окремих об'єктів, причому до складу кожної з позиційних систем електромагнітів перемішування входять індивідуальна посудина розчинності для окремих досліджуваних зразків з діамагнітного матеріалу і постійний тороїдальний або циліндричний магніт-змішувач з магнітнотвердого рідкісноземельного інтерметаліду, захищеного оболонкою з індиферентного матеріалу, закріпленого симетрично над двополюсними електромагнітами, конструктивно виконаними з П-подібного магнітопроводу і послідовно ввімкнених котушок, причому кожний з каскадів електронного керування побудований з функціонально зв'язаних вузлів: генератора з плавно змінною частотою 4-35 Гц як задавача частоти електромагнітного поля приведення в обертальний рух магнітів-змішувачів з частотою, близькою до власних значень коливання об'єкту перемішування, підсилювача потужності, який виконаний з можливістю регулювання коефіцієнта підсилення, комутатора режимів роботи, який відрізняється тим, що до каскаду електронного керування додатково входить електронний вузол контролю стану працездатності магніту-змішувача, який містить магніточутливий датчик, схему синхронного детектора, тригер і схему індикації, причому електронний вузол контролю стану працездатності магніту-змішувача виконаний з можливістю виділення модуляційної складової магнітного потоку, створюваного обертанням магніту-змішувача. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3