Пристрій багатопозиційного електромагнітного перемішування

Реферат: Пристрій багатопозиційного електромагнітного перемішування гомогенних і гетерогенних багатокомпонентних систем з використанням магнітних елементів - змішувачів, які приводяться в обертальний рух електромагнітним полем змінної частоти. Привод з системою двополюсних електромагнітів й електронним блоком керування забезпечує створення у робочому просторі позиціонування зразка пульсуюче, обертаючи змішувач, магнітне поле з частотою, близькою до власних значень коливань об'єкта перемішування й індивідуальне налаштування його режиму, та застосовано магнітні елементи - змішувачі тороїдальної форми із магнітно-твердих рідкісноземельних інтерметалідів. UA 75100 U (54) ПРИСТРІЙ БАГАТОПОЗИЦІЙНОГО ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПЕРЕМІШУВАННЯ UA 75100 U UA 75100 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до лабораторних пристроїв приведення гетерогенних і гомогенних багатокомпонентних систем у стан стійкої термодинамічної рівноваги при вирішенні наукових і виробничих завдань по створенню нових й удосконаленню існуючих хімічних технологій; синтезу сучасних функціональних матеріалів різного призначення; вивченню температурної поведінки і з'ясуванню 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 реалізовані в сучасних пристроях механічного перемішування, а також у засобах, в яких перемішування здійснюється феромагнітним ротором, що приводиться в обертальний рух магнітним полем постійного магніту [1] чи електромагнітним полем змінної частоти [2]. Вони дають можливість вирішувати широке коло завдань. Їх сервісні можливості і 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 в силу існування широкої різноманітності й складності об'єктів дослідження; широти спектра вирішуваних 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 обертаючи, змішувач магнітне поле створюється системою нерухомих 4-и полюсних електромагнітів, що попарно живляться в заданій послідовності електронним комутатором, а як ротор використані постійні магніти з фериту барію у вигляді стержнів. Недоліком цього прототипу є громіздкість системи електромагнітів приводу змішувачів, складність використаного принципу функціонування, схемного та конструкторського його вирішення. Жоден із наведених традиційних засобів не дає можливості технічно вирішувати завдання в комплексі. До того ж, вивчення модельних систем, що супроводжуються одночасною роботою з великою кількістю заправок зразків і малою кількістю речовини у малих за об'ємом реакторах, робить застосування подібних великогабаритних систем приводів позиційних змішувачів недоцільним. Тому задачею створення даної корисної моделі є розроблення багатоцільового лабораторного засобу, за допомогою якого можуть бути створені 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 у 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 з 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 по об'єму, габаритам; способу кріплення й монтажу; можливості доступу й спостереження за зразком; зручності в експлуатації; проведення заходів по обслуговуванню та проведенню регламентних видів робіт; можливості ремонту тощо. Пристрій перемішування (див. креслення) 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 у рівноважний стан пояснює функціональна схема керування роботою і-го каскаду позиційної системи перемішування (ПСЕМі) і-го зразка. Посудина розчинності 1 із діамагнітного матеріалу з досліджуваною системою і постійним тороїдальним чи циліндричним магнітом-змішувачем 2, захищеним 1 UA 75100 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 індиферентною оболонкою (тефлоном), закріплюється симетрично над електромагнітом, конструкційно виконаного із П-подібного магнітопроводу 3 і послідовно увімкнених котушок 4 та 4'. Електронний каскад керування (ККі), що складається із 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' електромагніта. Як синхронізуючий роботу генератор у найпростішому варіанті може бути використаний симетричний мультивібратор, частота якого плавно змінюється в діапазоні 4-35 Гц. Підсилювач потужності виконаний по двотактній безтрансформаторній схемі. 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 співпадає 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 з частотою збуджуючого 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)), у покаскадному, секційному способах комутації приводів та у відповідності з заданим алгоритмом керування. Якісне премішування забезпечується надійністю й стабільністю в роботі використаних електронних засобів керування. У розробці використовуються тороїдальні й циліндричні елементи-змішувачі із матеріалів на основі рідкісноземельних елементів (РЗЕ) [3]. Поєднанням у роботі пристрою резонансного принципу вибору частоти перемішування з використанням магнітно-твердих РЗЕ-вмісних інтерметалідів, що характеризуються стабільністю характеристик, високими значеннями коерцитивної сили, питомої магнітної енергії, температури Кюрі (~1000 К), як матеріализмішувачі спрощується схемне і конструкторське його вирішення, 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 магнітно-твердих РЗЕ-вмісних матеріалів, з суттєвим подальшим збільшенням питомої енергії, та особливості магнітного поля, створюваного магнітами на їх основі (оптимальна полярна довжина такого магніту значно менша поперечних розмірів, а енергія у 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. Розробка може бути використана 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 однорідністю, властивостями; встановленні функціональних зв'язків досліджуваних об'єктів, тощо. ДЖЕРЕЛА, ВИКОРИСТАНІ ПРИ ОПИСІ КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Коцарь В.Н. Приспособление к суховоздушному термостату для непрерывного перемешивания солей в реакционных сосудах с помощью магнитных мешалок / В.Н. Коцаръ, В.Г. Шевчук, Д.А. Стороженко, А.Г. Дрючко // Заводская лаборатория. - 1980. - Т. 46, № 6. С.568. 2. Чантурия А. Электромагнитный миксер / А. Чантурия II Радио.-1985. - № 6. - С. 28, 29. 2 UA 75100 U 3. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение / Белов К.П. - М.: Наука, 1980. 240 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій багатопозиційного електромагнітного перемішування гомогенних і гетерогенних багатокомпонентних систем з використанням магнітних елементів-змішувачів, які приводяться в обертальний рух електромагнітним полем змінної частоти, який відрізняється тим, що привод з системою двополюсних електромагнітів й електронним блоком керування забезпечує створення у робочому просторі позиціонування зразка пульсуюче, обертаючи змішувач, магнітне поле з частотою, близькою до власних значень коливань об'єкта перемішування й індивідуальне налаштування його режиму та застосування магнітних елементів-змішувачів тороїдальної форми із магнітнотвердих рідкісноземельних інтерметалідів. 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