Щелевой магнитный экран для магнитного привода
Щелевой магнитный экран для магнитного привода предназначен для создания областей, экранированных от переменного магнитного поля, создаваемого вращающимся ведущим магнитом магнитного привода. Экран может быть использован для снижения уровня помехи от магнитной мешалки в цепи электрического или электрохимического датчика (pH-метрического, кислородного, термопары и др.), погруженного в перемешиваемую жидкость. Экран представляет собой неподвижную перегородку из материала с высокой магнитной проницаемостью, которая располагается между ведущим магнитом и ведомым перемешивающим якорем привода. Для передачи крутящего момента от ведущего магнита к перемешивающему якорю в перегородке имеется соосное приводу щелевидное отверстие, пропускающее силовые линии магнитного поля вращающегося ведущего магнита сквозь экран только когда они ориентированы приблизительно параллельно щели. В результате в перемешиваемой жидкости формируются две неподвижные полуцилиндрические экранированные зоны, пригодные для размещения датчиков.
Заявленное техническое решение может быть использовано в области аналитической химии.
Известны конструкции лабораторных мешалок с магнитным приводом [1], имеющих корпус, изготовленный из немагнитных материалов и позволяющий беспрепятственно передавать крутящий момент от вращающегося внутри корпуса ведущего магнита к ферритовому перемешивающему якорю, находящемуся в лабораторном сосуде с перемешиваемой жидкостью (фиг.1).
Недостатком этих устройств является наличие переменного магнитного поля от вращающегося ведущего магнита, наводящего синусоидальный переменный ток в цепи погруженного в сосуд электрического или электрохимического датчика. В результате на выходе датчика появляется помеха (фиг.2) с частотой, зависящей от числа оборотов мешалки, что существенно затрудняет корректную оцифровку сигнала от датчика и ведет к появлению артефактов при определенных частотах дискретизации.
Также известны конструкции магнитных экранов [2], служащих для защиты некоторой части пространства от действия внешних магнитных полей и представляющих собой сплошную оболочку или перегородку из материала с высокой магнитной проницаемостью.
Недостатком этих устройств является невозможность передачи крутящего момента в разделенном магнитным экраном магнитном приводе мешалки.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является снижение уровня помех от вращающегося магнитного поля на выходе электрических или электрохимических датчиков, погруженных в сосуд с жидкостью, перемешиваемой мешалкой с магнитным приводом, путем использования магнитного экрана из материала с высокой магнитной проницаемостью, отделяющего вращающийся ведущий магнит от перемешиваемой жидкости.
Данная задача решается благодаря за счет того, что с целью обеспечения передачи крутящего момента к перемешивающему якорю, в магнитном экране предусмотрено соосное приводу щелевидное отверстие (щель), пропускающее силовые линии магнитного поля вращающегося ведущего магнита к перемешивающему якорю только когда их ориентация относительно щели близка к параллельной. При этом в перемешиваемой жидкости сохраняются экранированные зоны, пригодные для размещения электрических или электрохимических датчиков.
Техническим результатом использования полезной модели является снижение уровня помехи от магнитной мешалки на выходе датчика, расположенного в экранированной зоне перемешиваемой жидкости, в несколько раз.
1. Мешалка магнитная ММ-5. Паспорт. Ужгород: Изд-во 
3, 1988.
2. Гроднев И.И. Экранирование в широком диапазоне частот. М.: Связь, 1986.
Техническая сущность и принцип действия полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 - схема возникновения помехи от магнитной мешалки на выходе электрохимического датчика.
Фиг.2 - низкочастотный участок амплитудно-частотного спектра помехи на выходе кислородного датчика при использовании магнитной мешалки.
Фиг.3 - схема устройства щелевого магнитного экрана и его установки на магнитной мешалке.
Фиг.4 - схема принципа действия щелевого магнитного экрана.
Фиг.5 - схема стабилизации работы мешалки с использованием дополнительной оси.
Возможность осуществления заявленной полезной модели показана следующими примерами:
Щелевой магнитный экран представляет собой перегородку из материала с высокой магнитной проницаемостью, имеющую щелевидное отверстие (фиг.3а, б). Размеры и конфигурация отверстия (щели) подбираются так, чтобы при минимальной наводке обеспечить достаточную стабильность вращения перемешивающего якоря. Неподвижный экран располагается между ведущим магнитом и перемешивающим якорем, чтобы ось их вращения проходила через центр щели (фиг.3в, г). В результате степень проникновения магнитного поля вращающегося ведущего магнита в перемешиваемый объем жидкости сквозь экран зависит от положения магнита относительно щели в каждый момент времени: она минимальна, когда ведущий магнит расположится перпендикулярно щели (фиг.4а, б) и максимальна, когда параллельно (фиг.4в, г).
Крутящий момент от ведущего магнита к перемешивающему якорю передается импульсами, достигающими максимума при прохождении магнита через положение параллельное щели (2 импульса на каждый оборот привода). В этом случае сквозь экран будут периодически проникают только силовые линии магнитного поля, плоскости которых перпендикулярны экрану и параллельны щели. Поэтому в объеме раствора сохраняются две неподвижные полуцилиндрические экранированные зоны, расположенные по обеим сторонам от щели (обозначены буквой Э на фиг.3, 4). Размещение электрического или электрохимического датчика в одной из таких зон ведет к минимизации наводки от вращающегося магнитного привода.
Так как при наличии щелевого магнитного экрана крутящий момент на перемешивающий якорь передается импульсами, вращение обычного цилиндрического якоря, идущего в комплекте с магнитной мешалкой, может оказаться неустойчивым. Поэтому используют якорь с отверстием, свободно вращающегося на неподвижной вертикальной оси из какого-либо инертного материала, расположенной в центре сосуда с перемешиваемой жидкостью (фиг.5). Ось может быть как постоянной, жестко закрепленной в дне сосуда (фиг.5а), так и съемной, фиксирующейся на дне сосуда спиральной пружиной, составляющей с осью одно целое (фиг.5б).
Заявленная полезная модель используется следующим образом:
Использовался съемный щелевой магнитный экран прямоугольной формы 125×100×0,5 мм из оцинкованной низкоуглеродистой стали с размером щели 85×15 мм и следующее дополнительное оборудование: магнитная мешалка в алюминиевом заземленном корпусе; перемешивающий ферритовый якорь 12×4 мм (для стабилизации вращения использовалась дополнительная ось из нихрома, показанная на фиг.5б); измерительная ячейка с вмонтированным полярографическим кислородным датчиком; усилитель постоянного тока; плата сбора данных L-154; персональный компьютер; приложение PowerGraph 2.1.
С использованием приложения PowerGraph 2.1 производилась непрерывная регистрация сигнала от кислородного датчика, размещенного в бескислородной перемешиваемой жидкой среде (свежеприготовленный Na2SO3, 5%), при скорости вращения мешалки 290 об/мин. Продолжительность каждого замера составляла 30 сек, частота дискретизации - 1 Кгц. Затем при помощи функции Spectrum приложения PowerGraph получили график амплитудно-частотного спектра помехи, по которому определили амплитуду пика, соответствующего частоте наводки от магнитной мешалки (9,6 Гц).
Результаты двух серий, по 10 замеров в каждой, приведены в табл.1. Замеры первой серии проводились без использования щелевого магнитного экрана, второй - с использованием. В случае использования щелевого экрана его закрепляли на корпусе мешалки таким образом, чтобы кислородный датчик оказался в одной из экранированных зон Э (фиг.3, 4). Как видно из табл.1, использование щелевого магнитного экрана из низкоуглеродистой стали позволило снизить уровень помехи от магнитной мешалки (9,6 Гц) с 0,98 до 0,22 мВ, то есть в 4,5 раза.
| Таблице 1 | ||
| Снижение уровня помехи от магнитной мешалки при использовании щелевого магнитного экрана. | ||
| замера | Амплитуда пика наводки от мешалки (мВ) | |
| без экрана | с экраном | |
| 1 | 0,96 | 0,16 |
| 2 | 0,97 | 0,33 |
| 3 | 0,96 | 0,33 |
| 4 | 1,03 | 0,32 |
| 5 | 0,98 | 0,08 |
| 6 | 0,86 | 0,15 |
| 7 | 1,10 | 0,29 |
| 8 | 0,95 | 0,19 |
| 9 | 0,97 | 0,23 |
| 10 | 1,01 | 0,13 |
| Среднее | 0,98 | 0,22 |
Щелевой магнитный экран для магнитного привода, представляющий собой неподвижную перегородку из материала с высокой магнитной проницаемостью, расположенную между ведущим магнитом и ведомым якорем привода, отличающийся тем, что, с целью обеспечения передачи крутящего момента от вращающегося ведущего магнита к ведомому якорю, он имеет соосное приводу щелевидное отверстие.
