Измерительная камера магнитомеханического газоанализатора

 

Сущность изобретения: используется сборная конструкция магнитной системы, входящей в состав измерительной камеры газоанализатора и состоящей из однороднонамагниченных участков. Направление их намагниченности вычисляется по приведенным соотношениям. Кроме того, сечение элементов магнитной системы могут быть треугольным. 3 ил. сл С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 27/72

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4773345/21 (22) 25.12.89 (46) 07.12.92. Бюл. М 45

{71) Научно-производственное объединение

"Магнетон" и Специальное конструкторскотехнологическое бюро "Медтехника" Производственного объединения

"Медаппаратура" (72) М.А.Чохели, Н.И.Клевец, А.И.Гриднев, В.Я. Беляев, B.È. Городецкий и А.Е. Некрасов (56) Патент США N. 2744234, кл. 324-36, 1976.

Агейкин С.И. Магнитные гаэоанализаторы. — M. Госэнергоиздат, 1963, с.21, Авторское свидетельство СССР М

761898, кл. 6 01 N 27/72, 978.

Поливанов К,M. Теоретические основы электротехники. Ч.З, — М.: Энергия, 1969, с, 352.

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано в промышленной медицине и других областях, где требуется определить содержание компонента в газовых смесях, а также в качестве первичного преобразовзтеля в системах контроля и автоматического регулирования, содержания газовых компо нентов в дыхательных и других газовых смесях.

Известен магнитомеханический газоаналиэатор на кислород, содержащий магнитную систему (MC), формирующую неоднородное магнитное поле, между полюсами которой расположена приемная камера (1).

Недостатком такого устройства является низкая чувствительность и точность иэ„„ Ы„„177Ю 87 Al (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА (57) Сущность изобретения: используется сборная конструкция магнитной системы, входящей в состав измерительной камеры газоанализатора и состоящей из однороднонамагниченных участков. Направление их намагниченности вычисляется по приведенным соотношениям. Кроме того, сечение элементов магнитной системы могут быть треугольным. 3 ил, Ъ мерений в связи с низкой интенсивностью поля в рабочем объеме.

Известен также магнитомеханический ! компенсационный газоанализатор кислорода, содержащий МС, создающую неоднородное поле в рабочей зоне за счет формы полюсных наконечников (2).

Недостатком этой конструкции является низкая чувствительность и точность измерений, а также большая его масса, д значительную часть которой составляет магнитопровод MC.

Наиболее близкой по технической сущности:к предполагаемому изобретению является. измерительная камера магнитомеханического газоанализатора на кислород, содержащая МС с полюсными наконечниками,. между которыми расположен

1779987

10

25

35 чувствительный элемент (ротор) (3). Укаэанная конструкция измерительной камеры гаэоанализатора выбрана за прототип.

Недостатком этого устройства является низкая чувствительность и точность измерений, а также большая масса его. Указанные недостатки связаны с неоптимальной конструкцией MC.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений, а также снижение массы газоанализатора.

Поставленная .цель достигается путем выполнения в измерительной камере магнитомеханического газоанализатора, содержащей МС с рабочим зазором, размещенную в корпусе с входным и выходным патрубками, и поворотный ротор, расположенный в рабочем зазоре магнитной системы; а направление намагниченности элементов составных магнитов магнитной системы составляет с поперечной осью симметрии магнитной системы в плоскости ротора угол, определяемый из соотношения д = arctg — + 3 о (1)

В1 к поперечной оси системы. совпадающей с направлением расположения поворотного ротора, где ) — номер участка магнитной системы:

Вх = f Вхбб; By =- (В бЯ (2)

sI . sI

SI — площадь поперечного сечения j-ro участка;

В», By — компоненты вектора индукции в рабочей области газоанализатора.

Для обеспечения указанной ориентации намагниченности (ОН) на участках МС последняя должна быть выполнена из высококоэрцитивных ПМ, например, КС37, NdFe-В и т.д.

Отличительной особенностью предлагаемой измерительной камеры магнитомеханического газоанализатора является МС, представляющая из себя сборную конструкцию с оптимальной ОН на участках, что ранее не использовалось.

Предлагаемая конструкция измерительной камеры магнитомеханического газоэнализатора позволит существенно повысить чувствительность и точность измерений концентрации газа s смеси за счет повышения интенсивности магнитного поля в рабочей зоне газоанализатора, Кроме того, значительно уменьшается МВсса измерительной камеры, т.к. МС предполагаемой конструкции из высококоэрцитивных маг40

55 нитотвердых материалов выполняется без магнитопровода.

На фиг.1 приведена конструкция предлагаемой измерительной камеры магнитомеханического газоанализатора, состоящая из магнитной системы 1 и ротора 2. На фиг.2 показано сечение МС, состоящей из 16 участков, и оптимальная ориентация намагниченности на участках, полученная по формуле (1). В случае, когда участки имеют в сечении размеры 5х 5 мм, а рабочий зазор равен 3 мм, оптимальные значения показанных углов равны: у р1 =36;y щ =-28,у рз=

61О, y+= 13О. На остальных участках МС оптимальную OH легко получить, учитывая симметрию распределения намагниченности относительно продольной d - d и поперечной q - q осей МС. Нужно учесть, что оптимальная ОН на участках MC не зависит от величины намагниченности, т.е. от вида магнитотвердого материала (MTM). В связи с этим возможно изготовление MC из различных высококоэрцитивных MTM. Однако участки их MTM одного типа должны располагаться в МС симметрично относительно продольной d - d и поперечной q - q осей МС, Допустимый угол отклонения ОН от оптимального значения равен + Зо. Увеличение этого угла снижает интенсивность поля в рабочей зоне газоанализатора на 5 и более, Угол разориентации намагниченности отдельных участков МС меньше, чем на 3 практически трудно достичь при технологии обработки, намагничивания и сборки МС.

Для снижения трудоемкости сборки MC возможны варианты, приведенные на фиг.3.

Магнитную систему изготавливают следующим образом.

Вырезают указанные участки из заготовок ПМ прямоугольной конфигурации или прессуют указанные профильные участки

МС в специальных пресс-формах, форма и размеры таких участков ПМ с прямолинейной текстурой определяются на этапе проектирования МС. Затем участки намагничивают каждый в отдельности вдоль текстуры и производят сборку. соединяя отдельные части МС, например, эпоксидным клеем. При сборке необходимо обеспечить совпадение осей легкого намагничивания участком МС с рассчитанной по формуле (1) ориентацией намагниченности.

После сборки МС готова к работе и ее можно поместить в корпус измерительной камеры газоанализатора.

Предлагаемая конструкция измерительной камеры магнитомеханического газоанализатора по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую интенсив1779987 ность поля в рабочей зоне, что приводит к увеличению вращающегося механического момента, действующего на рабочее тело газоаналиэатора.

В связи с увеличением поля повышается чувствительность газоанализатора и точность измерения концентрации газа, т.к.. ротор газоанализатора поворачивается на больший угол. 10

Кроме того, МС газоанализатора может быть выполнена без магнитопровода (ярма), т.к. и беэ него обеспечивается высокая интенсивность поля за счет предлагаемой конструкции. Последнее преимущество весьма 15 важно для бортовых приборов.

Указанные преимущества обеспечиваются путем оптимальной ОН на участках сборной МС. Ориентация намагниченности, описываемая формулой (1). обеспечивает 20 наивысшую интенсивность поля МС в центре рабочей зоны газоанализатора. Последнее является одним из .условий эффективной работы гаэоанализатора, т.к. механический вращающий момент, дейст- 25 вующий на рабочее тело гаэоанализатора, равен

M= KV Hh,Í.l, (3) где к — объемная магнитная восприимчивость исследуемого газа; 30 ч — объем. занимаемый газом на рабочем теле (роторе);

Н вЂ” интенсивность nr..ÿ МС в центре рабочей зоны;

Ь Н вЂ” градиент поля МС; 35

I — длина ротора.

Покажем, что ОН описывается формулой(1). Согласно теории о потокосцеплении, магнитный поток, создаваемый ПМ сквозь заданную поверхность, равен 40

Ф „„1f «в б, (4) ч где i - ток, протекающий по контуру поверхности, согласованным в направлением положительной нормали к поверхности 45 правилом правоходового винта, .

v — объем ПМ, 8 — поле, создаваемое током, 3. — намагниченность ПМ.

Из (4) следует, что для обеспечения мак- 50 симума магнитного потока (в данном случае и магнитной индукции) необходимо совпадение ориентации векторов 8 и 9. Таким образом, оптимальная ОН совпадает с.ориентацией поля укаэанного тока. 55

В случае МС газоанализатора в качестве поверхности, сквозь которую максимизируется магнитный поток, необходимо взять весьма узкую полосу, проходящую через центр рабочей области и параллельную и родольной оси MC. Контур, по которому течет ток, создающий оптимальное ориентирующее магнитное поле, представляет двухгроводную линию (для двухмерной модели МС, т.е. в случае плоскопараллельного поля), Как известно, виток с током эквивалентен (в смысле создания поля) магнитному листку. 8 данном случае двухпроводная линия эквивалентна линейному магнитному диполю, т.к. магнитный листок представляет собой бесконечно тонкую полоску. 8 связи с этим ОН совпадает с ориентацией поля линейного диполя, т.к. участки МС выполнены иэ IlM.ñ прямолинейной текстурой, то для определения среднего (на j-м участке) значения оптимальной ОН, необходимо проинтегрировать каждую компоненту поля диполя и подставить указанные интегралы в (1). Арктангенс в (1) должен быть вычислен с учетом знаков числителя и знаменателя, Испытания показатели, что МС, выполненная по схеме фиг.2, обеспечивает на

50 большую интенсивность поля, чем МСпрототип. При этом масса гаэоанализатора с предлагаемой МС на 30 меньше, Предлагаемая измерительная камера магнитомеханического газоаналиэатора обеспечивает достижение указанной цели, а положительный эффект имеет ярко зыраженный характер.

Формула изобретения

1. Измерительная камера магнитомеханического гаэоанализатора, содержащая магнитную систему с рабочим зазором, размещенную в корпусе с входным и выходным патрубками, и поворотный ротор, расположенный в рабочем зазоре магнитной системы, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности, магнитная система выполнена в виде двух противолежащих составных постоянных магнитов, а направление намагниченности элементов составных постоянных магнитов составляет с поперечной осью симметрии магнитной системы в плоскости поворотного ротора угла, определяемый из соотношения

81 р = агст9 — 3, в1 где Вх = / BxdS; В„) = f BydS, SI S)

$i — площадь поперечно-о сечения J-ro элемента составного постоянного магнита;

Вх. By — компоненты поля линейного магнитного диполя, ориентированного вдоль продольной оси магнитной системы.

1779987

2. Камера по и., о т л и ч а .1, и а ю щ а я с я сти, элементы составных постоянных магнитем, что, с целью повышен я и технологично- тов выполнены с треугольным сечением.

Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Составитель М.Чохели

Техред М.Моргентал

Редактор В,Кузнецова

Заказ 4432 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

П оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рои в д