专利名称：确定磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的方法和装置以及对该方法和装置的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定流过控制室的悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的一种方法和一种装置。借助围绕第一控制室的测量线圈测量取决于时间t的磁通量O1，其中，在一个时间点上的磁通量表征了悬浮液中所含的磁性颗粒的量的衡量标准。在距第一控制室预定间距d处布置的第二控制室中借助围绕第二控制室的第二测量线圈测量取决于时间t的磁通量02。此外，本发明还涉及一种对根据本发明的方法和装置的应用。
背景技术：
磁性颗粒或者铁磁颗粒在一系列技术流程中具有重要意义，例如在医疗诊断流程中，这种颗粒被用来标记细胞。磁性颗粒同样也被用于医学治疗流程(药物靶向治疗)。磁性颗粒或者铁磁颗粒也被应用于水处理，以便析出废水中的特定的物质。另一个较大的应用领域是矿石的处理，该矿石与水或另一种液体混合成为悬浮液。能借助磁场分离出悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒。对于大多数应用而言值得期望的是，了解磁性颗粒或铁磁颗粒的量，以便能够准确地控制流程或过程。那么，例如在矿石的开采中，在矿石中要通过浮选法从研磨的岩石(矿石)中获取包含贵重矿物的材料，由于岩石的正在变化的化学成分以及矿石中的贵重矿物浓度，测量体积流量和准确地调控流程的最佳设计就是非常重要的。其中，尤其是必须持续测量和重调矿石粉末-水-糊(矿浆)的化学参数。在近来发展出的方法中，借助化学的表面活化使非磁化的矿石颗粒与能磁化的颗粒结合，从而能借助相应设计的磁场从矿浆中提取出凝聚物。这种新方法作为到目前为止的、基于气孔的方法，在较低能耗的同时实现较高的采矿率。然而，这种新方法需要调控体积流量和矿石浓度、尤其是可磁化颗粒的实时的矿石浓度。目前，在传统的浮选中尤其使用两种用于确定基本的矿浆参数的方法-包括时间栅(zeitlicherRasterung)的化学快速分析,其通常需要几分钟；-基于X射线辐射的分析(X荧光或X射线吸收)。由于化学分析是基于通常转化大量物质并且由此出现较强的平均效应，因此化学分析并不适用于足够准确地检测例如可能在磁性分离器中起作用的时间上的以及在浓度方面的短暂波动。基于X射线辐射的分析方法是现有的技术，并且也能够足够准确地检测尤其是短暂的波动，然而，这些分析方法有着明显的缺点，即因此必须在生产区域设置射线控制区域，射线控制区域给技术的安全和成本方面带来了不利影响。其他通常用于实时测量液体的流量和流速的方法基于活动的机械组件，这些机械组件由于矿浆的研磨特性而被快速磨损。利用这些方法也无法测量磁性颗粒或铁磁颗粒在液体总量中所占的比例并且无法区分出其他颗粒、例如砂粒。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出用于确定磁性颗粒或铁磁颗粒的流速并且能够解决前述问题的一种方法和一种装置。所述目的尤其在于，能够不发生接触和同时无磨损地，并且然而也可靠地测量出磁性颗粒或铁磁颗粒的流速。所述目的尤其在于，能够仅对磁性颗粒或者铁磁颗粒，并且不对任何较大或较小的非磁性颗粒进行测量并且由流速算出浓度，而不必使用有损健康的射线、例如X射线辐射。由此减少了投入和成本，并且提供了一种实现更佳的过程控制的可能性。本发明的另一个目的在于，提出前述方法和装置的应用。前述目的在用于确定磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的方法方面通过权利要求1所述的特征得以实现，在用于确定磁性颗粒或铁磁颗粒在悬浮液中的流速以便实施方法的装置方面通过权利要求11所述的特征得以实现，在方法和装置的应用方面则通过权利要求13所述的特征得以实现。根据本发明的用于确定磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的方法的有利设计方案由相应的从属权利要求中得出。同时独立权利要求的特征能相互结合并且与从属权利要求的特征相结合，以及从属权利要求的特征也能相互结合。根据本发明的用于确定流过控制室的悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的方法包括借助围绕第一控制室的测量线圈测量取决于时间t的磁通量O115在这里，在一个时间点上的磁通量是悬浮液中所含的磁性颗粒的量的衡量标准。此外，在距第一控制室预定间距d处布置的第二控制室中借助围绕第二控制室的第二测量线圈测量取决于时间t的磁通量02。通过比较测量值O1 (t)与O2 (t)得出时间间隔At，借助预定间距d利用该时间间隔计算出流速。通过应用测量磁通量的测量线圈能够实现无需X射线辐射而无接触、无磨损地确定磁性颗粒或铁磁颗粒的流速。由此避免更频繁地更换磨损件，并且由此节省了成本。此夕卜，使用X射线辐射所带来的较高投入也得以节省。通过比较两个通过两个测量线圈取决于时间而得出的测量曲线，能够可靠地确定悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒要经过预定的路程d所需要的时间。由此确定的、在每个时间点上同时以液流算出的流速能被用来调节或控制流程。由流速V、液流的横截面积A和取决于时间t的磁通量能计算出悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒的浓度C。浓度c被作为颗粒的数量n除以体积V的商而得出。通过测量线圈所测得的磁通量O1是在时间点h上的、悬浮液中所含的磁性颗粒的数量n的衡量标准。如果在时间间隔At期间测量磁通量，则由此得出在该时间间隔At内已通过测量线圈的磁性颗粒的数量n。假定液流均匀地具有恒定的流速V，那么液体、即悬浮液就在同一个时间间隔内以流速V经过了路程s (At)。因此，由s (At)乘以液流的横截面积A得出在时间间隔At内流过测量线圈的悬浮液的体积V。液流的横截面积A例如是由测量线圈围绕的且由悬浮液流过的管道的内横截面积。因此，在测得的流速V的情况下已知了在时间间隔At内流过测量线圈的体积V(At)。同时，已知了通过磁通量而测得的微粒数量n (At)，其以体积V (At)通过测量线圈。因此，浓度c作为微粒数量n (At)除以体积V (At)的商而得出。由此，通过根据本发明的方法能够实现浓度c的在线监控。与仅使用一个测量线圈相比，使用相互之间以预定间距d隔开布置的两个测量线圈并且比较通过这两个测量线圈的磁通量的时间曲线，甚至能够在颗粒数量或者是浓度未知的情况下可靠地计算出流过速度V。能自动地通过计算机实现同时比较测量曲线以及由此计算出流过速度V以及浓度C，并且同时用于过程控制。从取决于时间t的磁通量O1的测量曲线中能够查明在时间点h上的特征测量点P、尤其是在该时间点h上的磁通量％的最大值或最小值。在与取决于时间t的磁通量O2的测量曲线的变化过程进行比较的情况下还能在时间点t2上重新识别该特征测量点、尤其是作为在时间点t2上的磁通量O2的相应的最大值或最小值。那么由时间点A与t2之间的时间差得出时间间隔At，该时间间隔得出流速，作为预定间距d除以时间间隔At的商。磁性颗粒能借助在流动方向上布置在测量线圈之前的磁场发生装置被磁化。不必对此前已被磁化的颗粒或者已经以磁化状态存在的颗粒进行磁化。在一种实施方式中，磁场发生装置能产生穿过测量线圈的静态磁通量。在此，能在确定的积分时间期间利用磁通计来测量控制室中的磁通量。通过磁通计测量两个控制室内的磁通量的前提是，磁场发生装置的磁场延伸到这两个控制室上。相对于前述的具有静态磁场的方法可替换地，磁场发生装置能在控制室中产生随着时间改变的磁场。那么能基于配属于控制室的测量线圈中的感应电压来测量在各个控制室中的磁通量。能分别 使两个线圈作为测量线圈系统对称地(gegengleich)相互连接。能通过对称的相互连接来补偿磁场发生装置的磁通量。也能使用两个以上的测量线圈或者是测量线圈系统。借助两个以上的分别围绕控制室的测量线圈能分别测量取决于时间t的磁通量O，并且比较两个以上的测量曲线能导致更加可靠地识别特殊的测量点P。由此能更加准确和可靠地，例如通过求测量值的平均值来实现确定每两个测量线圈上时间相互间隔的测量点P的时间间隔△ t并且确定流过速度和浓度。根据本发明的用于确定悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的装置能用于实施前述的方法。该装置通常包括两个或更多个测量线圈，测量线圈相互之间分别以预定的间距隔开地围绕各个测量线圈所对应的控制室布置，其中，控制室由含有磁性颗粒或铁磁颗粒的悬浮液流过。在采矿设备中实现了对前述方法和/或前述装置的根据本发明的应用。由用于确定悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的装置所带来的优点和由对方法和装置的应用所带来的优点与之前的用于确定悬浮液中的磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的方法相关的内容中所述的优点类似。
下面借助附图进一步阐述本发明的具有根据从属权利要求所述特征的有利的改进方案的优选的实施方式，然而，本发明并非仅限于这些实施方式。图中示出图1示出借助测量线圈和产生静态磁场的磁场发生装置用于测量磁性颗粒的测量装置的结构；以及图2示出图1中所示的测量装置，然而具有产生随着时间改变的磁场的磁场发生装置；以及图3示出用于实施根据本发明的、用于确定磁性颗粒或铁磁颗粒的流速的方法的测量结构的原理图；以及图4A-C示出根据本发明的方法的步骤的原理图，该方法基于两个测量曲线A和B的比较。
具体实施例方式图1中所示的装置I包括管状控制室2，该控制室由包含磁性颗粒或铁磁颗粒的悬浮液3流过。控制室2被测量线圈4围绕，该测量线圈会对该测量线圈4所包围的面积内的磁通量进行测量。此外，控制室2被设计为线圈5 (激励线圈)的磁场发生装置围绕，激励电流流过该磁场发生装置，该激励电流在控制室内产生静态磁场。这样选择线圈5的绕组数以及流过该线圈5的电流，使得线圈5的内部中的磁场H足够大，以便使悬浮液3中所含的铁磁颗粒磁化至确定的值。通过由线圈5产生的静态磁场磁化铁磁颗粒，由此形成额外的磁通量BM，利用测量线圈4以及与该测量线圈相连的、在图1中仅示意性示出的磁通计6通过时间上的积分探测该磁通量，其中，测量信号是在积分时间期间位于测量线圈4内的铁磁颗粒的衡量标准。由于测量线圈4除了测量由铁磁颗粒引起的磁通量Bm之外，还会测量通过线圈5或者是通过激励磁场H引起的磁通量Bh (所谓的空气中磁通量Bh= UciH),因此，在线圈5内的激励磁场内设置补偿线圈7。这样来布置补偿线圈7，使得补偿线圈同样由激励线圈的空气中磁通量Bh然而不由通过控制室2的磁性颗粒的磁通量Bm通过。补偿线圈7在由该线圈所包围的面积和绕组数方面这样设计，使得补偿线圈正好对称地与测量线圈4相对应。例如通过在绕组数相等和线圈面积相等的条件下使两个线圈的绕组方向相反，来实现这种情况。在图1中所示的实施例中，补偿线圈7被布置在测量线圈4旁边。补偿线圈7和与该补偿线圈对称的测量线圈4通电地串联，使得能够在这两个线圈中的和信号中正好补偿通过这两个线圈的激励磁场Bh的通量(净电压U=OX因此，以所连接的磁通计6所测得的时间积分也同样为零。如果能磁化的颗粒或者磁化颗粒位于控制室内或者是位于围绕该控制室的测量线圈内，那么，就会干扰由测量线圈(4)和补偿线圈(7)构成的线圈装置的补偿，并且通过颗粒的磁化引起的磁通量Bm使得净电压U古0，该净电压由所连接的磁通计进行时间积分。所积分的电压U因而表征了悬浮液中所含的磁性颗粒或可磁化颗粒的磁化的衡量标准并且进而构成了悬浮液中所含的磁性颗粒或能磁化的颗粒的量的衡量标准，并且能被用作为过程控制中的调节参量。在用于磁性分离的方法的范畴内，能借助测量信号确定悬浮液中所含的磁性颗粒或者是能磁化的颗粒的比例。图2示出了本发明的第二种实施例，其中，对于相一致的组件使用与图1相同的参考标号。与第一种实施例相一致地，装置8包括由悬浮液3流过的管状控制室2，该控制室被测量线圈4围绕。与第一种实施例所不同的是，由设计为线圈9的磁场发生装置产生交变磁场，该交变磁场使得悬浮液3中所含的铁磁颗粒以确定的频率交替地以相反的方向磁化。该交变磁场引起测量线圈4内的铁磁颗粒连续的交变磁化，从而使通过磁性颗粒所产生的额外的磁通量周期性地随着用作激励磁场的交变磁场的频率而改变。磁通量的随着时间的改变引起在测量线圈4中的电压的感应，该感应与磁通量的变化成比例并且由此表征了测量线圈4中的磁性颗粒或者是能磁化的颗粒的比例的衡量标准。与第一种实施例相同，例如与测量线圈对称地设计的补偿线圈7位于产生激励磁场的线圈9内，以便补偿激励磁场对于测量线圈4的影响。在图3中示出了用于实施根据本发明的方法的测量结构的原理图。两个分别被测量线圈4，4’围绕的控制室2，2’沿着悬浮液3的液流先后布置，以便确定磁性颗粒或者能磁化的颗粒的流速。液流在液流管道10中流动，该液流管道例如由塑料或者另一种不能磁化的材料制成的管件构成。测量线圈4，4’如上所述地相互之间以预定的间距d布置并且分别包围管件。管件内横截面的面积由悬浮液3流过且由线圈完全包围，该面积是液流的横截面积A。该横截面位于线圈绕组的平面中并且垂直于线圈的纵轴线。例如由水和磁性颗粒或者能磁化的颗粒8构成的悬浮液3流过液流通道10并且通过第一控制室2。该控制室2被前述测量线圈4包围，或者如图1和2所示的测量装置I布置在控制室2的位置上。如图4A中所示，由第一测量线圈4取决于时间计算出测量信号、例如测量电压U。在时间点t上的电压U是在该时间点t上的磁通量O1的衡量标准，并且因此也是悬浮液3中所含的、在时间点t上运动通过测量线圈4的磁性颗粒8的量的衡量标准。相类似的是，如图4B中所示，由第二测量线圈4’取决于时间计算出测量信号、例如测量电压U，。在时间点t上的电压U，是在该时间点t上的磁通量O2的衡量标准，并且因此也是悬浮液3中所含的、在时间点t上运动通过测量线圈4’的磁性颗粒8的量的衡量标准。因为悬浮液3中的磁性颗粒8在时间点h上运动通过测量线圈4，并且随着悬浮液3 —起继续在时间点t2上运动通过测量线圈4’，由两个具有时间差A t的测量线圈4，4’进行测量。相类似地，悬浮液3中在时间点h上运动通过测量线圈4的磁性颗粒8会随着悬浮液3 —起继续在时间点t2上运动通过测量线圈4’，并且对其量进行测量。A t的时间差表征了悬浮液3的液流中的磁性颗粒8由测量线圈4到达测量线圈4’所需的时间，也就是其经过与预定间距d相等的路程所需的时间。因为悬浮液3中的磁性颗粒8的浓度会发生改变，因此测量线圈4的测量就会得出测量曲线，例如U (t)，也见图4A，该测量曲线在测量线圈4’的测量中以一定的时间差At重复，见图4B。如果如图4C所示将这两个测量线圈4，4’的测量相互比较，那么，就可借助测量曲线的图例或者是形式计算出时间差At。例如能借助其形状识别出测量线圈4的测量曲线以及测量线圈4’的测量曲线中的明显的最大值，并且能计算出测量线圈4的测量曲线的最大值与测量线圈4’的测量曲线的最大值之间的时间差。该时间差用At表示。为此能将图4A和4B的测量曲线如图4C所示地叠加示出在图表中，其中，这样来进行叠加，使得在曲线中的时间轴上的那些在同一时间以测量线圈4和测量线圈4’测得的点均对应于该时间轴上相等的值。也能够以电子方式或者通过计算机来实现前述方法。那么，例如就能通过电子线路计算出和分析所测电压的差。使用计算机程序能同时通过确定时间差At通过公式V (t) =d/ A t
计算出流速V，其中，V (t)为平均流速，d表示控制室或者是测量线圈4和4’之间的预定间距，并且△ t是计算出的、在对测量线圈4的测量曲线中的特征点进行测量与对在测量线圈4’的测量曲线中的相同的特征测量点进行测量之间的时间差。由平均流速V (t)、液流的横截面积A和取决于时间t的磁通量①能计算出在悬浮液3中随时间变化的磁性颗粒或铁磁颗粒8的浓度C。得出浓度C，作为颗粒的数量n除以体积V的商。在时间点h上通过测量线圈4测得的磁通量O1是悬浮液3中所含的磁性颗粒8的量n的衡量标准。如果通过时间间隔At来测量磁通量，那么，通过数字n给出了在该时间间隔At内已通过测量线圈的磁性颗粒8的量。假定液流均匀地在较短的时间间隔内具有恒定的流速V，液体、即悬浮液3在相同的时间间隔内已经以流速V经过路程s(At)。因此，由S(At)乘以液流的横截面积A，即可得出在时间间隔At内流过测量线圈4的悬浮液3的体积V。液流的横截面积A例如是由测量线圈所包围且由悬浮液3流过的管件的内横截面积。因此,在测量到流速V (=const)的情况下已知了在时间At内流过测量线圈4的体积V (At)。同时也已知了通过磁通量O所测得的、以体积V (At)通过测量线圈的微粒数量n (At)。从中得出了浓度C，作为微粒数量n (At)除以体积V (At)的商 c=n ( A t) /V ( A t) =n ( A t) / (s ( A t) x A) =n ( A t) / (d x A)其中，n (At) O，也即微粒数量与所测得的磁通量成比例。因此，通过根据本发明的方法能够实现悬浮液3中的磁性颗粒或能磁化的颗粒8的流速V和浓度c的在线监控。本发明并不限于前述实施例。前述实施例也可相互组合。也可采用不同于前述材料的其他材料，例如由油、 血或其他液体构成的悬浮液。
权利要求
1.一种用于确定流过控制室的悬浮液(3)中的磁性颗粒或铁磁颗粒(8)的流速的方法，其中，借助围绕第一控制室(2)的测量线圈(4)测量取决于时间t的磁通量O1，其中，在一个时间点上的所述磁通量表征了所述悬浮液(3)中所含的所述磁性颗粒(8)的量的衡量标准，并且，在距所述第一控制室(2)预定间距d处布置的第二控制室(2’)中借助围绕所述第二控制室(2’ )的第二测量线圈(4’)测量取决于时间t的磁通量Φ2，其特征在于，通过比较测量值O1 (〖)与Φ2 (t)得出时间间隔At，借助所述预定间距d利用所述时间间隔计算出所述流速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述流速，液流的横截面积和取决于时间t的磁通量Φ计算出所述悬浮液(3)中的所述磁性颗粒或铁磁颗粒(8)的浓度C。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从取决于时间t的所述磁通量O1的测量曲线中查明在时间点h上的特征测量点P，尤其是在所述时间点h上的所述磁通量O1的最大值或最小值，在取决于时间t的所述磁通量φ2的测量曲线的变化过程中能在时间点t2上重新识别所述特征测量点，尤其是作为在所述时间点t2上的所述磁通量φ2的相应的最大值或最小值，其中，由所述时间点h与t2之间的时间差得出所述时间间隔△t，所述时间间隔得出所述流速，作为所述预定间距d除以所述时间间隔At的商。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁性颗粒(8)借助在流动方向上布置在所述测量线圈(4，4’ )之前的磁场发生装置(9)被磁化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁场发生装置(9)产生静态磁场，所述静态磁场作用于所述测量线圈(4，4’)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在确定的积分时间期间利用磁通计(6)来测量控制室(2)中的所述磁通量。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述磁场发生装置(9)在所述控制室中产生随着时间改变的磁场。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于配属于所述控制室(2，2’)的所述测量线圈(4，4’ )中的感应电压来测量在各个所述控制室(2，2’ )中的通量。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，分别使两个线圈作为测量线圈(4，4’ )对称地相互连接，以便通过对称的相互连接来补偿所述磁场发生装置(9)的磁通量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助两个以上的分别围绕控制室(2)的测量线圈(4，4’ )分别测量取决于时间t的磁通量Φ。
11.一种用于确定悬浮液(3)中的磁性颗粒或铁磁颗粒(8)的流速以便实施根据权利要求I至11中任一项所述的方法的装置。
12.—种对根据权利要求1至10中任一项所述的方法和/或根据权利要求11所述的装置在采矿设备中的应用。
全文摘要
本发明涉及用于确定流过控制室的悬浮液(3)中的磁性颗粒或铁磁颗粒(8)的流速的一种方法和一种装置。借助围绕第一控制室(2)的测量线圈(4)测量取决于时间t的磁通量Φ1，其中，在一个时间点上的磁通量表征了悬浮液(3)中所含的磁性颗粒(8)的量的衡量标准。在距第一控制室(2)预定间距d处布置的第二控制室(2')中借助围绕第二控制室(2')的第二测量线圈(4')测量取决于时间t的磁通量Φ2，并且，通过比较测量值Φ1(t)与Φ2(t)得出时间间隔Δt，借助预定间距d利用该时间间隔计算出流速。根据本发明的方法和装置可被用于采矿设备中。
文档编号G01F1/74GK103038610SQ201180028690
公开日2013年4月10日 申请日期2011年4月11日 优先权日2010年6月9日
发明者弗拉迪米尔·达诺夫, 赫尔穆特·埃克特, 维尔纳·哈特曼, 曼弗雷德·鲁伊里格, 安德烈亚斯·施勒特尔, 罗兰·韦斯 申请人:西门子公司