CN107765196B - 一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，属于高梯度磁选技术领域，所述试验装置主要由高斯计探头、固定支架、螺纹推杆、尺板、介质卡板、介质模型及磁极头部分组成，使用时首先将需要测量的介质模型固定在固定支架下部的两个彼此平行的介质卡板之间，再将其固定在激磁设备两个磁极头之间，然后通过探头移动装置精确定向移动高斯计探头，或者通过介质卡板上的定位孔轴向移动介质模型，以此完成特定路径上磁场强度的测量。此装置将需测量的介质模型等比例放大，以此克服难以狭小位移空间磁场测量的困难，且能提供较好的测量精度。

Description

一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，属于高梯度磁选技术领域。

背景技术

高梯度磁选通过在背景磁场中充填聚磁介质，使得聚磁介质产生高磁场梯度，进而产生高磁场力，以此实现对弱磁性矿物颗粒的高效回收。聚磁介质是高梯度磁选设备的核心组成部件，其性能的优劣决定了高梯度磁选效果的好坏。在对聚磁介质的改进研究过程中，强化细粒弱磁性颗粒的回收及减少介质工作时的磁性物堵塞始终作为聚磁介质发展的重要方向。棒状介质是高梯度磁选中应用最广泛的一种聚磁介质，目前已对其进行了大量的理论研究和实践应用工作，受介质材质饱和磁化强度和背景场强的限制，通常采取减小介质棒直径或采用不同截面形状介质的方式获得高磁场梯度。研究聚磁介质的磁场特性对确定介质结构特征参数及其对磁性颗粒的捕获行为有着重要作用。大空间磁场的测量通常采用实测法，但高梯度磁选中介质间隙空间狭小，测量仪器的探头一般不能直接放入其中进行探测，因此实测法并不适用。对于这种情况，可采用磁模拟法对真实介质周围空间的磁场进行造型，直接模拟出介质周围的感应磁场分布再进行测量。由于所涉及的磁场为无源、无旋场，场空间的磁位函数满足拉普拉斯方程，因此可以将介质的几何形状相似和尺寸等比例放大作为模拟条件。

发明内容

为了得到介质周围特定路径上感应磁场的分布状况，本发明提供了一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，为介质结构特征参数优化提供理论数据反馈。本发明通过以下技术方案实现。

一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，所述试验装置如附图所示，是由高斯计探头1、固定支架2、螺纹推杆3、尺板4、介质卡板5、介质模型6及磁极头7组成。

在本发明的示例性实施例中，固定支架2是由前、后、左、右四块具有3mm厚的长方形壁板围成的立方筒体。固定支架2的右侧壁板上部中间位置开有第一螺纹孔14，与带有外螺纹的螺纹推杆3相配合，第一螺纹孔14的正下方开有矩形孔13，与右侧壁板相对的固定支架2左侧壁板上的同样位置开有大小相同的矩形孔，供定位尺板4从这两个彼此相对的矩形孔13中穿过，限定其在特定方向上进行移动；固定支架2左侧壁板和右侧壁板的下部均开有与介质卡板5边缘处的卡扣11相配合的卡槽10；固定支架2的前后对应的前侧壁板和后侧壁板的下部中间位置开有三对第二螺纹孔8，三对第二螺纹孔8分别与相应的锁紧螺丝钉或螺纹钉相配合。其中，第一螺纹孔14可以是M6型螺纹孔，第二螺纹孔8可以是M3型螺纹孔。

在本发明的示例性实施例中，高斯计探头1、螺纹推杆3和尺板4共同组成探头移动装置，其中，尺板4穿过左右两个侧壁板上的一对平行设置的矩形孔13，实现对其定位，使其仅能沿左右方向滑动；尺板4中心位置开有一个和高斯计探头1顶端外形及大小相同的椭圆孔，高斯计探头1的顶端固定在此椭圆孔之中。带有外螺纹的螺纹推杆3与右侧壁板上的第一螺纹孔14相配合，螺纹推杆3一端旋转穿过第一螺纹孔14后顶在高斯计探头1的上部，仅固定螺纹推杆3同高斯计探头1的相对位置，不影响螺纹推杆3的旋转，通过旋动螺纹推杆3的把手端使其驱动高斯计探头1连带尺板4同时沿着矩形孔13所限定路径左右定向移动。高斯计探头1的底端中心处装有霍尔元件9，用来感应并测量所处位置的磁场强度。当高斯计探头1在螺纹推杆3的驱动下在特定路径上定向移动时，探头底端的霍尔元件9所经过区域点的磁场强度即可被感应测量，从而实现对聚磁介质周围某条特定路径上磁场强度的测定。

在本发明的示例性实施例中，介质卡板5的中心位置开有与介质模型6径向截面外形及大小一致的定位孔12，其边缘两侧留有能够与固定支架2左侧壁板和右侧壁板底部卡槽10相配合的卡扣11。使用过程中首先将介质模型6的两端装配在一对平行设置的介质卡板5的各自定位孔12内，且保持其处于两个介质卡板5的中间位置，然后将它们从固定支架2的底部整体装入到固定支架2内，并通过介质卡板5边缘的卡扣11与位于固定支架2左侧壁板和右侧壁板底部的卡槽10实现整体与固定支架2的活动连接，即卡扣11与卡槽10之间可上下相对滑动；由于高斯计探头1仅能左右移动，其底部的霍尔元件9的上下位置是固定不变的，因而可以通过介质卡板5在卡槽10中的上下移动来调整介质模型6与高斯计探头1底端霍尔元件9的相对位置。调整好介质模型6与探头下方霍尔元件9的相对位置后，将螺丝钉拧入固定支架2前侧壁板和后侧壁板下部任意一对第二螺纹孔8内，通过挤压介质卡板5将其锁死。每组成对使用的介质卡板5上分布有一对或两对介质模型定位孔12，其中开有两对定位孔的介质卡板5用来考察介质间隙空间的磁场情况，两对定位孔需要装入两个介质模型6，调整介质间隙的大小可以通过更换开有不同距离定位孔的双孔介质卡板5实现，调整介质直径及截面形状可以通过更换开有不同直径及形状定位孔的介质卡板5实现。

在本发明的示例性实施例中，一对相互平行的长方形的磁极头7设置在固定支架2左侧壁板和右侧壁板的外侧，磁极头7设有激磁线圈；其作用是将整个试验装置固定并为其提供背景磁场。通过给激磁线圈施加电流的方式促使两个磁极头7之间产生水平均匀背景磁场，改变磁场强度的大小可以用过调节激磁电流实现。两个磁极头7之间的距离可以自由调节，当把整个试验装置设置在两个磁极头7之间后通过调节两个磁极头7之间的距离可以将试验装置夹紧固定。由于磁极头7断面面积远大于介质模型6，因此可以认定介质模型6所处背景磁场是均匀的。

在本发明的示例性实施例中，介质模型6是基于电磁学中几何相似理论而将工业应用中实际尺寸的聚磁介质等比例放大的一种物理模型，高梯度磁选设备中聚磁介质的实际尺寸一般是2～3mm，此处物理模型通常将其等比例放大4～5倍。

在本发明的示例性实施例中，螺纹推杆3是一段长度约5cm的螺杆，螺纹螺距1mm，其旋转一圈恰好可以驱动高斯计探头1在特定路径上移动1mm。探头移动装置中的尺板4两侧刻有毫米刻度，用于高斯计探头1移动过程中的位置记忆。高斯计探头1为市场中可以购买到的高精度高斯计的测量部件，测量结束后可将其数据传输到高斯计主部件并显示记录。

在本发明的示例性实施例中，第二螺纹孔8有两个作用：一是在其中拧入锁紧螺丝可以起到锁死介质卡板5的作用，这样可以固定介质模型6与固定支架2的相对位置；另一个作用是利用与第二螺纹孔8相配合的螺纹钉来调节介质模型在轴向上的移动。一般情况下两对第二螺纹孔8即可分别满足这两个要求，设置三对的目的是考虑到有双孔介质卡板的存在。

在本发明的示例性实施例中，试验装置中除磁极头7外的所有部件均由非导磁材料制成，其中固定支架2壁板、介质卡板5、及探头移动装置中的尺板4材质均为有机玻璃材料，这样可以方便观察装置内部结构，在使用过程中便于及时调整。探头移动装置中的螺纹推杆3及与固定支架2前后侧壁板下部第二螺纹孔配合用的螺丝钉均为铜材质。

使用时，首先将需要测量的介质模型6按照前面的描述固定在固定支架2下部的一对相互平行的介质卡板5之间，然后将整个装置固定在未接通电源的激磁设备的一对磁极头7之间，通过探头移动装置中的螺纹推杆3和尺板4调整好高斯计探头1的初始位置，通过介质卡板5调整好介质模型6与探头下方霍尔元件9的相对位置后将其锁死。完成这些操作后接通激磁电源，根据测量需要调整背景场强的大小，然后通过转动探头移动装置中的螺纹推杆3，驱动固定在尺板4上的高斯计探头1进行精确定向移动，此时高斯计探头1下端的霍尔元件9始终位于介质模型6周围的某条特定路径上，以此完成远离或靠近介质模型特定路径上磁场强度的测量。或者保持高斯计探头1位置不变，即高斯计探头1下方的霍尔元件9与介质模型6轴向距离一定，利用与固定支架2下部的第二螺纹孔8配合螺丝钉，使其以类似于螺纹推杆3的方式推动介质模型6轴向移动，以实现离开介质模型特定距离处沿介质模型轴向路径上磁场强度的测量。

本发明的显著特点是：

(1)此装置的应用基础为磁场中的几何相似理论，将介质模型等比例放大，以此克服难以狭小位移空间磁场测量的困难；

(2)高斯计探头及介质模型采用螺纹推杆推进的方式进行移动，保证测量过程中测量点的精确定位；

(3)通过更换不同介质定位孔类型的介质卡板，不仅可以实现不同特征参数的单根介质周围的感应磁场分布情况，还可以实现对介质间隙空间磁场特性的测量。此过程操作简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明结构的主视图；

图3是本发明介质卡板中的单孔卡板结构示意图；

图4是本发明介质卡板中的双孔卡板结构示意图。

图中：1-高斯计探头，2-固定支架，3-螺纹推杆，4-尺板，5-介质卡板，6-介质模型，7-磁极头，8-第二螺纹孔(M3型螺纹孔)，9-霍尔元件，10-卡槽，11-卡扣，12-定位孔，13-矩形孔，14-第一螺纹孔(M6型螺纹孔)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1-4所示，该测量聚磁介质感应磁场的试验装置，包括：高斯计探头1、固定支架2、螺纹推杆3、尺板4、介质卡板5、介质模型6、磁极头7。其中，所述高斯计探头1连接外部高斯计主部件，用于读取高斯计探头1下部霍尔元件9所经过路径上各点的磁场强度。高斯计探头1、螺纹推杆3和尺板4共同组成探头移动装置，用于控制高斯计探头1的精准定位及移动，螺纹推杆3与固定支架2上部第一螺纹孔14(M6型螺纹孔)相配合，尺板4与固定支架2上部矩形孔13相配合并能在其中定向滑动。介质卡板5通过卡槽10与固定支架2相连接，其能在卡槽10中上下移动以调整高斯计探头1与介质模型6待测区域的相对位置，还可以将其从卡槽10中拆卸以更换满足不同类型介质模型6固定需求的介质卡板5。介质卡板5上的定位孔12的形状和尺寸应与介质模型6径向截面的形状和尺寸一致，介质卡板5包含如图3所示的单孔卡板和图4所示的双孔卡板。介质模型6通过介质卡板5上的定位孔12安装在固定支架2的前后壁板上，此处的介质模型6可以是工业应用中介质棒直径的约4～5倍。磁极头7用于固定整个装置并为介质模型6提供背景磁场，其与固定支架2的连接方式为挤压式连接，即两个磁极头7的断面与固定支架2的左右两侧板互相平行挤压，以此将试验装置固定平稳。

实施例1

本项实施例1所制造出的装置和发明内容中对装置的描述完全一致，但在介质模型6的尺寸选择上，所模拟的聚磁介质的实际尺寸为2mm，其介质模型6对其等比例放大的倍数为5倍。通过本试验装置测量远离介质表面特定路径上的感应磁场分布。

首先将需要测量的介质模型6固定在固定支架2下部的两个平行的介质卡板5之间，然后将试验装置固定在未接通激磁电源的外部磁系的两个磁极头7之间，通过探头移动装置中的尺板4调整好高斯计探头1的初始移动位置，使探头底端的霍尔元件9感应区置于介质模型6表面。完成这些操作后接通激磁电源，根据需要调整背景场强的大小，然后通过旋转螺纹推杆3使其推动高斯计探头1向远离介质模型6表面方向平稳移动，每旋转一圈或半圈记录一次高斯计读数，以完成远离介质表面路径上磁场强度的测量。

实施例2

本项实施例1所制造出的装置和发明内容中对装置的描述一致，介质模型6所模拟的聚磁介质的实际尺寸为3mm，介质模型6对其等比例放大的倍数为4倍。目的是通过本试验装置测量离介质表面特定距离处一段介质轴向路径上的感应磁场分布。

首先将需要测量的介质模型6固定在固定支架2下部的两个平行的介质卡板5之间，然后将试验装置固定在未接通激磁电源的外部磁系的两个磁极头7之间，通过探头移动装置的尺板4调整好高斯计探头1的初始移动位置，使探头底端的霍尔元件9感应区置于离开介质模型6表面特定距离处。完成这些操作后接通激磁电源，根据需要调整背景场强的大小，然后旋动与固定支架2下部第二螺纹孔8(M3型螺纹孔)相配合的螺丝钉，以达到轴向推动介质模型6移动的目的，旋动的同时记录高斯计读数，以完成介质模型6轴向路径上磁场强度测量。

Claims (4)

1.一种用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，所述试验装置设有一个由前、后、左、右四块具有3mm厚的长方形壁板围成的固定支架(2)，固定支架(2)的右侧壁板上部中间位置开有第一螺纹孔(14)，与带有外螺纹的螺纹推杆(3)相配合，第一螺纹孔(14)的正下方开有矩形孔(13)，与固定支架(2)左侧壁板的同样位置开有大小相同的另一矩形孔，供定位尺板(4)从这两个彼此相对的矩形孔(13)中穿过，固定支架(2)左侧壁板和右侧壁板的下部均开有与介质卡板(5)边缘处的卡扣(11)相配合的卡槽(10)；固定支架(2)前侧壁板和后侧壁板的下部中间位置开有三对第二螺纹孔(8)，三对第二螺纹孔(8)分别与相应的锁紧螺丝钉或螺纹钉相配合；高斯计探头(1)、螺纹推杆(3)和尺板(4)共同组成探头移动装置，其中尺板(4)穿过左右两个侧壁板上的一对平行设置的矩形孔(13)，尺板(4)中心位置开有一个和高斯计探头(1)顶端外形及大小相同的椭圆孔，高斯计探头(1)的顶端固定在此椭圆孔之中；带有外螺纹的螺纹推杆(3)一端旋转穿过第一螺纹孔(14)后顶在高斯计探头(1)的上部，通过旋动螺纹推杆(3)的把手端使其驱动高斯计探头(1)连带尺板(4)同时沿着矩形孔(13)所限定路径左右定向移动；高斯计探头(1)的底端中心处装有霍尔元件(9)；介质卡板(5)的中心位置开有与介质模型(6)径向截面外形及大小一致的定位孔(12)，其边缘两侧留有能够与固定支架(2)左侧壁板和右侧壁板底部卡槽(10)相配合的卡扣(11)；介质模型(6)的两端装配在一对平行设置的介质卡板(5)的定位孔(12)内，且保持其处于两个介质卡板(5)的中间位置，然后将它们从固定支架(2)的底部整体装入到固定支架(2)内，并通过介质卡板(5)边缘的卡扣(11)与位于固定支架(2)左侧壁板和右侧壁板底部的卡槽(10)实现整体与固定支架(2)的活动连接，即卡扣(11)与卡槽(10)之间可上下相对滑动；将螺丝钉拧入固定支架(2)前侧壁板和后侧壁板下部任意一对第二螺纹孔(8)内，通过挤压介质卡板(5)将其锁死；(7)一对相互平行的长方形的磁极头(7)设置在固定支架(2)左侧壁板和右侧壁板的外侧，磁极头(7)设有激磁线圈；通过给激磁线圈施加电流的方式促使两个磁极头(7)之间产生水平均匀背景磁场，通过调节两个磁极头(7)之间的距离可以将试验装置夹紧固定。

2.根据权利要求1所述的用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，其特征在于试验装置中介质模型(6)是基于电磁学中几何相似理论而将工业应用中实际尺寸的聚磁介质等比例放大的一种物理模型，高梯度磁选设备中聚磁介质的实际尺寸一般是2～3mm，此处物理模型通常将其等比例放大4～5倍。

3.根据权利要求1所述的用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，其特征在于试验装置中的螺纹推杆(3)是一段长度约5cm的螺杆，螺纹螺距1mm，探头移动装置中的尺板(4)两侧刻有毫米刻度，高斯计探头(1)为市场中可以购买到的高精度高斯计的测量部件，测量结束后可将其数据传输到高斯计主部件并显示记录。

4.根据权利要求1所述的用于测量聚磁介质感应磁场的试验装置，其特征在于试验装置中除磁极头(7)外的所有部件均由非导磁材料制成，其中固定支架(2)壁板、介质卡板(5)、及探头移动装置中的尺板(4)材质均为有机玻璃材料，探头移动装置中的螺纹推杆(3)及与固定支架(2)前后侧壁板下部第二螺纹孔配合用的螺丝钉均为铜材质。