DE102008057081A1

DE102008057081A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Menge ferromagnetischer Partikel in einer Suspension

Info

Publication number: DE102008057081A1
Application number: DE200810057081
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr. Danov; Werner Dr. Hartmann; Manfred Dr. Rührig; Wolfgang Dr. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: BASF SE; Siemens AG
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2010054886A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung der Menge magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren Kontrollraum, wobei die Vorrichtung (1, 8) eine den Kontrollraum (2) umgebende Messspule (4) zur Messung des magnetischen Flusses aufweist, der ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen oder ferromagnetischen Partikel darstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Menge ferromagnetischer Partikel in einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren Kontrollraum.
Bei vielen technischen Prozessen spielen magnetische oder ferromagnetische Partikel eine Rolle, beispielsweise werden bei medizinischen Diagnoseverfahren derartige Partikel zur Markierung von Zellen eingesetzt. Ebenso werden magnetische Partikel bei medizinischen Therapieverfahren (drug targeting) verwendet. Auch bei der Wasseraufbereitung können magnetische oder ferromagnetische Partikel eingesetzt werden, um bestimmte Substanzen im Abwasser auszufällen. Ein weiteres großes Anwendungsgebiet ist die Aufbereitung von Erzen, die mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit vermischt als Suspension vorliegen. Die magnetischen oder ferromagnetischen Partikel in der Suspension können mittels eines Magnetfelds separiert werden.
Bei den meisten Anwendungen ist es wünschenswert, die Menge der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel zu kennen, um das Verfahren oder den Prozess exakt steuern zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Menge magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer Suspension einfach bestimmt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie eine den Kontrollraum umgebende Messspule zur Messung des magnetischen Flusses aufweist, der ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen oder ferromagnetischen Partikel darstellt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kontrollraum von einer Messspule umgeben, sodass die gewünschte Bestimmung der Menge magnetischer oder ferromagnetischer Partikel instantan durchgeführt werden kann, während die Suspension den Kontrollraum durchströmt. Die Bestimmung des Mengenanteils der Partikel kann somit kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, ohne dass der den Kontrollraum passierende Flüssigkeitsstrom unterbrochen werden muss. Der gemessene magnetische Fluss ist proportional zu der Menge der in der Suspension enthaltenen Partikel und kann als Regelgröße für eine Prozesssteuerung dienen.
Es wird bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung zum Magnetisieren der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel aufweist. Mit der Magnetfelderzeugungsvorrichtung werden die magnetischen Partikel aufmagnetisiert, anschließend kann diese Magnetisierung mittels der Messspule erfasst werden.
Vorzugsweise umfasst die Magnetfelderzeugungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine von einem Strom durchflossene Spule, wobei die Magnetfelderzeugungsvorrichtung gemäß einer ersten Alternative zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds ausgebildet ist. Bei dieser Variante kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Fluxmeter zur Messung des magnetischen Flusses während einer festgelegten Integrationszeit aufweisen.
Gemäß einer zweiten, alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Magnetfelderzeugungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines eine festgelegte Frequenz aufweisenden magnetischen Wechselfelds ausgebildet sein. Dabei kann die Vorrichtung zur Erfassung der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses anhand der in der Messspule induzierten Spannung ausgebildet sein.
Um eine unerwünschte Beeinflussung des Messergebnisses durch die Magnetfelderzeugungsvorrichtung zu vermeiden, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine an die Messspule angepasste Kompensationsspule umfassen, die derart angeordnet ist, dass sie dem Einfluss der Magnetfelderzeugungsvorrichtung unterliegt, nicht jedoch dem Einfluss der den Kontrollraum passierenden Suspension. Auf diese Weise kann zur Kompensation des Einflusses der Magnetfelderzeugungsvorrichtung die Differenz zwischen der von der Messspule erfassten Spannung und der von der Kompensationsspule erfassten Spannung ermittelt werden, wodurch der Einfluss des Erregerfelds eliminiert wird.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Menge magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer einen Kontrollraum durchströmenden Suspension.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass mittels einer den Kontrollraum umgebenden Messspule der magnetische Fluss gemessen wird, der ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen oder ferromagnetischen Partikel darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit besonderem Vorteil durchgeführt werden, um die ermittelte Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen oder ferromagnetischen Partikel als Regelgröße in einer Prozesssteuerung zu verwenden.
Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens sieht vor, dass die in der Suspension enthaltenen ferromagnetischen Partikel mittels eines Magnetfelds separiert werden, wobei das Separationsverfahren anhand der ermittelten Menge der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel geregelt wird.
Eine andere bevorzugte Anwendung des Verfahrens sieht vor, dass die magnetischen oder ferromagnetischen Partikel zu der Suspension dosiert werden, wobei der Dosiervorgang anhand der ermittelten Menge der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel geregelt wird.
In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung; und
2 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einen rohrförmigen Kontrollraum 2, der von einer Suspension 3 durchströmt wird, die ferromagnetische Partikel enthält. Der Kontrollraum 2 ist von einer Messspule 4 umgeben, die den magnetischen Fluss innerhalb der von der Messspule 4 eingeschlossenen Fläche misst. Der Kontrollraum 2 ist ferner von einer als Spule 5 (Anregungsspule) ausgebildeten Magnetfelderzeugungsvorrichtung umgeben, durch die ein Strom fließt. Die Anzahl der Windungen der Spule 5 und der durch die Spule 5 fließende Strom sind so gewählt, dass das magnetische Feld H im Inneren der Spule 5 ausreichend groß ist, um ferromagnetische Partikel, die in der Suspension 3 enthalten sind, bis zu einem festgelegten Wert aufzumagnetisieren. Durch das durch die Spule 5 erzeugte statische Magnetfeld werden die ferromagnetischen Partikel aufmagnetisiert, wodurch ein zusätzlicher Magnetfluss entsteht, der mit einem in 1 lediglich schematisch dargestellten Fluxmeter 6 durch eine zeitliche Integration detektiert wird, wobei das Messsignal ein Maß für die sich während der Integrationszeit in der Messspule 4 befindlichen ferromagnetischen Partikel ist.
Da die Messspule 4 neben dem von den ferromagnetischen Partikeln verursachten Magnetfluss auch noch den durch die Spule 5 bzw. durch das Anregungsfeld H verursachten magnetischen Fluss misst, befindet sich innerhalb des Anregungsfelds in nerhalb der Spule 5 eine Kompensationsspule 7, die derart angeordnet ist, dass sie dem Einfluss der Magnetfelderzeugungsvorrichtung unterliegt, nicht jedoch dem Einfluss der den Kontrollraum 2 passierenden ferromagnetischen Partikel. Die Kompensationsspule 7 ist hinsichtlich der von ihr eingeschlossenen Fläche und der Windungszahl so ausgebildet, dass sie der Messspule 4 genau entspricht. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kompensationsspule 7 neben der Messspule 4 angeordnet. Die Kompensationsspule 7 und die Messspule 4 sind elektrisch derart zusammengeschaltet, dass die Differenz der den beiden Spulen zugeordneten Spannungen ermittelt wird, wodurch der Einfluss des Anregungsfelds kompensiert wird. Auf diese Weise trägt lediglich der durch die ferromagnetischen Partikel bewirkte magnetische Fluss Φ zu der erwähnten Spannungsdifferenz bei, das heißt, das Messsignal wird nicht von der das Anregungsfeld H erzeugenden Spule 5 beeinflusst. Das Messsignal, das ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen ferromagnetischen Partikel darstellt, kann als Regelgröße in einer Prozesssteuerung verwendet werden.
Im Rahmen eines Verfahrens zur magnetischen Separation kann anhand des Messsignals der Anteil der in der Suspension enthaltenen ferromagnetischen Partikel bestimmt werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für übereinstimmende Bestandteile dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet werden. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung 8 einen von einer Suspension 3 durchströmten rohrförmigen Kontrollraum 2, der von einer Messspule 4 umgeben ist. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel wird von einer als Spule 9 ausgebildeten Magnetfelderzeugungsvorrichtung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das die in der Suspension 3 enthaltenen ferromagnetischen Partikel mit einer festgelegten Frequenz abwechselnd in entgegengesetzter Richtung aufmagnetisiert. Das magnetische Wechselfeld bewirkt, dass die ferromagnetischen Partikel innerhalb der Messspule 4 kontinuier lich ummagnetisiert werden, sodass der durch die ferromagnetischen Partikel erzeugte zusätzliche Magnetfluss Φ sich periodisch mit der Frequenz des als Anregungsfeld dienenden magnetischen Wechselfelds ändert. Die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses bewirkt die Induktion einer Spannung in der Messspule 4, die der Änderung des magnetischen Flusses proportional ist und die somit ein Maß für den Anteil der ferromagnetischen Partikel in der Messspule 4 darstellt.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich innerhalb der das Anregungsfeld erzeugenden Spule 9 eine Kompensationsspule 7, um den Einfluss des Anregungsfelds auf die Messspule 4 zu kompensieren.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der Menge magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren Kontrollraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 8) eine den Kontrollraum (2) umgebende Messspule (4) zur Messung des magnetischen Flusses aufweist, der ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen oder ferromagnetischen Partikel darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 8) eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung zum Magnetisieren der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung eine von einem Strom durchflossene Spule (5) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Fluxmeter (6) zur Messung des magnetischen Flusses während einer festgelegten Integrationszeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines eine festgelegte Frequenz aufweisenden magnetischen Wechselfelds ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) zur Erfassung der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses anhand der in der Messspule (4) induzierten Spannung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an die Messspule (4) angepasste Kompensationsspule (7) umfasst, die derart angeordnet ist, dass sie dem Einfluss der Magnetfelderzeugungsvorrichtung unterliegt, nicht jedoch dem Einfluss der den Kontrollraum (2) passierenden Suspension (3).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kompensation des Einflusses der Magnetfelderzeugungsvorrichtung zum Bilden der Differenz zwischen der von der Messspule (4) erfassten Spannung und der von der Kompensationsspule (7) erfassten Spannung ausgebildet ist.
Verfahren zur Bestimmung der Menge magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer einen Kontrollraum durchströmenden Suspension, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer den Kontrollraum umgebenden Messspule der magnetische Fluss gemessen wird, der ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen ferromagnetischen Partikel darstellt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ferromagnetischen Partikel mittels einer in Strömungsrichtung vor der Messspule angeordneten Magnetfelderzeugungsvorrichtung magnetisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung ein statisches Magnetfeld oder ein eine festgelegte Frequenz aufweisendes magnetisches Wechselfeld erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erzeugten statischen Magnetfeld der magnetische Fluss während einer festgelegten Integrationszeit mit einem Fluxmeter gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem magnetischen Wechselfeld die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses anhand der in der Messspule induzierten Spannung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Magnetfelderzeugungsvorrichtung durch Bilden der Differenz zwischen der von der Messspule erfassten Spannung und der von einer Kompensationsspule erfassten Spannung ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen oder ferromagnetischen Partikel als Regelgröße in einer Prozesssteuerung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Suspension enthaltenen ferromagnetischen Partikel mittels eines Magnetfelds separiert werden, wobei das Separationsverfahren anhand der ermittelten Menge der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen oder ferromagnetischen Partikel zu der Suspension dosiert werden, wobei der Dosiervorgang anhand der ermittelten Menge der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel geregelt wird.