WO2012034874A2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der strömungsgeschwindigkeit mittels ausgerichteten magnetischen partikeln und deren verwendung - Google Patents

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Helmut Eckert
Andreas SCHRÖTER
Roland Weiss
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Siemens Aktiengesellschaft
Basf Se
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    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device and their use for determining the flow velocity of ferromagnetic particles in a sus ⁇ pension.
  • the suspension flows through at least two voneinan ⁇ the separate volume areas, wherein a first Volumenbe ⁇ rich along a flow direction of the suspension at a predetermined distance d is arranged in front of a second volume range.
  • the first volume region is surrounded by a donor coil which generates a magnetic field
  • the second volume region is surrounded by a receiving coil, by which a signal is measured.
  • ferromagnetic particles in a Rei ⁇ he technical processes of importance, for example, such particles for labeling cells are used in medical diagnostic procedures.
  • magnetic particles are used in medical therapy procedures (drug tar- geting).
  • magnetic or ferromagnetic particles can be used to precipitate certain substances in the wastewater.
  • Another large field of application is the treatment of ores mixed with water or another liquid as Sus ⁇ pension present.
  • the magnetic or ferromagnetic particles in the suspension can be separated by means of a magnetic field.
  • non-magnetic ore particles are bound to magnetizable particles by means of chemical surface activation, so that these agglomerates can be extracted from the pulp by means of suitably designed magnetic fields.
  • This new method leads to higher ore recovery ratio at lower Energyauf ⁇ wall than the previous-based gas bubbles procedures.
  • these new methods require the control of volume flows and ore concentrations, in particular also of the magnetizable particles in real time.
  • X-ray based analysis (X-fluorescence or X-absorption).
  • the object of the present invention is therefore to specify a method and a device for determining the flow velocity of ferromagnetic particles which solve the problems described above.
  • it is the task of the flow velocity of the ferromagnetic particles without contact and thereby wear-free, and yet reliable to measure.
  • a particular object only ferromagnetic particles, and measuring no larger or smaller non-magnetic particles, and to determine the concentration of the flow rate without having to resort to harmful radiation such as Rönt ⁇ -radiation. This reduces complexity and costs, and leads to a possibility of a better pro ⁇ zess tenuung.
  • a further object of the present invention is to provide a use of the method and Vorrich ⁇ processing.
  • the stated object is with respect to the method for loading ⁇ humor of the flow velocity of ferromagnetic particles in a suspension with the features of claim 1 concerning the apparatus for determining the flow velocity of ferromagnetic particles in a suspension to carry out a method having the features of claim 12 and with respect to the Use of the method and the device with the features of claim 13 solved.
  • Advantageous embodiments of the method according to the invention for determining the flow velocity of ferromagnetic particles in a suspension are evident from the associated dependent subclaims.
  • the features of the main claims with each other and with features of the subclaims and features of the claims can be combined with each other.
  • the inventive method for determining the flow ⁇ speed of ferromagnetic particles in a flowable slurries ⁇ on which at least two separate Volumenbe ⁇ rich flows through each other wherein a first volume region along a flow direction of the suspension at a predetermined distance d is placed in front of a second volume range, and wherein the first volume range from a transmitter coil vice ⁇ ben is which generates a magnetic field, and wherein the second volume region is surrounded by a receiving coil through which a signal is measured, comprising that in like ⁇ netic field of the transmitter coil, the magnetic particles in a Preferred direction to be aligned and magnetic particles with preferential direction in the receiving coil with a time interval At the signal. From the time ⁇ stand At is used by using the predetermined distance d to determine the flow rate.
  • At least one transmitter coil which magnetizes FER romagnetician particles and / or Reg field ⁇ tet, and at least one receiver coil, which measures a magnetic ⁇ tables flow is a non-contact, wear ⁇ free determination of the flow velocity ferromagnetic ⁇ shear particles in Real time possible, without X-rays.
  • a frequent replacement of wearing parts, and thus costs are saved.
  • the measuring device with Ge ⁇ ber- and receiving coil, which are arranged at a predetermined distance d, a reliable determination of the time mög ⁇ lich, which ferromagnetic particles in a suspension need to travel for a predetermined distance d.
  • the time is the time interval ⁇ t between the magnetization of the particles by the donor coil to the signal when passing these magnetized particles on the receiving coil.
  • the flow velocity determined thereby which can be determined simultaneously with the flow of the flow, can be used for controlling or controlling processes. From the flow velocity v, the cross-sectional area of the flow A and a magnetic flux ⁇ depending on the time t, the concentration c of ferromagnetic particles in the suspension can be determined.
  • the concentration c is given as a quotient of the number of particles n divided by the volume V.
  • the magnetic flux ⁇ , wel ⁇ cher is measured by the receiving coil is at a time ti is a measure of the amount of ent ⁇ suspended in the suspension magnetic particles n. If over a time interval (t2 _ ti), the magnetic flux measured is this gives the number of magnetic particles n which have passed the receiving coil in this time interval (t2 _ ti).
  • Zeitin ⁇ interval At between magnetization of the particles to the transmitter coil and the signal in the receiving coil has the liquid ⁇ ness, that the suspension covered with a flow rate v a path s (At), v assuming a uniform flow at a constant flow rate.
  • a pulse-wise signal can be ⁇ gene received at the receiving coil. For periodically repeated pulses values can be averaged, thus increasing the reliability of the measurement ⁇ to.
  • a pulsed magnetic field on the donor coil can be generated, for example, by current pulses flowing through the donor coil.
  • the magnetic field pulses of the encoder coil can be generated at a regular time interval from one another by, for example, current pulses of a predetermined length flowing at regular intervals from one another through the encoder coil.
  • the signal measured by the receiver coil can be generated by induction.
  • the magnetic or ferromagnetic particles which pass through the receiving coil to induce a time-varying magnetic field which induces a clamping ⁇ voltage in the receiver coil, which in turn can be measured as a signal.
  • a signal at the receiver coil can be measured easily, without contact and depending on the amount and magnetization of the particles and the flow velocity.
  • the magnetic flux ⁇ can be measured with a fluxmeter during a specified integration time.
  • the first volume area and the second volume area ent a flow direction of the suspension can infirm agreed distance d to be arranged in a tubular flow channel, in particular in a tube with the same cross section over the volume areas. ⁇ nde ⁇ approximations of the flow rate of the suspension by changing the cross-section A are prevented and simplifies Auswer ⁇ processing of the measurement results.
  • the particles in particular retentive ferromagnetic Parti ⁇ angle can be magnetized retentive.
  • the donor coil can generate a magnetic field with a maximum value which is greater than the coercive field strength of the respective material of the particles. This also enables measurement over long distances d and influences of external magnetic fields are reduced. The measurement becomes more reliable since a remanent magnetization does not lead to measurement errors due to losses in the magnetization of the particles over the flow path d between magnetization and measurement.
  • the receiving coil may include at least two diametrically opposed strigolic ⁇ ended coils in order to compensate for the magnetic flux of the magnetic field of the transmitter coil by the same against Verschal- processing. Errors of external fields or, if the distance is short, the encoder coil and the receiver coil can be minimized or excluded from each other.
  • Means more than one each surrounding a volume range can each receiving coil, a magnetic flux ⁇ from ⁇ dependent on the time t are measured.
  • An inventive device for determining the flow rate of ferromagnetic particles in a Sus ⁇ pension for performing a method described above typically includes one or more donor coils at a predetermined distance d from one or more receive coils.
  • 1 is a schematic diagram of the measurement setup for carrying out the method according to the invention for determining the flow rate ferromagnetic particles 5 in a suspension 4, and in
  • FIG. 2 shows the alignment of magnetic particles 5 in a preferred direction in the magnetic field of a transducer coil 6 in the measuring setup illustrated in FIG. 1, and in the generation of a signal by the magnetic particles 5 oriented in the preferred direction as they pass through one another Reception coil 6 ' in the measurement setup shown in Fig. 1, and in a schematic representation of the time course between alignment of the magnetic particles 5 at the encoder coil 6 and generating a signal at the receiving coil 6 ' for determining the time difference At and from the flow velocity v (t).
  • FIG. 1 the measurement setup for carrying out the inventive method for determining the Strömungsgeschwindig ⁇ speed ferromagnetic particles 5 in a suspension 4 is shown as a schematic diagram.
  • the measuring assembly or the measuring device 1 comprises a tubular flow channel having a first and a second volume region 3, 3 ' , wel che of the suspension 4 are traversed by ferromagnetic particles 5 with a flow velocity v.
  • the flow has a flow direction 9, which is substantially parallel to the longitudinal direction of the tubular flow channel 2.
  • the first bulk region 3 is in Strö ⁇ flow direction 9 'arranged Typically, the first and the second volume region 3, 3' spaced from each other, i.e.
  • the first volume region 3 is enclosed by a transmitter coil 6 and the second volume region 3 ' is enclosed by a receiver coil 6 ' .
  • the two coils 6 and 6 'can to the tubular flow channel 2 may be arranged wound, with a Spulenach ⁇ se, along a helical winding takes place in the longitudinal direction, for example, which is substantially parallel to the longitudinal ⁇ direction of the tubular flow channel. 2
  • the windings of the encoder coil 6 thus surround the first volume region 3 along the wall of the tubular flow channel 2 and the windings of the receiver coil 6 ' enclose the second volume region 3 along the wall of the tubular flow channel 2.
  • the area of a section through the tubular flow channel 2. -shaped flow duct 2 perpendicular to the longitudinal direction of the Strö ⁇ mung channel 2 and the flow direction 9 results in the cross-sectional area of the flow A at this point.
  • the cross-sectional area of the flow A is the same throughout the tubular flow channel 2 or at least in the regions of the first and second volume regions 3, 3 ' . eg in the range of QuadratZenti ⁇ meters.
  • the donor coil 6 surrounding the first volume region 3 is formed as a magnetic field generating device. As shown by way of example in FIG. 2, a magnetic field is generated in the first volume region 3 when an excitation current 10 flows through the transmitter coil 6.
  • the number of turns of the coil 6 and the current flowing through the coil 6 10 are chosen so that the magnetic field H in the interior of the coil 6 is sufficiently large to ferromagnetic Parti ⁇ angle 5, which are contained in the suspension 4 and in the the first reservoir 3 are arranged and this flow through to align in the field and réellemagnet may optionally up to a Festge ⁇ memorized value.
  • the magnetic moments of the particles 5 assume a preferred direction, which is substantially parallel to the field direction.
  • the ferromagnetic particles 5, which are magnetized and aligned in a preferred direction generate a magnetic flux B M , which can be measured by a receiving coil 6 ' .
  • the magnetic flux B M in the receiving coil 6 ' induces a voltage U 11 which can be measured and processed as a signal.
  • This voltage U at a time ti is a measure of the magnetic flux ⁇ at this time ti and thus a measure of the amount of magnetic particles contained in the suspension 4 see 5, which at time ti by the receiving ⁇ 6 ' coil or the second volume area 3 'are moved.
  • the receiver coil can, for example in the form of a fluxmeter out forms ⁇ be 7.
  • the fluxmeter 7 detects the aligned and / or magnetized ferromagnetic particles 5 by a temporal integration, wherein the measurement signal is a measure of the located during the integration time in the second volume region 3 ' and / or these flowing through ferromagnetic particles 5.
  • a temporary current pulse 10 to the transmitter coil 6 is limited in the time interval in the first reservoir 3 (t2 _ ti) up a magnetic field and / or degraded wel ⁇ ches the ferromagnetic particles 5 aligned in the field and / or magnetized, which is ⁇ rich 3 are in the first or Volumenbe flow through this in the time interval (t2 _ ti).
  • "Field direct the ferromagnetic particles 5 from ⁇ " is understood to mean in this context that the magnetic moments of the ferromagnetic particles 5 is a preferred orientation, in particular substantially parallel to accept the magnetic field direction. Due to the flow of the suspension 4, the ferromagnetic particles 5 are in tubular flow channel 2 along the flow direction 9 and flows after a time At the receiving coil 6 ' and the second volume region 3 ' .
  • the flow velocity v (t) results from the quotient d through At.
  • wel ⁇ ches is limited in time due to the pulse shape of the current pulse 10 to the encoder ⁇ coil. 6
  • Fig. 4 the time course of the signals by the current pulse 10 at the donor coil 6 and the induced voltage 11 at the receiving coil 6 'is exemplified.
  • the shape and the time interval of the pulses may also differ from that shown in FIG. 4.
  • a short signal allows a more accurate Time determination of the time At, which the ferromagnetic particles 5 from the donor le 6 to the receive coil 6 ", that need to cover the distance d, and thus a more accurate determination of Strö ⁇ flow velocity v (t).
  • a certain period of time in the range of seconds is necessary for a reliable detection of the particles 5 via induction to .
  • attain a rule is used to determine the period at the maximum value of the field by the current pulse 10, typically at symmetrical Pul ⁇ sen the time average between start of the pulse and pulse end, as well as symmetrical pulses the time average between start of the pulse and the pulse end of the measured induced voltage ( Signal) 11.
  • the concentration of ferromagnetic particles in the known measuring device structure may be made of the value of the function of the current pulse 10 ge ⁇ measured induced voltage 11 (area A, number of turns of the coil ...) be determined.
  • a calibration of the measuring device 1 may be useful.
  • the concentration on ferromagnetic particles 5 in the suspension 4 can then be determined from the flow velocity v, the cross-sectional area of the flow A and a magnetic flux ⁇ as a function of the time t.
  • the magnetic flux B H of the donor coil 6 or of the excitation field H are compensated (so-called air flow B H ), which is not caused by the ferromagnetic particles 5, ie by the magnetic flux B M.
  • the compensation coil 8 is visibly of the area enclosed by it and the number of windings is designed so that it corresponds exactly to the receiving coil 6 ' . This can be achieved z. B. in that the winding sense of the two coils is in opposite directions.
  • the compensation coil 8 may be in addition to the receive coil 6 ' ⁇ ordered, but without enclosing the tubular flow channel 2 and to cover.
  • the temporal integral recorded with the connected fluxmeter 6 is therefore also zero.
  • the compensation of the coil arrangement of receiving coil 6 ' and compensation coil 8 is disturbed and the magnetic flux B M caused by the ferromagnetic particles 5 contributes to a net voltage U ⁇ 0 which is integrated in time by the connected fluxmeter.
  • the integrated voltage U thus represents a measure of the magnetic flux and thus a measure of the amount of contained in the suspension 4 ferromagnetic particles 5 and can be used as a control variable in a process control.
  • the proportion of the ferromagnetic particles 5 contained in the suspension 4 can be determined on the basis of the measurement signal.
  • the current pulse 10 can be repeatedly given by the donor coil 6, for example, with a fixed repetition frequency , Thereby, a voltage 11 is repeated at the receiving coil 6 'induced, and a signal is measured, in particular with the solid Wiederholfre acid sequence. Averaging over multiple iterations can increase the accuracy of the measurements.
  • a predetermined change The amplitude of the current pulse 10 at different pulses and a dependent measurement of the signal maxima of the induced voltage U 11 or the magnetic flux determined by integration ⁇ can be used for a calibration or correlation of the magnetic flux ⁇ with the particle number 5.
  • varying flow velocities v (t) can online time the Strömungsgeschwindig ⁇ speeds v (t) and / or concentration c determined and monitored depending on the time by repeated pulses. This information can be used for process control.
  • An example of the use of current pulses having a fixed repetition frequency is the generation of an alternating magnetic field on the donor coil 6, which magnetizes the ferromagnetic particles 5 contained in the suspension 4 alternately in opposite directions at a fixed frequency.
  • the alternating magnetic field causes the ferromagnetic particles are 5 to magnetization reversal within the transmitter coil 6 kon ⁇ continuously, so that the additional magnetic flux generated by the ferromagnetic particles 5 B M 'periodically with the frequency of serving ⁇ in the receive coil 6 of the excitation field alternating magnetic field än ⁇ changed.
  • the temporal change of the magnetic flux causes the induction of a voltage in the receiving coil 6 " , which is proportional to the change of the magnetic flux ⁇ and thus a measure of the proportion of the ferromagnetic particles 5 in the receiving coil 6 ' and the second volume region 3 '. represents.
  • the suspension 4 described above can consist of water, oil or blood and magnetic or ferromagnetic particles 5, for example. But there are also mixtures, mixtures having magnetic or ferromagnetic particles ⁇ rule 5 is possible, for example, water / oil as a suspension. 4
  • a measurement and / or data evaluation in the method according to the invention can be done electronically or by a computer.
  • an electronic circuit can ference of the measured voltages to a receiving coil 6 'and a compensation coil 8 is determined and evaluated ⁇ the.
  • the electronic circuit can likewise be used for the control or regulation and / or for the generation of the current pulse 10, which is used to excite the transmitter coil 6.
  • a Strömungsge ⁇ speed can be made of the time difference At between generation of the current pulse 10 and the measured induced voltage 11 at the receiving coil 6 'v is determined, in particular in-situ, that is timely and time-dependent, and / or pulsed at a fixed frequency.
  • the concentration c of magnetic or ferromagnetic particles 5 in a suspension 4 can be determined by a computer over time.
  • the concentration c is given as a quotient of the number of particles n divided by the volume V.
  • the magnetic flux ⁇ which is measured by the receiver coil 6 ' , is a measure of the amount of magnetic particles n contained in the suspension 4 at a time t. If the magnetic flux ⁇ is measured over a time interval (t 2 _ ti), This gives the number of magnetic particles n 5 which have passed the reception coil 6 ' in this time interval (t 2 _ ti).
  • the liquid, ie the suspension 4 with a flow velocity v has a path s (t2 _ ti) back assuming a uniform flow with constant flow velocity v in the short time interval.
  • the cross-sectional area of the flow A is, for example, the inner cross-section of a tube around which the receiving coil 6 ' is located and through which the suspension 4 flows.
  • the volume V (t 2 -ti) is known, which at a time (t 2 - ti) flows through the receiver coil 6 '.
  • the particle number n (t 2 -ti) measured via the magnetic flux ⁇ is known which has passed through the receiving coil 6 ' with the volume V (t 2 -ti).
  • the invention is not limited to the embodiments described above. Combinations of the above beschrie ⁇ surrounded embodiments are also possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht auf ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie deren Verwendung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel (5) in einer Suspension (4). Die Suspension (4) durchströmt wenigstens zwei voneinander getrennte Volumenbereiche (3, 3") wobei ein erster Volumenbereich (3) entlang einer Strömungsrichtung (9) der Suspension (4) in einem vorbestimmten Abstand d vor einem zweiten Volumenbereich (3') angeordnet wird. Der erste Volumenbereich (3) wird von einer Geberspule (6) umgeben, welche ein magnetisches Feld erzeugt, und der zweite Volumenbereich (3') wird von einer Empfangsspule (6') umgeben, durch welche ein Signal gemessen wird. Im magnetischen Feld der Geberspule (6) werden die magnetischen Partikel (5) in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet und magnetische Partikel (5) mit Vorzugsrichtung erzeugen in der Empfangsspule (6') mit einem zeitlichen Abstand At das Signal. Der zeitliche Abstand At wird unter Verwendung des vorbestimmten Abstands d zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit verwendet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit mittels ausgerichteten magnetischen Partikeln und deren Verwendung
Die vorliegende Erfindung bezieht auf ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie deren Verwendung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Sus¬ pension. Die Suspension durchströmt wenigstens zwei voneinan¬ der getrennte Volumenbereiche, wobei ein erster Volumenbe¬ reich entlang einer Strömungsrichtung der Suspension in einem vorbestimmten Abstand d vor einem zweiten Volumenbereich angeordnet wird. Der erste Volumenbereich wird von einer Geberspule umgeben, welche ein magnetisches Feld erzeugt, und der zweite Volumenbereich wird von einer Empfangsspule umgeben, durch welche ein Signal gemessen wird.
Magnetische oder ferromagnetische Partikel sind in einer Rei¬ he von technischen Prozessen von Bedeutung, beispielsweise werden bei medizinischen Diagnoseverfahren derartige Partikel zur Markierung von Zellen eingesetzt. Ebenso werden magnetische Partikel bei medizinischen Therapieverfahren (drug tar- geting) 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 Sus¬ pension 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. So ist es beispielsweise bei der Gewinnung von Erzen, bei wel¬ chen über Flotationsverfahren aus dem gemahlenen Gestein (Erz) das wertstoffhaltige Material gewonnen wird, aufgrund der wechselnden chemischen Zusammensetzung des Gesteins und der Wertstoffkonzentration im Erz wichtig, die Volumenströme zu messen und zur optimalen Gestaltung des Prozesses genau zu regeln. Insbesondere müssen dabei chemische Parameter des Ge- steinsmehl-Wasser-Breis (Pulpe) ständig gemessen und nachge¬ regelt werden.
Bei einem neu entwickelten Verfahren werden nichtmagnetische Erzpartikel mit Hilfe chemischer Oberflächenaktivierung an magnetisierbare Partikel gebunden, so dass diese Agglomerate mit Hilfe geeignet gestalteter Magnetfelder aus der Pulpe extrahiert werden können. Dieses neue Verfahren führt zu einer höheren Erzgewinnungsrate bei niedrigerem Energieauf¬ wand als die bisherigen, auf Gasblasen basierenden Verfahren. Diese neuen Verfahren erfordern aber die Regelung von Volumenflüssen und Erzkonzentrationen, insbesondere auch der mag- netisierbaren Partikel in Echtzeit.
Derzeit werden in der herkömmlichen Flotation insbesondere zwei Methoden zur Bestimmung der wesentlichen Pulpenparameter eingesetzt :
- Chemische Schnellanalyse mit seitlicher Rasterung, die ty¬ pischerweise einige Minuten benötigt.
- Röntgenstrahlungsbasierte Analyse (X-Fluoreszenz bzw. X- Absorption) .
Da die chemischen Analysen darauf basieren, dass im Allgemeinen große Stoffmengen umgesetzt werden und dadurch ein stark mittelnder Effekt auftritt, ist sie nicht geeignet, kurzzei¬ tige Schwankungen, die beispielsweise in einem magnetischen Separator eine Rolle spielen können, zeitlich und bezüglich der Konzentration ausreichend genau zu erfassen. Röntgenstrahlungsbasierte Analysemethoden sind Stand der
Technik und können insbesondere auch kurzzeitige Schwankungen ausreichend genau erfassen, sie haben aber den erheblichen Nachteil, dass damit im Produktionsbereich Strahlungskon- trollbereiche eingerichtet werden müssen, welche sicherheits- und kostentechnisch nachteilig sind.
Weitere Verfahren, welche üblicherweise bei der Messung von Durchflussmengen und Durchflussgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten in Echtzeit eingesetzt werden, basieren auf bewegten mechanischen Bauteilen, welche in einer Pulpe schnell verschleißen würden. Auch eine Messung des Anteils an magnetischen oder ferromagnetischen Partikeln an der Gesamtflüssig- keitsmenge und die Unterscheidung von anderen Partikeln, z.B. Sand, ist mit diesen Methoden nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe die Strömungsgeschwindigkeit der ferromagnetischen Partikel berührungsfrei und dabei verschleißfrei, und dennoch zuverlässig zu messen. Insbesondere ist es Aufgabe nur ferro- magnetische Partikel, und keine größeren oder kleineren nichtmagnetischen Partikel zu vermessen, und aus der Strömungsgeschwindigkeit die Konzentration ermitteln zu können, ohne auf gesundheitsschädliche Bestrahlungen wie z.B. Rönt¬ genstrahlung zurückgreifen zu müssen. Dies reduziert Aufwand und Kosten, und führt zu einer Möglichkeit der besseren Pro¬ zesssteuerung. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verwendung des Verfahrens und der Vorrich¬ tung anzugeben.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahren zur Be¬ stimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Suspension mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Suspension zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und bezüglich der Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Suspension gehen aus den zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen der Unteransprüche sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Strömungs¬ geschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Suspensi¬ on, welche wenigstens zwei voneinander getrennte Volumenbe¬ reiche durchströmt, wobei ein erster Volumenbereich entlang einer Strömungsrichtung der Suspension in einem vorbestimmten Abstand d vor einem zweiten Volumenbereich angeordnet wird, und wobei der erste Volumenbereich von einer Geberspule umge¬ ben wird, welche ein magnetisches Feld erzeugt, und wobei der zweite Volumenbereich von einer Empfangsspule umgeben wird, durch welche ein Signal gemessen wird, umfasst, dass im mag¬ netischen Feld der Geberspule die magnetischen Partikel in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet werden und magnetische Partikel mit Vorzugsrichtung in der Empfangsspule mit einem zeitlichen Abstand At das Signal erzeugen. Der zeitliche Ab¬ stand At wird unter Verwendung des vorbestimmten Abstands d zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit verwendet.
Durch die Verwendung wenigstens einer Geberspule, welche fer- romagnetische Partikel magnetisiert und/oder im Feld ausrich¬ tet, und wenigstens einer Empfangsspule, welche einen magne¬ tischen Fluss misst, ist eine berührungsfreie, verschlei߬ freie Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagneti¬ scher Partikel in Echtzeit möglich, ohne Röntgenstrahlung. Dadurch wird ein häufiger Austausch von Verschleißteilen, und damit Kosten gespart. Des Weiteren wird der hohe Aufwand, welcher mit dem Einsatz von Röntgenstrahlung verbunden ist, eingespart. Es ist mit dem Aufbau der Messeinrichtung mit Ge¬ ber- und Empfangsspule, welche in einem vorbestimmten Abstand d angeordnet sind, eine zuverlässige Bestimmung der Zeit mög¬ lich, welche ferromagnetische Partikel in einer Suspension zum Zurücklegen einer vorbestimmten Wegstrecke d benötigen. Die Zeit ist der zeitliche Abstand At zwischen dem magneti- sieren der Partikel durch die Geberspule bis zum Signal beim passieren dieser magnetisierten Partikel an der Empfangsspu- le. Die dadurch bestimmte Strömungsgeschwindigkeit, welche zeitgleich mit dem Strömen der Strömung ermittelt werden kann, kann zur Regelung oder Steuerung von Prozessen verwendet werden. Aus der Strömungsgeschwindigkeit v, der Querschnittsfläche der Strömung A und einem magnetischen Fluss Φ abhängig von der Zeit t kann die Konzentration c an ferromagnetischen Partikeln in der Suspension ermittelt werden. Die Konzentration c ist als Quotient von der Zahl der Partikel n dividiert durch das Volumen V gegeben. Der magnetische Fluss Φι, wel¬ cher durch die Empfangsspule gemessen wird, ist zu einem Zeitpunkt ti ein Maß für die Menge der in der Suspension ent¬ haltenen magnetischen Partikel n. Wird über ein Zeitintervall (t2_ti) der magnetische Fluss gemessen, ist dadurch die Zahl an magnetischen Partikeln n gegeben, welche in diesem Zeitintervall (t2_ti) die Empfangsspule passiert haben. Im Zeitin¬ tervall At zwischen Magnetisierung der Partikel an der Geberspule und dem Signal in der Empfangsspule hat die Flüssig¬ keit, d.h. die Suspension mit einer Strömungsgeschwindigkeit v einen Weg s (At) zurückgelegt, unter der Annahme einer gleichmäßigen Strömung mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit v. Damit ergibt sich ein Volumen V an Suspension, welche eine Empfangsspule in einem Zeitintervall (t2_ti) durchflös¬ sen hat, von s (t2_ti) multipliziert mit der Querschnittsflä- che A der Strömung. Die Querschnittsfläche der Strömung A ist beispielsweise der innere Querschnitt eines Rohres, um wel¬ ches sich die Empfangsspule befindet, und durch welches die Suspension fließt. Das Zeitintervall (t2_ti) ist z.B. die Zeit, welche in einem zeitlich begrenzten Zeitraum magneti- sierte Partikel benötigt, um die Empfangsspule zu passieren.
Somit ist bei gemessener Strömungsgeschwindigkeit v das Volu¬ men V(t2_ti) bekannt, welches in einer Zeit (t2_ti) durch die Messspule fließt. Gleichzeitig ist die über den magnetischen Fluss gemessene Teilchenzahl n(t2_ti) bekannt, welche mit dem Volumen V(t2_ti) die Messspule passiert hat. Daraus ergibt sich die Konzentration c als Quotient aus Teilchenzahl n(t2_ ti) dividiert durch Volumen V(t2_ti) . Ein Online-Monitoring der Konzentration c wird somit über das erfindungsgemäße Ver¬ fahren möglich.
Durch pulsweise Erzeugung des magnetischen Feldes der Geber- spule, d.h. einem zeitlich begrenzten Einschalten des magnetischen Feldes an der Geberspule und einem darauffolgendem Abschalten, wobei Ein- und Abschalten periodisch erfolgen kann, kann an der Empfangsspule ein pulsweises Signal empfan¬ gen werden. Bei periodisch wiederholten Pulsen können Werte gemittelt und so die Zuverlässigkeit der Messung erhöht wer¬ den. Ein gepulstes magnetisches Feld an der Geberspule kann z.B. durch Strompulse, welche durch die Geberspule fließen, erzeugt werden. Dabei können die magnetischen Feld-Pulse der Geberspule in einem regelmäßigen zeitlichen Abstand voneinan- der erzeugt werden, indem z.B. Strompulse mit vorbestimmter Länge in regelmäßigen Abständen voneinander durch die Geberspule fließen.
Das von der Empfangsspule gemessene Signal kann durch Induk- tion erzeugt werden. Die magnetischen bzw. ferromagnetischen Partikel, welche die Empfangsspule passieren induzieren ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld, welches eine Span¬ nung in der Empfangsspule induziert, die wiederum als Signal gemessen werden kann. So ist einfach, berührungslos und ab- hängig von der Menge und Magnetisierung der Partikel und der Strömungsgeschwindigkeit ein Signal an der Empfangsspule messbar .
Der magnetische Fluss Φ kann während einer festgelegten Integrationszeit mit einem Fluxmeter gemessen werden.
Der erste Volumenbereich und der zweiten Volumenbereich ent lang einer Strömungsrichtung der Suspension können im vorbe stimmten Abstand d voneinander in einem rohrförmigen Strömungskanal angeordnet werden, insbesondere in einem Rohr mit über die Volumenbereiche hinweg gleichem Querschnitt. Ände¬ rungen der Fließgeschwindigkeit der Suspension durch Änderung des Querschnitts A werden dadurch verhindert und die Auswer¬ tung der Messergebnisse vereinfacht.
Die Partikel, insbesondere remanent ferromagnetische Parti¬ kel, können remanent aufmagnetisiert werden.
Die Geberspule kann ein magnetisches Feld mit einem maximalen Wert erzeugen, welcher größer als die Koerzitivfeidstärke des jeweiligen Materials der Partikel ist. Dies ermöglicht auch eine Messung über große Abstände d hinweg und Einflüsse von externen Magnetfeldern werden reduziert. Die Messung wird zuverlässiger, da eine remanente Magnetisierung zu keinen Messfehlern durch Verluste der Magnetisierung der Partikel über die Fließstrecke d zwischen Aufmagnetisierung und Messung führt .
Die Empfangsspule kann wenigstens zwei gegengleich verschal¬ tete Spulen umfassen, um den magnetischen Fluss des magnetischen Feldes der Geberspule durch die gegengleiche Verschal- tung zu kompensieren. Fehler externer Felder oder bei geringem Abstand Geberspule und Empfangsspule voneinander können so minimiert bzw. ausgeschlossen werden.
Mittels mehr als einer jeweils einen Volumenbereich umgebenden Empfangsspule kann jeweils ein magnetischer Fluss Φ ab¬ hängig von der Zeit t gemessen werden. Durch die Verwendung mehrerer Empfangsspulen, insbesondere in unterschiedlichen Abständen d von der oder den Geberspulen kann eine Mittelung und damit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messung er¬ folgen .
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Sus¬ pension zur Durchführung eines zuvor beschriebenen Verfahrens umfasst in der Regel eine oder mehr Geberspulen in vorbestimmten Abstand d von einer oder mehr Empfangsspulen.
Eine erfindungsgemäße Verwendung des zuvor beschriebenen Ver fahrens und/oder der zuvor beschriebenen Vorrichtung erfolgt in einer Erzgewinnungsanlage.
Die mit der Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwin digkeit ferromagnetischer Partikel in einer Suspension verbundenen Vorteile und die mit der Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung verbundenen Vorteile, sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf das Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel in einer Suspension beschrieben wurden.
Bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es wird in den Figuren gezeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Messaufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagneti scher Partikel 5 in einer Suspension 4, und in
Fig. 2 die Ausrichtung von magnetischen Partikeln 5 in ei ner Vorzugsrichtung im magnetischen Feld einer Ge- berspule 6 in dem in Fig. 1 dargestelltem Messauf- bau, und in die Erzeugung eines Signals durch die in Vorzugs richtung ausgerichteten magnetischen Partikeln 5 beim passieren einer Empfangsspule 6' in dem in Fig. 1 dargestelltem Messaufbau, und in eine Prinzipdarstellung des zeitlichen Verlaufs zwischen Ausrichtung der magnetischen Partikel 5 an der Geberspule 6 und Erzeugung eines Signals an der Empfangsspule 6' zur Bestimmung der Zeitdifferenz At und daraus der Strömungsgeschwindigkeit v(t) .
In Fig. 1 ist der Messaufbau zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Strömungsgeschwindig¬ keit ferromagnetischer Partikel 5 in einer Suspension 4 als eine Prinzipdarstellung gezeigt. Der Messaufbau bzw. die Messvorrichtung 1 umfasst einen rohrförmigen Strömungskanal mit einem ersten und einem zweiten Volumenbereich 3, 3', wel che von der Suspension 4 mit ferromagnetischen Partikeln 5 mit einer Strömungsgeschwindigkeit v durchströmt werden. Die Strömung weist eine Strömungsrichtung 9 auf, welche im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des rohrförmigen Strömungskanals 2 ist. Der erste Volumenbereich 3 ist in Strö¬ mungsrichtung 9 vor dem zweiten Volumenbereich 3' angeordnet In der Regel sind der erste und der zweite Volumenbereich 3, 3' voneinander beabstandet angeordnet, mit einem Abstand d der jeweiligen Mittelpunkte des ersten und des zweiten Volu¬ menbereichs 3, 3'. Es ist aber auch ein kontinuierlicher Übergang des ersten in den zweiten Volumenbereich 3, 3' möglich oder eine Überlagerung der zwei Volumenbereiche 3, 3'. Der erste Volumenbereich 3 wird von einer Geberspule 6 umschlossen und der zweite Volumenbereich 3' wird von einer Empfangsspule 6' umschlossen.
Die beiden Spulen 6 und 6' können um den rohrförmigen Strömungskanal 2 gewickelt angeordnet sein, mit einer Spulenach¬ se, entlang der in Längsrichtung z.B. eine spiralförmige Wicklung erfolgt, welche im Wesentlichen parallel der Längs¬ richtung des rohrförmigen Strömungskanals 2 ist. Die Wicklungen der Geberspule 6 umschließen so den ersten Volumenbereich 3 entlang der Wandung des rohrförmigen Strömungskanals 2 und die Wicklungen der Empfangsspule 6' umschließen den zweiten Volumenbereich 3 entlang der Wandung des rohrförmigen Strömungskanals 2. Die Fläche eines Schnittes durch den rohrför- migen Strömungskanal 2 senkrecht zur Längsrichtung des Strö¬ mungskanals 2 bzw. der Strömungsrichtung 9 ergibt die Querschnittsfläche der Strömung A an dieser Stelle. Sie liegt in der Ebene einer Spulenwicklung und senkrecht zur Längsachse der Spule 6, 6". In der Regel ist die Querschnittsfläche der Strömung A im gesamten rohrförmigen Strömungskanal 2 oder zumindest in den Bereichen des ersten und des zweiten Volumenbereichs 3, 3' gleich groß, z.B. im Bereich von QuadratZenti¬ metern .
Die Geberspule 6, welche den ersten Volumenbereich 3 umgibt, ist als eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung ausgebildet. Wie in Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist, wird in dem ersten Volumenbereich 3 ein Magnetfeld erzeugt, wenn ein Erreger- ström 10 durch die Geberspule 6 fließt. Die Anzahl der Windungen der Spule 6 und der durch die Spule 6 fließende Strom 10 sind so gewählt, dass das magnetische Feld H im Inneren der Spule 6 ausreichend groß ist, um ferromagnetische Parti¬ kel 5, die in der Suspension 4 enthalten sind und im ersten Volumenbereich 3 angeordnet sind bzw. diesen durchströmen, in dem Feld auszurichten und gegebenenfalls bis zu einem festge¬ legten Wert aufzumagnetisieren . Die magnetischen Momente der Partikel 5 nehmen eine Vorzugsrichtung an, welche im Wesentlichen parallel der Feldrichtung ist. Die ferromagnetischen Partikel 5, welche aufmagnetisiert und ausgerichtet sind in einer Vorzugsrichtung, erzeugen einen Magnetfluss BM, welcher von einer Empfangsspule 6' gemessen werden kann.
Wie in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist, induziert der magnetische Fluss BM in der Empfangsspule 6' eine Spannung U 11, welche als Signal gemessen und verarbeitet werden kann. Diese Spannung U zu einem Zeitpunkt ti ist ein Maß für den magnetische Fluss Φι zu diesem Zeitpunkt ti und damit ein Maß für die Menge der in der Suspension 4 enthaltenen magneti- sehen Partikel 5, welche zum Zeitpunkt ti durch die Empfangs¬ spule 6' bzw. den zweiten Volumenbereich 3' bewegt werden. Die Empfangsspule kann z.B. in Form eines Fluxmeters 7 ausge¬ bildet sein. Das Fluxmeter 7 detektiert die ausgerichteten und/oder aufmagnetisierten ferromagnetischen Partikel 5 durch eine zeitliche Integration, wobei das Messsignal ein Maß für die sich während der Integrationszeit in dem zweiten Volumenbereich 3' befindlichen und/oder diesen durchströmenden fer- romagnetischen Partikel 5 ist.
Bei einem zeitlich begrenzten Strompuls 10 an der Geberspule 6 wird im ersten Volumenbereich 3 zeitlich begrenzt im Zeitintervall (t2_ti) ein Magnetfeld auf- und/oder abgebaut, wel¬ ches die ferromagnetischen Partikel 5 im Feld ausrichtet und/oder aufmagnetisiert , welche sich im ersten Volumenbe¬ reich 3 befinden oder diesen durchströmen im Zeitintervall (t2_ti) . Unter „die ferromagnetischen Partikel 5 im Feld aus¬ richten" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die magnetischen Momente der ferromagnetischen Partikel 5 eine Vorzugsorientierung, insbesondere im Wesentlichen parallel der Magnetfeldrichtung annehmen. Durch die Strömung der Suspension 4 werden die ferromagnetischen Partikel 5 im rohrför- migen Strömungskanal 2 entlang der Strömungsrichtung 9 bewegt und durchströmen nach einer Zeit At die Empfangsspule 6' bzw. den zweiten Volumenbereich 3'.
Da sich die Empfangsspule 6' in einem vorbestimmten Abstand d von der Geberspule 6 befindet, ergibt sich die Strömungsge- schwindigkeit v(t) aus dem Quotienten d durch At. An der Empfangsspule 6' ist nach der Zeit At ein Signal zu messen, wel¬ ches auf Grund der Pulsform des Strompulses 10 an der Geber¬ spule 6 zeitlich begrenzt ist. In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Signale durch den Strompuls 10 an der Geberspule 6 und der induzierten Spannung 11 an der Empfangsspule 6' beispielhaft dargestellt. Die Form und der zeitliche Abstand der Pulse können auch von dem in Fig. 4 dargestellten abweichen. Je kürzer der Strompuls 10, desto kürzer besteht und wirkt das Magnetfeld an der Geberspule 6 auf die ferromagne- tischen Partikel 5, und desto kürzer ist das gemessene Signal bzw. die induzierte Spannung 11 an der Empfangsspule 6". Ein kurzes Signal ermöglich eine genauere Zeitbestimmung der Zeit At, welche die ferromagnetischen Partikel 5 von der Geberspu- le 6 zur Empfangsspule 6", d.h. zum zurücklegen des Abstands d benötigen, und somit eine genauere Bestimmung der Strö¬ mungsgeschwindigkeit v(t) . Eine gewisse Zeitdauer im Bereich von Sekunden ist jedoch notwendig, um einen sicheren Nachweis der Partikel 5 über Induktion zu erreichen. In der Regel dient zur Bestimmung der Zeit At der Maximalwert des Feldes durch den Strompuls 10, üblicherweise bei symmetrischen Pul¬ sen das zeitliche Mittel zwischen Pulsbeginn und Pulsende, sowie bei symmetrischen Pulsen das zeitliche Mittel zwischen Pulsbeginn und Pulsende der gemessenen induzierten Spannung (Signal) 11.
Bei bekannten Strömungsgeschwindigkeiten v(t), unter der Annahme einer gleichmäßigen Strömung mit konstanter Geschwindigkeit, kann aus dem Wert der abhängig vom Strompuls 10 ge¬ messenen induzierten Spannung 11 die Konzentration an ferro- magnetischen Partikeln bei bekannten Messvorrichtungsaufbau (Fläche A, Windungszahl der Spulen ...) ermittelt werden. Dazu kann eine Eichung der Messvorrichtung 1 sinnvoll sein. Wie zuvor schon beschrieben kann dann aus der Strömungsgeschwindigkeit v, der Querschnittsfläche der Strömung A und einem magnetischen Fluss Φ abhängig von der Zeit t die Konzentrati¬ on c an ferromagnetischen Partikeln 5 in der Suspension 4 ermittelt werden.
Um Messfehler auszuschließen, insbesondere bei räumlich eng beieinander liegenden oder Überlappenden ersten und zweiten Volumenbereichen 6, 6", bei welchem das Magnetfeld der Geberspule 6 den zweiten Volumenbereich 3' teilweise oder vollständig durchdringt, kann eine Kompensationsspule 8 verwendet werden. Diese ist derart angeordnet, dass sie ebenfalls vom Luftfluss BH (ΒΗ=μοΗ) der Geberspule 6 durchsetzt wird, nicht jedoch vom Magnetfluss BM der den zweiten Volumenbereich 3' passierenden ferromagnetischen Partikel 5. Dadurch kann der magnetische Fluss BH der Geberspule 6 bzw. des Anregungsfelds H kompensiert werden (sogenannte Luftfluss BH) , welcher nicht von den ferromagnetischen Partikeln 5, d.h. von dem Magnet- fluss BM verursacht ist. Die Kompensationsspule 8 ist hin- sichtlich der von ihr eingeschlossenen Fläche und der Wm- dungszahl so ausgebildet, dass sie der Empfangsspule 6' genau gegengleich entspricht. Dies erreicht man z. B. dadurch, dass der Wicklungssinn der beiden Spulen gegensinnig ist.
Die Kompensationsspule 8 kann neben der Empfangsspule 6' an¬ geordnet sein, jedoch ohne den rohrförmigen Strömungskanal 2 zu umschließen bzw. zu umfassen. Die Kompensationsspule 8 und die dazu gegengleiche Empfangsspule 6' können elektrisch in Reihe verschaltet sein, so dass sich im Summensignal beider Spulen der Fluss des Erregerfeldes BH, das beide Spulen durchdringt, genau kompensiert (Nettospannung U = 0) . Das mit dem angeschlossenen Fluxmeter 6 aufgenommene zeitliche Integral ist dadurch ebenfalls Null. Befinden sich in dem zweiten Volumenbereich 3' bzw. der ihn umgebenden Empfangsspule 6' Magnetpartikel, wird die Kompensation der Spulenanordnung aus Empfangsspule 6' und Kompensationsspule 8 gestört und der durch die ferromagnetischen Partikel 5 bewirkte magnetische Fluss BM trägt zu einer Nettospannung U Φ 0 bei, die von dem angeschlossenen Fluxmeter zeitlich integriert wird. Die integrierte Spannung U stellt somit ein Maß für den Magnetfluss und damit ein Maß für die Menge der in der Suspension 4 enthaltenen ferromagnetischen Partikel 5 dar und 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 4 enthaltenen ferromagnetischen Partikel 5 bestimmt werden.
Um die Genauigkeit der Bestimmung der Zeit At, der Strömungs¬ geschwindigkeit v(t) und der Konzentration c der ferromagne- tischen Partikel 5 in der Suspension 4 zu erhöhen, kann durch die Geberspule 6 wiederholt der Strompuls 10 gegeben werden, z.B. mit fester Wiederholfrequenz. Dadurch wird an der Empfangsspule 6' wiederholt eine Spannung 11 induziert und ein Signal gemessen, insbesondere mit der festen Wiederholfre¬ quenz. Eine Mittelung über mehrere Wiederholungen kann die Genauigkeit der Messungen erhöhen. Eine vorbestimmte Änderung der Amplitude des Strompulses 10 bei unterschiedlichen Pulsen und eine abhängige Messung der Signalmaxima der induzierten Spannung U 11 oder des durch Integration bestimmten magnetischen Flusses Φ kann für eine Eichung bzw. Korrelierung des magnetischen Flusses Φ mit der Partikelzahl 5 dienen. Bei sich ändernden Strömungsgeschwindigkeiten v(t) können durch wiederholte Pulse zeitlich online die Strömungsgeschwindig¬ keiten v(t) und/oder Konzentration c bestimmt und abhängig von der Zeit beobachtet werden. Diese Informationen können zur Prozesssteuerung verwendet werden.
Ein Beispiel für die Verwendung von Strompulsen mit fester Wiederholfrequenz ist die Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds an der Geberspule 6, das die in der Suspension 4 enthaltenen ferromagnetischen Partikel 5 mit einer festgelegten Frequenz abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen auf- magnetisiert . Das magnetische Wechselfeld bewirkt, dass die ferromagnetischen Partikel 5 innerhalb der Geberspule 6 kon¬ tinuierlich ummagnetisiert werden, so dass der durch die fer- romagnetischen Partikel 5 erzeugte zusätzliche Magnetfluss BM~ in der Empfangsspule 6' sich periodisch mit der Frequenz des als Anregungsfeld dienenden magnetischen Wechselfelds än¬ dert. Die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses bewirkt die Induktion einer Spannung in der Empfangsspule 6", die der Änderung des magnetischen Flusses άΦ proportional ist und die somit ein Maß für den Anteil der ferromagnetischen Partikel 5 in der Empfangsspule 6' bzw. dem zweiten Volumenbereich 3' darstellt .
Die zuvor beschriebene Suspension 4 kann z.B. aus Wasser, Öl oder Blut und magnetischen oder ferromagnetischen Partikeln 5 bestehen bzw. diese enthalten. Es sind aber auch Gemische, z.B. Wasser/Öl Gemische mit magnetischen oder ferromagneti¬ schen Partikeln 5 als Suspension 4 möglich.
Eine Messung und/oder Datenauswertung beim erfindungsgemäßen Verfahren kann elektronisch oder durch einen Computer erfolgen. So kann z.B. durch eine elektronische Schaltung die Dif- ferenz der gemessenen Spannungen an einer Empfangsspule 6' und einer Kompensationsspule 8 ermittelt und ausgewertet wer¬ den. Die elektronische Schaltung kann ebenfalls zur Steuerung bzw. Regelung und/oder zur Erzeugung des Strompulses 10, wel- eher zur Erregung der Geberspule 6 verwendet wird, dienen.
Mit einem Computerprogramm kann aus der Zeitdifferenz At zwischen Erzeugung des Strompulses 10 und der gemessenen induzierten Spannung 11 an der Empfangsspule 6' eine Strömungsge¬ schwindigkeit v ermittelt werden, insbesondere in-situ, d.h. zeitnah und zeitabhängig, und/oder gepulst mit fester Frequenz. Die Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich über die For¬ mel v(t) = d / At wobei v(t) die Strömungsgeschwindigkeit, d der vorbestimmte Abstand zwischen den Volumenbereichen 3 und 3' bzw. Spulen 6 und 6' ist, und At die ermittelte Zeitdifferenz zwischen dem Strompuls 10 zur Ausrichtung und/oder Aufmagnetisierung der Partikel 5 in der Suspension 4 in der Geberspule 6 und der dazugehörigen, gemessenen induzierten Spannung 11 in der Empfangsspule 6 ' .
Aus der Strömungsgeschwindigkeit v(t), der Querschnittsfläche der Strömung A und einem magnetischen Fluss Φ abhängig von der Zeit t kann die Konzentration c an magnetischen oder fer- romagnetischen Partikeln 5 in einer Suspension 4 zeitabhängig über einen Computer ermittelt werden. Die Konzentration c ist als Quotient von der Zahl der Partikel n dividiert durch das Volumen V gegeben. Der magnetische Fluss Φ, welcher durch die Empfangsspule 6' gemessen wird, ist zu einem Zeitpunkt t ein Maß für die Menge der in der Suspension 4 enthaltenen magnetischen Partikel n 5. Wird über ein Zeitintervall (t2_ti) der magnetische Fluss Φ gemessen, ist dadurch die Zahl an magne- tischen Partikeln n 5 gegeben, welche in diesem Zeitintervall (t2_ti) die Empfangsspule 6' passiert haben. Im gleichen Zeitintervall hat die Flüssigkeit, d.h. die Suspension 4 mit einer Strömungsgeschwindigkeit v einen Weg s (t2_ti) zurückge- legt, unter der Annahme einer gleichmäßigen Strömung mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit v in dem kurzen Zeitintervall. Damit ergibt sich ein Volumen V an Suspension 4, welche eine Empfangsspule 6' in einem Zeitintervall (t2 _ti) durch- flössen hat, von s (t2-ti) multipliziert mit der Querschnitts¬ fläche A der Strömung. Die Querschnittsfläche der Strömung A ist beispielsweise der innere Querschnitt eines Rohres, um welches die Empfangsspule 6' sich befindet, und durch welches die Suspension 4 fließt.
Somit ist bei gemessener Strömungsgeschwindigkeit v(konzt.) das Volumen V(t2-ti) bekannt, welches in einer Zeit (t2 —ti) durch die Empfangsspule 6' fließt. Gleichzeitig ist die über den magnetischen Fluss Φ gemessene Teilchenzahl n(t2-ti) be- kannt, welche mit dem Volumen V(t2-ti) die Empfangsspule 6' passiert hat. Daraus ergibt sich die Konzentration c als Quo¬ tient aus Teilchenzahl n(t2-ti) dividiert durch Volumen V(t2- ti) , c = n(t2-ti) / V(t2-ti) = n(t2-ti) / (s(t2-ti) x A) = n(t2-ti) / (d x A x (t2-ti) / At) = n(t2-ti) x At / (d x A x (t2-ti) ) mit n(t2-ti) ~ Φ, d.h. der Teilchenzahl proportional dem ge¬ messenen magnetischem Fluss, und v(t)= d / At = s (t2-ti) / (t2-ti) gleich konst. angenommen.
Ein Online-Monitoring der Strömungsgeschwindigkeit v und der Konzentration c von ferromagnetischen Partikeln 5 in einer Suspension 4 wird somit über das erfindungsgemäße Verfahren möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen der zuvor beschrie¬ benen Ausführungsbeispiele sind ebenfalls möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit fer- romagnetischer Partikel (5) in einer Suspension (4), welche wenigstens zwei voneinander getrennte Volumenbereiche (3, 3') durchströmt, wobei ein erster Volumenbereich (3) entlang einer Strömungsrichtung (9) der Suspension (4) in einem vorbestimmten Abstand d vor einem zweiten Volumenbereich (3') angeordnet wird, und wobei der erste Volumenbereich (3) von ei- ner Geberspule (6) umgeben wird, welche ein magnetisches Feld erzeugt, und wobei der zweite Volumenbereich (3') von einer Empfangsspule (6') umgeben wird, durch welche ein Signal ge¬ messen wird, dadurch gekennzeichnet, dass im magnetischen Feld der Geberspule (6) die magnetischen Partikel (5) in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet werden und magnetische Partikel (5) mit Vorzugsrichtung in der Empfangsspule (6') mit einem zeitlichen Abstand At das Signal erzeugen, wobei der zeitliche Abstand At unter Verwendung des vorbestimmten Abstands d zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit ver- wendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Strömungsgeschwindigkeit, der Querschnittsfläche der Strömung A und einem magnetischen Fluss Φ abhängig von der Zeit t die Konzentration c an ferromagnetischen Partikeln (5) in der Suspension (4) ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Feld der Geberspule (6) pulsweise erzeugt wird, insbesondere durch Strompulse, welche durch die Geberspule (6) fließen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Feld-Pulse der Geberspule (6) in einem re- gelmäßigen zeitlichen Abstand voneinander erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Empfangsspule (6') gemessene Signal durch Induktion erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss Φ während einer festgelegten Integrationszeit mit einem Fluxmeter (7) gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Volumenbereich (3) und der zweiten Volumenbereich (3') entlang einer Strömungsrichtung (9) der Suspension (4) im vorbestimmten Abstand d voneinander in einem rohrförmigen Strömungskanal (2) angeordnet werden, insbesondere in einem Rohr mit über die Volumenbereiche (3, 3') hinweg gleichem Querschnitt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel (5), insbesondere remanent fer- romagnetische Partikel (5), remanent aufmagnetisiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberspule (6) ein magnetisches Feld mit einem maximalen Wert erzeugt, welcher größer als die Koerzitivfeidstärke des jeweiligen Materials der Partikel (5) ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (6') wenigstens zwei gegengleich verschaltete Spulen (6', 8) umfasst, um den magnetischen Fluss des magnetischen Feldes der Geberspule (6) durch die gegengleiche Verschaltung zu kompensieren.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mehr als einer jeweils einen Volumenbereich (3') umgebenden Empfangsspule (6') jeweils ein magnetischer Fluss Φ abhängig von der Zeit t gemessen wird.
12. Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ferromagnetischer Partikel (5) in einer Suspension (4) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder der Vorrichtung nach Anspruch 12 in einer Erzgewinnungsanlage .
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