ECKERT, Helmut (Erlenstr. 1a, Röttenbach, 91341, DE)
HARTMANN, Werner (Karlsweg 10, Weisendorf, 91085, DE)
RÜHRIG, Manfred (Johannisstr. 16, Lauf a.d. Pegnitz, 91207, DE)
SCHRÖTER, Andreas (Neue Pforte 7, Anrode/ Bickenriede, 99976, DE)
WEISS, Roland (Oppelnerstr. 7, Erlangen, 91058, DE)
BASF SE (67056 Ludwigshafen, DE)
DANOV, Vladimir (Taunusstr. 18, Erlangen, 91056, DE)
ECKERT, Helmut (Erlenstr. 1a, Röttenbach, 91341, DE)
HARTMANN, Werner (Karlsweg 10, Weisendorf, 91085, DE)
RÜHRIG, Manfred (Johannisstr. 16, Lauf a.d. Pegnitz, 91207, DE)
SCHRÖTER, Andreas (Neue Pforte 7, Anrode/ Bickenriede, 99976, DE)
WEISS, Roland (Oppelnerstr. 7, Erlangen, 91058, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit mag¬ netischer oder ferromagnetischer Partikel (8) in einer, Kon- trollräume durchströmenden Suspension (3) , wobei mittels einer einen ersten Kontrollraum (2) umgebenden Messspule (4) der magnetische Fluss Φι abhängig von der Zeit t gemessen wird, wobei der magnetische Fluss zu einem Zeitpunkt ein Maß für die Menge der in der Suspension (3) enthaltenen magneti- sehen Partikel (8) darstellt, und in einem vorbestimmten Ab¬ stand d vom ersten Kontrollraum (2), in einem zweiten Kontrollraum (2') mittels einer den zweiten Kontrollraum (2') umgebenden zweiten Messspule (4') der magnetische Fluss Φ2 abhängig von der Zeit t gemessen wird, dadurch gekennzeich- net, dass ein Vergleich der Messungen Φι (t) und Φ2 (t) einen zeitlichen Abstand At ergibt, welcher unter Verwendung des vorbestimmten Abstands d zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit verwendet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Strömungsgeschwindigkeit, der Querschnittsfläche der Strömung und einem magnetischen Fluss Φ abhängig von der Zeit t die Konzentration c an magnetischen oder ferromagnetischen Partikeln (8) in einer Suspension (3) ermittelt wird. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messkurve des magnetischen Flus¬ ses Φι abhängig von der Zeit t ein markanter Messpunkt P zu einem Zeitpunkt ti ermittelt wird, insbesondere ein Maximum oder Minimum des Wertes des magnetischen Fluss Φι zum Zeit¬ punkt ti, welcher in dem Verlauf der Messkurve des magneti¬ schen Flusses Φ2 abhängig von der Zeit t zu einem Zeitpunkt t2 wiedererkannt wird, insbesondere als ein entsprechendes Maxi¬ mum oder Minimum des Wertes des magnetischen Fluss Φ2 zum Zeitpunkt t2, wobei die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten ti und t2 den zeitlichen Abstand At ergibt, welcher die Strömungsgeschwindigkeit als Quotienten des vorbestimmten Ab- standes d dividiert durch den zeitlichen Abstand At ergibt. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Partikel (8) mittels einer in Strömungsrichtung vor den Messspulen (4, 4') ange- ordneten Magnetfelderzeugungsvorrichtung (9) magnetisiert werden . 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (9) ein statisches Magnetfeld erzeugt, welches auf die Messspulen (4, 4') wirkt. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss in einem Kontrollraum (2) während einer festgelegten Integrationszeit mit einem Fluxmeter (6) gemes¬ sen wird. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung (9) in den Kontrollräumen ein zeitlich variierendes Magnetfeld erzeugt. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss jeweils in einem Kontrollraum (2, 2') anhand der induzierten Spannung in der dem Kontrollraum (2, 2') zugeord- neten Messspule (4, 4') gemessen wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils als eine Messspule (4, 4') zwei Spulen gegengleich verschaltet werden, um den magnetischen Fluss der Magnetfelderzeugungsvorrichtung (9) durch die gegengleiche Verschaltung zu kompensieren. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mehr als zwei jeweils einen Kontrollraum (2) umgebenden Messspulen (4, 4') jeweils ein magnetischer Fluss Φ abhängig von der Zeit t gemessen wird . 11. Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel (8) in einer Suspension (3) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11. 12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder der Vorrichtung nach Anspruch 11 in einer Erzgewinnungsanlage . |
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel und deren Verwendung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer, Kon- trollräume durchströmenden Suspension. Mittels einer einen ersten Kontrollraum umgebenden Messspule wird der magnetische Fluss Φι abhängig von der Zeit t gemessen, wobei der magnetische Fluss zu einem Zeitpunkt ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen Partikel darstellt. In einem vorbestimmten Abstand d vom ersten Kontrollraum, in einem zweiten Kontrollraum wird mittels einer den zweiten Kontrollraum umgebenden zweiten Messspule der magnetische Fluss Φ 2 abhängig von der Zeit t gemessen. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung.
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 zeitlicher 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 Strahlungskontrollbereiche 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 wegen der abrasiven Eigenschaften der Pulpe schnell verschleißen würden. Auch eine Messung des Anteils an magnetischen oder ferromagnetischen Partikeln an der Gesamtflüssigkeitsmenge und die Unterschei ¬ dung 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 magnetischer oder ferromagnetischer Partikel anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe, die Strömungsgeschwindigkeit der magnetischen oder ferromagnetischen Partikel berührungsfrei und dabei verschleißfrei, und dennoch zuverlässig zu messen. Insbesondere ist es Aufgabe, nur magnetische oder ferromagne- tische Partikel, und keine größeren oder kleineren nichtmag ¬ netischen Partikel zu vermessen und aus der Strömungsge ¬ schwindigkeit die Konzentration ermitteln zu können, ohne auf gesundheitsschädliche Bestrahlungen wie z.B. Röntgenstrahlung zurückgreifen zu müssen. Dies reduziert Aufwand und Kosten, und führt zu einer Möglichkeit der besseren Prozesssteuerung. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung anzugeben.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Be ¬ stimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder fer- romagnetischer Partikel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsge- schwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer Suspension zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 11 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 magnetischer oder ferromagnetischer Partikel gehen aus den zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen der Unteransprüche sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kom ¬ biniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Strömungs ¬ geschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer, Kontrollräume durchströmenden Suspension umfasst das Messen des magnetische Flusses Φι abhängig von der Zeit t mittels einer einen ersten Kontrollraum umgebenden Messspule. Dabei ist der magnetische Fluss zu einem Zeitpunkt ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen Partikel. Weiterhin wird in einem vorbestimmten Abstand d vom ersten Kontrollraum, in einem zweiten Kontrollraum mittels einer den zweiten Kontrollraum umgebenden zweiten Messspule der magnetische Fluss Φ 2 abhängig von der Zeit t gemessen. Ein Vergleich der Messungen Φι (t) und Φ 2 (t) ergibt einen zeitlichen Abstand At, welcher unter Verwendung des vorbestimmten Abstands d zur Ermittlung der Strömungsgeschwindig ¬ keit verwendet wird.
Durch die Verwendung von Messspulen, welche einen magnetischen Fluss messen, ist eine berührungsfreie, verschleißfreie Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel 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. Durch den Vergleich zweier Messkurven, welche über zwei Messspulen zeitlich abhängig ermittelt werden, ist eine zuverlässige Bestimmung der Zeit möglich, welche magne ¬ tische oder ferromagnetische Partikel in einer Suspension zum Zurücklegen einer vorbestimmten Wegstrecke d benötigen. Die dadurch bestimmte Strömungsgeschwindigkeit, welche zu jedem Zeitpunkt zeitgleich mit der Strömung ermittelt wird, 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 magnetischen oder fer- romagnetischen Partikeln in einer Suspension ermittelt werden. Die Konzentration c ist als Quotient von der Zahl der Partikel n dividiert durch das Volumen V gegeben. Der magne- tische Fluss Φι, welcher durch die Messspule gemessen wird, ist zu einem Zeitpunkt ti ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen Partikel n. Wird über ein Zeitintervall At der magnetische Fluss gemessen, ist dadurch die Zahl an magnetischen Partikeln n gegeben, welche in die- sem Zeitintervall At die Messspule passiert haben. Im glei ¬ chen Zeitintervall hat die Flüssigkeit, d.h. die Suspension mit einer Strömungsgeschwindigkeit v einen Weg s (At) zurück ¬ gelegt, unter der Annahme einer gleichmäßigen Strömung mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit v. Damit ergibt sich ein Volumen V an Suspension, welche eine Messspule in einem Zeitintervall At durchflössen hat, von s (At) multipliziert mit der Querschnittsfläche A der Strömung. Die Querschnittsfläche der Strömung A ist beispielsweise der innere Querschnitt eines Rohres, um welches die Messspule sich befindet, und durch welches die Suspension fließt.
Somit ist bei gemessener Strömungsgeschwindigkeit v das Volu ¬ men V(At) bekannt, welches in einer Zeit At durch die Mess ¬ spule fließt. Gleichzeitig ist die über den magnetischen Fluss gemessene Teilchenzahl n(At) bekannt, welche mit dem
Volumen V(At) die Messspule passiert hat. Daraus ergibt sich die Konzentration c als Quotient aus Teilchenzahl n(At) dividiert durch Volumen V(At) . Ein Online-Monitoring der Konzen- tration c wird somit über das erfindungsgemäße Verfahren mög ¬ lich.
Die Verwendung von zwei Messspulen mit vorbestimmten Abstand d voneinander, und der Vergleich des zeitlichen Verlaufes des magnetischen Flusses durch die zwei Messspulen, ermöglicht im Vergleich zur Verwendung von nur einer Messspule, eine zuverlässige Ermittlung der Durchflussgeschwindigkeit v auch bei unbekannter Partikelzahl bzw. Konzentration. Der zeitnahe Vergleich der Messkurven und die daraus ermittelte Durchflussgeschwindigkeit v sowie Konzentration c, können automa ¬ tisiert über einen Computer erfolgen und zeitnah zur Steuerung von Prozessen verwendet werden. Aus der Messkurve des magnetischen Flusses Φι abhängig von der Zeit t kann ein markanter Messpunkt P zu einem Zeitpunkt ti ermittelt werden, insbesondere ein Maximum oder Minimum des Wertes des magnetischen Fluss Φι zum Zeitpunkt ti. Dieser kann bei einem Vergleich mit dem Verlauf der Messkurve des magnetischen Flusses Φ 2 abhängig von der Zeit t zu einem
Zeitpunkt t 2 wiedererkannt werden, insbesondere als ein ent ¬ sprechendes Maximum oder Minimum des Wertes des magnetischen Fluss Φ 2 zum Zeitpunkt t 2 . Die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten ti und t 2 ergibt dann den zeitlichen Abstand At, welcher die Strömungsgeschwindigkeit als Quotienten des vor ¬ bestimmten Abstandes d dividiert durch den zeitlichen Abstand At ergibt.
Die magnetischen Partikel können mittels einer in Strömungs- richtung vor den Messspulen angeordneten Magnetfelderzeugungsvorrichtung magnetisiert werden. Eine Magnetisierung von zuvor magnetisierten Partikeln oder schon magnetisiert vorliegenden Partikeln muss nicht erfolgen. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung kann in einer Ausführungsform einen statischen Magnetfluss erzeugen, welcher die Messspulen durchdringt. Dabei kann der magnetische Fluss in einem Kontrollraum während einer festgelegten Integrations- zeit mit einem Fluxmeter gemessen werden. Voraussetzung für die Messung der magnetischen Flüsse in beiden Kontrollräumen über Fluxmeter ist, dass das Magnetfeld der Magnetfelderzeu ¬ gungsvorrichtung auf beide Kontrollräume ausgedehnt ist.
Alternativ zu dem zuvor beschriebenen Verfahren mit statischem Magnetfeld kann die Magnetfelderzeugungsvorrichtung in den Kontrollräumen ein zeitlich variierendes Magnetfeld erzeugen. Der magnetische Fluss jeweils in einem Kontrollraum kann dann anhand der induzierten Spannung in der dem Kontrollraum zugeordneten Messspule gemessen werden.
Jeweils zwei Spulen können gegengleich als ein Messspulensys ¬ tem verschaltet werden. Durch die gegengleiche Verschaltung kann der magnetische Fluss der Magnetfelderzeugungsvorrichtung kompensiert werden.
Es können auch mehr als zwei Messspulen bzw. Messspulensysteme verwendet werden. Mittels der mehr als zwei jeweils einen Kontrollraum umgebenden Messspulen kann jeweils ein magnetischer Fluss Φ abhängig von der Zeit t gemessen werden und ein Vergleich von mehr als zwei Messkurven kann zu einer zuverlässigeren Erkennung von außergewöhnlichen Messpunkten P führen. Dadurch kann die Bestimmung von Zeitintervallen At, in welchen Messpunkte P voneinander zeitlich beabstandet an den jeweils zwei Messspulen gemessen werden, die Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit und der Konzentration mit höherer Zuverlässigkeit und Genauigkeit, zum Beispiel durch Mittelung von Messwerten, erfolgen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer Suspension kann zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens verwendet werden. Diese besteht in der Regel aus zwei, oder mehr Messspulen, welche jeweils, in einem vorbestimmten Abstand voneinander, um den jeweiligen der Messspule zugeordneten Kontrollraum angeordnet sind, wo- bei die Kontrollräume von der Suspension mit magnetischen oder ferromagnetischen Partikeln durchströmt wird.
Eine erfindungsgemäße Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens und/oder der zuvor beschriebenen Vorrichtung erfolgt in einer Erzgewinnungsanlage.
Die mit der Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder 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 magnetischer oder ferromagnetischer Partikel in einer Suspension beschrieben wurden .
Bevorzugte Ausführungsformen 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 dargestellt:
Fig. 1 der Aufbau einer Messanordnung zur Messung von magnetischen Partikeln mit Hilfe einer Messspule und einer Magnetfelderzeugungsvorrichtung, welche ein statisches Magnetfeld erzeugt, und in
Fig. 2 die i
mit e
ein z
in
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des Messaufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit magnetischer oder ferromagnetischer Partikel, und in Fig. 4A-C eine Prinzipdarstellung eines Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher auf dem Vergleich zweier Messkurven A und B basiert. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einen rohrförmi- gen Kontrollraum 2, der von einer Suspension 3 durchströmt wird, die magnetische oder magnetisierbare Partikel enthält. Der Kontrollraum 2 ist von einer Messspule 4 umgeben, die den magnetischen Fluss innerhalb der von der Messspule 4 einge- schlossenen Fläche misst. Der Kontrollraum 2 ist ferner von einer als Spule 5 (Anregungsspule) ausgebildeten Magnetfel ¬ derzeugungsvorrichtung umgeben, durch die ein Erregerstrom fließt, der ein statisches Magnetfeld in dem Kontrollraum er ¬ zeugt. 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 ferro- magnetische 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 zu ¬ sätzlicher Magnetfluss B M entsteht, der mit der Messspule 4 und einem damit verbundenen, in Fig. 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 B M , auch noch den durch die Spule 5 bzw. durch das Anregungsfeld H verursachten magneti ¬ schen Fluss B H (sog. Luftfluss Β Η =μοΗ) misst, befindet sich innerhalb des Anregungsfelds innerhalb der Spule 5 eine Kom ¬ pensationsspule 7. Die Kompensationsspule 7 ist derart ange ¬ ordnet, dass sie ebenfalls dem vom Luftfluss B H der Erreger- spule durchsetzt wird, nicht jedoch von dem Magnetfluss B M der den Kontrollraum 2 passierenden magnetischen Partikel. Die Kompensationsspule 7 ist hinsichtlich der von ihr einge ¬ schlossenen Fläche und der Windungszahl so ausgebildet, dass sie der Messspule 4 genau gegengleich entspricht. Dies er ¬ reicht man z. B. dadurch, dass bei gleicher Windungszahl und gleicher Spulenfläche der Wicklungssinn der beiden Spulen gegensinnig ist. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kompensationsspule 7 neben der Messspule 4 angeord ¬ net. Die Kompensationsspule 7 und die dazu gegengleiche Mess ¬ spule 4 sind elektrisch in Reihe verschaltet, so dass sich im Summensignal beider Spulen der Fluss des Erregerfeldes B H , der beide Spulen durchdringt, genau kompensiert (Nettospan- nung U = 0) . Das mit dem angeschlossenen Fluxmeter 6 aufgenommene zeitliche Integral ist dadurch ebenfalls Null. Befin ¬ den sich in dem Kontrollraum bzw. in der ihn umgebenden Messspule magnetisierbare oder magnetisierte Partikel, wird die Kompensation der Spulenanordnung aus Messspule (4) und Kom- pensationsspule (7) gestört und der durch die Magnetisierung der Partikel bewirkte magnetische Fluss B M trägt zu einer Nettospannung U + 0 bei, die von dem angeschlossenen Fluxmeter zeitlich integriert wird. Die integrierte Spannung U stellt somit ein Maß für die Magnetisierung und damit ein Maß für die Menge der in der Suspension enthaltenen magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel 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 ent ¬ haltenen magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel bestimmt werden .
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für übereinstimmende Bestandteile dieselben Bezugszei ¬ chen wie in Fig. 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 ent ¬ haltenen ferromagnetischen Partikel mit einer festgelegten Frequenz abwechselnd in entgegengesetzte Richtung aufmagneti- siert. Das magnetische Wechselfeld bewirkt, dass die ferro- magnetischen Partikel innerhalb der Messspule 4 kontinuierlich ummagnetisiert werden, so dass der durch die magneti- sehen Partikel erzeugte zusätzliche Magnetfluss B M ~ sich pe ¬ riodisch 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 magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel in der Messspule 4 darstellt.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich inner- halb der das Anregungsfeld erzeugenden Spule 9 eine bei ¬ spielsweise gegengleich zur Messspule ausgeführte Kompensati ¬ onsspule 7, um den Einfluss des Anregungsfelds auf die Mess ¬ spule 4 zu kompensieren. In Fig. 3 ist eine Prinzipdarstellung des Messaufbaus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zwei Kontrollräume 2, 2' , jeweils umgeben von einer Messspule 4, 4', sind zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit mag ¬ netischer oder magnetisierbarer Partikel entlang der Strömung einer Suspension 3 hintereinander angeordnet. Die Strömung strömt in einem Strömungskanal 10, welcher z.B. aus einem Rohr aus Plastik oder einem anderem nicht magnetisierbaren Material besteht. In einem vorbestimmten Abstand d voneinander sind die Messspulen 4, 4', wie sie zuvor beschrieben wur- den, jeweils das Rohr umfassend angeordnet. Die Fläche des Rohrinnenquerschnitts, welche von der Suspension 3 durch ¬ strömt wird und von der Spule vollständig umfasst ist, ist die Querschnittsfläche der Strömung A. Sie liegt in der Ebene einer Spulenwicklung und senkrecht zur Längsachse der Spule.
Die Suspension 3 von z.B. Wasser und magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln 8 fließt durch den Strömungskanal 10 und passiert den ersten Kontrollraum 2. Der Kontrollraum 2 ist von einer zuvor beschriebenen Messspule 4 umgeben bzw. eine zuvor, in den Fig. 1 und 2 beschriebene Messvorrichtung 1 ist am Ort des Kontrollraums 2 angeordnet. Wie in Fig. 4A dargestellt ist, wird von der ersten Messspule 4 zeitabhängig ein Messsignal, z.B. eine Messspannung U ermittelt. Diese Spannung U zu einem Zeitpunkt t ist ein Maß für den magnetische Fluss Φι zu diesem Zeitpunkt t und damit ein Maß für die Menge der in der Suspension 3 enthaltenen magnetischen Partikel 8, welche zum Zeitpunkt t durch die Messspule 4 bewegt werden.
Analog wird, wie in Fig. 4B dargestellt ist, von der zweiten Messspule 4' zeitabhängig ein Messsignal, z.B. eine Messspan- nung U' ermittelt. Diese Spannung U' zu einem Zeitpunkt t ist ein Maß für den magnetische Fluss Φ 2 zu diesem Zeitpunkt t und damit ein Maß für die Menge der in der Suspension 3 ent ¬ haltenen magnetischen Partikel 8, welche zum Zeitpunkt t durch die Messspule 4' bewegt werden.
Da ein magnetisches Partikel 8 in der Suspension 3 zu einem Zeitpunkt ti durch die Messspule 4 bewegt wird, und mit der Suspension 3 weiter strömend zu einem Zeitpunkt t 2 durch die Messspule 4' bewegt wird, wird es von beiden Messspulen 4, 4' mit einer Zeitdifferenz von At gemessen. Analog wird die Menge an magnetischen Partikeln 8 in der Suspension 3, welche zu einem Zeitpunkt ti durch die Messspule 4 bewegt wird, mit der Suspension 3 weiter strömend zu einem Zeitpunkt t 2 durch die Messspule 4' bewegt und gemessen. Die Zeitdifferenz von At stellt die Zeit dar, welche die magnetischen Partikel 8 in der Strömung der Suspension 3 von der Messspule 4 zur Messspule 4' benötigt haben, d.h. zum Zurücklegen des Weges, wel ¬ cher der vorbestimmte Abstand d ist. Da sich die Konzentration der magnetischen Partikel 8 in der Suspension 3 ändert, ergibt eine Messung an der Messspule 4 eine Messkurve, z.B. U(t), siehe auch Fig. 4A, welche sich mit einer Zeitdifferenz von At bei der Messung an der Messspule 4' wiederholt, siehe Fig. 4B.
Werden, wie in Fig. 4C gezeigt ist, die Messungen der zwei Messspulen 4, 4' miteinander verglichen, so kann anhand der Signatur bzw. Form der Messkurven die Zeitdifferenz At ermittelt werden. Z.B. kann ein markantes Maximum in der Messkurve der Messspule 4 in der Messkurve der Messspule 4' anhand sei ¬ ner Form erkannt werden, und die zeitliche Differenz zwischen dem Auftauchen des Maximums in der Messkurve der Messspule 4 und der Messkurve in der Messspule 4' ermittelt werden. Diese zeitliche Differenz stellt At dar. Zu diesem Zweck können die Messkurven der Fig. 4A und 4B wie in Fig. 4C gezeigt überlagert in einem Diagramm dargestellt werden, wobei die Überla- gerung derart geschieht, dass auf der Zeitachse die Punkte in der Kurve, welche zur gleichen Zeit mit der Messspule 4 und der Messspule 4' gemessen wurden, dem gleichen Wert auf der Zeitachse zugeordnet werden. Das zuvor beschriebene Verfahren kann auch elektronisch oder durch einen Computer erfolgen. So kann z.B. durch eine elektronische Schaltung die Differenz der gemessenen Spannungen ermittelt und ausgewertet werden. Mit einem Computerprogramm kann zeitgleich über die Bestimmung der Zeitdifferenz At eine Strömungsgeschwindigkeit v ermittelt werden, über die Formel v(t) = d / At wobei v(t) die mittlere Strömungsgeschwindigkeit, d der vor- bestimmte Abstand zwischen den Kontrollräumen bzw. Messpulen 4 und 4 'ist, und At die ermittelte Zeitdifferenz zwischen der Messung eines markanten Punktes in der Messkurve der Messspu ¬ le 4 und dem gleichen markanten Punkt in der Messkurve der Messspule 4 ' .
Aus der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v(t), der Quer ¬ schnittsfläche der Strömung A und einem magnetischen Fluss Φ abhängig von der Zeit t kann die Konzentration c an magneti- sehen oder ferromagnetischen Partikeln 8 in einer Suspension 3 zeitabhängig ermittelt werden. Die Konzentration c ist als Quotient von der Zahl der Partikel n dividiert durch das Vo ¬ lumen V gegeben. Der magnetische Fluss Φι, welcher durch die Messspule 4 gemessen wird, ist zu einem Zeitpunkt ti ein Maß für die Menge n der in der Suspension 3 enthaltenen magnetischen Partikel 8. Wird über ein Zeitintervall At der magneti ¬ sche Fluss gemessen, ist durch die Zahl n die Menge an magne ¬ tischen Partikeln 8 gegeben, die in diesem Zeitintervall At die Messspule passiert haben. Im gleichen Zeitintervall hat die Flüssigkeit, d.h. die Suspension 3 mit einer Strömungsge ¬ schwindigkeit v einen Weg s (At) zurückgelegt, unter der An ¬ nahme einer gleichmäßigen Strömung mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit v in dem kurzen Zeitintervall. Damit ergibt sich ein Volumen V an Suspension 3, welche eine Messspule 4 in einem Zeitintervall At durchflössen hat, von s (At) multip ¬ liziert mit der Querschnittsfläche A der Strömung. Die Quer ¬ schnittsfläche der Strömung A ist beispielsweise der innere Querschnitt eines Rohres, um welches die Messspule sich be- findet, und durch welches die Suspension 3 fließt.
Somit ist bei gemessener Strömungsgeschwindigkeit v (= const) das Volumen V(At) bekannt, welches in einer Zeit At durch die Messspule 4 fließt. Gleichzeitig ist die über den magneti- sehen Fluss Φ gemessene Teilchenzahl n(At) bekannt, welche mit dem Volumen V(At) die Messspule passiert hat. Daraus er ¬ gibt sich die Konzentration c als Quotient aus Teilchenzahl n(At) dividiert durch Volumen V(At) . c = n(At) / V(At) = n(At) / (s(At) x A) = n(At) / (d x A) mit n(At) ~ Φ, d.h. der Teilchenzahl proportional dem gemes ¬ senen magnetischem Fluss. Ein Online-Monitoring der Strömungsgeschwindigkeit v und der Konzentration c von magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln 8 in einer Suspension 3 wird somit über das erfindungs ¬ gemäße Verfahren möglich. Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen der zuvor beschrie ¬ benen Ausführungsbeispiele sind ebenfalls möglich. Es sind auch andere als die zuvor beschriebenen Materialien, wie z.B Suspensionen aus Öl, Blut oder anderen Flüssigkeiten möglich