Устройство и принцип работы магнитной мешалки

Рассмотрим оригинальную разновидность лабораторного смесительного оборудования, позволяющую исключить целый ряд механических элементов: зубчатые, ременные передачи, приводные валы, муфты для создания эффекта вращения в жидкостях в химической посуде - магнитную мешалку.

При передаче крутящего момента эти устройства не имеют жесткой связи в отличие от верхнеприводных аналогов и других миксеров для лаборатории.

Они служит для проведения операций с растворами и реактивами различной степени вязкости:

• смешивание разнородных компонентов и придание однородности растворам;
• растворение сухих порошков в жидкостях;
• ускорение процессов диффузии, растворения;
• активизации химических реакций, включая повышение температуры, если используется модель с подогревом;
• приготовлении эмульсий, суспензий,

Учитывая широчайший спектр операций с растворяющими веществами, мешалки устанавливаются как в специализированных лабораториях – медицинских, клинических, фармацевтических, микробиологических, химических, научно-исследовательских, так в качестве общелабораторного оборудования.

Отсутствие непосредственно погружаемого в раствор ротора (вращательный момент передает свободно вращающийся в жидкости якорь) позволяет:

• производить перемешивание в герметичной закрытой лабораторной таре, что актуально если реактивы выделяют ядовитые для персонала испарения. Частично проблему может решить вытяжной шкаф путем отведения газообразных химических соединений за пределы лаборатории;
• избежать разбрызгивания едких щелочных или кислотных химикатов, когда капли могут попасть на стол лабораторный;
• поместить на установочную платформу, если позволяет размер, одновременно несколько сосудов (лабораторной тары) не только различных объемов, но и с разнородными химическими растворами.

Устройство

Эти интересные приборы – устройства не новые, более того для занятия любимым хобби их иногда изготавливают своими руками.
Например для радиолюбителей актуально быстрое травление печатных плат в хлорном железе или в медном купоросе с поваренной солью.
Если едкий раствор в посуде не движется, и тем более холодный, скорость химической реакции замедляется в разы.
Вот самодельщики и придумали уже множество моделей с движками от вентиляторов, блоков питания и даже приходилось видеть устройство с нагревом жидкости при помощи ТЭНов под платформой для размещения посуды - чего только не сделаешь своими руками, если есть желание, но принцип работы неизменный.

Не каждый вид лабораторного оборудования можно изготовить самостоятельно.
Да и не нужно, поскольку для оснащения лаборатории необходимы приборы, отвечающие требованиям безопасности, санитарным нормам и допущенные к практике надзорным органом.

Но мы привели пример самодельных перемешивающих устройств, чтобы сказать о другом – устройство  очень простое и состоит из минимума конструктивных элементов.
 

1. Электромотор с жестко закрепленным на валу ротора постоянным магнитом.
2. Якорь. Он никак не связан с остальными составными элементами и покрыт амортизирующим материалом, чтобы не повредить стенки и дно химической посуды.
3. Платформа, куда помещается лабораторная посуда. Важно, что поверхность изготовлена из материала, который беспрепятственно пропускает силовые линии.

   Замечание кстати справедливо и по поводу магнитной проницаемости колб, стаканов, пробирок. В итоге, силовое поле проходит путь от магнита через установочную поверхность и дно лабораторной посуды, которая должна быть стеклянной, фарфоровой, из полипропилена, но никак не металлической.

4. Пластиковый или из металла корпус с органами управления и индикации текущего режима.
5. Нагревательный элемент, выносной термометр и автоматический терморегулятор.

Как видим, устройство не сложное, а разновидность с одновременным нагревом жидкости отличается наличием водяной бани, при этом есть два преимущества:

• отсутствует контакт нагревательного элемента с содержимым лабораторной тары;
• кроме нагревания осуществляется и перемешивание раствора.

В качестве источника тепла (опять же бесконтактного) используется стальная или керамическая пластина.

Но важнее другое – как обеспечить обратную связь, чтобы узнать реальную температуру в сосуде ?

Чудес не бывает. Придется открывать крышку, если она есть и помещать контактный термометр внутрь жидкости. В таком случае цепь становится замкнутой и терморегулятор, получив данные от термометра, закрепленного на лабораторном штативе, стабилизирует температуру в соответствии с настройками сотрудника лаборатории.

Если нагревать жидкость и задавать необходимую температуру способны только устройства с подогревом, то регулировать скорость вращения вихревого поля возможно во всех остальных.

Эта разновидность лабораторного оборудования относится к приборам средней скорости вращения, как верхнеприводные аналоги, с плавным регулированием количества оборотов в минуту до 1500.

Самые скоростные – лабораторные центрифуги, но и решают эти настольные приборы совсем другие задачи: осветление, сепарация, отделение твердых фракций.

Скорость вращения и температура отображаются на цифровом дисплее.

При заклинивании ротора сработает система тепловой защиты электродвигателя. Такое же де факто стандартное устройство безопасности предусмотрено и в лабораторных мельницах для размола образцов зерна перед анализом влажности в сушильном шкафу (стандартный термогравиметрический способ) или методом инфракрасной экспресс спектроскопии в ИК анализаторе.

Принцип работы

1. Заполненный раствором, жидкостью сосуд помещается на поверхность. Выгодно, что могут перемешиваться минимальные объемы.
2. Помещается якорь – очищенный от остатков предыдущих растворов, промытый на лабораторной мойке и просушенный. В микробиологических, медицинских лабораториях может потребоваться дезинфекция в бактерицидном облучателе и обеззараживание в суховоздушном стерилизаторе - сухожаровом шкафу.
3. Для модели с подогревом, принцип работы тот же, но в жидкость опускается термометр – термопара.
4. Лабораторный прибор включается в сеть.
5. Задается частота вращения и при необходимости - температура.

Еще одно удобство в практическом плане - все легко раздельно моется: лабораторная тара и якорь.

7 критериев для выбора

1. Объем лабораторной тары – 5,10,15л.

   Необходимо исходить не только из текущей загрузки, но также смотреть на перспективу. Не исключено, что если лаборатория выполняет исследования по договорам и предстоит увеличение количества заказов как в ближайший сезон, так и на перспективу, лучше выбрать модификацию, рассчитанную на увеличенный объем и количество размещенных на платформе единиц лабораторной посуды.
   
   Еще раз подчеркнем, что эта разновидность смесителей позволяет работать с малым количеством жидких образцов, так что можно не переживать, что оборудование для лаборатории будет “недогружено”. Запас по емкости и мощности не помешает.

2. Предельная кинематическая вязкость.

   Очень важный параметр, учитывая особенности устройства.
   Если в процессе химической реакции происходит резкое увеличение плотности, якорь может завязнуть в растворе, даже при вращении ротора электродвигателя.
   Но ничего страшного не произойдет – жесткая же связь как в верхнеприводной мешалке отсутствует.
   В крайнем случае сработает система защиты от перегрузки.

3. Потребляемая мощность.

   Обратим внимание на 2 момента.
   Во-первых, необходимая мощность напрямую определяется п.1 и п.2.
   Во-вторых, оборудование без принудительного подогрева или с ним на порядок различаются по мощности, которая может достигать 1,5 КВт, сюда входит ТЭН плюс электропривод лабораторного прибора.
   Следовательно, с учетом общей потребляемой мощности всем электрическим оборудованием в лаборатории, необходимо рассчитать, выдержит ли электропроводка и аварийные автоматы.
   Следующие 2 пункта относятся к устройствам  с подогревом.

4. Диапазон регулирования температуры – от комнатной до выше 500°C.
5. Скорость нагрева, измеряется в °C/мин.
6. Скорость вращения 0~1500 об/мин.
7. Габариты и материал поверхности платформы.
   Есть разновидности в круглом или прямоугольном исполнении, из керамики или нержавеющей стали.

1. Уменьшение потребления электроэнергии и снижение потерь мощности.
2. Повышенная надежность.
3. Пониженная шумность.
4. Перемешивание даже незначительных объемов реактивов.
5. Возможность работы с агрессивными, едкими веществами и другими расходными материалами для лаборатории.
6. Простейшая чистка, мойка и дезинфекция.
7. Нет контакта с перемешиваемым химическим раствором в лабораторной посуде.
8. Широкий диапазон регулирования скоростей.
9. Возможность подогрева.
10. Можно использовать весь ассортимент лабораторной тары.