close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7443

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7443
(13) C1
(19)
(46) 2005.12.30
(12)
7
(51) G 01R 33/16
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ
МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20020712
(22) 2002.08.27
(43) 2004.03.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Вислович Анатолий Николаевич; Сухоцкий Альберт Борисович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
технологический университет" (BY)
(56) SU 1265665 A1, 1986.
RU 2098807 C1, 1997.
SU 1714546 A1, 1992.
SU 402838, 1973.
SU 750408, 1980.
JP 03255380 A, 1991.
EP 0514759 A2, 1992.
BY 7443 C1 2005.12.30
(57)
1. Способ измерения магнитной восприимчивости магнитных жидкостей, включающий размещение исследуемого образца магнитной жидкости в магнитном поле источника
и измерение напряженности магнитного поля двумя датчиками Холла, отличающийся
тем, что до помещения исследуемого образца магнитной жидкости в виде плоскопараллельного слоя в магнитное поле, модуль которого экспоненциально убывает поперек
плоскости слоя, измеряют в плоскостях, соответствующих поверхностям образца, значение нормальной составляющей напряженности магнитного поля H (d0 ) - для поверхности,
ближайшей к источнику, и H (d0' ) - для удаленной от источника поверхности, определяют
на каждой из двух указанных плоскостей точку, в которой соответствующее значение напряженности максимально; измерения в присутствии образца значений нормальной составляющей напряженности магнитного поля Hd и Hd' соответственно для поверхности,
ближайшей к источнику и удаленной от источника, производят в тех же точках, а значение магнитной восприимчивости χ рассчитывают по формуле
Фиг. 2
BY 7443 C1 2005.12.30
χ=
2∆q
,
s − ∆q
где ∆q = 1 − H d ' / H (d0' ) ;
(
)
s = H d / H (d0) − 1 e 2 ld ;
ld - расстояние от ближайшего к источнику датчика Холла до поверхности магнитной
жидкости.
2. Устройство для измерения магнитной восприимчивости магнитных жидкостей,
включающее источник магнитного поля, ячейку для размещения исследуемого образца
магнитной жидкости и два датчика Холла, отличающееся тем, что источник магнитного
поля, на поверхности которого размещена пластина из магнитомягкого материала, выполнен в виде набора чередующихся вытянутых постоянных магнитов прямоугольного сечения с нормальным направлением намагниченности, ячейка для размещения исследуемого
образца магнитной жидкости выполнена в виде плоскопараллельной кюветы из немагнитного материала, установленной параллельно поверхности источника с противоположной
стороны от пластины из магнитомягкого материала, на расстоянии не менее 0,3 ширины
магнита от поверхности источника с возможностью позиционирования относительно него,
причем ширина кюветы в направлении чередования магнитов кратна половине периода
распределения намагниченности, а датчики Холла расположены на ближайшей и удаленной от источника магнитного поля поверхностях кюветы.
Изобретение относится к магнитометрическим измерениям и предназначено для измерения статической магнитной восприимчивости магнитных жидкостей.
Магнитные жидкости представляют собой дисперсии малых частиц ферромагнетиков
в немагнитных (пара и диамагнитных) жидкостях. Основные эффекты, которые обеспечивают практическое использование магнитных жидкостей [1], обусловлены их взаимодействием с неоднородным магнитным полем. Вместе с тем неоднородное магнитное поле
может приводить к нарушению однородного распределения феррофазы по объему жидкости. Поэтому измерение магнитных характеристик феррожидкостных дисперсий необходимо проводить в неоднородном магнитном поле, т.е. в условиях приближенных к типичным условиям эксплуатации этих веществ.
Известны баллистический и магнитометрический методы для определения магнитных
характеристик, которые имеют большую точность измерения (до 1 A/м), но исследуемый
образец помещают в однородном поле. В баллистическом методе [2] через первичную обмотку, охватывающую образец, пропускают намагничивающий ток, а вторичную обмотку
соединяют с гальванометром. При изменении потока магнитной индукции в результате
быстрого отключения первичной обмотки во вторичной обмотке возникает кратковременный ток. Величину, протекающего по обмотке заряда, измеряет гальванометр. В вибрационном магнитометре [2] исследуемый образец и эталонный постоянный магнит укреплены
на тонком стержне, который соединен с вибрационной системой и может колебаться с определенной частотой, перпендикулярно магнитному полю, создаваемому электромагнитом. При колебании постоянного магнита и образца, в охватывающих их измерительных
катушках возникает Э.Д.С. По разности сигналов определяют магнитный момент исследуемого образца.
Известны методы измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ,
основанных на измерении механической силы, которая действует на образец, помещенный в неоднородное магнитное поле. В методе Гуи [2] образец выполнен в виде длинного
цилиндра, один конец образца которого помещают в область максимального поля, а другой - в область, где поле практически равно нулю. Намагниченный образец стремится
прилипнуть к полюсам магнита. При исследовании сильномагнитных материалов, какими
2
BY 7443 C1 2005.12.30
являются феррожидкостные дисперсии, силы прилипания существенны и устройства позиционирования существенно снижают чувствительность метода.
Известен способ измерения магнитной восприимчивости жидкости [3], согласно которому в исследуемую жидкость вводят газ с малой магнитной восприимчивостью, помещают в неоднородное магнитное поле, изменяют напряженность его до момента равенства
удельных весов жидкости и газового пузыря. Недостатком указанного способа определения магнитной восприимчивости является то, что наличие газового пузыря приводит к искажению магнитного поля, которого не учитывает расчетная формула.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является метод Фарадея [2], в котором исследуемый образец помещают непосредственно в область максимального градиента поля и размер образца выбирают таким, чтобы в
его объеме градиент существенно не изменялся. Область, где значения градиента приблизительно постоянны, имеет ограниченные размеры. Малые размеры образца приводят к
тому, что нарушение однородности образца практически не оказывает влияние на составляющую силы, по которой определяется магнитная восприимчивость. Таким образом, задача обнаружения влияния неоднородного магнитного поля на магнитную восприимчивость в методе Фарадея не решается.
Известны устройства для измерения магнитной восприимчивости веществ, когда на
исследуемый образец воздействует источник постоянного неоднородного магнитного поля. Например, в методе Фарадея [2] образец помещают между двумя полюсами электромагнита, которые создают магнитное поле со сложной конфигурацией. При измерениях
необходимо точно фиксировать положения образца, размеры которого следует брать не
более 2,5 мм [2]. При исследовании слабомагнитных материалов сила взаимодействия с
неоднородным полем незначительна и добавочные устройства, которые обеспечивают позиционирование образца, незначительно снижают чувствительность установки. Трудности
позиционирования сильномагнитных образцов делают этот метод практически малопригодным для достижения целей настоящего изобретения.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения магнитных свойств жидких и сыпучих материалов
[4], в котором ячейку с исследуемым веществом помещают между полюсами электромагнита. Один преобразователь Холла помещен в ячейку с исследуемым веществом, второй под дном ячейки. При этом первый преобразователь Холла измеряет индукцию магнитного поля, а второй - напряженность внешнего поля. Однако помещение преобразователя
Холла внутрь образца приводит к возмущению магнитного поля и к искажению результатов измерений. Индуцируемое поле исследуемого образца может влиять на показания
второго преобразователя Холла. Кроме того, распределение напряженности магнитного
поля между полюсами имеет сложный для описания вид.
Задача изобретения - повышение достоверности измерения магнитной восприимчивости в неоднородном магнитном поле.
Указанная задача достигается тем, что образец магнитной жидкости в виде плоскопараллельного слоя помещают в магнитное поле, модуль которого экспоненциально убывает
поперек плоскости слоя, а напряженность магнитного поля измеряют двумя датчиками
Холла. До помещения исследуемого образца магнитной жидкости в магнитное поле, измеряют в плоскостях, соответствующих поверхностям образца, значение нормальной составляющей напряженности магнитного поля H (do ) - для поверхности, ближайшей к источнику, и H (do' ) - для удаленной от источника поверхности, определяют на каждой из двух
указанных плоскостей точку, в которых соответствующее значение напряженности максимально. Измерения в присутствии образца значений нормальной составляющей напряженности магнитного поля Hd и Hd' соответственно для поверхности ближайшей к источ-
3
BY 7443 C1 2005.12.30
нику и удаленной от источника, производят в тех же точках, а значение магнитной восприимчивости χ рассчитывают по формуле
2∆q
χ=
,
(1)
s − ∆q
где ∆q = 1 − H d ' / H (do' ) ,
(
)
s = H d / H (do ) − 1 e 2ld ,
ld - расстояние от ближайшего к источнику датчика Холла до поверхности магнитной
жидкости.
Устройство для измерения магнитной восприимчивости содержит источник магнитного поля, которой выполнен в виде набора чередующихся вытянутых постоянных магнитов
прямоугольного сечения с нормальным направлением намагниченности, плоскопараллельную кювету, которая расположена параллельно поверхности источника, и два датчика
Холла. На поверхности источника размещена пластина из магнитомягкого материала. Кювета установлена параллельно поверхности источника с противоположной стороны от
пластины из магнитомягкого материала на расстояние не менее 0,3 ширины магнита от
поверхности источника с возможностью позиционирования относительно него, причем
ширина кюветы в направлении чередования магнитов кратна половине периода распределения намагниченности, а датчики Холла расположены на ближайшей и удаленной от источника магнитного поля поверхностях кюветы.
На фиг. 1 представлена схема способа, на фиг. 2 - схема устройства для измерений, на
фиг. 3 - источник магнитного поля.
На фиг. 1 в поле источника 1 с экспоненциальной неоднородностью модуля напряженности помещен экспериментальный образец 2 в виде плоскопараллельного слоя (силовые линии поля показаны штриховыми линиями). Напряженность поля источника изменяется по закону
H ( o ) = H a e − kz ,
где z - расстояние от поверхности источника, На и k - постоянные, которые зависят от
размера и магнитных свойств магнитов.
Порядок измерений состоит в следующем. На близлежащей к источнику и удаленной
от него поверхностях слоя определяют напряженность поля источника H (do ) и H (do' ) соответственно и максимальные значения напряженности поля образца Hd и Hd' в тех же точках. Затем по формуле (1) рассчитывают магнитную восприимчивость вещества.
На фиг. 2 представлено устройство, с помощью которого реализуют предлагаемый
способ. Устройство содержит источник магнитного поля 1, кювету 3, два датчика Холла 4,
закрепленных на внешних поверхностях кюветы, и немагнитную пластину 5, которое
обеспечивает позиционирование кюветы относительно источника поля. Источник выполнен в виде чередующихся прямоугольных постоянных магнитов с намагниченностью M.
Начиная с некоторых расстояний от поверхности, модуль напряженности магнитного поля
экспоненциально убывает вдоль оси z и не изменяется в двух других направлениях. Постоянные На и k рассчитываются по формулам
Ha = ML(1-e-kd), k = 2π/λ,
где λ - период распределения намагниченности источника, который определяют как расстояние между двумя ближайшими магнитами с одинаковым направлением намагниченности, d - ширина магнита. Параметры ML связаны с размерами магнитов, намагниченностью и законом чередования ее направления. Наиболее предпочтительной с точки зрения
простоты реализации и экономичности является система второго порядка с нормальными
направлениями намагниченности M и пластиной 6 из магнитомягкого материала, замыкающей магнитный поток с одной стороны источника (фиг. 3), для которой
4
BY 7443 C1 2005.12.30
2M
.
π
Плоскопараллельная кювета выполнена из немагнитного материала, а для заполнения
магнитной жидкостью имеет в торце заливочное отверстие. Для уменьшения погрешности
краевых эффектов размер кюветы вдоль оси x кратен λ/2. Для исключения погрешности
воздействия высших гармоник кювету помещают параллельно поверхности источника и
на расстояние не менее 0,3 ширины магнита.
Устройство работает следующим образом. Немагнитная пластина 3 имеет возможность перемещаться вдоль оси z. Кювету без исследуемого образца помещают на немагнитную пластину и перемещают вдоль оси х. Датчиками измеряют значение нормальной
составляющей напряженности поля под слоем H (do ) и над слоем H (do' ) и определяют положение, где показания датчиков достигают максимума. Затем кювету полностью заполняют
исследуемым образцом и измеряют в тех же точках новые значения напряженности поля
Hd и Hd' соответственно. Магнитную восприимчивость рассчитывают по формуле (1).
В экспериментах исследовалась магнитная жидкость на основе керосина с диспергированными частицами магнетита. С использованием соотношения (1) полученные кривые
(фиг. 4):
1 - зависимость магнитной восприимчивости χ образца магнитной жидкости от напряженности поля источника H(o).
2 - зависимость магнитной восприимчивости χ образца магнитной суспензии от времени t.
Кривая 2 показывает, что предлагаемый метод позволяет регистрировать динамику
изменения магнитной восприимчивости неоднородной феррожидкостной дисперсии под
воздействием неоднородного поля.
Изобретение позволит проводить исследования с образцами различной толщины в
магнитном поле с любой степенью неоднородности. Это повысит достоверность измерения магнитной восприимчивости и связанных с ней рабочих характеристик магнитожидкостных устройств.
Изобретение может быть использовано исследовательскими лабораториями института
тепломассообмена, технического университета и других научных учреждений; Гродненским заводом автомобильных агрегатов и другими предприятиями автомобильной и автотранспортной промышленности.
ML =
Источники информации:
1. Баштовой В.Г., Берковский Б.М., Вислович А.Н. Введение в термомеханику магнитных жидкостей. -M.: ИВТАН СССР, 1985. - С. 11-16.
2. Чечерников В.И. Магнитные измерения. -M.: МГУ, 1969. - С. 50-59, 70-71, 86-90, 91
(прототип).
3. А.с. СССР 750408, МПК G 01R 33/16, 1980.
4. А.с. СССР 1265665 Al, МПК G 01R 33/12, 1986 (прототип).
5
BY 7443 C1 2005.12.30
Фиг. 1
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
258 Кб
Теги
by7443, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа