close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10044

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10044
(13) C1
(19)
G 01R 33/12
G 01N 27/74
СЕДИМЕНТОМЕТР
(21) Номер заявки: a 20050910
(22) 2005.09.22
(43) 2007.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Дударев Владимир Владимирович; Сухоцкий Альберт Борисович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
технологический университет" (BY)
(56) BY 1386 U, 2004.
BY a 20020712, 2004.
SU 1499203 A1, 1989.
WO 03/104845 A1.
BY 10044 C1 2007.12.30
(57)
1. Седиментометр, содержащий седиментационный сосуд с плоским дном и помещенное в него немагнитное тело, соединенное штоком с весоизмерителем, а также источник
неоднородного магнитного поля, экспоненциально убывающего поперек дна сосуда с заданным характерным размером убывания de, выполненный в виде набора чередующихся с
заданным периодом постоянных магнитов прямоугольного сечения с нормальным направлением намагниченности, при этом размеры указанного сосуда в параллельной к поверхности источника плоскости не превышают размера de, а ко дну сосуда и обращенной к
нему нижней поверхности тела приклеены датчики Холла, отличающийся тем, что постоянные магниты источника выполнены вытянутыми и с периодом чередования λ, выбранным из условия: λ = 2πde.
Фиг. 1
BY 10044 C1 2007.12.30
2. Седиментометр по п. 1, отличающийся тем, что немагнитное тело выполнено с
плоским дном, параллельным дну седиментационного сосуда.
3. Седиментометр по п. 2, отличающийся тем, что немагнитное тело выполнено с размером вдоль штока не менее λ/2.
Устройство относится к магнитометрическим и силометрическим приборам и предназначено для контроля седиментационной устойчивости магнитожидкостных дисперсий.
Магнитожидкостные дисперсии (МЖ дисперсии) - это композиции, в состав которых
входят слабомагнитные (диа- либо пара-) жидкости и дисперсные ферромагнетики, обладающие существенной текучестью и намагниченностью. К ним относятся жидкие коллоиды
ферромагнетиков ("магнитные" жидкости), стабилизированные суспензии ферромагнетиков в слабомагнитных жидкостях и слабомагнитных частиц в "магнитных" жидкостях
(магнитореологические суспензии), магнитожидкостные композиции для шлифовки, полировки и дефектоскопии, сопутствующие получению всех этих материалов составы.
Наиболее известный метод контроля седиментационной устойчивости и неоднородности распределения дисперсной фазы состоит в отборе проб из различных частей объема и
измерения их плотности, параметров кривых намагничивания, вязкости и других физикохимических характеристик [1-3]. Набор этих параметров позволяет рассчитать характеристики дисперсной фазы проб. Недостатком этого метода является его трудоемкость.
Известен способ определения устойчивости магнитных коллоидов [4], основанный на
помещении МЖ дисперсии в неоднородное магнитное поле и измерении перепада давления в измерительном канале. Недостатком этого метода является необходимость предварительного измерения намагниченности насыщения МЖ дисперсии и помещение образца
в сильные поля (более 150-200 кА/м), при которых достигается намагниченность насыщения дисперсии. Кроме того, этот метод не позволяет регистрировать кинетику оседания
частиц.
Известен седиментометр [5], в котором исследуемый образец помещают в седиментационный сосуд внутри соленоида таким образом, что ось сосуда параллельна силовым линиям его магнитного поля. Под действием электромагнитной силы, создаваемой полем
соленоида, ферромагнитные частицы исследуемой суспензии перемещаются к приемной
чашечке. Чашечка соединена штоком с весоизмерителем, который регистрирует массу
частиц во времени. Недостатком этого устройства является то, что из-за слабой неоднородности магнитного поля оно не позволяет исследовать ферроколлоиды. Кроме того, это
устройство не позволяет контролировать устойчивость, если направление оседания частиц
(задаваемое направлением градиента модуля поля) неколлинеарно линиям напряженности
поля, а также не позволяет исследовать распределение феррофазы по объему образца.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является седиментометр [6], который содержит источник неоднородного магнитного
поля, седиментационный сосуд, весоизмеритель и шток. Источник создает поле, модуль
напряженности которого экспоненциально убывает в направлении, перпендикулярном
плоской поверхности источника. При этом размеры сосуда в параллельной к поверхности
источника плоскости не превышают характерного размера de экспоненциального убывания поля. В сосуд помещают присоединенное штоком к весоизмерителю немагнитное тело
различной геометрии. Тело обтекаемой формы помещают для исследования распределения
феррофазы по объему образца путем силометрических измерений. Тело с плоской параллельной плоскому дну сосуда нижней поверхностью - для проведения магнитометрических измерений датчиками Холла, приклеенными к дну сосуда и нижней поверхности
тела. Тело правильной формы с плоской нижней поверхностью и размером вдоль штока
не менее 3,14 ⋅ de - для повышения точности измерений. Недостатком этого устройства
является то, невысокая точность измерений из-за отсутствия оптимизации параметров седиментомера.
2
BY 10044 C1 2007.12.30
Задача изобретения - повышение достоверности контроля седиментационной устойчивости частиц МЖ дисперсий за счет оптимизации параметров седиментометра.
Указанная задача достигается тем, что седиментометр, содержащий седиментационный сосуд с плоским дном и помещенное в него немагнитное тело, соединенное штоком с
весоизмерителем, а также источник неоднородного магнитного поля, экспоненциально
убывающего поперек дна сосуда с заданным характерным размером убывания de, выполненный в виде набора чередующихся с заданным периодом постоянных магнитов прямоугольного сечения с нормальным направлением намагниченности, при этом размеры
указанного сосуда в параллельной к поверхности источника плоскости не превышают
размера de, а ко дну сосуда и обращенной к нему нижней поверхности тела приклеены
датчики Холла. Особенность заключается в том, что постоянные магниты источника выполнены вытянутыми и с периодом чередования, выбранным из условия λ = 2πde. При
этом немагнитное тело выполнено с плоским дном, параллельным дну седиментационного
сосуда. Для повышения точности измерений немагнитное тело выполнено с размером
вдоль штока не менее λ/2.
Картина распределения магнитного поля, создаваемого источником, позволяет повысить достоверность контроля седиментационной устойчивости частиц МЖ дисперсий за
счет расширения диапазонов градиента поля и его ориентации относительно линий напряженности поля. Возможность помещения немагнитного тела в различные области сосуда позволяет исследовать распределение феррофазы по объему образца.
Изобретение поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 экспериментальные временные зависимости изменений напряженности вторичного поля,
на фиг. 3 - теоретические зависимости вторичного поля от первичного поля, на фиг. 4 теоретические зависимости приведенной выталкивающей силы.
На фиг. 1 представлены: 1 - источник магнитного поля, 2 - седиментационный сосуд,
3 - немагнитное тело, 4 - шток, 5 - весоизмеритель, 6 и 7 - датчики Холла.
На фиг. 2. представлены экспериментальные временные зависимости изменений напряженности ∆Hsep
вторичного поля, регистрируемых приклеенным к дну седиментациc
онного сосуда датчиком Холла для образца механически перемешанной дисперсии с
намагниченностью насыщения MS = 75 кА/ м, полем половинного намагничивания
Hh = 33 кА/м, расстоянием между дном сосуда и плоской нижней поверхностью тела
l = 19,7 мм.
На фиг. 3 представлены теоретические зависимости вторичного поля ∆Hc и ∆Hc' от
первичного поля ∆H oc при однородном и неоднородном (согласно уравнению Больцмана)
распределении частиц МЖ дисперсии для различных l : 5 мм, 10 мм и 20 мм. Светлые
значки - однородное распределение, темные - неоднородное.
На фиг. 4 представлены теоретические зависимости приведенной выталкивающей силы σ, действующей на погруженную в МЖ дисперсию с однородным и неоднородным
распределением частиц немагнитную пластину для различных l : 5 мм, 10 мм и 20 мм.
Светлые значки - однородное распределение, темные - неоднородное.
Устройство работает следующим образом. В поле источника магнитного поля 1
(фиг. 1) помещают седиментационный сосуд 2 с МЖ дисперсией. Источник выполнен в
виде набора чередующихся с периодом λ вытянутых постоянных магнитов прямоугольного
сечения с нормальным направлением намагниченности. При этом источник создает поле,
модуль которого убывает в направлении z по экспоненциальному закону H (o ) = H a e − z / d e ,
где z - расстояние от плоской поверхности источника, Нa - поле на поверхности источника, de = λ/(2π) - характерный размер убывания поля. Пунктирными линиями представлены
силовые линии первичного поля (поля источника в пустом пространстве). Если внутренние размеры сосуда в перпендикулярном оси z сечении не превышают характерного размера de экспоненциального убывания поля, то в пределах занимаемого образцом объема
3
BY 10044 C1 2007.12.30
ориентация поля существенно не изменяется. Перемещая сосуд вдоль поверхности источника, образец помещают в поле, где силовые линии преимущественно направлены либо
вдоль оси z, либо поперек оси z, либо в любом другом направлении. Это позволяет исследовать влияние ориентации поля на седиментационную устойчивость дисперсии.
Для исследования распределения феррофазы по объему в сосуд помещают немагнитное тело 3, присоединенное штоком 4 к весоизмерителю 5. Для проведения силометрических измерений тело выбирают обтекаемой формы (например, сфера), которая позволяет
снизить влияние тела на перераспределение феррофазы дисперсиии в неоднородном поле.
На немагнитное тело, погруженное в МЖ дисперсию, действует выталкивающая сила F.
Весоизмерителем определяют выталкивающую силу FO в начальный момент времени. При
развитии неоднородности распределения феррофазы величина выталкивающей силы F
зависит от времени. Перемещая тело относительно сосуда, измеряют характеристики распределения феррофазы по объему. Количественной мерой неоднородности является разность ∆F = F - FO.
Для проведения магнитометрических измерений используют датчики Холла 6 и 7,
прикрепленные к дну сосуда и к нижней поверхности тела соответственно. В этом случае
для упрощения интерпретации показаний датчика дно сосуда и нижняя поверхность тела
должны быть плоскими и параллельными друг другу и поверхности источника. Датчики
Холла определяют значение z-составляющей напряженности поля Нс и Нс'. При развитии
неоднородности распределения феррофазы напряженности магнитного поля Нс и Нс' зависят
от времени. Количественной мерой неоднородности являются разности ∆Hsep
c = H c − H co и
∆Hsep
c ' = H c ' − H c 'o , где Нсо и Нс'о - напряженности поля в начальный момент времени.
Для повышения точности измерений путем снижения влияния находящейся над телом
среды используют тело правильной формы (цилиндр, параллелепипед) с плоской нижней
поверхностью и размером вдоль штока не менее π⋅de.
Выдавленнае телом дисперсия располагается на верхней удаленной от источника поверхности тела и не оказывает влияния на датчики Холла, что упрощает интерпретацию
результатов измерений.
Как видно из фиг. 2, при помещении образца МЖ дисперсии в неоднородное магнитное поле происходит изменение вторичного (индуцированного дисперсией) поля ∆H sep
c ,
вызванное оседанием частиц дисперсии (седиментацией). Максимальное изменение показания датчика Холла, полученное после 18 часов, составило ∆H sep
max = 9,9 кА / м .
Фиг. 3 показывает влияние параметров поля и геометрических размеров сосуда на
чувствительность устройства. В тонких слоях (менее de) наибольшие значения изменений
вторичного поля, связанных с неоднородностью дисперсии, регистрируются датчиком
Холла, прикрепленного к немагнитному телу, а в толстых - датчиком Холла, прикрепленного к дну сосуда.
На фиг. 4 видно, что наибольшее изменение приведенной на единицу площади выталкивающей силы σ = F / S при возникновении неоднородности наблюдается для l с характерным размером de экспоненциального убывания поля источника.
Устройство позволяет контролировать седиментационную устойчивость и кинетику
оседания частиц МЖ дисперсий по магнитометрическим и силометрическим измерениям
в широком диапазоне градиента модуля напряженности поля и его ориентации относительно
линий напряженности, что повышает достоверность контроля. Это повысит достоверность
измерения характеристик МЖ дисперсий и связанных с ними рабочих характеристик магнитожидкостных устройств.
Устройство может быть использовано исследовательскими лабораториями Института
тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова и Института прикладной физики АН РБ, Белорусского технического университета, Гродненским заводом гидроагрегатов и другими научными учреждениями и промышленными предприятиями.
4
BY 10044 C1 2007.12.30
Источники информации:
1. Вислович А.Н., Дударев В.В., Сулоева Л.В. Магнитостатические характеристики
магнитных жидкостей на нефтяных и синтетических маслах // 5 Всессоюзное совещание
по физике магнитных жидкостей. - Пермь, 1990. - С. 44- 46.
2. Vislovich A.N., Lesnicovich A.I., Vorobyova S.A., Shunkevich T.M. Sixth int. Conf. on
magnetic fluids.- Paris,- 1992. - P. 508-509.
3. Вислович А.Н., Лесникович А.И., Воробьева С.А., Шункевич Т.М. Магнито-жесткая
фракция в технических ферроколоидах. МГ. - 1993. -№ 2. - С. 35 - 42.
4. А.с. СССР 922586, МПК4 G 01N 7/10, 1982.
5. А.с. СССР 922586, МПК4 G 01N 7/10, 1974.
6. BY 1386 U, МПК4 G 01N 7/10, 2004 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
132 Кб
Теги
by10044, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа