Способ измерения магнитной восприимчивости магнитной жидкости

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дударев Владимир Владимирович Сухоцкий Альберт Борисович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости, включающий помещение исследуемого образца магнитной жидкости в неоднородное магнитное поле и введение в образец индикаторного тела, отличающийся тем, что в качестве индикаторного тела используют расположенный параллельно поверхности источника поля с возможностью вращения вокруг оси проводник с током, который до помещения образца исследуемой жидкости в виде плоскопараллельного слоя в магнитное поле размещают в плоскости, соответствующей плоскости максимального значения нормальной компоненты напряженности поля, модуль напряженности которого экспоненциально убывает поперек плоскости слоя, а компоненты напряженности гармонически изменяются вдоль плоскости слоя, измеряют вращающий момент М 0, действующий со стороны магнитного поля на проводник в отсутствие исследуемого образца, и вращающий момент М, действующий на проводник при том же его положении в присутствии образца, а магнитную восприимчивостьрассчитывают по формуле/ 0 1 9752 1 2007.10.30 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 А/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 являются феррожидкостные дисперсии, силы прилипания существенны и устройства позиционирования существенно снижают чувствительность метода. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения магнитной восприимчивости жидкости 3, в котором в исследуемый образец в качестве индикаторного тела помещают газовый пузырь с малой магнитной восприимчивостью. Путем изменения напряженности неоднородного магнитного поля создают условия безразличного равновесия пузырю, а значение магнитной восприимчивости определяют по формуле( жг ),2 где Н - напряженность магнитного поля в контрольной точке при безразличном равновесии газового пузыря- ускорение силы тяжести ж, гплотность жидкости и газа- характеристика магнитного поля в контрольной точке. Недостатком этого способа является сложность обеспечения безразличного равновесия образца и определения напряженности магнитного поля в контрольной точке. Задача изобретения - повышение достоверности измерения магнитной восприимчивости в неоднородном магнитном поле. Указанная задача достигается тем, что образец магнитной жидкости помещают в неоднородное магнитное поле, в образец вводят индикаторное тело. Особенность заключается в том, что в качестве индикаторного тела используют расположенный параллельно поверхности источника поля с возможностью вращения вокруг оси проводник с током,который до помещения образца исследуемой жидкости в виде плоскопараллельного слоя в магнитное поле размещают в плоскости, соответствующей плоскости максимального значения нормальной компоненты напряженности поля, модуль напряженности которого 2 9752 1 2007.10.30 экспоненциально убывает поперек плоскости слоя, а компоненты напряженности гармонически изменяются вдоль плоскости слоя, измеряют вращающий момент 0, действующий со стороны магнитного поля на проводник в отсутствие исследуемого образца, и вращающий момент М, действующий на проводник при том же его положении в присутствии образца, а магнитную восприимчивостьрассчитывают по формуле/ 0 1,(1) 1( /0 ) / 2 На фиг. 1 представлена схема способа, на фиг. 2 - схема источника неоднородного магнитного поля, на фиг. 3 - зависимость эффективной индукции в точке расположения проводника от положения проводника, на фиг. 4 - зависимость магнитной восприимчивости магнитной жидкости от напряженности поля. Способ определения магнитной восприимчивости осуществляют с помощью установки, которая состоит из каркаса 1, имеющего возможность вращаться вокруг оси вращения 2 (фиг. 1). На каркасе на расстоянии от оси 1 закреплен проводник с током 3 длиной , параллельный оси. На каркасе также имеется уравновешивающая площадка, к которой прикреплен тензодатчик 4 на расстоянии 2 от оси. В качестве источника магнитного поля 5 использована плоская периодическая магнитная система. Источник (фиг. 2) создает поле,2 модуль которого убывает в направлениипо экспоненциальному закону/ ,где- расстояние от поверхности источника, На - поле на поверхности источника. Нормальные и тангенциальные составляющие напряженности поля источника изменяются гармонически вдоль оси . Силовые линии поля показаны штриховыми линиями. Исследуемый образец магнитной жидкости в виде плоскопараллельного слоя располагается параллельно поверхности источника. В этом случае модуль поля источника изменяется поперек слоя по экспоненциальному закону. На проводник с током, погруженный в жидкий магнетик в неоднородном магнитном поле, действуют сила Архимеда(ж-), магнитодипольная сила/ и сила Ампера Амп. Эти силы имеют различное направление сила Архимеда действует в вертикальном направлении магнитодипольная сила всегда направленная в сторону уменьшения намагниченности сила Ампера направлена перпендикулярно проводнику и вектору индукции магнитного поля. Проводник с током погружается в кювету с магнитной жидкостью, которая устанавливается на источник поля. Направления действия гидростатических сил (магнитодипольной и архимедовой) в данной установке совпадают и направлены вдоль осиперпендикулярно поверхности магнитов. Направление силы Ампера при перемещении проводника в направлении осиизменяется. Чтобы разделить гидростатические силы и силу Ампера, проводник помещают таким образом, чтобы эти силы были ортогональны. Для исключения вращающего момента гидростатических сил каркас стабилизируют в таком положении, при котором проводник с током и ось находятся в одной вертикальной плоскости. Система располагается так, что вектор индукции магнитного поля, проходящего через проводник, направлен вертикально. В этом случае вращающий момент силы Ампера максимален. Определение силы Ампера проводится методом уравновешиваний моментов сил момент силы Ампера уравновешивается моментом силы растяжения тензодатчика 12. Отсюда выражаем эффективное значение проекции индукции магнитного поля 2(2)11 где- сила тока в проводнике,М - момент вращения рамки. Исследования проводника в одном и том же положении проводились дважды в отсутствии 0 и в присутствии В магнитной жидкости. На основе результатов работы 4 получена формула для расчета магнитной восприимчивости магнитной жидкости 3 0 Приняв 0 и преобразовав (3) с использованием (2) получим формулу (1). Для обоснования достоверности способа исследовались два образца жидкости на основе магнетита и трансформаторного масла МТ-38 и МТ-59 с намагниченностью насыщения соответственно, 38 и 59 кА/м. Результаты исследования представлены на фиг. 3. Фиг. 4 показывает, что предлагаемый метод позволяет регистрировать изменение магнитной восприимчивости магнитной жидкости от напряженности поля. Изобретение позволяет определять магнитные характеристики в неоднородном магнитном поле, что дает возможность изучать влияния этого фактора на свойства феррожидкостной дисперсии. Это повысит достоверность измерения параметров кривой намагничивания и связанных с ней рабочих характеристик магнитожидкостных устройств. Изобретение 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. Источники информации 1. Баштовой В.Г., Берковский Б.М., Вислович А.Н. Введение в термомеханику магнитных жидкостей. - М. ИВТАН СССР, 1985. - С. 11-16. 2. Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М. Изд-ва МГУ, 1969. - С. 50-59, 70-71,86-90, 91. 3. А.с. СССР 750408, МПК 401 33/16, 1980 (прототип). 4. Вислович А.Н., Сухоцкий А.Б. Трансформация пространственной гармоники магнитостатического поля в слое магнитной жидкости // ИФЖ. - Т. 75. -5. - 2002. - С. 88-95. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4