Седиментометр

(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Вислович Анатолий Николаевич Сухоцкий Альберт Борисович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) 1. Седиментометр, содержащий источник неоднородного магнитного поля, седиментационный сосуд, весоизмеритель и шток, отличающийся тем, что источник выполнен с возможностью создания поля, модуль напряженности которого экспоненциально убывает в направлении, перпендикулярном плоской поверхности источника. 2. Седиментометр по п. 1, отличающийся тем, что размеры сосуда в параллельной к поверхности источника плоскости не превышают характерный размерэкспоненциального убывания поля. 13863. Седиментометр по п. 1, отличающийся тем, что весоизмеритель соединен штоком с немагнитным телом обтекаемой формы. 4. Седиментометр по п. 1, отличающийся тем, что седиментационный сосуд имеет плоское дно, весоизмеритель соединен штоком с телом с плоской нижней поверхностью,параллельной плоскому дну сосуда, устройство содержит датчики Холла, приклеенные к дну сосуда и нижней поверхности тела. 5. Седиментометр по п. 4, отличающийся тем, что тело имеет правильную форму с плоской нижней поверхностью и размером вдоль штока не менее 3,14.(56) 1. Вислович А.Н., Дударев В.В., Сулоева Л.В. Магнитостатические характеристики магнитных жидкостей на нефтяных и синтетических маслах//5 Всесоюзное совещание по физике магнитных жидкостей. -Пермь, 1990. - С. 44-46. 2.,,,. .. -, 1992. - Р. 508-509. 3. Вислович А.Н., Лесникович А.И., Воробьева С.А., Шункевич Магнитожесткая фракция в технических ферроколоидах. - МГ, 1993. -2. - С. 35-42. 4. А.с. 922586 СССР, МКИ 4 017/10. Способ определения устойчивости магнитных коллоидов/Ю.О. Михалев, С.И. Новикова, Д.В. Орлов, М.И. Трофименко. Заявл. 27.05.1980 Опубл. 23.04.1982 // Бюл.15. 5. А.с. 922586 СССР, МКИ 4 017/10. Седиментометр/В.Л. Тарасов, Г.Ф. Кудрявцев.- Заявл. 08.01.1973 Опубл. 25,04.1974 // Бюл.15 (прототип). 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 эти 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. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является седиментометр 5, в котором исследуемый образец помещают в седиметационный сосуд внутри соленоида таким образом, что ось сосуда параллельна силовым линиям его магнитного поля. Под действием электромагнитной силы, создаваемой полем соленоида, феромагнитные 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 неодно 2 1386 родности 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. Задача полезной модели - повышение достоверности контроля седиментационной устойчивости частиц МЖ дисперсий за счет расширения диапазонов градиента поля и его ориентации относительно линий напряженности поля, исследования распределения феррофазы по объему образца. Указанная задача достигается тем, что седиментометр содержит источник неоднородного магнитного поля, седиментационный сосуд, весоизмеритель и шток. Особенность заключается в том, что 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 характерный размерэкспоненциального убывания поля. Кроме того, 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 - для повышения точности измерений. Полезная модель поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 представлена схема устройства. На фиг. 2 представлены экспериментальные временные зависимости изменений напряженностивторичного поля, регистрируемых приклеенным к дну седиментационного сосуда датчиком Холла для образца механически перемешанной дисперсии с намагниченностью насыщения 75 кА/м, полем половинного намагничивания 33 кА/м,расстоянием между дном сосуда и плоской нижней поверхностью тела 19,7 мм. На фиг. 3 представлены теоретические зависимости вторичного поля Нс и Нс от первичного поля Н при однородном и неоднородном (согласно уравнению Больцмана) распределении частиц МЖ дисперсии для различных 5 мм, 10 мм и 20 мм. Светлые значки - однородное распределение, темные - неоднородное. На фиг. 4 представлены теоретические зависимости приведенной выталкивающей силы , действующей на погруженную в МЖ дисперсию с однородным и неоднородным распределением частиц немагнитную пластину для различных 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 создает поле,модуль которого убывает в направлениипо экспоненциальному закону( )/,где- расстояние от плоской поверхности источника, На - поле на поверхности источника. Пунктирными линиями представлены силовые линии первичного поля (поля источника в пустом пространстве). Если внутренние размеры сосуда в перпендикулярном осисечении не превышают характерный размерэкспоненциального убывания поля, то в пределах занимаемого образцом объема ориентация поля существенно не изменяется. Перемещая сосуд вдоль поверхности источника, образец помещают в поле, где силовые линии преимущественно направлены либо вдоль оси , либо поперек оси , 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, которая позволяет снизить влияние 3 1386 тела на перераспределение феррофазы дисперсиии в неоднородном поле. На немагнитное тело, погруженное в МЖ дисперсию, действует выталкивающая сила . Весоизмерителем определяют выталкивающую силув начальный момент времени. При развитии неоднородности распределения феррофазы величина выталкивающей силызависит от времени. Перемещая тело относительно сосуда, измеряют характеристики распределения феррофазы по объему. Количественной мерой неоднородности является разность-. 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 -составляющей напряженности поля Нс и Нс. При развитии неоднородности распределения феррофазы напряженности магнитного поля Нс и Нс зависят от времени. Количественной мерой неоднородности являются разностиНс-Нсо иНс-Нс, где Нсо и Нс - 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 3,14. Выдавленная 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 ,вызванное оседанием частиц дисперсии (седиментацией). Максимальное изменение показания датчика Холла, полученное после 18 часов, составило Н 9,9 кА/м. Фиг. 3 показывает влияние параметров поля и геометрических размеров сосуда на чувствительность устройства. В тонких слоях (менее ) 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 наибольшие изменение приведенной на единицу площади выталкивающей силы/ при возникновении неоднородности наблюдается дляс характерным размеромэкспоненциального 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5