способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты)
Классы МПК: | G01N27/76 путем измерения магнитной восприимчивости |
Автор(ы): | Коровин В.М., Кубасов А.А. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-12-26 публикация патента:
10.12.1997 |
Использование: в контрольно-измерительной технике, в частности, в химической промышленности. Сущность изобретения: способ определения магнитной восприимчивости заключается в наложении на магнитную жидкость магнитного поля, возбуждении поверхностной волны, измерений длины волны, и вычислении магнитной восприимчивости по расчетным формулам, полученным в результате анализа процесса распространения волны по поверхности магнитной жидкости, находящейся в магнитном поле. При наложении магнитного поля параллельно свободной поверхности жидкости магнитную восприимчивость вычисляют по формуле:
,
где
- плотность магнитной жидкости;
- коэффициент поверхностного натяжения магнитной жидкости; f - заданная частота поверхностной волны; H0 - напряженность магнитного поля. При наложении поля перпендикулярно свободной поверхности жидкости магнитную восприимчивость вычисляют по формуле:
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-2t.gif)
2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098017/963.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-2t.gif)
2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. Способ определения начальной магнитной восприимчивости магнитных жидкостей, включающий наложение на магнитную жидкость магнитного поля, ориентированного параллельно свободной поверхности жидкости, отличающийся тем, что на поверхности жидкости возбуждают поверхностную волну с заданной частотой и измеряют длину возбужденной поверхностной волны, распространяющейся параллельно или антипараллельно приложенному магнитному полю, а магнитную восприимчивость вычисляют по формуле![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-29t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098120/956.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098017/963.gif)
f заданная частота поверхностной волны;
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098077/955.gif)
H0 напряженность магнитного поля. 2. Способ определения начальной магнитной восприимчивости магнитных жидкостей, включающий наложение на магнитную жидкость магнитного поля, отличающийся тем, что магнитное поле накладывают перпендикулярно свободной поверхности жидкости, на поверхности жидкости возбуждают поверхностную волну с заданной частотой и измеряют длину возбужденной поверхностной волны, а магнитную восприимчивость вычисляют по формуле
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-30t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098017/963.gif)
f заданная частота поверхностной волны;
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098077/955.gif)
H0 напряженность магнитного поля;
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098120/956.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в химической промышленности. Известные способы определения магнитных характеристик веществ (магнитной проницаемости и магнитной восприимчивости) можно разделить на две группы. К первой относятся методы измерений в постоянном магнитном поле, ко второй в переменном (или импульсном) поле. К первой группе относятся, например, метод Сексмита [1, с. 78] и метод Гуи [1, с. 91] в которых измеряется магнитная сила, действующая на намагниченное тело, и вибрационный метод [1, с. 70] в котором измеряется ЭДС, индуцируемая колеблющимся в катушке намагниченным телом. Ко второй группе относятся индукционный [1, с. 105] и резонансный [1, с. 182] методы, в которых измеряется индуктивность катушки с сердечником из исследуемого вещества. На практике при измерении магнитной восприимчивости в магнитное поле помещают некоторый образец исследуемого вещества конечного объема. В этом случае к внешнему полю добавляется магнитное поле, обусловленное наведенными на поверхности образца магнитными зарядами. Это поле называют размагничивающим полем. Для тел достаточно простой формы (шар, длинный цилиндр, эллипсоид) оно пропорционально величине намагниченности данного образца с коэффициентом N, называемым размагничивающим фактором и зависящим от формы образца. В общем случае (для тела произвольной формы) такой связи нет. Ввиду этого форма образца оказывает существенное влияние на результаты измерения. Напомним, что в феррогидродинамике [2, 3] в числе определяющих параметров фигурируют основные понятия ферромагнетизма, а именно: вектор напряженности магнитного поля![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-4t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-5t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-6t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098120/956.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098016/960.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-7t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098120/956.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-8t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098011/916.gif)
g ускорение силы тяжести,
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
H напряженность магнитного поля. Так как
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/8811.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-9t.gif)
Здесь и далее:
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-10t.gif)
Применительно к магнитным жидкостям (магнитная восприимчивость которых на несколько порядков больше восприимчивости, например, растворов парамагнитных солей) недостатком указанного способа определения
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-11t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
s коэффициент поверхностного натяжения магнитной жидкости;
f заданная частота поверхностной волны;
l измеренная длина поверхностной волны;
H0 напряженность магнитного поля. По второму пункту способ включает наложение на магнитную жидкость магнитного поля, отличающий тем, что магнитное поле накладывают перпендикулярно свободной поверхности жидкости, на поверхности жидкости возбуждают поверхностную волну с заданной частотой и измеряют длину возбужденной поверхностной волны, а магнитную восприимчивость вычисляют по формуле
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-12t.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
s коэффициент поверхностного натяжения магнитной жидкости;
f заданная частота поверхностной волны;
l измеренная длина поверхностной волны;
H0 напряженность магнитного поля. На фиг. 1 показана схема установки для определения магнитной восприимчивости способом поднятия жидкостей; на фиг. 2 схема установки для определения магнитной восприимчивости предложенным способом. Отметим, что известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей [4] при котором в отсутствии магнитного поля возбуждают поверхностную волну и измеряют длину волны l
Как известно, магнитные жидкости представляют собой коллоидный раствор мелких (порядка 100
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-13t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-14t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-15t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-16t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-17t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-18t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098016/960.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-19t.gif)
где
k = 2
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098016/960.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098077/955.gif)
M намагниченность жидкости. Связь между частотой и волновым числом, выражаемая равенством (4), получена в предложении, что толщина первоначально плоского слоя магнитной жидкости значительно больше длины волны. На начальном участке кривой намагничивания связь между величинами M и H0 можно представить в виде [2, стр. 92]
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-20t.gif)
Подставляя (5) в (4) при выполнении условия
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-21t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-22t.gif)
Решая уравнение (6), получаем расчетное соотношение для вычисления относительной магнитной проницаемости
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-23t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-24t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-25t.gif)
Преобразуя уравнения (9) с учетом условия
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-26t.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-27t.gif)
Решая уравнение (10), находим
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/2098807-28t.gif)
Используя последнее соотношение (2), из соотношения (12) с учетом (11) окончательно получаем формулу (II) для магнитной восприимчивости. Способ определения магнитной восприимчивости реализуется следующим образом:
а) предварительно известным способом определяют плотность
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098017/963.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098186/961.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098077/955.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098016/960.gif)
где
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098077/955.gif)
f частота волны;
б) согласно первому пункту изобретения на магнитную жидкость накладывают магнитное поле H0, ориентированное параллельно свободной поверхности жидкости, на поверхности жидкости возбуждают поверхностную волну заданной частоты f и измеряют волну возбужденной поверхностной волны
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098077/955.gif)
в) согласно второму пункту изобретения на магнитную жидкость накладывают магнитное поле H0, ориентированное перпендикулярно свободной поверхности жидкости, на поверхности жидкости возбуждают поверхностную волну заданной частоты f и измеряют длину возбужденной поверхностной волны l после чего, используя формулу (II), вычисляют магнитную восприимчивость c
При реализации способа применялся электромагнитный вибратор 4 (см. фиг. 2), в качестве которого использовался громкоговоритель типа 4ГД-28. Стеклянный стержень 5 возбуждал волну на поверхности магнитной жидкости 1. Для создания магнитного поля различной ориентации использовались электромагнит 3 типа ФЛ-1 (или соленоиды и катушки Гельмгольца). Напряженность магнитного поля определялась датчиком Холла ПХЭ 1606117В или микровеберметром Ф-190. Частота колебаний стержня 5 задавалась генератором Г3-118, соединенным с вибратором 4, и определялась частотомером Ч3-38. Длина волны l измерялась фотографическим способом. В экспериментах исследовалась магнитная жидкость на основе керосина с диспергированными частицами магнетита. Ареометрическим методом определялась плотность жидкости: r 992 кг/м3, способом [4] коэффициент поверхностного натяжения. Было найдено, что при частоте f 4
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098017/963.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![способ определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости (варианты), патент № 2098807](/images/patents/374/2098807/967.gif)
1. Чечерников В. И. Магнитные измерения. М. изд. Московского университета, 1963, с.285. 2. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. М. Мир, 1989, с.357
3. Берковский Б.М. Медведев В.Ф. Краков М.С. Магнитные жидкости. М. Химия, 1989, с. 239. 4. Сивухин Д.В. Термодинамика и молекулярная физика. М. Наука, 1990, с. 468. 5. Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Гидродинамика. М. Наука, 1988, с.733.8
Класс G01N27/76 путем измерения магнитной восприимчивости