Способ формирования выпуклого мениска жидкости
(72) Автор нэобретення
N.Ã. Арутюнов (7 I ) Заявнтель
{54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫПУКЛОГО
МЕНИСКА ЖИДКОСТИ
Изобретение относится к техничес кой физике и приборостроению, в час ности к технике создания управляемого мениска жидкости над поверхнос" тью несущего его тела, и может быть использовано в устройствах для измерения параметров магниточувствительной жидкости, в модуляторах яркости света, в органах записи устройств регистрации информации и т.д.
Известны способы формирования выпуклого мениска, в которых используют жидкость, не смачивающую поверхность несущего жидкость тела.
При подаче такой жидкости под гидростатическим давлением по цилиндририческому капиллярному каналу над поверхностью тела с каналом образуется выпуклый мениск в йорме, близкой к полусфере (1 ).
Недостатком такого способа является отсутствие явно выраженной вершины мениска. Кроме того, высота полученного таким способом мениска
2 не превосходит нескольких десятых долей миллиметра.
Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования выпуклого мениска, заключающийся в пода" че магниточувствительной жидкости на поверхность твердого тела и aosдействии на нее магнитным полем (2 1.
Недостатком этого способа является отсутствие у мениска явно выражен ной вершины заостренной формы. Из-за этого практически невозможно точно определить положение вершины менис" ка и дозированно воздействовать ею на какой.-либо физический объект, на-, пример луч света, носитель записи и т.п, Кроме того, этот способ не позво" щ ляет изменять в пространстве положение осевой линии мениска и его вершины, перемещая последнюю в плоскости, ортогональной к оси капилляра. мениска 6. До момента действия магнитного поля на магниточувствительную жидкость и в первый момент действия поля магниточувствительная жидкость 1 свободно растекается по поверхности 2 несущего ее тела 3 и удерживается в виде капли силами поверхностного натяжения, как показано на фиг. 1. При действии на нее
1@ магнитного поля Н на каждый элемент объема и поверхности магнитной жидкости действуют пондеромоторные силы (fÎ f 1 f f рые стягивают жидкость к силовой д линии 4 магнитного поля, и магнитная жидкость выдавливается с поверхности 2, принимая форму выпуклого мениска 6 с заостренной вершиной 5 (фиг. 2), Такой процесс роста мениска 6 про;щ исходит до тех пор, пока пондеромоторные силы не будут уравновешены силами поверхностного натяжения жидкости. При достижении такого равновесия мениск принимает устойчивое д состояние.
Для получения осесимметричного мениска с круговыми поперечными сечениями предлагается использовать осесимметричное магнитное поле. В этом случае оси симметрии поля и мениска 4 (фиг. 2) совпадают.
При малых градиентах магнитного поля вдоль поверхности 2 положение мениска и его вершины может быть различным, что определяется чистотой поверхности 2, ее ориентацией в пространстве и т.п. причинами. Для точной привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела магниточувствительную жид46 кость подают в углубление (фиг. 3 и
4), выполненное на требуемой координате тела. При этом форма углубления может быть произвольной формы, на пример конусообразной 7 (фиг. 3) или полусферической 8 (фиг. 4).
Магниточувствительную жидкость можно подавать в углубление как с внешней стороны поверхности- тела, например пипеткой, так и по каналу
9, выполненному в теле 3 (фиг 5).
При постоянном гидростатическом давлении жидкости в канале 9 высота мениска не изменяется даже при расходовании жидкости из самого мениска.
В соответствии с предлагаемым способом возможно отклонять вершину мениска от исходного состояния путем
3 1000878
Цель изобретения — формирование мениска с малым, радиусом кривизны в его вершине.
Поставленная цель достигается тем что согласно способу формирования выпуклого мениска жидкости, заключающемуся в подаче магниточувствительной жидкости на поверхность твер дого тела и воздействии на нее магнитным полем, каплю жидкости размещают на поверхности твердого тела и действуют на каплю магнитным полем направленным по оси симметрии мениска.
Магнитное поле можно создавать распределенным симметрично относительно оси симметрии мениска.
С целью привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела каплю жидкости подают в углубление на поверхности тела, размещенное на требуемой координате, например через канал в теле.
На фиг. 1 и 2 показаны условия образования мениска с явно выраженной вершиной заостренной формы (на фиг. 1 — распределение пондеромоторных сил магнитного поля в первый момент воздействия этого поля на жидкость; на фиг. 2 - установившаяся форма мениска); на фиг. 3 и 4 способы привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела; на фиг. 5 — возможный способ подачи магниточувствительной жидкости к мениску; на фиг. 6 и 7 — влияние на форму мениска величины действующего на него магнитного поля; на фиг. 8 и 9 - способ отклонения от исходного состояния осевой линии и вершины мениска путем использования источника отклоняющего магнитного поля; на фиг. 1012 - способ отклонения вершины мениска путем перемещения источника фокусирующего магнитного поля; на фиг. 13 — возможный вариант предлагаемого способа в устройстве для определения параметров магниточувствительной жидкости; на фиг. 14 - то .же, в регистрирующем устройстве.
Способ осуществляется следующим образом.
Каплю магниточувствительной жидкости 1 (фиг. 1) подают на поверхность 2 несущего жидкость тела 3 и действуют на нее таким магнитным полем Н, чтобы одна из силовых линий.
4 этого поля исходила из вершины 5
5 10 изменения магнитного поля. Для этого возможны различные приемы.
Иожно изменять величину действующего на мениск магнитного поля (фиг. 6 и 7). Увеличение магнитного поля увеличивает высоту мениска и заостряет его вершину при том же объеме магниточувствительной жидкости в мениске. Так, при поле Н 1(фиг. 6) меньшем Н2(фиг. 7) мениск имеет высоту 61 (фиг. 6) меньше h > (фиг. 7).
Для отклонения мениска от исходного состояния можно изменять топографию пространственное распределение магнитного поля, например, путем действия на мениск полем, создаваемым дополнительной катушкой индуктивности (фиг. 8 и 9 ). В случае, когда мениск образован источником 10 магнитного поля (постоянным или электромагнитом ), его вершина 5 занимает строго определенное положение, показанное на фиг. 8.
Наличие по соседству обесточенной катушки 11 индуктивности не изменяет формы мениска и положения его вершины. Если же через катушку 11 пропустить электрический ток, то топография результирующего поля, действующего на м,;гниточувствительную
1 жидкость, изменяется и в зависимости от направления тока в катушке 11 мениск изменяет форму и его вершина отклоняется в пространстве, принимая различные положения в зависимости от полярности включения катушки (Фиг 9). Положение отклоняющей катушки в пространстве определяется конкретными требованиями к устройст- ву, в котором используется предлагаемый способ.
Вершина мениска от исходного состояния может быть отклонена и путем перемещения источника магнитного поля. Если, например, в исходном положении вершина мениска занимает положение, показанное на фиг. 10, то приближение источника 10 магнитного поля к магниточувствительной жидкости увеличивает высоту мениска (Фиг. 1), т e. np 2 7 2 h1
Во всех рассмотренных случаях может использоваться один или несколько источников магнитного поля, рас00878 4
3S
55 положенных как с тыльной, так и с лицевой стороны поверхности тела, несущего магниточувствительную жидкость.
Предлагаемый способ формирования устойчивого, одиночного, выпуклого мениска с явно выраженной вершиной заостренной формы на предприятии проверен экспериментально с различными магниточувствительными жидкостями и с источниками магнитного поля, Получены мениски высотой до 5 мм при диаметре основания 1 мм, причем радиус кривизны мениска не превышал нескольких сотых долей миллиметра.
Диапазон отклонения вершины мениска в любом направлении составляет несколько миллиметров.
Предлагаемый способ может быть использован при создании устройств для измерения магнитных характеристик магниточувствительной жидкости.
Например, на фиг. 13 показан один из возможных вариантов такого устройства. Оно состоит из тела 3, несущего магниточувствительную жидкость, углубления 7 над его поверхностью, источника 10 магнитного поля и верти" кальной пластины 12 со шкалой 13.
Иагниточувствительная жидкость, помещенная в углубление 7; при включении источника 10 магнитного поля при-. нимает „орму заостренного мениска 6.
По высоте вершины 5 мениска с по" мощью шкалы 13, отградуированной определенным образом, определяется ее магнитная чувствительность, I
Другой возможный пример применения предлагаемого способа показан на фиг. 14. Здесь предлагаемый способ реализуется в органе записи регистрирующего устройства, который состоит из тела 3 с каналом 9 и углублением 7 источника 10 постоянного магнитного поля, выполненного в виде фокусирующей катушки 10 и четырех отклоняющих катушек, две из которых 14 и 15 показаны. Под действием магнитного поля, создаваемого фокусирующей катушкой 10, формиру. ется мениск, который своей вершиной может касаться бумажного носителя
16, оставляя на нем след. Величина следа зависит от силы тока в фокусирующей катушке. Положение следа на бумажном носителе определяется током, подаваемым в отклоняющие катушки. Сочетая работу фокусирующей
И Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. фриш С,Э ., Тиморова А .В . Курс общей .физики. Т. 1, М., Фиэматгиз, 1962, с. 291.
2. Авторское свидетельство СССР
М 147225, кл. H 04 М 1/28, 19á2 (прототип).
Формула изобретения
Спосо6 формирования выпуклого мениска жидкости, заключающийся в подаче магниточувствительной жидкос" ти на поверхность твердого тела и воздействии на нее магнитным полем, фие. t
7 1.000878 8 и отклоняющих катушек, возможно за- т л и ч а ю шийся тем, что, писывать на бумагу любые изображе- с целью формирования мениска с.малым
, ния без взаимного перемещения орга- радиусом кривизны в его вершине, на записи и бумажного носителя. Для каплю жидкости размещают на поверхуменьшения токов фокусирования и ности твердого тела и действуют на отклонения мениска с тыльной сторо- нее магнитным полем, направленным ны бумаги может быть размещен магии- по оси симметрии мениска. топровод или дополнительный источник 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юмагнитного поля. шийся тем, что .создают магнитПредлагаемый способ позволит on" >© ное поле, распределенное симметричределять эксплуатационные характерис- но относительно оси симметрии менистики магниточувствительной жидкости, ка. создать достаточно простые регист- 3..Способ по и. 1, о т л и ч а юрирующие устройства неподвижных изоб- шийся тем, что, с целью приражений без взаимного перемещений 1 вязки основания мениска к опредеоргана записи бумажного носителя, ленной координате несущего жидкость причем разрешающая способность изоб- . тела, каплю жидкости помещают в угражения, получаемого с помощью сфор- лубление на поверхности тела, размулированного предлагаемым способом мещенное на требуемой координате . мениска, намного превосходит разре- 29 4. Способ по пп. 1 и 3, о т л ишающую способность изображений, по- ч а ю шийся тем, что магнитолучаемых менисками, сформулирован- чувствительную жидкость подают в ными известными способами, углубление через канал в теле.
Фиг b!
5 =is,1000878
ММ3
gaze
1000878!
ФигМ
Рие /й
10 фиг./4
Составитель. А. Кощеев
Редактор С. Пекарь Техреду О.Неце Кооректор И. Шулла
Заказ 1369/55 Тираж 871 Подписное
BHIOflH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
11)0)5 Москва Ж-Я Раушская наб. д. 4/5 филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4
