Способ измерения магнитной восприимчивости жидких сред и его вариант

 

1. Способ измерения магнитной в приимчивости жидких сред, заключающи ся в том, что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболоч кой помещают в жидкую среду, на кото рую воздействуют магнитным полем, о ичающийся тем, что, с целью овышения стабильности нуля и снижения орога чувствительности, модулируют оэффициент формы оболочки в направении оси магнитной чувствительности,. которую ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирукмцего давления, выделяют составляющую магниТИОй индукции внутри оболочки с мастОУой изменения коэффициента формы оболо чки при постоянном магнитном поле, t rнитную восприимчивость жидких сред определяют из выражения N - среднее значение коэффициента формы; m - глубина модуляции .коэффициента формы; В - амплитуда переменной составляющей магнитной индукции; Вр - постоянная составляющая магнитной индукции.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllVEiËÈÍ

11Е (11) 3 6 01 R 33/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двто скомм свидетяльствм

Ь. С(} ЩФ Д 1т

Ж=

Я е коэффицигде М - среднее значение ента формы;

В, (21) 3346193/18-21 (22) 16.10.81 (46) 07.07.83. Бюл. И 25 (72) И.П.Ананьев и IO.Â.Àôàíàñüåâ (71) Агрофизический научно-исследовательский институт Всесоюзной ордена Ленина академии сельскохозяйственных наук им.В.И.Ленина (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Чечерников В, И. Иагнитные из- . мерения, М,, изд-во Моск. ун-та, .l969 с. 138.

2. Авторское свидетельство СССР

И 556397, кл. G 01 R 33/16, 28.11 ° 72 (прототип). (54) СПОСОЬ ИЗИЕРЕНИЯ ИАГНИТНОй ВОСПРИИИЧИВОСТИ ЖИДКИХ СРЕД (ЕГО ВАРИАНты}. (57) 1. Способ измерения магнитной восприимчивости жидких сред, заключающийся в том, что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду, на которую.воздействуют магнитным полем, о тл и ч а ю щ и " с я тем, что, с целью повыаения стабильности нуля и снижения порога чувствительности, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси магнитной чувствительности,. которую ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирующего давления, выделяют составляющую магнитией индукции внутри оболочки с частбЪей изменения коэффициента формы оболочки при постоянном магнитном поле, а магнитную восприимчивость жидких сред определяют из выражения глубина модуляции,коэффициента формы; амплитуда переменной составляющей магнитной индукции постоянная составляющая магнитной индукции °

1027659 где Мр8!„8е2. Способ измерения магнитной восприимчивости жидких сред заключающийся в том, что магниточувствительный ,преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду, на которую воздействуют магнитным полем, о тл и ч а ю шийся тем, что; с целью повышения стабильности нуля и снижения порога чувствительности, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси магнитной чувствительности, которую ориентируют вдоль вектора магнитной инИзобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при измерениях магнитной восприимчивости жидких сред непосредственно в исследуемой среде. 5

Известен способ измерения магнитной восприимчивости жидких сред, основанный на втягивании ампулы с жидкостью в зону максимальной магнитной индукцией магнитной системы 1! ), Недостаток указанного способа - . узкие функциональные возможности.

Известен также способ измерения магнитной восприимчивости, закЛючающийся в том, что магниточувствитель- 15 ный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду,на которую воздействуют магнитным полем (2).

Недостатками известного способа 20 являются низкая стабильность. нуля и высокий порог чувствительности.

Цель изобретения - повышение стабильности нуля и снижение порога чувствительности. 25

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся

;в том,что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду, на которую воздействуют магнитным полем, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси ма гнитной чувствительности, которую ориентируют вдоль вектора маг нитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания внут. ри оболочки пульсирующего давления, дукции поля, действующего в жидкой, среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирующего . давления, выделяют составляющую магнитного поля внутри оболочки с комбинационными частотами, образованными частотой магнитного поля и частотой изменения коэффициента формы при переменном магнитном поле, и по отношению указанной составляющей к амплитуде индукции переменного магнитного поля судят об измеряемом параметре.

2 выделяют составляющую магнитной индукции внутри оболочки с частотой изменения коэффициента формы оболочки при постоянном магнитном поле,а магнитную восприимчивость жидких сред определяют из выражения

-В„

Х =

О. среднее значение коэффициента формы; глубина модуляции коэффициента формы; амплитуда переменной составляющей магнитной индукции; постоянная составляющая магнитной индукции.

Согласно способу, заключающемуся в о том, что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду, на которую воздействуют магнитным полем, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси магнитной чувствительности, которую ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирующего давления, выделяют составляющую магнитного поля внутри оболочки с комбинационными частотами, образованными частотой магнитного поля и частотой изменения коэффициента формы при переменном магнитном поле, и по отношению указанной составляющей. к амплитуде переменного магнитного поля судят об измеряемом параметре.

3 -1 02765

Иодуляция коэффициента формы обо. лочки приводит к появлению в магниточувствительном преобразователе составляющей магнитной индукции, отличающейся по частоте от действующего в среде. первоначального магнитного поля, причем эта составляющая появляется только при не равной нулю магнитной восприимчивости среды. Поэтому компенсация начального магнитного щ поля в магниточувствительном преобразователе (т.-е. начальной установки нуля магнитной восприимчивости )при данном способе измерений не требуется, благодаря чему достигается высокая 5 стабильность нуля и низкий порог чувствительности.

Периодическое изменение формы оболочки осуществляется созданием внутри нее пульсирующего давления с помощью .пневматических, гидравлических> электромеханических и других аналогичных средств. Оболочку выполняют частично или полностью эластичной; или с перемещающимися герметичными элементами.

Воздействие на оболочку осуществляют так; чтобы получить модуляцию коэффициента формы оболочки в направлении оси максимальной чувствительности, которую при измерениях ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в среде.

Предпочтительная форма оболочкиэллипсоид вращения, модуляция коэффи35 циента формы которого достигается периодическим растягиванием и сжатием эллипсоида вращения вдоль его оси либо периодическим изменением его диаметра.В качестве магниточувствительных преобразователей целесообразно использовать индукционные (катушки ), гальваноиагнитные, ЯИР и другие магнитопрозрачные преобразователи, не нарушающие однородности магнит. 45 ного поля внутри оболочки и дающие простую зависимость измеряемой преобразователеи дополнительной составляющей магнитной индукции,: обусловленной модуллцией, от магнитной восприимчивости среды. Возможно применение преобразователей, не являющихся магнитопрозрачными,например феррозондов,при условии малых размеровпреобразователя по сравнению с оболочкой.

В случае модуляции коэффициента формы эллипсоидальной оболочки по гармоническому закону

N=H (1+cnсозЯЦ, п«1, (1) где Мо - среднее значение коэффициента формы;

rn - -глубина модуляции коэффициента формы;

Я - частота модуляции, магнитная индукция внутри оболочки при постоянном внешнем магнитном поле определяется выраженйем

N тп aL

8 В

)+ 1-Н . e P+(q-H )х х 6 cos Я1 = В + 8 AS Q е 1 2 (2) .

6 =S „„cps < где у - магнитная восприимчивость жидкой среды.

При переменнои внешнем магнитном поле, действующем в среде с низкой электропроводностью, магнитная индукция вунтри модулируемой оболочки равна. 1-4o) бем 2 Сов(И+ЯК+ cos(ld я)Ф

- б сов ОР + 8 — (cos(N

1 22

+Со (ы-Я)6) (3) Из (2 ) и (3 ) видно, что магнитная индукция внутри модупируемой оболочки содержит составляющую с частотой магнитного поля и составляющую с частотой изменения коэффициента формы при постоянном иагнитном поле или с комбинационными частотами, образованными частотой магнитного поля и частотой изменения коэффициента формы, при переменном магнитнои поле. Вторая составляющая появляется только при наличии модуляции коэффициента формы оболочки (m g 0) и при отличающейся от нуля магнитной восприимчивости средьГ ав и служит мерой этой магнитной восприимчивости.

Для жидких сред с малой магнитной восприимчивостью (М(< 1), представляющих собой область преимущественного использования предлагаемого способа

} иагнитная индукция внутри немаг$ 10276 нитной модулируемой оболочки при постоянном магнитном поле равна из (2) 6. 2 В + N. гп а 8 cos%+, (4 ) а при переменном из (3) 8. 8 сои(о1+й м .тп В „„-

Х„ м )co5 ((м+ Я) + co 5 (ы-Я ) t). (5)

Таким образом, при К((! первая составляющая магнитной индукции равна магнитной индукции, действующий в среде, а вторая.- прямо пропорциональ- > на магнитной восприимчивости среды.

Согласно предлагаемому способу выделяют (преимущественно частотными методами ) и измеряют вторую составляющую магнитной индукции и по ней 20 судят о магнитной восприимчивости среды. При этом индукция внешнего магнитного поля, входящая в выражение для второй составляющей, учитывается градуировочной константой, если индукция при измерениях неизменна, либо измеряется и учитывается отдельно, если индукция изменяется от одной точки измерения к другой или во вре мени по известному закону. 30

На чертеже представлено устройст.во для измерения магнитной восприимчивости проточной жидкости.

Устройство содержит немагнитную эластичную. модулируемую оболочку 1, размещенную внутри трубопровода 2 с исследуемой жидкостью (поперечное сечение ). Трубопровод находится в магнитном поле постоянного магнита

3. Внутри оболочки размещен индукционный магниточувствительный преобразователь (катушка 4 индуктивности ). Ось катушки и ось оболочки, имеющей форму эллипсоида вращения, ориентированы вдоль вектора магнит- 4> ной индукции магнита 3. Модуляция коэффициента формы оболочки обеспечивается гидравлической системой 5, преобразуюцей электрические колебания в колебания давления немагнитной жидкости, заполняющей изнутри оболочку. Гидравлическая система 5 управляется электрическим генератором

6 низкой частоты. Внутри оболочки

1 в результате модуляции возникает переменная составляющая магнитной индукции с частотой модуляции Я, амплитуда которой пропорциональна

На выходе катушки 4 образуется ЭДС, 59 пропорциональная производной этой составляющей. Эта ЭДС усиливается усилителем 7 частоты модуляции и детектируется фазочувствительным детектором 8, к выходу которого подключен усилитель 9 постоянного тока и выходной показывающий прибор

10 с нулем посредине шкалы. Опорный сигнал фазочувствительного детектора

8 снимается с генератора 6 низкой частоты через фазосдвигающую цепь 11, необходимость которой вызвана сдвигом на 90 ЭДС, индуцируемой в катушке 4 индуктивности, по отношению к переменной составляющей магнитной индукции. Наличие фазочувствительного детектора 8 позволяет измерить магнитную восприимчивость как парамагнитных, так и диамагнитных жидкостей.

Магнитная восприимчивость слабомагнитных жидкостей определяется поформуле из (4 ) 8 — — 1 (6)

Оп

I где:8 — амплитуда переменной составляющей магнитной индукции, измеряемой магниточувствительным преобразователем и последующими звеньями измерительной цепи;

В - постоянная составляющая магнитной индукции, представляющая собой индукцию в зазоре постоянного магнита 3.

По формуле (6 ) можно оценить порог чувствительности на уровне шумов я и, описанного устройства. Для оболочки, имеющей отношение высоты вдоль оси к диаметру Р/ g = 0,5,среднее значение коэффициента формы

Приняв индукцию в зазоре магнита

В = 0,1 Тл, а порог чувствительности катушки с измерительной цепью к переменной составляющей магнитной индукции на уровне шумов В„< и

= 0,1 нТл, получим следующее значение порога чувствительности к объемной магнитной восприимчивости жидкости: зсп„ „„ = 1,4.10 ед.СИ при m = 0,1

Р4

Ф

Учитывая, что объемная магнитная восприимчивость воды составляет зеН 0 = -0,72 -10 ед.СГСМ=

= - 0,9 10 ед. CN,. нетрудно видеть, НрО что столь низкий порог чувствительности позволяет измерять магнитную восприимчивость воды с погрешностью не менее 1Ф, что дает воэможность

7 . 1027б59 8 контролировать наличие s ней приме- измерения магнитной восприимчивости сей и растворенных веществ. Этот по- большинства слабомагнитных жидкостей рог чувствительности достаточен для с большой точностью., Составитель Т.Краснова

Редактор С.Квятковская Техред Л. Пекарь. Корректор С.йекмар

Заказ 4733/50 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и .открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 415

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4