Способ определения размера ферромагнитных частиц магнитной жидкости

 

Использование: в измерительной технике для измерения размера ферромагнитных частиц магнитной жидкости. Сущность изобретения состоит в том, что помещают исследуемый объект в постоянное магнитное поле и воздействуют на него СВЧ-излучением, изменяют величину магнитного поля, измеряют характеристику излучения после взаимодействия с магнитной жидкостью и определяют по ней искомый параметр. Воздействие СВЧ-излучения на магнитную жидкость обеспечивают на вспомогательной и рабочей частотах. Подбирают величину магнитного поля, достаточную для возникновения ферромагнитного резонанса. Плавно изменяют напряженность магнитного поля на указанных частотах, фиксируют значения напряженности, соответствующие экстремальным значениям коэффициента отражения СВЧ-волны. Вычисляют ширину кривой ферромагнитного резонанса. Выбор частот СВЧ-излучения осуществляют из условия: вспомогательную частоту выбирают из диапазона, в котором отношение ширины кривой ферромагнитного резонанса к частоте остается постоянным, а рабочую частоту из диапазона, где это отношение меняется с изменением частоты. Рассчитывают искомый размер частиц по предлагаемой формуле. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гематологии, хирургии для искусственного останова крови, магнитобиологии, магнитогеологии, в машиностpоении при изготовлении подшипников, гидрозатворов, в амортизационных устройствах и т.д.

Известен электронно-микроскопический способ определения размеров частиц магнетита (30-500 ) в магнитной жидкости [1] Этот способ заключается в приготовлении из исследуемой магнитной жидкости препарата для электронно-микроскопического исследования, помещении его в поле зрения электронного микроскопа и получении электронных фотографий препарата, из которых определяют размер частиц магнетита.

Однако этот способ требует сложного дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала, что не позволяет использовать его для регулярных анализов при синтезе магнитной жидкости. Кроме того, он не может быть использован для определения размеров частиц на разных стадиях получения магнитной жидкости в непрерывном процессе.

Известен также гранулометрический способ определения размеров частиц магнитной жидкости [2] основанный на графической обработке экспериментальной кривой намагничивания исследуемого образца, снятой при комнатной температуре и имеющей вид, характерный для супермагнетика.

Однако графическая обработка полученной кривой намагничивания трудоемка. Кроме того, способ имеет большую погрешность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения размеров частиц магнитной жидкости по распространению через нее ультразвука при различных значениях внешнего магнитного поля [3] Он заключается в определении размера частиц магнитной жидкости по поглощению и скорости распространения ультразвука в исследуемом объеме магнитной жидкости. Исследуемую жидкость помещают в герметическую акустическую камеру. Измеряют коэффициент поглощения и скорость распространения ультразвука в разных внешних магнитных полях. По экспериментальным данным определяют размер частиц.

Однако применение данного способа ограничено определением размеров суперпарамагнитных (не менее 100 ) частиц. Кроме того, в процессе измерения необходимо учитывать влияние параметров жидкости-носителя на результаты расчета размеров частиц.

Техническим результатом способа является расширение диапазона измеряемых значений.

Технический результат достигается тем, что по способу определения размера ферромагнитных частиц магнитной жидкости, заключающемуся в помещении исследуемого объекта в постоянное магнитное поле и воздействии на него электромагнитным излучением, изменении величины магнитного поля, измерении характеристик излучения после взаимодействия с магнитной жидкостью и определения по ним искомого параметра, обеспечивают воздействие СВЧ-излучения на магнитную жидкость на вспомогательной и рабочей частотах, подбирают величину магнитного поля, достаточную для возникновения ферромагнитного резонанса, плавно изменяют напряженность магнитного поля на указанных частотах, фиксируют значения напряженности, соответствующие экстремальным значениям коэффициента отражения СВЧ-волны, вычисляют ширину кривой ферромагнитного резонанса, причем выбор частот СВЧ-излучения осуществляют из условия: вспомогательную частоту выбирают из диапазона, в котором отношение ширины кривой ферромагнитного резонанса к частоте остается постоянным, а рабочую частоту из диапазона, где это отношение меняется с изменением частоты, и определяют искомый размер исследуемых частиц по формуле d (1) где ν_в, ν_р вспомогательная и рабочая частоты СВЧ-излучения; Н_1р, Н_2р напряженности магнитного поля, соответствующие экстремальным значениям коэффициента отражения на рабочей частоте; ΔН_р и ΔН_в ширина кривой ферромагнитного резонанса на рабочей и вспомогательной частотах соответственно; К постоянная Больцмана; Т абсолютная температура; M_d намагниченность насыщения твердого магнетика магнитной жидкости.

Известных в науке и технике решений с данной совокупностью признаков не обнаружено. Результат, полученный у данного технического решения и обусловленный совокупностью этих признаков, не достигается в известных решениях.

Достоинством способа является возможность измерения суперпарамагнитных частиц размером, меньшим 30 Причем такой широкий диапазон измерений осуществляется наряду с ведением непрерывного процесса изготовления магнитной жидкости, что является большим преимуществом получения магнитных жидкостей с наперед заданными свойствами.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ измерения размера ферромагнитных частиц магнитной жидкости; на фиг.2 зависимость коэффициента отражения СВЧ-излучения от магнитной жидкости при изменении внешнего магнитного поля.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Исследуемую магнитную жидкость 1, помещенную в отрезок прямоугольного волновода, помещают в постоянное магнитное поле между полюсами электромагнита 2, питаемого источником 3 постоянного напряжения. Направляют СВЧ-излучение от генератора 4 через волноводную систему 5 на исследуемую магнитную жидкость 1 так, чтобы направления постоянного внешнего и СВЧ магнитных полей были перпендикулярны. Отраженное от магнитной жидкости 1 СВЧ-излучение через волноводную систему 5 направляют на индикатор 6. Изменяют внешнее магнитное поле и фиксируют значения напряженности поля Н₁ и Н₂, при которых коэффициент отражения СВЧ-волны достигает максимального и минимального значений. Для выбора рабочей частоты СВЧ-излучения ν_р последнюю изменяют до возникновения изменения величины и фиксируют. На данной частоте измеряют значения напряженности магнитного поля Н_1р и Н_2р. Определяют ширину кривой ферромагнитного резонанса ΔН_рН_2р Н_1р. Выбирают вспомогательную частоту ν_в из частотного диапазона, в котором постоянно. Вычисляют ширину кривой ферромагнитного резонанса на вспомогательной частоте. Определяют размер частиц из соотношения (1).

П р и м е р. Отрезок волновода стандартного сечения (23 x 10 см²) с исследуемой магнитной жидкостью магнетитовых частиц на основе воды помещают в постоянное магнитное поле. Для воздействия СВЧ-излучения на магнитную жидкость используют стандартный генератор ГКЧ 61. С помощью электромагнита подбирают магнитное поле в 2000 Э, достаточное для возникновения ферромагнитного резонанса, плавно изменяя напряженность магнитного поля до 4000 Э, на вспомогательной и рабочей частотах фиксируют значения напряженности магнитного поля, соответствующие экстремальным значениям коэффициента отражения СВЧ-волны, и вычисляют ширину кривой ферромагнитного резонанса. Вспомогательную частоту выбирают из диапазона от 11,5 до 12,5 ГГц, а рабочую частоту из диапазона от 10,5 до 11,5 ГГц. Значение размера ферромагнитных частиц исследуемой магнитной жидкости рассчитывают из соотношения (1). Результаты проведенных измерений приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять частицы диаметром в десятки ангстрем, что значительно расширяет диапазон измеряемых значений частиц магнитной жидкости.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ, заключающийся в помещении исследуемого объекта в постоянное магнитное поле и воздействии на него излучением, изменении величины магнитного поля, измерении характеристик излучения после взаимодействия с магнитной жидкостью и определении по ним искомого параметра, отличающийся тем, что обеспечивают воздействие СВЧ-излучения на магнитную жидкость на вспомогательной и рабочей частотах, подбирают величину магнитного поля, достаточную для возникновения ферромагнитного резонанса, плавно изменяют напряженность магнитного поля на указанных частотах, фиксируют значения напряженности, соответствующие экстремальным значениям коэффициента отражения СВЧ-волны, вычисляют ширину кривой ферромагнитного резонанса, причем выбор частот СВЧ-излучения осуществляют из условия: вспомогательную частоту выбирают из диапазона, в котором отношение ширины кривой ферромагнитного резонанса к частоте остается постоянным, а рабочую частоту - из диапазона, где это отношение меняется с изменением частоты, и определяют искомый размер исследуемых частиц по формуле
где ν_в и ν_р - вспомогательная и рабочая частоты СВЧ-излучения;
h_1p, H_2p - напряженности магнитного поля, соответствующие экстремальным значениям коэффициента отражения на рабочей частоте;
ΔΗ_р, ΔH_в - ширина кривой ферромагнитного резонанса на рабочей и вспомогательной частотах соответственно;
K - постоянная Больцмана;
T - абсолютная температура;
M_d - намагниченность насыщения твердого магнетика магнитной жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3