Способ и устройство для измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости
Владельцы патента RU 2402032:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования (ГОУ ВПО) "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) (RU)
Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости. Изобретение заключается в том, что при измерении намагниченности жидкого вещества в постоянном магнитном поле баллистическим методом с помощью двух одинаковых встречно включенных измерительных обмоток последовательно с ними включают дополнительную компенсирующую обмотку, плоскость которой имеет возможность поворачиваться относительно направления напряженности поля. Измерительные обмотки размещают на пустых капсулах. Методом импульсного изменения внешнего магнитного поля на противоположное, вращая компенсирующую обмотку, добиваются нулевого значения результирующего сигнала всех трех обмоток, после чего через заправочные отверстия в отсутствии поля одну из капсул заполняют исследуемым жидким веществом. Также методом импульсного изменения внешнего магнитного поля на противоположное определяют изменение потокосцепления катушек, по которому рассчитывают намагниченность жидкого вещества для выбранного значения напряженности поля. Данные способ и устройство позволяют осуществить измерение намагниченности жидкого вещества в полях высокой напряженности, создаваемых намагничивающими устройствами с замкнутыми магнитопроводами, существенно повысить точность измерений. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении точности измерений намагниченности жидкого вещества, особенно в сильных полях. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости.
Известны способ и устройства для измерения намагниченности жидких и твердых веществ, в котором определяется сила взаимодействия образца вещества с магнитным полем установленной напряженности. Чаша аналитических весов нитью связана с образцом, размещенным внутри вертикального соленоида (Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: МГУ, 1969, с.99-107).
Недостатком способа является недостаточно высокая точность.
Известен способ измерения намагниченности жидкого вещества по разности показаний датчика давлений, поверхность которого ориентируют перпендикулярно, а затем параллельно индукции магнитного поля. Устройство по данному способу содержит контейнеры с капиллярами и датчики давления (а.с. СССР №580532, Кл. G01B 33/12, а.с. СССР №1080093 А, Кл. G01B 33/16).
Недостатками способа является невысокая точность измерений при повышенной напряженности магнитного поля, когда разность давлений на датчики, один из которых ориентирован перпендикулярно, а второй параллельно индукции магнитного поля, не велика по сравнению с давлением на датчики. Кроме этого незначительная неоднородность поля может существенно увеличить погрешность.
Известен способ измерения намагниченности вещества на основе баллистического метода, в котором последовательно и измерительной обмоткой включают точно такую же компенсирующую обмотку и располагают их так, что без образца, при изменении поля, в них отсутствует электродвижущая сила (эдс) индукции (Чечерников В.И. Магнитные измерения. - М.: МГУ, 1969, с.80). Если поместить образец в одну из измерительных обмоток, то при изменении внешнего магнитного поля в системе обмоток возникает эдс, которая пропорциональна намагниченности вещества, а эдс, обусловленная изменением внешнего магнитного поля, отсутствует.
Использовать данный способ для измерения жидкого вещества достаточно сложно по следующим причинам. Невозможно изготовить две совершенно одинаковые катушки и точно разместить их по отношению к магнитному полю, следовательно, разностная эдс всегда будет присутствовать и снижать точность измерений, особенно в сильных полях. Возникает также проблема ввода образца в одну из обмоток. Реализовать метод можно только в системе, где в качестве магнитного поля используется соленоид. При этом образец жидкости должен находиться в кювете, сделанной из немагнитного диэлектрика в форме вытянутого эллипсоида, чтобы однородному внешнему магнитному полю Н соответствовало однородное поле внутри образца и, следовательно, однородная намагниченность. На измерительную обмотку накладываются ограничения на линейные размеры, обусловленные меняющимся сечением образца, а при расчетах кривой намагниченности должен учитывается размагничивающий фактор внутреннего магнитного воля, зависящего от формы кюветы и магнитных свойств исследуемого вещества. Кроме этого выпускаемые промышленностью соленоиды не обеспечивают необходимой напряженности магнитного поля. Магнитные жидкости нашли широкое применение в устройствах (магнитожидкостные уплотнения, муфты, демпферы и т.д.), где напряженность поля достигает 500÷1000 кА/м и более. В таких полях и существует необходимость исследовать намагниченность жидкости. Поля данного уровня могут обеспечить электромагниты с магнитопроводами.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении точности измерений намагниченности жидкого вещества, особенно в сильных полях.
Это достигается тем, что при измерении намагниченности жидкого вещества баллистическим методом с помощью двух одинаковых встречно включенных измерительных обмоток, размещенных в однородном магнитном поле, измерительные обмотки размещают на полых капсулах, в цепь измерительных обмоток включают дополнительную обмотку, поворачивая которую относительно направления напряженности поля, добиваются нулевого значения сигнала на выходе цепи при изменении магнитного поля, после чего одну из капсул заполняют исследуемым жидким веществом и измеряют изменение потокосцепления обмоток цепи, по которому определяют намагниченность жидкого вещества для заданной напряженности поля.
Данный способ реализуется с помощью устройства, которое содержит две одинаковые встречно включенные измерительные обмотки, размещенные в равномерном постоянном магнитном поле заданной напряженности, измерительные катушки размещены на двух одинаковых капсулах цилиндрической формы, закрепленных в немагнитном, неэлектропроводном каркасе, в котором также размещена компенсационная обмотка, имеющая возможность вращения вокруг своей оси, каждая капсула снабжена как минимум двумя заправочными отверстиями, с противоположных сторон капсулы герметично закрыты параллельными пластинами, выполненными из магнитомягкого материала, а размеры каркаса и магнитомягких пластин согласованы с размерами магнитопровода намагничивающего устройства.
На фиг.1 условно показано сечение устройства, реализующего предлагаемый способ,
на фиг.2 - схема включения измерительных обмоток,
на фиг.3 - представлены внешний вид устройства и относительное размещение его отдельных элементов,
на фиг.4 - измеренная кривая намагничивания магнитной жидкости.
Устройство по предлагаемому способу выполнено следующим образом. Две одинаковые капсулы 1 (фиг.1), выполненные в виде полых цилиндров, размещены в каркасе 2. На капсулы 1 нанесены одинаковые измерительные обмотки 3, которые включены встречно (фиг.2). В каркасе 2 установлен винт 4, в прорези которого закреплена компенсирующая обмотка 5, включенная последовательно с измерительными обмотками. Компенсирующая обмотка 5 имеет возможность поворачиваться вместе с винтом 4. С торцов капсулы герметично закрываются параллельно расположенными пластинами 6, выполненными из магнитомягкого материала. Наружные размеры пластин и каркаса согласованы с размерами магнитопровода намагничивающего устройства, используемого для создания однородного магнитного поля. Пластины 6 параллельны друг другу и не изменяют своего относительного положения во всем диапазоне напряженности магнитного поля, что обеспечивается жесткостью каркаса 2. В толще каркаса и стенках капсул выполнены заправочные отверстия 7, закрывающиеся заглушками 8. Капсулы 1, каркас 2, винт 4, заглушки 8 изготовлены из немагнитного неэлектропроводного материала. Измерительные обмотки 3 и компенсирующая обмотка 5 расположены в центральной части устройства, где отсутствуют краевые эффекты и поле однородно (фиг.3).
Устройство зажимается плотно без зазора между полюсными наконечниками намагничивающего устройства, что обеспечивает замкнутость магнитной цепи установки. Параллельное расположение магнитопроводящих пластин 6 обеспечивает однородность магнитного поля в капсулах 1. Капсулы 1 выполнены в виде полых цилиндров с постоянным внутренним сечением. Помещаемая в одну из капсул исследуемая жидкость контактирует с параллельными магнитомягкими пластинами 6. Эти условия обеспечивают однородность намагничивания исследуемой жидкости по всему объему.
Измерение намагниченности магнитной жидкости по предлагаемому способу выполняется следующим образом. Устройство зажимается плотно без зазора между полюсными наконечниками намагничивающего устройства, например Г56. Встречно включенные измерительные обмотки 3 и последовательно соединенная компенсирующая обмотка 5 подсоединяются к микровеберметру, например Ф192 (фиг.2). Регулируя ток намагничивающего устройства, устанавливают заданную напряженность однородного магнитного поля в устройстве между параллельными магнитомягкими пластинами, т.е. в капсулах. Для измерения напряженности поля используют катушку напряженности или датчик Холла, расположенные в непосредственной близости от внутренних полостей капсул 1. Микровеберметром измеряют результирующее потокосцепление трех обмоток (W1, W2, Wвр) в момент изменения направления магнитного поля на противоположное методом коммутирования тока намагничивающего устройства. Если результирующее потокосцепление отличается от нуля, поворачивая винт 4 с расположенной на нем компенсирующей обмоткой (Wвр), постепенно добиваются нулевого показания микровеберметра в момент коммутирования тока намагничивающего устройства. После этого удаляют заглушки 8 из заправочных отверстий 7, с помощью шприца с иголкой через одно из заправочных отверстий заполняют одну из капсул магнитной жидкостью. Второе заправочное отверстие капсулы при этом обеспечивает выход вытесняемого воздуха и контроль заполнения капсулы. Заглушки 8 возвращаются на место. Производят измерение результирующего потокосцепления ΔΨ трех обмоток в момент изменения направления тока намагничивающего устройства на противоположное, и по формуле
где ΔΨ - изменение потокосцепления обмоток,
S - площадь внутреннего сечение капсулы, заполненной жидким веществом,
W - количество витков измерительной обмотки,
рассчитывают намагниченность магнитной жидкости (М) при заданной напряженности магнитного поля (Н). Затем увеличивают ток намагничивающего устройства и устанавливают новое значение напряженности магнитного поля, при котором вышеизложенным способом определяют соответствующее ей значение намагниченности жидкости. Таким способом снимают ряд последовательных точек, после чего строят зависимость кривой намагничивания M=f(H) исследуемой магнитной жидкости (фиг.4).
После окончания измерений устройство вынимают из межполюсного пространства намагничивающей установки, отсоединяют одну из торцевых пластин 6, удаляют магнитную жидкость, капсулу и заправочные отверстия промывают, просушивают. Пластину 6 возвращают на место, закрепляют, устройство возвращают в межполюсное пространство намагничивающей установки, проводят процедуру размагничивания установки, после чего устройство считается готовым к следующим измерениям.
Таким образом, данный способ и устройство позволяют осуществить измерение намагниченности жидкого вещества в полях высокой напряженности, создаваемых намагничивающими устройствами с замкнутыми магнитопроводами, при измерении исключить паразитную составляющую сигнала, накладывающуюся на полезный сигнал и которая в известных способах достаточно значительная, и тем самым существенно повысить точность измерений.
1. Способ измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости, заключающийся в использовании встречно включенных одинаковых измерительных обмоток, размещенных в однородном поле, нанесенных на капсулы, отличающийся тем, что измерительные обмотки размещают на полых капсулах, в цепь измерительных обмоток включают дополнительную обмотку, поворачивая которую относительно направления напряженности поля добиваются нулевого значения сигнала на выходе цепи при изменении магнитного поля, после чего одну из капсул заполняют исследуемым жидким веществом и измеряют изменение потокосцепления обмоток цепи, по которому определяют намагниченность жидкого вещества для заданной напряженности поля.
2. Устройство для измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости, содержащее две одинаковые включенные встречно измерительные обмотки, размещенные в равномерном постоянном магнитном поле заданной напряженности намагничивающего устройства, отличающееся тем, что измерительные обмотки размещены на двух одинаковых капсулах, выполненных в виде полых цилиндров, закрепленных в каркасе, где также размещена компенсационная обмотка, включенная последовательно с измерительными обмотками и имеющая возможность вращения вокруг своей оси, каждая капсула снабжена как минимум двумя заправочными отверстиями, с противоположных сторон капсулы герметично закрыты параллельными пластинами, выполненными из магнитомягкого материала, а размеры каркаса и магнитомягких пластин согласованы с размерами магнитопровода намагничивающего устройства, при этом капсулы и каркас изготовлены из немагнитного неэлектропроводного материала.
3. Устройство для измерения намагниченности жидкого вещества по п.2, отличающееся тем, компенсирующая обмотка размещена в прорези винта, установленного в каркасе, при этом винт выполнен из немагнитного неэлектропроводного материала.
4. Устройство для измерения намагниченности жидкого вещества по п.2 или 3, отличающееся тем, что заправочные отверстия снабжены заглушками, выполненными из немагнитного неэлектропроводного материала.
