Способ и устройство для измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения магнитных характеристик изделий из магнитомягких материалов. .

Изобретение относится к измерениям магнитных свойств образцов твердых материалов или изделий из них и может использоваться, в частности, для определения магнитного момента космического аппарата.

Изобретение относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть использовано для определения свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий.

Изобретение относится к области измерения переменных магнитных величин и магнитных свойств образцов и изделий и может быть использовано для определения коэрцитивной силы ферромагнитных материалов.
Изобретение относится к области неразрушающего контроля (НК) деталей из токопроводящих материалов и может быть использовано в условиях производства, ремонта и эксплуатации машин и механизмов при неразрушающих измерениях остаточных напряжений ( ост) в поверхностном слое (ПС) деталей.
Изобретение относится к области термической обработки деталей из чугуна с шаровидным графитом. .

Изобретение относится к области физико-химических исследований твердых, жидких и газообразных образцов материалов. .

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для исследования физических свойств материалов, их структуры и состава. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения магнитной проницаемости цилиндрических проводников. .

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения динамической петли гистерезиса и основной кривой намагничивания изделий из листовой электротехнической стали (ИЛЭТС) на частотах от 1 до 10000 Гц

Изобретение относится к области измерений свойств и тестирования материалов, в частности, к способам определения магнитокалорического эффекта (МКЭ)

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля

Изобретение относится к области теплотехнических измерений и может быть использовано для оценки температурного режима работы пароперегревательных котельных труб из аустенитных сталей

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при снятии зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от величины приложенного к нему магнитного поля (кривой намагничивания Столетова)

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля

Изобретение относится к физике магнетизма ферромагнетиков, предварительно намагниченных в магнитном поле до состояния, соответствующего максимальной магнитной восприимчивости ферромагнетика, а затем квазискачкообразно вводимого в сверхсильное насыщающее магнитное поле за промежуток времени, существенно меньший (например, на порядок) постоянной релаксации магнитной вязкости ферромагнетика

Устройство для исследования магнитных свойств магнетиков, основанное на принципе регистрации нелинейных эффектов в параллельных гармоническом и постоянном магнитных полях, относится к области научного приборостроения, к технике исследования магнетиков на основе спин-эффектов. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение чувствительностью исследования магнитных наночастиц и сложных магнетиков, испытывающих фазовые переходы и/или фазовое разделение, приводящее к сосуществованию нескольких магнитных фаз. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для исследования магнитных свойств магнетиков дополнительно введены: ВЧ катушка L3 с витками связи Lсв1 и Lcв2, причем L3 включена в ДРС между катушкой L1 и катушкой L2 последовательного контура, а также введены второй фильтр низких частот ФНЧ 2, усилитель-ограничитель с дополнительными усилителями ω на его входе и выходе, предусилитель сигнала 2ω, второй формирователь эталонного сигнала 2ω (ФЭС2), и диодный формирователь эталонного сигнала индуктивно связан с катушкой L3 ДРС через виток связи Lcв1, причем выход второго формирователя ФЭС2 через ключ, ФВЧ 2 и Lсв2 тоже связан с катушкой L3, а вход ФЭС2 подключен к выходу усилителя-ограничителя, на вход которого с витка связи Lсв2 катушки L3 через ФНЧ-2 подается сигнал ω, фаза которого привязана к фазе гармонического поля на образце, а предусилитель 2ω включен между ФВЧ-1 и приемником 2ω, в котором НЧ часть заменена на стабильный усилитель постоянного тока. Все контакты между элементами, входящими в ДРС, выполнены паяными. 6 ил.

Изобретение относится к области измерений магнитных величин, затрагивает средства измерений механических свойств ферромагнитных материалов, имеющих корреляционную связь с их магнитными характеристиками, например коэрцитивной силой, и может быть использовано при неразрушающем контроле качества термической обработки ферромагнитных изделий. Приставной электромагнит к коэрцитиметру содержит П-образный магнитопровод, керны 1 которого соединены магнитопроводящей перемычкой 2. В теле магнитопроводящей перемычки 2 закреплен композитным материалом 3 чувствительный элемент 4, например датчик Холла, ось чувствительности которого расположена аксиально магнитному потоку перемычки. На кернах 1 установлены катушки намагничивания 5 и размагничивания 6, связанные с элементами измерительной схемы 7. Установка чувствительного элемента в магнитопроводящей перемычке осью чувствительности аксиально магнитному потоку и применение магнитопроводящего композита позволяет сконцентрировать и равномерно распределить магнитный поток от контролируемого изделия в магнитопроводящей перемычке, чем увеличивается чувствительность приставного электромагнита, повышается точность измерения тока размагничивания, коэрцитивной силы и механических свойств контролируемого изделия. 1 ил.

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения намагниченности жидкого вещества, в частности магнитной жидкости

Наверх