Способ определения диаметра ферромагнитных частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для определения диаметра ферромагнитных частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости. Способ определения диаметра частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости, включающий в себя этапы, на которых осуществляют измерения при различных значениях внешнего магнитного поля, при этом измеряют вязкое трение, а диаметр частиц и объемную долю твердой фазы магнитной жидкости рассчитывают путем нахождения минимума функционала где Нi– значения напряженности магнитного поля, – значения вязкого трения, определенные экспериментально, – зависимость вязкого трения от параметров магнитной жидкости и напряженности магнитного поля; d –диаметр частиц, φ – объемная доля твёрдой фазы; α и β – числовые коэффициенты. Технический результат – сокращение времени измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для определения диаметра ферромагнитных частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости и найти применение в различных отраслях промышленности при контроле свойств и параметров магнитной жидкости.

Для определения параметров магнитных жидкостей можно использовать результаты измерений зависимости силы вязкого трения от величины напряженности внешнего магнитного поля, при условии, что известно их теоретическое описание.

Известен гранулометрический способ определения размеров частиц магнитной жидкости [Бибин и др. Магнитоскопические свойства коллоидов магнетита. Магнитная гидродинамика, 1973, N 1, с.68-72], основанный на графической обработке экспериментальной кривой намагничивания исследуемого образца, измеренной при комнатной температуре и имеющей вид, характерный для супермагнетика.

Данный способ обладает следующими недостатками:

- не позволяет быстродействующего сканирования больших поверхностей;

- имеет большую погрешность метода;

- характеризуется высокой трудоемкостью;

Известен также способ определения размеров частиц магнитной жидкости по распространению через нее ультразвука при различных значениях внешнего магнитного поля [Виноградов А.Н. Определение параметров магнитной жидкости по распространению ультразвука. Магнитная гидродинамика, 1989, N 4, с.29-37]. 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 при различных величинах индукции внешних магнитных полей. По экспериментальным данным определяют размер частиц.

Недостатками данного способа являются:

- малая разрешающая способность (определяются размеры не менее 100А);

- необходимость учитывать влияние параметров жидкости-носителя на результаты расчета параметров частиц.

За прототип принят СВЧ-способ [Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 12] определения размера ферромагнитных частиц магнитной жидкости, заключающийся 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.

Данный способ обладает следующими недостатками:

- необходимостью применения сложного дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала;

- высокой длительностью измерений.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможности одновременного определения параметров магнитной жидкости: эффективного диаметра частиц d, а также объемной доли твердой фазы φ.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей; сокращение времени измерений при использовании простого и дешевого в изготовлении оборудования и оснастки.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения параметров магнитной жидкости, заключающемся в помещении кюветы с тонким слоем магнитной жидкости в постоянное магнитное поле, на тонкий слой жидкости помещается пластина, на которую воздействует горизонтальная, тянущая вдоль слоя жидкости сила. Изменяя величину магнитного поля, измеряют временную характеристику прохождения пластины по тонкому слою магнитной жидкости и определяют по ней зависимость силы вязкого трения от значения напряженности внешнего магнитного поля, через которую вычисляют искомые параметры. Плавно изменяют напряженность магнитного поля, фиксируют значения напряженности, соответствующие времени прохождения пластиной пути по слою магнитной жидкости. Вычисляют зависимость силы вязкого трения от величины напряженности внешнего магнитного поля. Рассчитывают искомый размер частиц и объемную долю твердой фазы магнитной жидкости путем нахождения минимума функционала

,(1)

где Нi - напряженности магнитного поля, соответствующие различным моментам времени прохождения пути l пластиной по слою магнитной жидкости; – зависимость, полученная экспериментально,


= QUOTE ;(2)

QUOTE , QUOTE – объемная доля твердой фазы магнитной жидкости, Ms - намагниченность насыщения частиц, V(d)- эффективный объем частиц, k – постоянная Больцмана, Т – температура, H – напряженность магнитного поля, QUOTE – магнитная постоянная, QUOTE – намагниченность насыщения, QUOTE –диаметр частиц, QUOTE – объемная доля твердой фазы магнитной жидкости, α и β – коэффициенты, значения которых определяются в ходе решения обратной задачи. Определяют QUOTE и QUOTE , соответствующие минимуму функционала.

Формула (2) получена путем введения коэффициентов α и β вместо числовых значений, полученных для магнитной жидкости определенного типа, в функционал [Шлиомис М.И. Магнитные жидкости.Успехи физических наук, 1974, Т.112, вып. 3, с.454, 5.29], угол между векторами скорости и вектором напряженности магнитного поля принят равным 90°.

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

Достоинством способа является возможность одновременного определения параметров магнитной жидкости с учетом особенностей взаимодействия магнитной жидкости с магнитным полем, без использования сложной и дорогостоящей аппаратуры.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ измерения размера и объемной доли твердой фазы ферромагнитных частиц магнитной жидкости;

на фиг.2 расчетная и экспериментальная зависимости величины силы вязкого трения в слое магнитной жидкости от значения напряженности внешнего магнитного поля.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Источником магнитного поля служит электромагнит (ЭМ-1) 1, управляемый универсальным источником питания (УИП-1) 2. В поле помещается испытательная кювета 3 с тонким слоем магнитной жидкости и ПВХ-пластиной. Время прохождения пластиной пути l при различных значениях напряженности магнитного поля, генерируемого электромагнитном 1 измеряется автоматическим таймером 4,

5 - расчетная зависимость ( QUOTE ),
6 – зависимость, полученная экспериментально.

П р и м е р. Кювету размерами 130x18x20 мм с тонким слоем (1 мм) исследуемой магнитной жидкости на основе трансформаторного масла помещают в постоянное магнитное поле напряженностью 2000 Э. Через систему шарниров закрепляют груз к пластине, которую помещают в начало кюветы. Убирают заслонку, удерживающую груз, и измеряют время прохождения пластины пути l под действием силы тяжести на груз. Определяется скорость движения пластины. Определяется сила вязкого трения для данного значения напряженности магнитного поля по формуле

QUOTE QUOTE QUOTE ,

где QUOTE - сила трения, QUOTE - эффективная вязкость, QUOTE – площадь пластины,
QUOTE – скорость движения пластины, QUOTE – толщина слоя жидкости.

Силу вязкого трения можно, например, определять с помощью ротационного визкозиметра, например LamyRheologyRM 200, или ультра-звукового способа [Патент РФ № 2416089].

После этого величина магнитного поля увеличивается с шагом 2000 Э. Измерения прекращают по достижению величины напряженности в 12000 Э. По полученной экспериментальной зависимости силы вязкого трения от величины напряженности внешнего магнитного поля находят минимум функционала

и соответствующие ему значения эффективного диаметра и объемной доли твердой фазы частиц магнитной жидкости, а также значений коэффициентов α и β, соответствующих данному типу магнитной жидкости из условий:

В дальнейшем, при измерениях магнитной жидкости данного типа, определение коэффициентов α и β можно опустить.

Параметры магнитной жидкости (d=15nm, φ=0.1), определёнными в результате решения обратной задачи, хорошо совпадают с параметрами (d=14,6 nm, φ=0.107), определённые способом по прототипу [Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 12].

Время измерений составило: 40 c, для способа по прототипа – 15 мин .

Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить экспресс-анализ диаметра частиц магнитной жидкости и объемной доли твердой фазы без использования сложного и дорогостоящего оборудования, что расширяет сферы применения данного способа.

Способ определения диаметра частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости, включающий измерения при различных значениях внешнего магнитного поля, отличающийся тем, что измеряют вязкое трение, а диаметр частиц и объемную долю твердой фазы магнитной жидкости рассчитывают путем нахождения минимума функционала

,

где Нi – значения напряженности магнитного поля, – значения вязкого трения, определенные экспериментально, – зависимость вязкого трения от параметров магнитной жидкости и напряженности магнитного поля; d –диаметр частиц, ϕ – объемная доля твёрдой фазы; α и β – числовые коэффициенты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа определения дисперсионного состава аэрозоля. При проведении измерений поляризованное излучение разделяют и одну из частей отклоняют и измеряют.

Изобретение относится к области исследования частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы с помощью ИК спектроскопии, в частности к методам экспресс-анализа анизометрии полимерных композитов методом Фурье-ИК спектроскопии.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения размеров частиц в аэрозольных облаках, и может быть использовано в целях охраны окружающей среды и маскировочных мероприятий.

Изобретение относится к области исследования частиц с помощью ИК спектроскопии, в частности к методам экспресс-анализа полимерных композитов. В способе определения ориентации анизометричных частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы при выполнении условия |nМ-nН|>0, где nМ и nН - показатели преломления матрицы и наполнителя соответственно, производится регистрация ИК спектров пропускания при облучении композитов под разными углами источником ИК излучения.

Изобретение относится к технике измерений, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами включает зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного и ультразвукового излучения, регистрацию рассеянного и отраженного дисперсными частицами излучения, эталонный канал с чистым моторным маслом и два канала контроля в исследуемом объеме картера двигателя.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла.

Изобретение относится к области оптических методов измерения физико-химических характеристик аэрозольных сред и может быть использовано при разработке лидарных комплексов для дистанционного контроля дисперсного состава аэрозольных облаков стойких токсичных химикатов (ТХ) при возникновении запроектных аварий в местах хранения и уничтожения химического оружия (УХО) и на других химически опасных объектах.

Изобретение относится к устройствам контроля состояния атмосферного воздуха и может быть использовано для мониторинга загрязнения окружающей среды, а также для контроля аварийных выбросов.

Изобретение относится к исследованию аэрозолей жидкостей различной вязкости и предназначено для определения дисперсных характеристик аэрозоля в широком диапазоне размеров частиц, в том числе нанометров.

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств сталей и сварных соединений и может применяться в различных отраслях промышленности. Сущность: по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца.

Изобретение относится к области метеорологии. Способ аспирационной оптической спектрометрии аэрозоля включает направление поляризованного излучения на задерживающую область, перед которой его экранируют. Направленное излучение фокусируют в счетном объеме, находящемся перед экраном, и измеряют излучение за областью, задерживающей направленное поляризованное излучение и пропускающей излучение, рассеянное в счетном объеме. Размер частицы дисперсной среды в счетном объеме определяют по измеренному излучению. Технический результат заключается в повышении точности определения дисперсного состава аэрозоля. 1 ил.

Способ предназначен для автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации при обогащении полезных ископаемых и может быть использован для контроля состава гетерофазных потоков в химии и металлургии. Осуществляют отбор из потока пульпы и подсушивание до заданной стабильной влажности пробы твердой фазы пульпы на фильтрующей поверхности под воздействием перепада давления, создаваемого путем подведения вакуума. Осажденную на фильтрующей поверхности пробу твердой фазы механически перемещают к анализатору состава и проводят рентгенофлюоресцентный анализ элементного состава пробы твердой фазы пульпы. Дополнительно визиометрическим анализом цветовых характеристик анализируется минеральный состав пробы. Дополнительно проводится анализ ионного состава жидкой фазы пульпы. Устройство для осуществления способа включает пробоотборное приспособление в виде полой емкости с перфорированной фильтрующей поверхностью и полого штока, комбинированный вакуумно-нагнетательный насос, сообщенный через ресивер и золотник с полым штоком, цилиндр с серво- или пневмоприводом для возвратно-поступательного перемещения пробоотборного приспособления. Дополнительно устройство оснащено визиометрическим анализатором цветовых характеристик пробы и потенциометрическим датчиком рН жидкой фазы пульпы. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения вещественного состава пробы, сокращение времени анализа, уменьшение продолжительности профилактических работ, а также расширение функциональных возможностей за счет анализа минерального состава твердой фазы пробы и ионного состава жидкой фазы. 2 н. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Изобретение относится к способам анализа. Способ состоит в том, что поток частиц освещают световым пучком и регистрируют изображение частиц, по которым и судят о размерах и формах частиц. Световой пучок после прохождения потока разворачивают по отношению к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где регистрация изображения частиц происходит с трех углов светового потока. Cветовой пучок при помощи полупрозрачного зеркала, зеркала и объектива дополнительно направляется в счетный объем, и с помощью полупрозрачного эллиптического зеркала, объектива, диафрагмы и фотоэлектронного умножителя регистрируются рассеянные частицами световые импульсы, а прямой световой поток поглощается ловушкой света, отражаясь от зеркала. Технический результат состоит в существенном повышении информативности данных для оценки формы и размера частиц. 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для исследования физических характеристик нативной биологической жидкости (НБЖ). Для этого через ее анализируемый образец, помещенный в прозрачную кювету, пропускают зондирующий лазерный луч оптического диапазона (ЗЛОД), измеряют характеристики рассеяния ЗЛОД на микро- и наночастицах (МЧ и НЧ) НБЖ с помощью одного матричного фотоприемника (МФП) для получения информации о характеристиках малоуглового динамического рассеяния указанного луча МЧ и по меньшей мере одного одноэлементного фотоприемника (ОЭФП), расположенного в диапазоне углов 30°…150° для получения информации о характеристиках излучения, рассеянного НЧ. Результаты измерений направляют в компьютер для математической обработки (МО). После изучения полученных результатов МО на образец НБЖ оказывают внешнее воздействие, вызывающее изменение флуктуационных характеристик рассеянной мощности, уточняющих или дополняющих после повторных оптических измерений ранее полученные характеристики. Изобретение обеспечивает повышение диагностической информативности исследования характеристик и состояния субмикронных частиц при оптическом анализе методом динамического рассеяния на указанных частицах лазерного излучения в образце нативной биологической жидкости. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 пр.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения гранулометрического состава жидких дисперсных сред в химической, лакокрасочной промышленностях, в биологии, экологии и других областях науки, связанных с определением размера взвешенных частиц. Заявленная система гранулометрического анализа жидких дисперсных сред содержит источник светового излучения, фотокамеру и нейросетевой блок. Исследуемый материал поступает из технологического резервуара 1 в проточную измерительную камеру 3, куда вводится зондирующий коллимированный световой луч, при этом картина рассеянного средой излучения снимается цифровой фотокамерой 10. В модуле выборки признаков 11 производится отбор необходимых для нейросетевого преобразования данных в нейросетевом блоке 12. Обучающий вектор подается в блок 12 с блока объективного анализа 14, основанном на седиментометрическом или микроскопическом методе гранулометрического анализа. Обучение нейросетевого блока происходит при начальной градуировке, а также в случаях, когда картина рассеяния света сильно отличается от уже известных. Описанная система способна выполнять экспресс-анализ в поточных условиях и обладает повышенной метрологической надежностью за счет периодической калибровки и дообучения системы в процессе работы. Технический результат - повышение точности и метрологической надежности системы экспрессного определения гранулометрического состава за счет периодической автоматической калибровки и дообучения системы в процессе работы. 1 ил.

Использование относится к области измерений, связанной с анализом взвешенных частиц. Устройство анализа взвешенных частиц включает источник лазерного излучения, системы объективов и зеркал, где световой пучок разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц и регистрация изображений частицы происходит с трех углов светового потока. При этом в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру, а для повышения точности измерения устройство дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, зеркало, полупрозрачное эллиптическое зеркало, объектив с зеркалом, диафрагму, ловушку света, фотоэлектронный умножитель, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к компьютеру, два цифро-аналоговых преобразователя, подключенных к компьютеру, и два усилителя мощности соответственно для управления лазером и вентилятором, матрицу ПЗС (вместо видеокамеры), к которой подключен усилитель, аналого-цифровой преобразователь, DSP-процессор, при этом к компьютеру также подключены жидкокристаллический индикатор и интерфейс сопряжения с внешними устройствами. Технический результат - повышение точности определения размеров вне зависимости от комплексного показателя преломления в более широком размерном диапазоне. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов. Способ определения размеров наночастиц, добавленных в исходный коллоидный раствор, включает облучение раствора с добавленными наночастицами лазерным излучением. Измерение текущей интенсивности рассеянного излучения в течение заданного периода времени и расчет распределения по размерам наночастиц в указанном растворе Iобр(d) методом динамического рассеяния. При этом предварительно аналогичным образом получают распределение по размерам наночастиц в исходном растворе Iф(d), измеряют среднюю скорость счета фотонов в течение указанного периода времени для исходного раствора Рф и раствора с добавленными наночастицами Робр и измеряют коэффициенты пропускания на длине волны лазерного излучения для исходного раствора Тф и раствора с добавленными наночастицами Тобр. Распределение по размерам добавленных наночастиц рассчитывают как . Технический результат заключается в упрощении определения размеров наночастиц, добавленных в исходный коллоидный раствор. 3 ил.

Устройство для измерения размеров капель воды водовоздушных потоков содержит корпус, державку с кассетой со стеклами, блок управления, подвижной цилиндрический кожух, закрывающий кассету и приводимый в движение микроэлектродвигателем, установленным в корпусе. В кожухе выполнены два прямоугольных окна, положение которых относительно направления потока устанавливается за счет поворота кожуха микродвигателем на 90° с фиксацией времени экспозиции. Технический результат заключается в повышение точности измерения размеров капель и точности определения дисперсного состава. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам измерения параметров дисперсных сред. Заявленное устройство содержит лазерный источник зондирующего излучения, фотоэлектрический приемник излучения и оптический сканер в виде вращающегося уголкового отражателя и двухлинзовой оптической системы. Исследуемая форсунка, расположенная между линзами оптической системы, закреплена на подвижной каретке с возможностью ее перемещения вдоль оси симметрии факела распыла. Приемник излучения размещен в светонепроницаемом цилиндрическом корпусе с точечной диаграммой на его торце, расположенной на расстоянии от оси симметрии форсунки. В корпусе размещена дополнительная линза на расстоянии от диаграммы, а перед приемником излучения установлен матовый рассеиватель. Скорость перемещения каретки соответствует неравенству ,а расстояние между выходным сечением форсунки и осью оптической системы в процессе перемещения форсунки изменяется в пределахz=0÷h,где - фокусное расстояние линз оптической системы, мм;l - расстояние между линзами оптической системы, мм; - фокусное расстояние дополнительной линзы, мм;u - скорость перемещения каретки, мм/с;d - диаметр лазерного луча, мм;n - угловая скорость вращения отражателя, об/с;R - радиус поперечного сечения факела распыла, мм;z - расстояние между выходным сечением форсунки и осью оптической системы, мм;h - длина факела распыла форсунки, мм. Технический результат – повышение информативности и снижение погрешности измерений характеристик факела распыла форсунки. 6 ил.

Изобретение относится к физике коллоидов и может быть использовано для определения функции распределения коллоидных частиц по размерам. Заявлен способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающий помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку. Согласно изобретению измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой где E - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа. Технический результат - повышение точности и надежности определения распределения по размерам коллоидных частиц.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для определения диаметра ферромагнитных частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости. Способ определения диаметра частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости, включающий в себя этапы, на которых осуществляют измерения при различных значениях внешнего магнитного поля, при этом измеряют вязкое трение, а диаметр частиц и объемную долю твердой фазы магнитной жидкости рассчитывают путем нахождения минимума функционала где Нi– значения напряженности магнитного поля, – значения вязкого трения, определенные экспериментально, – зависимость вязкого трения от параметров магнитной жидкости и напряженности магнитного поля; d –диаметр частиц, φ – объемная доля твёрдой фазы; α и β – числовые коэффициенты. Технический результат – сокращение времени измерений. 2 ил.

Наверх