Способ оценки коллоидной устойчивости ферромагнитных жидкостей

 

Союз Советскик

Социапистическии

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 07.04.80 (21) 2905688/18-25 (51) М. Кл.

G 01 N 15/00

6 01 N 27/00 с присоединением заявки №вЂ” аввудвротвеииы11 комитет

СССР (28) Приоритет ав делам изобретений н открытий

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 15 . 12 . 8 1 (53) УДК539.215. . 4 (088. 8) (22) Авторы изобретения

С. Ю. Зубков, 10. А. Митькин и Д. В. Орл

Ивановский энергетический институт им.. И. Ленина,(7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ КОЛЛОИДНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

ФЕРРОИАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к области контроль-измерительной техники и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промьпиленности при оценке коллоидной устойчивости феррожидкостей и определении дисперсности магнитных частиц в феррожидкостях.

Существует способ определения дисперсности ферромагнитных частиц в су10 спензиях по изменению собственных частот колебательных контуров, в катушки индуктивности которых помещают исследуемую пробу. Вследствие оседания частиц частота верхнего колебательно15

ro контура увеличивается, а нижнего уменьшается и rio сумме эчых замеров судят о дисперсности частиц 11 ).

Однако при малых pasMepax частиц (порядка сотен ангстрем) такой анализ может длиться сотни и тысячи,часов.

Существует также способ определения дисперсности частиц в феррожидкостях, представляющих собой суспензию с размером частиц порядка сотен ангстрем, согласно которому, по отношению электрических емкостей измерительной ячейки на двух фиксированных частотах f и f g при наложении магнитного поля и по отношению этттх емкостей, найденному в виде с

К

У оценивают дисперсность частиц в феррожидкостях 32j.

Недостатком этого способа является то, что при изготовлении феррожидкости на полярной дисперсионной среде например, вода и полярном поверхностно-активном веществе, которое стабилизирует феррожидкость, значения коэффициента К явно завышены вследС ствие зависимости емкости от частоты электрического поля для полярных комттонентов. В этом Члучае влияние размера частиц дисперсной фазы на частотную зависимость, а следовательно, и на значения коэффициента К, проявляется в меньшей степени. Это в значительной мере может снизить точность замеров. Кроме того, этот способ не позволяет выявить, природу магнитных частиц в феррожидкостях, что затрудняет проведение сравнительной оценки различных по своей природе феррожидкостей.

Целью изобретения является повышение точности определения степени дисперсности частиц в ферромагнитных жидкостях и повышение информативности способа путем обеспечения возможности выявления природы дисперсной фазы.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу, оценки колло" идной устойчивос ги ферромагнитных жидкостей, заключающимся в воздействии на пробу жидкости электрического и магнитного полей, измеряют величину . тока, протекающего через пробу жидкости при воздействии электрического поля и при совместном воздействии электрического и магнитного полей. а по отношению полученных значений тока судят об устойчивости ферромагнитной жидкости (коэффициент К ) .

Физической основой предлагаемого способа является зависимость тока, протекающего через феррожидкость, от величины индукции магнитного поля.

Эту зависимость можно объяснить следующим образом. Примесные частицы в феррожидкости покрыты слоем поверхностно-активного вещества. В отсутствие магнитного поля поверхностно-активное вещество равномерно распределено по поверхности частицы, а сами частицы, представляющие собой магнитные домены, образуют некоторую пространственную структуру за счет собственного взаимодействия ° Наложение магнитного поля приводит к тому, что частицы образуют цепочные агрегаты (мостики) вдоль силовых линий поля, при этом расстояние между частицами сокращается, так как усиленное внешним магнит" ным полем -взаимодействие частиц деформирует оболочки поверхностно-активного вещества. Уменьшение расстояния между частицами приводит к снижению электрического сопротивления образца феррожидкости, причем, чем больше размер частиц, тем больше. сократится расстояние между ними и значение элек" трического сопротивления снизится

55 нительно тонким слоем ионной оболочрг, например, для феррожидкостей с дисперсной фазой из железа.

Для феррожидкостей, у которых частицы дисперсной фазы имеют достаточно толстые оболочки поверхностно-активного вещества, например у феррожидкостей с дисперсной фазой из магнетита, влияние внешнего магнитного поля на величину электрического сопротивления несколько иное. Это вызвано тем, что магнетит обладает химической активностью, превышающей химическую активность железа, и, вступая в химическую реакцию с поверхностно-активным веществом, адсорбирует больший слой его на поверхности частицы. В отсутствие магнитного поля ток по феррожидкости протекает анапогично протеканию тока для феррожидкости на основе железа. Наличие магнитного поля приводит к деформации оболочки поверхностно-активного вещества и сближает частицы между собой. При этом, вследствие большой толщины слоя поверхностно-активного вещества при деформации увеличивается горизонтальный размер частиц, а вследствие сближения частиц в цепочках происходит сокращение длины цепочек, но так как разрыва сплошности феррожидкости не происходит, то частицы, вытесняемые за счет горизонтальной деформации поверхностноактивного вещества, затягиваются в область максимальной неоднородности поля, т. е, достраивакт цепочки вдоль силовых линий магнитного поля вблизи электродов. Таким образом, структура феррожидкости перестраивается так, что число цепей на единицу площади электродов уменьшается, а число частиц в цепочке увеличивается. Уменьшение числа частиц на единицу площади электродов приводит к увеличению электрического сопротивления феррошдкостей, а увеличение числа частиц в цепочках сказывается в меньшей степени, так как их число в цепочке, 0154

4 на большую величину. Поэтому для, феррожидкостей, у которых размер частиц больше, значение тока при наложении внешнего магнитного поля возрастает в большей мере, чем для феррожидкос-.. тей с мелкими частицами, по сравнению с величиной тока, протекающего через феррожидкость в отсутствие магнитного поля. Такие особенности проТекания тока через феррожидкость характерны для феррожидкостей, обладающих rpaa390154

Тип феррожидкости, Параметр

По методиПо предложенной методике

Днсперсионная среда

Дисперсионная фаза ке 12j

1,67

Кремнийор гани- О, 23 ка

0,464

ФЖ 1 Магнетит.ФЖ 2

1,27

5 учитывая малые размеры частиц (сотни ангстрем), уже было достаточно велико.

В связи с этим значение тека, протекающего через феррожидкость на основе магнетита, при воздействии магнитного поля уменьшается, по сравнению с величиной тока при отсутствии магнитного поля. Влияние размера частиц для таких жидкостей выражается .16 следующим образом. Мелкие частицы в магнитном поле взаимодействуют слабее, чем крупные. Поэтому расстояние между мелкими частицами больше, чем между крупными при одном и том же значении индукции магнитного поля, а, следовательно. чем меньше изменится значение тока, протекающего через пробу феррожидкости при наложении магнитного поля, тем меньше размер щ магнитных частиц.

Пример.

Экспериментом установлена зависимость тока, протекающего через феррожидкость, от величины индукции магычт ного поля для нескольких феррожидкос.тей, отличайцихся не только размером частиц, но и по своей природе.

Исследуемая феррожидкость заливается в измерительную ячейку. На нее р подается электрическое поле, замеряется ток, затем накладывается на ячейку магнитное поле, и вновь производится замер тока, протекающего через феррожидкость. Измерение тока проводится с помощью усилителя ИМТ-05 и комбинированного прибора Щ-4310. Источником напряжения служит установка УПУ-1М.

В качестве измерительной ячейки используется плоский конденсатор с металлическими электродами, диаметр рабочей поверхности которых 5 ° 10 м, а расстояние между ними 2 ° 10 м.

Выбор значения напряжения, при котором производится замер тока, протекающего через феррожидкость, и значение индукции магнитного поля обусловлены следующими причинами.

Значения коэффициента Кудля ра б

На фиг. 1 представлены вольт-амперные характеристики для ФЖ 1, которые имеют характерный излом зависимости при напряжениях, близких к пробивным. В то же время при достаточно низких значениях напряжения (менее

0,3-0,4 от значения прооивного напряжения пробы) имеется практически линейная зависимость тока от напря" жения. Аналогичные результаты получены и для других исследованных жидкостей. В связи с этим, для получения наиболее- точных резупьтатов измерительное напряжение следует выбирать меньшим 0.3-0,4 от значения пробивного напряжения, так как при больших значениях напряжения в режиме, близком к электрическому пробою, на величину тока могут оказывать влияние вторичные факторы: разогрев феррожидкостн в месте контакта частиц, выгорание поверхностно-активного вещества и т. п.

На фиг. 2 приведены зависимости коэффициента К от индукции магнитного поля. Эти зависимости имеют возрастающий вид для ферро;!",идкостей на основе железа и спаданий вид на основе магнетита. Отмечается также, что при индукциях магнитного поля вплоть до 0,3 Т наблюдается фактически линейная зависимость коэффициента Ку от индукции магнитного поля. При больших значениях ннпукзп!и линейность нарушается. В связи с этим, для обеспечения большей точности измерения желательно проводить в линейной области, т. е. при значениях индукции порядка 0,1-0,3 Т.

При меньших индукциях измерения проводить нежелательно по той причине, что эффект воздействия магнитного поля слабо выражен и его труднее оценивать.

В таблице приведены значения коэффициента К> для различных феррожидкостей. полученных по единой технологии при индукции магнитного поля 0,2 Т. зличных феррожидкостей

890154

Продолжение таблицы

Параметр

Тип ферро жидкости

Днсперсионная фаза

Дисперсионная По предлосреда женной меПо методике 2 тодике

0,76

ФЖ 3

1,29

ФЖ 4

0,92

1,18

ФЖ 5

0,98

1,14

ФЖ 6 Железо

2,00

2,15

ФЖ 7

2,27

2,39

ФЖ 8

4,2

4,7

Из приведенной таблицы видно, что для феррожидкостей на железе коэффициент К 1 всегда больше 1, а для феррожицкостей на магнетите всегда мень- 25 ше 1, т. е. он однозначно определяет природу магнитных частиц цисперсной фазы. Отмечается также различие в значениях К для исследованных фер„М рожидкостей, хотя все жидкости изго- 50 товлены по единой технологии с одинаковой концентрацией дисперсной фазы (107 по объему). Следовательно, жйдкости, изготовленные на одной и той же цисперсной фазе и дисперсионной среде могут отличаться друг от друга в основном по размерам магнитных частиц. На это указывает и то что значения коэффициента К,, оценивающего степень дисперсности феррожидкостей, также различны . Из таблицы следует, что коэффициент К изменяется в определенном соответствии с коэффициентом К, причем различие феррожидкостей по размеру частиц точ45 нее можно установить по коэффициенту

К . Например, для ФЖ 2 и ФЖ 3, у которых исходные материалы одинаковые (кремнийорганика и магнетит) значения коэффициента К близки, тогда как К 1

50 для них различается существенно, так как на этот коэффициент не оказывает влияния дисперсионная среда феррожидкости. Поэтому с большей точностью можно говорить о том, что у ФЖ 3 час-. тицы дисперсной фазы обладают меньшими размерами, так как из эксперимента получено, что большему размеру частиц для феррожидкостей на железе соответствует большее значение коэффи— циента (Kt1 Ъ 1), а большему значению размера частиц для феррожидкостей на магнетите соответствует меньшее значение (К <1) .

Применение предлагаемого способа позволяет с большей точностью оценивать степень дисперности в феррожидкостях, а также определять природу дисперсной фазы, что особенно важно при контроле свойств внов ь получаемых жидкостей.

Формула изобретения

Способ оценки коллоидной устойчивости ферромагнитных жидкостей, заключающийся в воздействии на пробу жидкости электрического и магнитного полей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки и информативности способа, измеряют величину тока, протекающего через пробу жидкости при воздействии электрического поля и при совместном воздействии электрического и магнитного полей, а по отношению полученных значений тока судят об устойчивости ферромагнитной жидкости .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

У 371497, кл. G 01 N 27/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 693164, кл. G 01 N 15/00, 1978 (прототип) .

890!54 и,6

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ 10954/66

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

Составитель О. Алексеева

Редактор С. Запесочный Техред 3. Фанта Корректор О. Билак