Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к способам определения концентрации дисперсных систем и может быть использовано для контроля и регулирования концентрации ферромагнитных частиц (ФМЧ) в жидкости в химической и других отраслях промышленности, в частности, при контроле горюче-смазочных материалов на содержание металлических феррочастиц. Технический результат - повышение точности и чувствительности измерения концентрации ФМЧ в жидкости в области малых концентраций. Сущность изобретения: фиксированный объем с жидкостью помещают в линейно-поляризованное электромагнитное и постоянное магнитные поля, объем жидкости с ферромагнитными частицами располагают аксиально в цилиндрическом резонаторе в виде замкнутого проводящего полого цилиндра. Направление постоянного магнитного поля совмещают с осью цилиндрического резонатора, определяют резонанс колебания Н111 без поля подмагничивания и измеряют нагруженную добротность резонатора. Создают постоянное магнитное поле, соответствующее продольному феррорезонансу, с последующим измерением нагруженной добротности объемого резонатора. Концентрацию определяют как разность обратных величин нагруженных добротностей без и с полем подмагничивания соответственно. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2164019
Класс(ы) патента: G01N15/06, G01N27/72, G01N22/00
Номер заявки: 98103430/28
Дата подачи заявки: 12.02.1998
Дата публикации: 10.03.2001
Заявитель(и): Суслин Михаил Алексеевич; Дмитриев Дмитрий Александрович
Автор(ы): Суслин М.А.; Дмитриев Д.А.
Патентообладатель(и): Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище
Описание изобретения: Предлагаемое изобретение относится к способам определения концентрации дисперсных систем и может быть использовано для контроля и регулирования концентрации ферромагнитных частиц (ФМЧ) в жидкости в химической и других отраслях промышленности, в частности, при контроле горюче-смазочных материалов на содержание металлических феррочастиц.
Известен способ определения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости (см. Наумов А.А., Черняк В.В. Портативный измеритель концентрации магнитной суспензии. Дефектоскопия 1971, N 2, с. 124), заключающийся в пропускании жидкости с феррочастицами через диэлектрический отрезок трубопровода, осуществлении взаимодействия переменного магнитного поля катушки индуктивности, намотанной на диэлектрический отрезок трубопровода, с частицами ферромагнетика и измерений концентрации с помощью электрической измерительной схемы по изменению параметров катушки индуктивности.
Недостатками способа являются значительная погрешность измерения, обусловленная нелинейной зависимостью индуктивности катушки от концентрации ФМЧ и за счет изменения индуктивности от вариации электропроводности данной жидкости, и низкая чувствительность к концентрации ферромагнитных частиц.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости (см. авт.св. СССР N 924557, кл. G 01 N 15/00, 1982 г., Б.И. N 16), который заключается в том, что помещают объем с жидкостью в линейно-поляризованное высокочастотное электромагнитное (ЭМ) поле и постоянное магнитное поле, при этом направление вектора напряженности постоянного магнитного поля совмещают с направлением распространения излучения в жидкости, измеряют длину пути и угол поворота плоскости поляризации прошедшего излучения в жидкости, и по результатам измерений судят о концентрации ферромагнитных частиц.
Недостатком способа является недостаточная точность из-за сложности измерения двух геометрических параметров, а также из-за наличия в объеме жидкости наряду с падающей линейно-поляризованной ЭМ волной еще и отраженной волны, так как трудно обеспечить режим согласования (коэффициент бегущей волны не равен единице).
За прототип принят способ (см. патент N 2084887 от 20.07.97 /Д.А. Дмитриев, М.А. Суслин, И.В. Кораблев, Б.И. Герасимов/ Способ измерения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости), который заключается в том, что фиксированный объем с жидкостью помещают в линейно-поляризованное электромагнитное и постоянное магнитные поля, объем жидкости с ферромагнитными частицами располагают аксиально в цилиндрическом резонаторе в виде замкнутого проводящего полого цилиндра, в резонаторе возбуждают колебания H11p, где p - число полуволн, укладывающихся по длине резонатора, направление постоянного магнитного поля совмещают с осью цилиндрического резонатора, определяют два значения расщепленной собственной резонансной частоты и по их разности судят о концентрации ферромагнитных частиц в жидкости.
Недостатком способа являются то, что в области малых концентраций измеряемое ее значение становится соизмеримым с порогом чувствительности, равному такому изменению концентрации, при котором происходит расстройка, равная удвоенной полосе пропускания нагруженной резонансной системы.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности и чувствительности измерения концентрации ФМЧ в жидкости в области малых концентраций.
Это достигается тем, что в способе определения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости, заключающемся в том, что фиксированный объем с жидкостью помещают в линейно-поляризованное электромагнитное и постоянное магнитное поля, объем жидкости с ферромагнитными частицами располагают аксиально в цилиндрическом резонаторе в виде замкнутого проводящего полого цилиндра, направление постоянного магнитного поля совмещают с осью цилиндрического резонатора, дополнительно определяют резонанс колебания H111 без поля подмагничивания и измеряют нагруженную добротность резонатора, создают постоянное магнитное поле, соответствующее продольному феррорезонансу, с последующим измерением нагруженной добротности объемного резонатора, концентрацию определяют как разность обратных величин нагруженных добротностей без и с полем подмагничивания соответственно.
На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.
Если в цилиндрическом объемном резонаторе (ОР) 1 с аксиальным расположением исследуемой жидкости с ФМ частицами 2 возбудить колебание H111, а величину постоянного поля подмагничивания H0, создаваемого током соленоида 3, выбрать равной продольному феррорезонансу
(1)
где ωp- резонансная циклическая частота настройки колебания H111 OP; γ0=2.25·105 м/А·с - гиромагнитное отношение, то резонансная частота колебания H111 не расщепляется на две частоты f- и f+ (см. Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на СВЧ, ГЭИ, 1963, с.137), а определяется геометрическими размерами OP, диэлектрическими свойствами и размерами объема жидкости с ФМЧ. Это объясняется ходом кривых компонентов тензора магнитной проницаемости феррита при Hрез = H0, а именно равенство действительных эффективных магнитных проницаемостей для право- и левополяризованных по кругу волн μ+и μ- магнитной проницаемости вакуума μ0:
μ+=μʹ+kʹ=μ-=μʹ-kʹ=μ0, (2)
при этом мнимые части, характеризующие резонансные потери, определяются выражениями:
(3)
(см. Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на СВЧ, ГЭИ, 1963, с.). Следствием (2) является равенство возмущенных резонансных частот колебания H111 цилиндрического OP без и с полем (1) подмагничивания.
Парциальная добротность Qп, вызванная потерями на феррорезонанс (поддержание прецессионного движения электронов), равна:
(4)
где ΔH- ширина полосы феррорезонанса в А/М; А - намагниченность насыщения феррита в Тл; C - объемная концентрация, %; ω- резонансная частота колебания H111; Wзап - запасенная энергия электрического поля пустого OP; Pрез - мощность потерь на феррорезонанс в ФМ частицах.
Общая нагруженная добротность резонатора Q:
Q = (Qп · Qо)/ (Qп + Qo), (5)
где Qо - добротность, обусловленная потерями энергии на ее ввод-вывод, в стенках OP и омическими потерями в жидкости с феррочастицами.
Основным фактором погрешности определения концентрации является случайное варьирование электропроводности магнитной суспензии и потерь в резонаторе. Он устраняется следующим образом. Определяются коэффициенты затухания колебания H111 при H0=0 и H0 = Hрез:


тогда их разность
не зависит от потерь на ввод-вывод ЭМ энергии (Pвв, выв), в стенках резонатора (Pст) и омических потерь магнитной суспензии Pγ, а определяется только потерями на феррорезонанс Pрез. В этом случае статическая характеристика - это выражение (4).
Способ определения концентрации ФМ частиц заключается в следующем: в цилиндрическом OP аксиально помещают исследуемую жидкость с феррочастицами, определяют резонанс колебания H111 без поля подмагничивания и измеряют нагруженную добротность резонатора, по оси резонатора создают постоянное магнитное поле, соответствующее продольному феррорезонансу, с последующим измерением нагруженной добротности OP, концентрацию определяют как разность обратных величин нагруженных добротностей без и с полем подмагничивания соответственно.
Сравним метрологические характеристики предлагаемого способа и прототипа.
Если в качестве примера в прототипе выбрать r1 = 0,2 · r0,

то изменение концентрации на 0,8% вызывает изменение разности расщепленных частот f+ - f- на величину, равную удвоенной полосе пропускания нагруженной колебательной системы.
Определим методическую погрешность предлагаемого способа, обусловленную измерением резонансной частоты колебания H111 за счет варьирования концентрации, по следующей формуле:
(6)
где Q(ω) и Q(ω0)- нагруженные добротности для частот ω возмущенного и ω0 пустого резонаторов. В диапазоне C = 1-10% для после подстановки (5) в (6) относительная методическая погрешность не превышает 3%. В погрешность определения концентрации следует добавить погрешность определения нагруженной добротности ≈ 2-5%. Тогда как в прототипе только относительно методическая погрешность при концентрации C=1% - не менее 80% и уменьшается до 8% для C=10%.
Формула изобретения: Способ определения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости, заключающийся в том, что фиксированный объем с жидкостью помещают в линейно-поляризованное электромагнитное и постоянное магнитное поля, объем жидкости с ферромагнитными частицами располагают аксиально в цилиндрическом резонаторе в виде замкнутого проводящего полого цилиндра, направление постоянного магнитного поля совмещают с осью цилиндрического резонатора, отличающийся тем, что определяют резонанс колебания Н111 без поля подмагничивания и измеряют нагруженную добротность резонатора, создают постоянное магнитное поле, соответствующее продольному феррорезонансу, с последующим измерением нагруженной добротности объемного резонатора, концентрацию определяют как разность обратных величин нагруженных добротностей без и с полем подмагничивания соответственно.