УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ СРЕД В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Российский патент 1995 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к устройствам для определения анизотропии теплофизических и электрофизических свойств жидких сред, взаимодействующих с магнитным полем, таких как ферромагнитные жидкости и ферромагнитные суспензии, термотропные и лиотропные жидкие кристаллы.

Известно устройство [1] в котором в качестве линейного источника тепла и датчика температуры используют одну термопару. По мощности q линейного источника тепла и температуре образца τ₁ и τ₂ в какие-то моменты времени t₁ и t₂, по формуле
λ · (1) можно вычислить теплопроводность исследуемого материала.

Однако отсутствие магнитного поля не дает возможности выявить наличие анизотропии теплопроводности, а также определить анизотропию других физических свойств. Использование линейного источника тепла создает краевые эффекты, снижающие точность измерения.

Известно устройство [2] в котором камеру с исследуемым веществом и электродами-датчиками помещают в магнитное поле, созданное электромагнитом, и измеряют анизотропию электрических свойств вещества.

Однако данное устройство не дает возможности определить тепловые свойства и влияние температуры на электрические характеристики. Устройство не обеспечивает стабильности и однородности магнитного поля, что влияет на точность получаемых данных.

Известно устройство [3] для определения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности, совмещенные нагреватель и датчик температуры, выполненный плоским в виде диска.

Однако данное устройство не позволяет работать с жидкими материалами и определять электрические свойства и анизотропию свойств материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство [4] в котором камера, нагреватель, датчики помещаются в магнитное поле, созданное электромагнитом. Нагрев исследуемого вещества производится в импульсном режиме.

Однако использование электромагнита делает устройство громоздким и энергоемким. Оно имеет узкий диапазон измеряемых характеристик. Устройство не дает возможности определить кроме анизотропии теплопроводности другие физические характеристики жидкой среды, имеет лишний набор нагревателей и датчиков, которые своими габаритами влияют на точность получаемых данных.

Цель изобретения расширение диапазона измеряемых характеристик и повышение их точности.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство для определения анизотропии теплопроводности и электрофизических свойств жидких сред в магнитном поле содержит камеру, внутри которой смонтирован нагреватель-датчик и которая выполнена регулируемой по линейно-объемным параметрам, а датчик и нагреватель расположены на двух парах противоположных стенок. Кроме того, две противоположные стенки выполнены из постоянных магнитов, остальные из немагнитного материала. При этом нагреватель-датчик совмещены, выполнены в виде безындукционного многосекционного сопротивления, а камера, снабженная крышкой с двумя отверстиями, установлена с возможностью фиксации посредством винта, закрепленного на Г-образном элементе основания.

Существенное отличие заключается в том, что использование секций-стенок из постоянных магнитов и совмещенных нагревателей-датчиков позволили снизить расход электроэнергии при одновременном повышении точности получаемых данных.

Предложенная конструкция позволяет производить измерения и получать данные по нескольким параметрам с одной пробы материала.

На фиг.1 изображена предлагаемая конструкция, вид сбоку; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3-5 конструкция боковых стенок.

Устройство (фиг.1) состоит из основания 1 с установленным на нем Г-образным элементом 2 для крепления винта 3 и крышки 4 с отверстиями для залива исследуемой жидкости. Основание и крышка имеет теплоизолирующее покрытие 5.

На фиг.2 показано устройство, где 6а две стенки из постоянных магнитов, а 6б две стенки из немагнитного материала. Микровинты 8 закреплены в стойках 9, которые перемещаются в пазах 10. Стенки 6а, 6б, основание и крышка образуют камеру 7, в которую заливают исследуемую жидкость через отверстие в крышке.

На фиг.3 изображена конструкция совмещенного нагревателя-датчика, где 11 витки безындукционного многосекционного сопротивления, а 12 контакты для подключения источника тока и измерительных приборов. На фиг.4 показано крепление нагревателя-датчика на магнитной стенке, где 5 теплоизолирующий слой, 13 постоянный магнит, 14 диэлектрический слой, 12 нагреватель-датчик. На фиг.5 показано крепление нагревателя-датчика на немагнитной стенке, где 5 теплоизолирующий слой и диэлектрическое основание, 12 нагреватель-датчик.

Устройство собирается следующим образом. Боковые стенки 6а и 6б выставляются на основании и фиксируются с помощью микровинтов 3. Затем с помощью винта 8 устанавливается крышка 4, после чего микровинты 8 и винт 3 дожимают, обеспечивая герметичность ячейки.

Через отверстия 16а заливают исследуемую жидкость, а воздух выходит через отверстие 16б, при необходимости их можно закрыть пробкой. Подготовленную ячейку подключают через контакты 12 и нагревательным и измерительным приборам.

Устройство работает следующим образом.

Тепловой поток определяется по непосредственному измерению мощности, потребляемой в режиме нагрева.

П р и м е р 1. Определение анизотропии теплопроводности жидкости в магнитном поле. Создают поток тепла ячейки вдоль магнитного поля. Затем переключают контакты и в моменты времени t₁ и t₂ определяют температуры τ₁ и τ₂ после чего такие же измерения, по той же методике производят поперек магнитного поля.

На основании полученных данных производят расчет значений по формуле (1). Отношение значений теплопроводности поперек поля λ_⊥ к значению теплопроводности вдоль поля дает анизотропию теплопроводности.

Учитывая, что в зависимости от того, в каком объеме и при каких температурах находятся исследуемые вещества, оно может иметь различное агрегатное состояние и тепловые режимы, поэтому их определение имеет научное и практическое значение.

П р и м е р 2. Определение анизотропии электропроводности. Лиотропный раствор жидкого кристалла заливается в ячейку. Задается температурный режим и определяется температура внутри ячейки, после чего создается разность потенциалов на боковых стенках сначала вдоль поля, при этом определяется значение электротока в каждом случае. Отношение величины тока вдоль поля к значению величины тока поперек поля дает анизотропию электропроводности.

Сравнительные данные технических возможностей предлагаемого изобретения и прототипа приведены в таблице.

Из представленных данных видно, что применение предлагаемого изобретения позволит уменьшить относительную ошибку в 2,5 раза, коэффициент вариации в 2 раза, число определяемых параметров увеличить в 3 раза.

Использование постоянных магнитов уменьшит общий вес устройства и используемой аппаратуры в 15 и более раз и снизит расход электроэнергии в 10 раз.

Использование: устройства для определения анизотропии тепло-, электрофизических свойств жидких сред, взаимодействующих с магнитным полем, таких как ферромагнитные жидкости и суспензии, термотропные и лиотропные жидкие кристаллы, и может быть использовано в научно-исследовательской работе, а также на промышленных предприятиях для изучения физических свойств сред и их контроля. Сущность изобретения: устройство включает камеру с основанием, внутри нагреватель и датчики, камера выполнена регулируемой по линейно-объемным параметрам, у которой две противоположные стенки выполнены из постоянных магнитов, остальные из немагнитного материала. Нагреватель совмещен с датчиком и выполнен в виде безындукционного многосекционного сопротивления. 1 з. п. ф-лы, 5 ил. 1 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ СРЕД В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, содержащее камеру, нагреватель, датчик температуры и источник магнитного поля, отличающееся тем, что камера выполнена с изменяемым объемом, а датчик и нагреватель совмещенными в виде безындукционного многосекционного сопротивления, распределенного по боковым стенкам камеры. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник магнитного поля выполнен в виде постоянных магнитов, образующих две противоположные боковые стенки камеры, при этом остальные ее стенки выполнены из немагнитного материала.