Способ формирования выпуклого мениска жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N27/24 

(5) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫПУКЛОГО МЕНИСКА ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относится к техничес кой физике и приборостроению, в час нести к технике создания управляемого мениска жидкости над поверхностью несущего его тела, и может быть использовано в устройствах для измерения параметров магниточувствительной жидкости, в модуляторах яркости света, в органах записи устройств регистрации информации и т.д.

Известны способы формирования выпуклого мениска, в которых используют жидкость, не смачивающую поверхность несущего жидкость тела. При подаче такой жидкости под гидростатическим давлением по цилиндририческому капиллярному каналу над поверхностью тела с каналом образуется выпуклый мениск в Аорме, близкой к полусфере Cl Ъ

Недостатком такого способа является отсутствие явно выраженной вершины мениска. Кроме того, высота полученного таким способом мениска

не превосходит нескольких десятых долей миллиметра.

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования выпуклого мениска, заключающийся в подаче магниточувствительнрй жидкости на поверхность твердого тела и воздействии на нее магнитным полем С21.

Недостатком этого способа являет10ся отсутствие у мениска явно выражен1ной вершины заостренной формы. Из-за этого практически невозможно томно определить положение вершины мениска и дозированно воздействовать ею

15 на какой-либо физический объект, на-, пример луч света, носитель записи и т.п.

Кроме того, этот способ не позволяет изменять в пространстве положе20ние осевой линии мениска и его вершины , перемещая последнюю в плоскости, ортогональной к оси капилляра.

мениска с малым.радиусом кривизны в его вершине.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу формирования выпуклого мениска жидкости, заключающемуся в подаче магниточувствительной жидкости на поверхность твердого тела ивоздействии на нее магнитным полем, каплю жидкости размещают на поверхности твердого тела и действуют на каплю магнитным полем направленным по оси симметрии мениска .

Магнитное поле можно создавать распределенным симметрично относительно оси симметрии мениска.

С целью привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела каплю жидкости подают в углубление на поверхности тела, размещенное на требуемой координате, например через канал в теле.

На фиг. 1 и 2 показаны условия образования мениска с явно выраженной вершиной заостренной формы (на фиг. 1 - распределение пондеромоторных сил магнитного поля в первый момент воздействия этого поля на жидкость; на фиг. 2 - установившаяся форма мениска); на фиг. 3 и 4 способы привязки основания мениска к определенной координ ате несущего жидкость тела; на фиг. 5 - возможный способ подачи магниточувствительной жидкости к мениску; на фиг. 6 и 7 - влияние на форму мениска величины действующего на него магнитного поля; на фиг.8 и 9 способ отклонения от исходного состояния осевой линии и вершины мениска путем использования источника отклоняющего магнитного поля; на фиг. 1012 - способ отклонения вершины мениска путем перемещения источника фокусирующего магнитного поля; на фиг. 13 - возможный вариант предлагаемого способа в устройстве для определения параметров магниточувствительной жидкости; на фиг. 1А - то же, в регистрирующем устройстве.

Способ осуществляется следующим образом.

Каплю магниточувствительной жидкости 1 (фиг. 1) подают на поверхность 2 несущего жидкость тела 3 и действуют на нее таким магнитным полем Н, чтобы одна из силовых линий k этого поля исходила из вершины 5

нитного ПОЛЯ на магниточувствительную жидкость и в первый момент действия поля магниточувствительная

жидкость 1 свободно растекается по поверхности 2 несущего ее тела 3 и удерживается в виде капли силами поверхностного натяжения, как показано на фиг. 1. При действии на нее

магнитного поля Н на каждый элемент объема и поверхности магнитной жидкости действуют пондеромоторные силы

(ffl, f, 2 3 4 т.д.), которые стягивают жидкость к силовой линии 4 магнитного поля, и магнитная жидкость выдавливается с поверхности 2, принимая форму выпуклого мениска 6 с заостренной вершиной 5 (фиг. 2), Такой процесс роста мениска 6 происходит до тех пор, пока пондеромоторные силы не будут уравновешены силами поверхностного натяжения жидкости. При достижении такого равновесия мениск принимает устойчивое состояние.

Для получения осесимметричного мениска с круговыми поперечными сечениями предлагается использовать осесимметричное магнитное поле. В этом случае оси симметрии поля и мениска Ц (фиг. 2) совпадают.

При малых градиентах магнитного поля вдоль поверхности 2 положение мениска и его вершины может быть различным, что определяется чистотой поверхности 2, ее ориентацией в пространстве и т.п. причинами. Для точной привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела магниточувствительную подают в углубление (фиг, 3 и 4), выполненное на требуемой координате тела. При этом форма углубления может быть произвольной формы, на- пример конусообразной 7 (фиг. 3) или полусферической 8 (фиг. 4).

Магниточувствительную жидкость можно подавать в углубление как с внешней стороны поверхности тела, например пипеткой, так и по каналу 9, выполненному в теле 3 (фиг. 5). При постоянном гидростатическом давлении жидкости в канале 3 высота мениска не изменяется даже при расходовании жидкости из самого мениска.

В соответствии с предлагаемым способом возможно отклонять вершину мениска от исходного состояния путем

изменения магнитного поля. Для этого возможны различные приемы.

Можно изменять величину действующего на мениск магнитного поля (фиг. 6 и 7). Увеличение магнитного поля увеличивает высоту мениска и заостряет его вершину при том же объеме магниточувствительной жидкости в мениске. Так, при поле Н(фиг. 6) меньшем Н2(фиг. 7) мениск имеет высоту h (фиг. 6) меньше hn (фиг. 7).

Для отклонения мениска от исходного состояния можно изменять топографию пространственное распределение магнитного поля, например, путем действия на мениск полем, создаваемым дополнительной катушкой индуктивности (фиг. 8 и 9. в случае, когда мениск образован источником 10 магнитного поля (постоянным или электромагнитом ), его вершина 5 занимает строго определенное положение, показанное на фиг. 8 Наличие по соседству обесточенной катушки 11 индуктивности не изменяет формы мениска и положения его вершины. Если же через катушку 11 пропустить электрический ток, то топография результирующего поля, действующего на м ;;-ниточувствительную I

жидкость, изменяется и в зависимости от направления тока в катушке 11 мениск изменяет форму и его вершина отклоняется в пространстве, принимая различные положения в зависимости от полярности включения катушки (фиг. 9). Положение отклоняющей катушки в пространстве определяется конкретными требованиями к устройству, в котором используется предлагаемый способ.

Вершина мениска от исходного состояния может быть отклонена и путем перемещения источника магнитного поля. Если, например, в исходном положении вершина мениска занимает положение, показанное на фиг. 10, то приближение источника 10 магнитного поля к магниточувствительной жидкости увеличивает высоту мениска

(фиг. Ч), т.е. при г, смещение источника магнитного поля в поперечном направлении отклоняет вершину мениска в сторону от исходного положения (фиг. 12), т.е. при имеем .

Во всех рассмотренных случаях может использоваться один или несколько источников магнитного поля, расположенных как с тыльной, так и с лицевой стороны поверхности тела, несущего магниточувствительную жидкость.

Предлагаемый способ формирования устойчивого, одиночного, выпуклого мениска с явно выраженной вершиной заостренной формы на предприятии проверен экспериментально с различными маг-ниточувствительными жидкостями и с источниками магнитного поля, Получены мениски высотой до 5 мм при диаметре основания 1 мм, причем радиус кривизны мениска не превышал

нескольких сотых долей миллиметра. Диапазон отклонения вершины мениска в любом направлении составляет несколько миллиметров.

Предлагаемый способ может быть ис

пользован при создании устройств для измерения магнитных характеристик магниточувствительной жидкости. Например, на фиг. 13 показан один из возможных вариантов такого устройства. Оно состоит из тела 3, несущего магниточувствительную жидкость, углубления 7 над его поверхностью, источника 10 магнитного поля и вертикальной пластины 12 со шкалой 13.

Магниточувствительная жидкость, помещенная в углубление 7i при включении источника 10 магнитного поля при-, нимает Сорму заостренного мениска 6.

По высоте вершины 5 мениска с помощью шкалы 13, отградуированной определенным образом, определяется ее магнитная чувствительность.

Другой возможный пример применения предлагаемого способа показан на фиг. 1. Здесь предлагаемый способ реализуется в органе записи регистрирующего устройства, который состоит из тела 3 с каналом 9 и углубле.нием 7 источника 10 постоянного магнитного поля, выполненного в виде фокусирующей катушки 10 и четырех отклоняющих катушек, две из которых 1 4 и 15 показаны. Под действием магнитного поля, создаваемого фокусирующей катушкой 10, формируется мениск, который своей вершиной может касаться бумажного носителя 1б, оставляя на нем след. Величина следа зависит от силы тока в фокусирующей катушке. Положение следа на бумажном носителе определяется током, подаваемым в отклоняющие катушки. Сочетая работу фокусирующей

и отклоняющих катушек, возможно записывать на буМйгу любые изображения без взаимного перемещения органа записи и бумажного носителя. Для уменьшения токов фокусирования и отклонения мениска с тыльной стороны бумаги может бьёть размещен магнитопровод или дополнительный источник магнитного поля.

Предлагаемый способ позволит определять эксплуатационные характеристики магниточувствительной жидкости, создать достаточно простые регистрирующие устройства неподвижных изображений без взаимного перемещений органа записи бумажного носителя, причем разрешающая способность изображения, получаемого с помощью сформулированного предлагаемым способом мениска, намного превосходит разрешающую способность изображений, получаемых менисками, сформулированными известными способами. Формула изобретения 1. Способ формирования выпуклого мениска жидкости, заключающийся в подаче магниточувствительной жидкое- зо ти на поверхность твердого тела и воздействии на нее магнитным полем.

«отличающийся тем, что, с целью формирования мениска с малым радиусом кривизны в его вершине, каплю жидкости размещают на поверхности твердого тела и действуют на нее магнитным полем, направленным по оси симметрии мениска.

2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что coздaюt магнитное поле, распределенное симметрично относительно оси симметрии мениска.

k. Способ по пп. 1 и 3, о т л ичающийся тем, что магниточувствительную жидкость подают в углубление через канал в теле. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Фриш С.Э., Тиморова А,В. Курс общей физики. Т. 1, М., Фиэматгиз, 1962, с. 291. 2.Авторское свидетельство СССР jM , кл. Н 0 N 1/28, 19б2 (прототип).

(.l

Л,

fi

.10 (usIO

ue.f3

16

/