Способ измерения магнитной восприимчивости жидких сред и его вариант Советский патент 1983 года по МПК G01R33/16 

2. Способ измерения магнитной вос приимчивости жидких средл заключающийся в том, что магниточувствительн преобразователь с немагнитной оболоч кой помещают в жидкую среду, на кото рую воздействуют магнитным полем, о личающийся тем, что,- с целью повышения стабильности нуля и снижения порога чувствительности, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси магнитной чувствительности, которую ориентируют вдоль вектора магнитной ин59дукции поля, действующего в жидкой , среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирующего давления, выделяют составляющую магнитного поля внутри оболочки с комбинационными частотами, образованными частотой магнитного поля и частотой изменения коэффициента формы при переменном магнитном поле, и по отношению указанной составляющей к амплитуде индукции переменного магнитного поля судят об измеряемом параметре.

1. Способ измерения магнитной в приимчивости жидких сред, заключающи ся в том, что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболоч кой помещают в жидкую среду, на кото рую воздействуют магнитным полем, о ичающийся тем, что, с целью овышения стабильности нуля и снижения орога чувствительности, модулируют оэффициент формы оболочки в направении оси магнитной чувствительности,. которую ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирукмцего давления, выделяют составляющую магниТИОй индукции внутри оболочки с мастОУой изменения коэффициента формы оболо чки при постоянном магнитном поле, t rнитную восприимчивость жидких сред определяют из выражения N - среднее значение коэффициента формы; m - глубина модуляции .коэффициента формы; В - амплитуда переменной составляющей магнитной индукции; Вр - постоянная составляющая магнитной индукции.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при измерениях магнитной восприимчивости жидких сред непосредственно в исследуемой среде. Известен способ измерения магнитной восприимчивости жидких сред, основанный на втягивании ампулы с жидкостью в зону максимальной магнит ной индукцией магнитной системы С 3Недостаток указанного способа узкие функциональные возможности. Известен также способ измерения магнитной восприимчивости, заключающийся в том, что магниточувствитель ный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду,на которую воздействуют магнитным полем 2. Недостатками известного способа являются низкая стабильность нуля и высокий порог чувствительности. Цель изобретения - повышение стабильности Нуля и снижение порога чувствительности. Поставленная цель достигается тем что согласно способу,заключающемуся JB том,что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду, на которую воздействуют магнит- ным полем, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси магнитной чувствительности которую ориентируют вдоль вектора ма нитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания вну ри оболочки пульсирующего давления, выделяют составляющую магнитной индукции внутри оболочки с частотой изменения коэффициента формы оболочки при постоянном магнитном поле,а магнитную восприимчивость жидких сред определяют из выражения I ВА где Np- среднее значение коэффициента формы; глубина модуляции коэффициента формы; амплитуда переменной составляющей магнитной индукции; постоянная составляющая магнитной индукции. Согласно способу, заключающемуся в том, что магниточувствительный преобразователь с немагнитной оболочкой помещают в жидкую среду, на которую воздействуют магнитным полем, модулируют коэффициент формы оболочки в направлении оси магнитной чувствительности, которую ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в жидкой среде, с помощью создания внутри оболочки пульсирующего давления,выделяют составляющую мйгнитного поля внутри оболочки с комбинационными частотами, образованными частотой магнитного поля И частотой изменения коэффициента фор.йы при переменном магнитном прле, и по отношению указанной составляющей к амплитуде переменного магнитного поля судят об измеряемом параметре. Модуляция коэффициента формы оболочки приводит к появлению в магниточувствительном преобразователе составляющей магнитной индукции, отличаю1цейся по частоте от действующеFO в среде первоначального магнитног поля, причем эта составляющая появля ется ТОЛЬКО) при не равной нулю магнитной восприимчивости среды. Поэтому компенсация начального магнитного поля в магниточувствительном преобра зователе (т.е. начальной установки нуля магнитной восприимчивости при данном способе измерений не требуется, благодаря чему достигается высок стабильность нуля и низкий порог чув ствительности. Периодическое изменение формы обо лочки осуществляется созданием внутри нее пульсирующего давления с помощью пневматических, гидравлических электромеханических и других аналогичных средств. Оболочку выполняют частично или полностью эластичнойj или с перемещающимися герметичными элементами. Воздействие на оболочку осуществляют TaKj чтобы получить модуляцию коэффициента формы оболочки в направлении оси максимальной чувствительности, которую при измерениях ориентируют вдоль вектора магнитной индукции поля, действующего в среде. Предпочтительная форма оболочкиэллипсоид вращения,модуляция коэффициента формы которого достигается периодическим растягиванием и сжатие эллипсоида вращения вдоль его оси либо периодическим изменением его диаметра. В качестве магниточувствительных преобразователей целесообразно использовать индукционные (катушки ), гальваномагнитные, ЯМР и другие магнитопрозрачные преобразователи, не нарушающие однородности магнитного поля внутри оболочки и дающие простую зависимость измеряемой преобразователем дополнительной составляющей магнитной индукцииJ обусловленной модуляцией, от магнитной воеприимчивости среды. Возможно примене ние преобразователей, не являющихся магнитопрозрачными,например феррозон дов , при условии малых размеров преобра зователя по сравнению с оболочкой. В случае модуляции коэффициента формы эллипсоидальной оболочки по гармоническому закону N N (-t mcosflt;, m«1. (1) где NO - среднее значение коэффициента формы; т - глубина модуляции коэффициента формы; S2 - частота модуляции, магнитная индукция внутри оболочки при постоянном внешнем магнитном поле определяется выражением NQ m ае 1(()Y tBgC095 t-B B2COS5 t (2) .. где зе магнитная восприимчивость жид-. кой среды. При переменном внешнем магнитном поле, действующем в среде с низкой электропроводностью, магнитная индукЦия вунтри модулируемой оболочки равна (-NO)«/ ®ем2 ° °2()Ф В cos w-t в j cos (со+5) t f + COS (u;-S2)t . (3) , Из ( 2 ) и (3 ) видно, что магнитная индукция внутри модулируемой оболочки содержит составлякнцую с частотой магнитного поля и составляющую с частотой изменения ко: ффициента формы при постоянном магнитном поле или с комбинационными частотами, образованными частотой магнитного поля и частотой изменения коэффициента формы, при переменном магнитном поле. Вторая составляющая появляется только при наличии модуляции коэффициента формы оболочки (т # 0) и при отличаю1чейсЯ от нуля магнитной восприимчивости средьГ -ае v( служит мерой этой магнитной восприимчивости. Для жидких сред с малой магниуной восприимчивостью (жл 1, представляющих собой область преимущественного использования предлагаемого способа, магнитная индукция внутри немагS1нитной модулируемой оболочки при по стояниом магнитном поле равна.из (2 6..,m eBpCos4 -fc, (4) 1 V и . С. а при переменном из (З) (tu + )-fcos(u)-5Z)tJ. (5) Таким образом, при первая составляющая магнитной индукции рав магнитной индукции, действующий в среде, а вторая - прямо пропорционал на магнитной восприимчивости среды. Согласно предлагаемому способу выделяют (преимущественно частотным методами ) и измеряют вторую составляющую магнитной индукции и по ней судят о магнитной восприимчивости ср ды. При этом индукция внешнего ма1- нитнрго поля, входящая в выражение для второй составляющей, учитывает ся градуировочной константой, если индукция при измерениях неизменна, либо измеряется и учитывается отдел но, если индукция изменяется от одно точки измерения к другой или во вре мени по известному закону. На чертеже представлено устройст ,во для измерения магнитной восприимчивости проточной жидкости. Устройство содержит немагнитную эластичную модулируемую оболочку 1, размещенную внутри трубопровода 2 с исследуемой жидкостью (поперечное сечение), Трубопровод находится в магнитном поле постоянного магнита 3. Внутри оболочки размещен йндукционный магниточувствительный преобразователь (катушка индуктивности . Ось катушки и ось оболочки , имеющей форму эллипсоида вращения, ориентированы вдоль вектора магнитной индукции магнита 3. Модуляция коэффициента формы оболочки обеспечивается гидравлической системой 5 преобразую14ей электрические колебания в колебания давления немагнитной жидкости, заполняющей изнутри оболоч ку. Гидравлическая система 5 управляется электрическим генератором 6 низкой частоты. Внутри оболочки 1 в результате модуляции возникает переменная составляющая магнитной индукции с частотой модуляции , амплитуда которой пропорциональна ае На выходе катушки образуется ЭДС, 9 . . пропорциональная производной этой составляющей. Эта ЭДС усиливается усилителем 7 частоты модуляции и детектируется фазочувстаительным детектором 8, к выходу которого подключен усилитель 9 постоянного тока и выходной показывающий прибор 10 с нулем посредине шкалы. Опорный сигнал фазочувствительного детектора 8 снимается с генератора 6 низкой частоты через фазосдвигакнцую цепь 11, необходимость которой вызвана сдвигом на , индуцируемой в катуиТке 4 индуктивности, по отношению к переменной составляющей магнитной индукЦии. Наличие фазочувствительного детектора 8позволяет измерить магнитную восприимчивость как парамагнитных, так и диамагнитных жидкостей. Магнитная восприимчивость слабомагнитных жидкостей определяется по формуле из (f / Nom 6g В ,; - амплитуда переменной составляющей магнитной индукции, измеряемой магниточувствительным преобразователем и последующими звеньями измерительной цепи; BQ- постоянная составляющая магнитной индукции, представляющая собой индукцию в зазоре постоянного магнита 3. По формуле (6 можно оценить порог чувствительности на уровне шумов ге порш описанного устройства. Для оболочки, имеющей отношение высоты вдоль оси к диаметру P/D 0,5,среднее значение коэффициента формы N,0,7. Приняв индукцию в зазоре магнита Bg 0,1 Тл, а порог чувствительности катушки с измерительной цепью к переменной составляющей магнитной индукции на уровне шумов B(f,Qp 0,1 нТл, получим следующее значение порога чувствительности к объемной магнитной восприимчивости жидкости: 1 ,-1П8ед.СИ при m Учитывая, что объемная магнитная восприимчивость воды составляет НаО -0,72-10-6ед.СГСМ - 0,.СИ, нетрудно видеть, что столь низкий порог чувствительности позволяет измерять магнитную восприимчивость воды с погрешностью не менее 1, что дает возможность

710276598

контролировать наличие в ней приме- измерения магнитной восприимчивости сей и растворенных веществ. Этот по- большинства слабомагнитных жидкостей рог чувствительности достаточен для с большой точностью.