Способ определения размера ферромагнитных частиц Советский патент 1987 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к измеритель нон технике и может быть использовано для определения размеров ферромагнитных частиц во всех отраслях народного хозяйства, где применяются порошковые и гранулированные ферромагнитные материалы.

Целью изобретения является повышение производительности способа определения размера ферромагнитных частиц за счет одновременного воз-, действия на контролируемый объем магнитным и электрическим полями.

На фиг.1 показана взаимная ориентация векторов напряженностей магнитного и электрического полей; на фиг„2 и 3 - варианты выполнения устройства для осуществления способа; на фиг,4- 7 - экспериментальные зависимости.

Ферромагнитные частицы помещают в объем 1. Устройство для осуществления способа (фиг.2) содержит постоянный магнит 2, кольцевой магнитопровод 3 с приводом вращения (фиг.2 не пока- зан) и пару электродов 4. Напряжение на электроды 4 подается от источни- ка 5 питания и определяется по прибору 6.

Устройство (фиг.З) состоит из индуктора 7 вращающегося магнитного поля, например статора трехфазного асинхронного двигателя, с полюсами 8, немагнитного трубопровода 9, отграничивающего объем 1 ферромагнитных частиц от поверхности полюсов 8 индуктора 7, круглых соосных электродов 10., расположенных симметрич- но и параллельно оси 0-0 объема 1 и образующих разр ядный промежуток длиной 3, а также диэлектрические стенки 11 для удержания электродов 10 и исключения потерь ферромагнитных частиц в отсутствие магнитного поля.

Способ осуществляют следующим образом.

На объем 1 ферромагнитных частиц (фиг.1) накладывают одинаковые по направлению электрическое Е и магнитное Н поля и создают между симметрично противолежащими относительно оси симметрии О-О объема 1 областями градиент напряженности магнитного поля Н, причем напряжение магнитного поля Н вращают вокруг оси симметрии О-О , а напряжение электрического поля Е увеличивают до напряжения пробоя, по величине которого определяют

размер ферромагнитных частиц по зависимости

I g f

u

и

г

.- г

Ч- Т

(1)

и пр

и

средний размер ферромагнитных частиц,размер контролируемого объема, на котором осуществляется воздействие электрическим и магнитным полями; напряжение пробоя в присутствии ферромагнитных частиц в объеме 1;

напряжение пробоя воздушного промежутка „ в отсутствие ферромагнитных частиц; а и b - коэффициенты, которые находят при тарировке посредством использования ферромагнитных частиц известных размеров. Вращение магнитного поля осуш;ествляют током промьш - ленной частоты при индукции, равной 0,08-9,2 Т,

Физической основой способа является зависимость сопротивления образованных вдоль силовых линий магнитного поля и вращающихся за ним цепочек из ферромагнитных частиц от силы сцепления ферромагнитных частиц в

в цепочках друг с другом, которая определяется выражением

F Х,

dH dF

(2)

где F - сила сцепления ферромагнит ных частиц друг с другом; -эе - магнитная восприимчивость

ферромагнитной частицы; V - объем ферромагнитной частицы,

dH Ни-- напряженность и градиент

напряженности магнитного поля.

Для перехода от магнитных характеристик ферромагнитной частицы к характеристикам ее материала воспользуемся выражениями

(,-1

ЭС I 2

(

(г n.N(|V -1)

(3)

(4)

где

- йагнитная проницаемость ферромагнитной частицы.

313m - магнитная проницаемость материала ферромагнитной частицьц

N - коэффициент размагничивания, определяемый как пос- тоянная величина для конкретной формы ферромагнитной частицы отношениек длины ферромагнитной частицы к ее диаметру d,

В связи с тем, что (Ч , Н и -j- в цеQX

почках из ферромагнитных частиц, образованных посредством вращающегося магнитного поля трехфазного индуктора 7 с числом пар полюсов 8, равным единице, изменяются незначительно, сила притяжения ферромагнитных частиц и, соответственно, величина контактных сопротивлений, из которых складывается сопротивление цепочки, замыкающей электроды 4 или 10 при своем вращении в магнитном поле, определяются только объемом ферромаг- нитной частицы, из величины которого находится длина или размер ферромагнитной частицы.

Возможность реализации способа для вращающегося магнитного поля, соз данного индуктором 7 на базе статора трехфазного асинхронного электродвигателя, .питаемого током промьштенной частоты, и с числом пар полюсов, равным единице, подтверждена экспериментально.

Измерения проводились при значени индукции в центре индуктора 70,13 Тл и частоте вращения магнитного поля 1 50 об/с для различных размеров ферромагнитных частиц.

При этом экспериментально установлена зависимость (1) длины ферромагнитных частиц от напряжения пробоя. На фиг.4 приведен график зависи

мости и от t для ,6 мм при диаметре электродов 10 4 мм.

При осуществлении способа ферромагнитные частицы в количестве, дос- таточном для образования цепочек, помещают в объем 1, на который накладывается перпендикулярно к электродам вращающееся магнитное поле нормального индуктора и подается напря- жение электрического поля от стороннего источника, по приборам которого фиксируется значение величины напряжения пробоя. Коэффициенты а и

b в зависимости (1) определяются при тарировке шкалы источника напряжения электрического поля посредством помещения ферромагнитных частиц известных размеров в фиксированный объем рабочей зоны.

На фиг.5 прийедена экспериментальная зависимость напряжения пробоя от коэффициента заполнения рабочей зоны (объема 1)

V

IV,

(5)

РЭ

где К - коэффициент заполнения рабочей зоны,

IV - суммарный объем ферромагнитных частиц в рабочей зо

Vpg- объем рабочей зоны. Минимальное значение коэффициента заполнения рабочей зоны определяется из отношения минимального объема ц.епочки V к объему тела Vj, образуемого при вращении этой цепочки

глин V, Ь (6)

.

5

0

д

где п - коэффициент перекрытия ферромагнитными частицами друг друга по длине цепочки, равный двум при устойчивом образовании цепочек,

Линии а и б характеризуют напряжение пробоя в зависимости от К для ферромагнитных частиц с 0,655 мм и с 7 мм и ,5 мм соответственно, а линия в - зависимость величины минимального напряжения, при котором начинает течь ток по цепочке из ферромагнитных частиц с мм и ,5 мм, К3 принимает значения в диапазоне 0,016 - 0,2.

На выбранном участке прямолиней- Iw

ной зависимости минимальная величина напряжения электрического поля, при котором начинает течь ток по цепочке, равна 9 В.

Необходимость вращения магнитного поля обусловлена тем, что при наложении магнитного поля на ферромагнитные частицы они выстраиваются в цепочки по направлению между магнитными полюсами и могут идти от одного полюса в направлении силовых линий к другому полюсу, но не достигать его. Вращение полюсов магнитного поля приводит к тому, что возмущения за счет сил инерции, действующие на

513021

ферромагнитные частицы при их движении, приводят к утоньшению цепочки и ее удлинению так, что цепочка замыкает полюса источника магнитного поля и электроды 4 и 10. Таким обра- 5 эом, вращение магнитного поля приво ) дит к образованию цепочек одинаковой толщины, замыкающих промежуток Е между электродами 4 и 10,

Зависимость (фиг,6) напряжения О пробоя от изменения величины разрядного промежутка Д, между электродами электрического поля показывает, что есть необходимое для пробоя зоны контакта ферромагнитных частиц t5 напряжение пробоя контактного сопротивления, которое описывается выражением

и„„ U,+ct

ПР

(7)

С учетом выражения (7) зависимость (1) запишется

а - b

г; g (

(8) 25

Наибольший размер ферромагнитных частиц, определяемый предлагаемым способом, определяется размером расстояния д между электродами, т,е, не может быть более П - 1. Иаименьший размер составляет

10

г 9

На фиг.7 приведен график зависимости минимально определяемого значения размера ферромагнитной частицы от величины разрядного промежутка EJ, . Определение размера ферромагнитных частиц менее 35 А настоящим способом невозможно, .вследствие разрядного промежутка Р вне зависимости от того, есть или не.т в зазоре цепочки из ферромагнитных частиц.

Испытания показали, что время определения размера ферромагнитных частиц при изменении напряжения пробоя вручную порядка 0,1-0,2 мин. При автоматизации процесса возможны следующие затраты времени: на образование цепочек 0,02 с, на изменение напряжения до пробоя 0,1-0,01 с, на определение величины пробоя 0,3-0,5 с, на подачу ферромагнитных частиц в рабочую зону 0,1 с, т.е. всего 0,52- 0,63 с, что по сравнению с известными способами меньше в 10-20 раз, К

тому же диапазон измеряемых размеров ферромагнитных частиц по предлагаемому способу составляет , т.е. 7 порядков, а по известным способам 10 -10 м, т.е. 2 порядка. ,

Способ может найти применение в автоматизированных технологических процессах, где получают или используют ферромагнитные частицы, для определения, контроля или регулирования размера ферромагнитных частиц.

Формула изобретения

Способ определения размера ферромагнитных частиц, включающий воздействие на контролируемый объем с ферромагнитными частицами магнитным и электрическим полями, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности способа, одновременно с воздействием электрического поля на контролируемый объем воздействуют неоднородным магнитным полем, вектор напряженности которого вращают в плоскости расположения вектора напряженности электрического поля, при этом напряжение электрического поля монотонно увеличивают до напряжения пробоя, которое фиксируют, а средний размер ферромагнитных частиц определяют из соотношения

35

fg и а - b Eg

г

где

и

Unp

и.

:

г 5

0

5

средний размер ферромагнитных частиц; размер контролируемого объема, на котором осуществляется воздействие электрическим и магнитньм

ПОЛЯМИj

напряжение пробоя в присутствии ферромагнитных частиц;

и - напряжение пробоя в отсутствие ферромагнитных частиц;

а и b - постоянные коэффициенты.

и„„ OiO E

(ly-Y H

0

0 H

0

9uz.i

Iff.

10

Фиг.д

Изобретение может быть использовано для определения размеров ферро магнитных частиц. Цель изобретения - повышение производительности способа. В способе для достижения указанной цели одновременно с воздействием электрического поля на контролируемый объем воздействуют неоднородным магнитным полем, вектор напряженности которого вращают в плоскости расположения вектора напряженности электрического поля. При этом напряжение электрического поля монотонно увеличивают до напряжения пробоя, которое фиксирует, а средний размер частиц определяют из математического соотношения, приведенного в описании к изобретению. Устройство для осуществления способа содержит постоянный магнит 2, кольцевой магнитопровод 3, пару электродов 4, источник питания 5, измерительный прибор 6. Контролируем й объем - 1. 7 ил. (О сл эо

tgU

X

-5-3-2

Фиг.Ч

Unp.B

Фиг. 5

-/

oiy /г

и пр. В

ffO

to-fff M

w 20 30 0 tf -m fn

Фиг. 7

Редактор О.Юрковецкая

Составитель С.Шумилишская Техред М.Ходанич

Заказ 1211/43Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор С.Щекмар