Измерительный узел ротационного магнитовискозиметра колокольного типа Советский патент 1988 года по МПК G01N11/14 

4

СО О5

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ротационным приборам для измерения вязкости намагничивающихся жидкостей в магнитном поле. Цель изобретения - расширение диапазона исследования физико-механических характеристик магнитной жидкости и повышение точности измерений за счет приближения условий эксперимента к натурным. Измерительный узел обеспечивает исследование процессов структурообразования и вязкостных свойств в неоднородном магнитном поле и вклада в изменение вязкостных характеристик и структурообразование не только ди- поль-дипольного взаимодействия, но и процессов магнитодиффузии и миграции частиц дисперсной фазы и структорообразования под действием неоднородного магнитного поля. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

СЛ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ротационным приборам для измерения вязкости намаг-ничивающихся жидкостей в магнитном ноле.

Цель изобретения - расширение диана- зона исследования физико-механических характеристик магнитной жидкости, повы- иение точности измерений за счет приближения условий эксперимента к натурным.

На фиг. 1 схематически изображен из- мерительный узел ротационного магнитовис козиметра; на фиг. 2 -- 5 варианты ис- но. ; нения полюсных наконечников; на фи1 6 и 7 -- измерите;1ьный узел с нокры- тием.

Измерительный узел ротационного маг- нитовискозиметра состоит из внеьанего 1 и внутреннего 2 нолюсных наконечников, вы- нолненных из магнитомягкого материала. В зазоре между полюсными наконечниками установлен пустотелый цилиндрический блок 3, в котором на торце, обращенном в сторону ротора 4, выполнена кольцевая выточка 5, в которой с зазором установлен ротор 4, нри- чем он центрируется с помощью унорного иодшинника 6. Пустотелый цилиндрический блок 3 и ротор 4 вьнюлнены из немагнитного материала. Пустотелый цилиндрический блок 3 образует с полюсными наконечниками 1 и 2 термостатирующую камеру 7, в основании которой установлена теплоизолирующая кольцевая прокладка 8, внутри которой выполнены подводящий 9 и 10 каналы. Про1 ладка 8 вынолнсг.а из немагнитного материала и служит для отделения источника магнитного ноля (соленоида или постоянного магнита) от измерительного узла 1 (магнитоировода). На корпусе 12 в виде магнитонровода может быть установлен индукционный полюс 13 на опоре 14.

Измерительный узел работает следую- Н1ИМ образом.

Исследуемая магнитная пли магниторео- , 1О1-ическая жидкость помещается в зазор кольцевой выточки 5. Магнитное ноле создается нолюсными наконечниками 1 и 2 нер- пендикулярно сдвиговому потоку с помощью системы магпитопроводов 11 и 12.

В камеру 7 подается термостатирующая жидкость из термостата и устанавливается необходимый тепловой режим. Устанавливается необходимая величина магнитного ноля в рабочем зазоре и скорость вращения от привода электродвигателя. Нуль измерительного прибора (учитывающий трение в опорах ротора и т.н.) устанавливают при от- сутС|Вии вязкого трения, когда жидкости в зазорах нет. Затем производят измерение моментов в поперечном магнитном поле при различных скоростях вращения.

Внещний 1 и внутренний 2 полюсные наконечники выполнены сменными. Воз

5

0 5 0

0

Q 5

5

5

можнь варианты выполнения ;,,;юсных наконечников с клиновидным сужающимся профилем в вертикальной секуц.1.ей плоскости, с зубовидным профилем, с гиперболически сужающимся профилем и возможностью установки дополнительного индукционного полюса 13 на опоре 14, с зубцевидным внутренним и цилиндрическим наружным полюсами, с параболическим или сферическим профилем полюсов (фиг. 2-5). Сменные полюсные наконечники с гиперболическим профилем могут устанавливаться совместно с индукционным полюсом 13, выпо;1ненным в ви; де кольцевой ферромагнитной пластины, установленной на опоре 14 на корпусе 12 измерительного узла, причем индукционный полюс 13 фиксируется на месте аси.мптоты для гипербол.

Полюспые наконечники гиперболического нрофиля применены для создания в области вблизи плоскости сим.метрии магнитной системы структуры магнитного поля с постоянным по величине градиентом напряженности магнитного поля. На практике реализовать условие

К.соп51 ;ЬО- 2 W -o- JLy- «-Dx vonbif u, „иможно лищь при наличии экранирующей ферромагнитной плиты, расположенной на .месте асимптоты для гипербол.

Исследование процессов структурообра- зования в неоднородном ноле с постоянным и фиксированным уровнями градиента напряженности магнитного ноля, осуществляемое с помощью полюсных наконечников гиперболического профиля, имеет первостепенное значение для разработки методов адекватного моделирования вязкости в неоднородных полях, представляет важное значение для оптимизационного проектирования устройств с магнитожидкостным рабочим телом.

Применение полюсных наконечников с криволинейным профилем в клинообразном сужающемся или зубчатом виде позволяет моделировать процессы структурообразова- ния и приближать по параметрам геометрии магнитной системы к условиям, в которых происходит функционирование магнитных жидкостей в реальных эксплуатационных устройствах, в которых магнитная жидкость удерживается в рабочем пространстве неоднородным магнитным поле.м.

Выбор профиля полюсных наконечников в каждом конкретном случае определяется конструктивными пара.метрами магнитной системы сундествующих узлов и устройств с магнитожидкостным рабочим телом, что позволяет проводить оптимизацию геометрических и гидродинамических параметров проектируемых узлов.

Известные конструктивные решения не позволяют с достаточной точностью проводить измерения вязкостных свойств и приблизить условия эксперимента к натурным в реальных - эксплуатационных устройствах, где рабочие поверхности выполнены из ферромагнитного материала и значительный вклад в сдвиговые и моментные характеристики устройств вносит явление магнитной адгезии, обусловленное взаимодействием ферромагнитных частиц дисперсной фазы магнитной жидкости с ферромагнитной рабочей поверхностью. Известные измеритель- ные узлы с немагнитным колоколообразным цилиндром - приемным элементом, не позволяют с достаточной точностью проводить измерения сдвиговых напряжений из-за явления проскальзывания в магнитном поле, особенно для грубодисперсных высококонцентрированных МЖ (так называемых маг- нитореологических составов и суспензий), обусловленного отсутствием магнитной адгезии за счет образования пристенного поверхностного слоя немагнитной жидкости- носителя, что не позволяет приблизить условия эксперимента к натурным в реальных эксплуатационных устройствах с рабочими ферромагнитными поверхностями. Выполнение колоколообразного цилиндра - прием но- го элемента из ферромагнитного материала искажает однородность распределения .магнитного поля в рабочем зазоре и приводит к возникновению значительных сил одностороннего магнитного тяжения и последующему нарушению центрирования колоколооб разного цилиндра в зазоре, приводящему к снижению точности измерений, нарущению однородности сдвиговых деформаций в зазоре за счет перекоса к |мколообразного цилиндра и чрезмерном} тагружению опор- иых узлов, кроме того, к возникновению значительной неоднородности магнитного поля на краях колоколообразного цилиндра, приводящего к значительной неоднородности вязкости и неконтролируемым временным процессам магнитодиффузии . и перераспре- делению концентрации частиц .магнитной фазы в сильно неодонородном магнитном поле на края колоколообразного цилиндра.

Пустотелый цилиндрический блок 3 может быть выполнен с кольцевой выточкой на торце, в которую погружен колоколообраз- ный цилиндр (ротор) 4. На рабочих цилиндрических поверхностях ротора 4 выполнено .покрытие 15 из ферромагпитно1-о материала, на рабочих поверхностях пустотелого блока 3 нанесено покрытие 16 из ферромагнитного материала (фиг. 6).

Колоко.юобразный цилиндр может быть выполнен в виде так называемой «сендви- чевой структуры. При этом на цилиндрические поверхности колоколообразного цилиндра последовательно нанесен слой покрытия из ферромагнитного материала 15, затем слой покрытия из немагнитного материала 17 (фиг. 7).

Выполнение колоколообразного цилиндра в виде «сендвичевого чередующегося покрытия из слоев магнитного и немагнитного материалов позволяет моделировать процессы, происходящие в реальных эксплуатационных устройствах, а изменение толщины тонкослойного ферромагнитного или нема1 нитно- го покрытия, нанесенного на цилиндрические поверхности колоколообразного Цилиндра или пустотелого блока, позволяет моделировать явление магнитной адгезии при взаимодействии ферро.магнитных частиц с ферромагнитной или немагнитной поверхностью. Техническое решение позволяет устранить влияние сил одностороннего магнитного тяжения в силу незначительной толщины покрытия в сравнении с толщиной колоколообразного цилиндра и предотвратить возможное смещение и нарушение центрирования колоколообразного цилиндра в зазоре, и вследствие этого нарушение сдвнговы.х деформаций в зазоре, позволяет исследовать вклад магнитоадгезионного взаимодействия, поскольку выполнение симметричного топко- стенного ферромагнитного покрытия на наружной и внутренней поверхностях колоколообразного цилиндра не создает сил одностороннего магнитного тяжеления. Выполнение тонкостенного ферромагнитного покрытия на рабочих новерхностях пустотелого цилиндрического блока позволяет моделировать процессы магнитной адгезии в реальных эксплуатационных устройствах, где все рабочие поверхности выполнены из ферромагнитного материала, что позволяет предотвратить явление проскальзывания и срыв течения из-за образования пристенного слоя из нема1 11итной жидкости-носителя у поверхности пустотелого блока и позволяет повысить точность измерений вязкостных свойств за счет приближения условий эксперимента к натурны.м.

Формула изобретения

. Измерительный узел ротационного маг- нитовискозиметра колокольного типа, содержащий корпус, в котором установлен статор, выполненный в виде внешнего п внутреннего полюсных наконечников, пустотелый цилиндрический блок из немагнитного материала с кольцевой выточкой па торце, в которой с зазором установлен ротор в виде колоколообразного цилиндра, образующий с полюсными наконечниками термостатирую- щую камеру, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследования фп зико-механических характеристик магнитной жидкости и повышения точности измерений за счет приближения условий эксперимента к натурным, внешний и внутренний полюсные наконечники илп по крайней мере один из них выполнены в вертикальной секущей

и. юскости с криволинейным гцюфилем, а на корпусе установлен нндукциоппын юлюс.

/////Х////У///7

ii2.f

11 2

1 12

I

9U.B.2

11 21 12

.11II

V.

ри.г.

ные наконечники в вертикальнпн секущей плоскости выполнены с профилем гипербо- .чического седла.

I

I

I

15

I

У//////////f ///7

10

Pu..5

11 2 1 12

I / II

9аг.5

W.8.5