Способ оценки коллоидной устойчивости ферромагнитных жидкостей Советский патент 1981 года по МПК G01N15/00 G01N27/00 

(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ КОЛЛОИДНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к области контроль-измерительной техники и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности при оценке коллоидной устойчивости феррожидкостей и определении дисперсности магнитных части в феррожидкостях. Существует способ определения дис персности ферромагнитных частиц в су спензиях по изменению собственных частот колебательных контуров, в катушки индуктивности которых помещают исследуемую пробу. Вследствие оседан частиц частота верхнего колебательно го контура увеличивается, а нижнего уменьшается и по сумме этих замеров судят о дисперсности частиц р . Однако при малых размерах частиц (порядка сотен ангстрем) такой анализ может длиться сотни и тысячи.часов . Существует также способ определения дисперсности частиц в феррожидкостях, представляющих собой суспензию с размером частиц порядка сотен ангстрем, согласно которому, по отношению электрических емкостей измерительной ячейки на /т,вух фиксированных частотах и f2 при наложении магнитного поля и по отношению этих емкостей, найденному в виде С. }( оценивают дисперсность частиц в феррожидкостях (2. Недостатком этого способа является то, что при изготовлении феррожидкости на полярной дисперсионной среде например, вода и полярном поверхностно-активном веществе, которое стабилизирует феррожидкость, значения коэффициента Kj, явно завьш1вны вследствие зависимости емкости от частоты электрического поля для полярных комйонентов. В этом с лучае влияние размера частиц дисперсной фазы на частотную зависимость, а следовательно, и на значения козффициента К, проявляется в меньшей степени. Это в значительной мере может снизить точность замеров. Кроме того, этот способ не позволяет выявить природу магнитных частиц в феррожидкостях, что затрудняет проведение сравнительной оценки различных по своей природе феррожидкостей. Целью изобретения является повьш1ение точности определения степени дисперсности частиц в ферромагнитных жидкостях и повышение информативности способа путем обеспечения возможности выявления природы дисперсной фазы. Поставленная цель достигается тем что, согласно способу, оценки коллоидной устойчивости ферромагнитных жид костей, заключающимся в воздействии на пробу жидкости электрического и магнитного полей, измеряют величину тока, протекающего через пробу жидкости При воздействии электрического поля и при совместном воздействии Электрического и магнитного полей, а по отношению полученных значений ток судят об устойчивости ферромагнитной жидкости (коэффициент К). Физической основой предлагаемого способа является зависимость тока, протекающего через феррожидкость, от величины индукции магнитного поля Эту зависимость можно объяснить следующим образом. Примесные частицы в феррожидкости покрыты слоем поверхно стно-активного вещества. В отсутстви магнитного поля поверхностно-активно вещество равномерно распределено по поверхности частицы, а сами частицы. представляющие собой магнитные домены, образуют некоторую пространствен ную структуру за счет собственного взаимодействия. Наложение магнитного поля приводит к тому, что частицы образуют цепочные агрегаты (, мостики) вдоль силовых линий поля, при этом расстояние между частицами сокращает ся, так как усиленное внешним магнит ным полем взаимодействие частиц деформирует оболочки поверхностно-акти ного вещества. Уменьшение расстояния между частицами приводит к снижению электрического сопротивления образца феррожидкости, причем, чем больше размер частиц, тем больше.сократится расстояние между ними и значение эле трического сопротивления снизится 4.4 на большую величину. Поэтому для. феррожидкостей, у которых размер частиц больше, значение тока при наложении внешнего магнитного поля возрастает в большей мере, чем для феррожидкосг тей с мелкими частицами, по сравнению с величиной тока, протекающего через феррожидкость в отсутствие магнитного поля. Такие особенности прогекания тока через феррожидкость характерны для феррожидкостей, обладающих сравнительно тонким слоем ионной оболочpi, например, для феррожидкостей с дисперсной фазой из железа. Для феррожидкостей, у которых частицы дисперсной фазы имеют достаточно толстые оболочки поверхностно-активного вещества, например у феррожидкостей с дисперсной фазой из магнетита, влияние внешнего магнитного поля на величину электрического сопротивления несколько иное. Это вызвано тем, что магнетит обладает химической активностью, превьщ1ающей химическую активность железа, и, вступая в химическую реакцию с поверхностно-активным веществом, адсорбирует больший слой его на поверхности частицы, В отсутствие магнитного поля ток по феррожидкости протекает аналогично протеканию тока для феррожидкости на основе железа. Наличие магнитного поля приводит к деформации оболочки поверхностно-активного вещества и сближает частицы между собой. При этом, вследствие большой толщины слоя поверхностно-активного вещества при деформации увеличивается горизонтальный размер частиц, а вследствие сближения частиц в цепрчкак происходит сокращение длины |епочек, но так как разрыва сплошности феррожидкости не происходит, то частицы, вытесняемые за счет горизонтальной деформации поверхностноактивного вещества, затягиваются в область максимальной неоднородности поля, т. е, достраивают цепочки вдоль силовых линий магнитного поля вблизи электродов. Таким образом, структура феррожидкости перестраивается так, что число цепей на единицу площади электродов уменьшается, а число частиц в цепочке увеличивается. Уменьшение числа частиц на единицу площади электродов приводит к увеличению электрического сопротивления феррожидкостей, а увеличение числа частиц в цепочках сказывается в меньшей степени, так как их число в цепочке. 5 учитывая малые размеры частиц сотни ангстрем), уже было достаточно велико. В связи с этим значение тстса, про текающего через феррожидкость на основе магнетита, при воздействии магнитного поля уменьшается, по сравнению с величиной тока при отсутствии магнитного поля. Влияние размера час тиц для таких жидкостей выражается следующим образом. Мелкие частицы в магнитном поле взаимодействуют слабее, чем крупные. Поэтому расстояние между мелкими частицами больше, чем между крупными при одном и том же значении индукции магнитного поля, а следовательно, чем меньше изменится значение тока, протекающего через пробу феррожидкости при наложении магнитного поля, тем меньше размер магнитных частиц. Пример. Экспериментом установлена зависимость тока, протекающего через ферро жидкость, от величины индукции магна ного поля для нескольких феррожидкос тей, отличаЬяцихся не только размером частиц, но и по своей природе. Исследуемая феррожидкость заливается в измерительную ячейку. На нее подается электрическое поле, замеряет ся ток, затем накладывается на ячейк магнитное поле, и вновь производится замер тока, протекающего -нерез ферро жидкость. Измерение тока проводится с помощью усилителя ИМТ-05 и комбинированного прибора Щ-4310. Источником напряжения служит установка УПУБ качестве измерительной ячейки используется плоский конденсатор с металлическими электродами, диаметр рабочей поверхности которых 5-10 м, а расстояние между ними . Выбор значения напряжения, при ко тором производится замер тока, протекающего через феррожидкость, и зна ение индукции магнитного поля обусловлены следующими причинами. Значения коэффициента На фиг. 1 представлены вольт-амперные характеристики для ФЖ 1, которые имеют характерный излом зависимости при напряжениях, близких к пробивным. В то же время при достаточно низких значениях напряжения менее 0,3-0,4 от значения пробивного напряжения пробыв имеется практически линейная зависимость тока от напря жения. Аналогичные результаты получе№1 и для других исследованных жидкостей, В связи с этим, для получения наиболее точных результатов измерительное напряжение следует выбирать меньшим 0,3-0,4 от значения пробивного напряжения, так как при больших значениях напряжения в режиме, близком к электрическому пробою, на величину тока могут оказывать влияние вторичные факторы: разогрев феррожидкости в месте контакта частиц, выгорание поверхностно-активного вещества и т. п. Fla фиг. 2 приведены зависимости коэффициента К от индукции магнитного поля. Эти зависимости имеют возрастающий вид для феррожидкостей на основе железа и спадающий вид на основе магнетита. Отмечается также, что при индукциях магнитного поля вплоть до 0,3 Т наблюдается фактически линейная зависимость коэффициента К у от индукции магнитного поля. При больших значениях индукции линейность нарушается. В связк с Э1«м, для обеспечения большей точности измерения желательно проводить в линейной области.т. е. при значениях нидукции порядка 0,1-0,3 Т. При меньших индукциях измерения проводить нежелательно по той причине, что эффект воздействия магнитного поля слабо вырацкен и его труднее оценивать. В таблице приведены значения коэффициента Ки для различных феррожидкостей, полученных по единой технологии при индукции магнитного поля 0,2 Т. зличных феррожидкосте Из приведенной таблицы видно, что для феррожидкостей на железе коэффициент К всегда больше 1, а для феррожидкостей на магнетите всегда мень ше 1, т. е. он однозначно определяет природу магнитных частиц дисперсной фазы. Отмечается также различие в значениях К., для исследованных феррожидкостей, хотя все жидкости ИЗГОтовлены по единой технологии с одинаковой концентрацие дисперсной фазы (10% по объему. Следовательно,, жидкости, изготовленные на одной и той же дисперсной фазе и дисперсионной среде могут отличаться друг от друга в основном по размерам магнитмых частиц. На это указывает и то что значения коэффициента Кл, оценивающего степень дисперсности феррожидкостей, также различны. Из таблицы следует, что коэффициент Ко изменяется в определенном соответствии с коэффициентом iC,, причем различие феррожидкостей по размеру частиц точнее можно установить по коэффициенту К. Например, для ФЖ 2 и ФЛ( 3, у которых исходные материалы одинаковые (кремнийорганика и магнетит) значения коэффициента К., близки, тогда как Ку для них различается существенно, так как на этот коэффициент не оказывает влиягшя дисперсионная среда феррожид кости . Поэтому с большей точностью можно говорить о том, что у ФЖ 3 частицы дисперсной фазы обладают меньши ми размерами, так как из эксперимен89015Д . 8

Продолжение таблицы та получено, что большему размеру частиц для феррожидкостей на железе соответствует большее значение коэффициента (Км 1), а большему значению размера частиц для феррожидкостей на магнетите соответствует меньшее значение (К 1). Применение предлагаемого способа позволяет с большей точно,ртью оценивать степень дисперности в феррожидкостях, а также определять природу дисперсной фазы, что особенно важно при контроле свойств вновь получаемых жидкостей. Формула изобретения Способ оценки коллоидной устойчивости ферромагнитных жидкостей, заключающийся в воздействии на пробу жидкоцти электрического и магнитного полей, отличающийся тем, что, с цельюповышения точноста оценки и информативности способа, измеряют величину тока, протекающего через пробу жидкости при воздействии электрического поля и при совместном воздействии электрического и магнитного полей, а по отношению полученных значений тока судят об устойчивости ферромагнитной жидкости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 371497, кл. G 01 N 27/02, 1973. № 2.Авторское свидетельство СССР 693164, кл. G 01 N 15/00, 1978 № (гфототип).