Способ определения вязкости магнитной жидкости или магнитного коллоида

Способ определения вязкости магнитной жидкости или магнитного коллоида

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам определения вязкости магнитной жидкости и магнитного коллоида и может быть использовано для анализа реологических параметров магнитных жидкостей, в том числе и магнитного коллоида.

Известен способ определения вязкости жидкости среды и устройство для его осуществления (см. патент РФ №2269114, МПК G01N 11/16, Бюл. №3, 2006), заключающийся в измерении времени прохождения фиксированного расстояния в жидкой среде поплавком по вертикали.

Недостатком данного способа является невозможность анализа магнитных коллоидов ввиду использования магнитной системы перемещения поплавка и регистрации сигнала.

Известен способ определения вращательной вязкости анизотропных жидкостей (см. патент РФ №2348919, МПК G01N 11/00, G01N 24/08. Бюл №7, 2009), заключающийся в том, что образец подвергают воздействию поляризующего постоянного магнитного поля и вращают с постоянной скоростью вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю.

Недостатком данного способа является возможность анализа только анизотропных образцов, дороговизна используемого оборудования, а также сложность согласования и настройки измерительной установки.

Технической задачей данного изобретения является создание способа определения вязкости как магнитных жидкостей, так и магнитного коллоида, предусматривающего возможность проведения измерений в магнитном поле, что особенно важно для анализа реологических параметров нанодисперсных магнитных жидкостей.

Технический результат достигается за счет использования колебательной системы, в которой инерционно-вязким элементом служит магнитная жидкость (МЖ), заполняющая U-образную стеклянную трубку, а роль упругости выполняет воздушная полость, образованная внутри одного из колен трубки под пьезоэлектрической пластинкой, прикрепленной к торцу трубки и предназначенной для индикации колебаний; измерения коэффициента затухания колебаний и получения на этой основе значения сдвиговой вязкости исследуемых образцов.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки, реализующей способ определения вязкости магнитной жидкости и магнитного коллоида.

Для возбуждения колебаний используется надетая на другое колено эластичная трубка с поршнем 1. В трубке имеется отверстие, предназначенное для выхода воздуха при перемещении поршня в исходное положение и прикрываемое в момент выдергивания поршня. Стеклянная U-образная трубка 2, внутренним диаметром d=10,7 мм, заполнена до некоторого уровня в обоих коленах магнитным коллоидом 3. Одно из колен герметично закрыто пьезоэлектрической пластинкой-датчиком колебаний 4. Исследуемая жидкость в данном случае служит инерционно-вязким элементом колебательной системы, а ее упругим элементом является воздушная полость 5, образовавшаяся под пьезопластинкой. Для возбуждения колебаний используется надетая на другое колено эластичная трубка с поршнем 1. В трубке имеется отверстие, предназначенное для выхода воздуха при перемещении поршня в исходное положение и прикрываемое в момент выдергивания поршня. Полученные на пьезодатчике радиоимпульсы поступают на экран запоминающего осциллографа 6. Осциллограммы фиксируются цифровым фотоаппаратом 7 и передаются в компьютер 8 для дальнейшей обработки.

Значение вязкости образца определяется по формуле

,

где ρ - плотность жидкости-образца, d - диаметр трубки, Δβ - добавочное затухание, обусловленное потерями невязкого происхождения, определяемое предварительной тарировкой измерительного устройства путем измерения образцов с известной вязкостью. Коэффициент затухания свободных колебаний системы определяется из анализа экспериментальных осциллограмм:

,

где t₂-t₁ - промежуток времени между колебанием с амплитудой A₁ и колебанием с амплитудой А₂. В используемой нами методике одно из колебаний (обычно второе от начала процесса) принимается за реперное (его амплитуда A_r). Для каждого колебания с амплитудой A_n вычисляется значение Тангенс угла наклона такой прямой дает нам значение β, которое является результатом усреднения, учитывающим реальную знакопеременную ошибку отдельных результатов.

В качестве примера приведем табл.1 и фиг.2 расчета колебательных параметров для опыта со столбиком "простой" ньютоновской жидкости (Т=31,2 мс, ν=32,1 Гц, β=5,39 с^-1). В опыте использовалась жидкость - бромпропан. Диаметр трубки d=10,7 мм. В табл.2 приведена вязкость жидкости-образца, рассчитанная данным методом, и его плотность. В эксперименте в качестве жидкости с известной вязкостью использовалась дистиллированная вода.

Таблица 1
	1T	2Т	3Т	4Т	5Т	6Т
Т, мс	31,2	62,4	93,6	124,8	156	187,2
Ar/An	1,19	1,46	1,66	1,94	2,37	2,78
Ln(Ar/An)	0,17	0,37	0,51	0,66	0,86	1,0

Таблица 2
Жидкость	η·10-3, Па·с	ρ, кг/м3
бромпропан	1,28	1208

Способ определения вязкости магнитной жидкости и магнитного коллоида, заключающийся в использовании колебательной системы, в которой инерционно-вязким элементом служит магнитная жидкость (МЖ), заполняющая U-образную стеклянную трубку, а роль упругости выполняет воздушная полость, образованная внутри одного из колен трубки под пьезоэлектрической пластинкой, прикрепленной к торцу трубки и предназначенной для индикации колебаний; измерения коэффициента затухания колебаний и получения на этой основе значения сдвиговой вязкости исследуемых образцов.