MOBILE MAGNETOMETER FOR RAPID TEST OF SATURATION MAGNETIZATION OF MAGNETIC NANOFLUIDS
Authors: Болотов Александр Николаевич , Новикова Ольга Олеговна 
Published: December 2020

Работа направлена на создание магнитометрического прибора для точного определения намагниченности насыщения магнитных наножидкостей и подобных по свойствам функциональных дисперсных материалов. В основе прибора лежит магнитометрический метод с холловскими преобразователями индукции, усовершенствованный с учетом особенностей физико-механических свойств жидкостей. Измерительная магнитная система прибора построена таким образом, чтобы с помощью постоянных магнитов можно было создавать однородное намагничивающее поле величиной до (2 ÷ 4)⋅10 А/м в рабочем зазоре, где установлена кювета с изучаемой магнитной наножидкостью. Под кюветой с магнитной наножидкостью в среднем ее сечении располагается преобразователь Холла, который служит для измерения напряженности намагничивающего магнитного поля. Второй преобразователь Холла, предназначенный для измерения индукции магнитного поля в веществе, установлен в канавке прямоугольного сечения и располагается по центру магнитной наножидкости в кювете. Относительная ошибка измерения намагниченности на приборе не превышала 2 % для магнитных наножидкостей с намагниченностью в диапазоне от 10 кА/м до 50 кА/м. Созданный прибор может использоваться для экспресс - измерений в лабораторных и промышленных условиях и не требует специальных профессиональных навыков. Показано, что аддитивная составляющая инструментальной погрешности измерений зависит от значений остаточного напряжения (ЭДС неэквипотенциальности), побочных гальваномагнитных эффектов и термо-ЭДС измерительного преобразователя. Мультипликативная составляющая связана с временной и температурной нестабильностью коэффициента преобразования и тока или напряжения питания. Методическая погрешность магнитометра вызвана тем, что для измерений индукции магнитного поля используется не полностью замкнутая магнитная цепь. Показано, что по своим метрологическим параметрам прибор отвечает международным стандартам на магнитные измерения магнитомягких материалов. Прибор позволил определить намагниченность коллоидных систем в магнитных полях начала парапроцессов, индивидуальную намагниченность наночастиц дисперсной фазы, агрегативную устойчивость коллоидов в магнитных и гравитационных полях, оценить размеры сольватной оболочки наночастиц.
The work is aimed at creating a magnetometric device for accurate determining the saturation magnetization of magnetic nanofluids and similar properties of functional dispersed materials. The device is based on a magnetometric method with the Hall induction transducers, improved taking into account the peculiarities of the physical and mechanical properties of liquids. The measuring magnetic system of the device is designed in such a way that with the help of permanent magnets it is possible to create a uniform magnetizing field up to (2÷4)⋅10 A/m in a working gap where the cuvette with the studied magnetic nanofluid is installed. Under the cuvette with a magnetic nanofluid in its middle section is a Hall Converter, which serves to measure the strength of the magnetizing magnetic field. The second Hall Converter, designed to measure the magnetic field induction in a substance, is installed in a rectangular groove and is located in the center of the magnetic nanofluid in the cuvette. The relative error of measuring the magnetization on the device did not exceed 2% for magnetic nanofluids with a magnetization in the range from 10 kA/m to 50 kA/m. The created device can be used for Express measurements in laboratory and industrial conditions and does not require special professional skills. It is shown that the additive component of the instrumental measurement error depends on the values of the residual voltage (nonequipotential EMF), side galvanomagnetic effects and thermo - EMF of the measuring Converter. The multiplicative component is related to the time and temperature instability of the conversion coefficient and the current or voltage supply. The methodic error of the magnetometer is caused by the fact that not a fully closed magnetic circuit is used for measuring the magnetic field induction. It is shown that the device meets international standards for magnetic measurements of soft magnetic materials in terms of their metrological parameters. The device allowed us to determine the magnetization of colloidal systems in magnetic fields of a start paraprocess, individual magnetization of nanoparticles of the dispersed phase, the aggregative stability of colloids in magnetic and gravity fields to estimate the size of the solvation shell of the nanoparticles.