СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ ИЛИ МАГНИТНОГО КОЛЛОИДА
PROCEDURE FOR DETERMINATION OF VISCOSITY OF MAGNETIC FLUID OR MAGNETIC COLLOID

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:
,
2
1
1
2
r
n
где t-t - промежуток времени между колебанием с амплитудой A и колебанием с амплитудой А. В используемой нами методике одно из колебаний (обычно второе от начала процесса) принимается за реперное (его амплитуда A). Для каждого колебания с амплитудой A вычисляется значение  Тангенс угла наклона такой прямой дает нам значение β, которое является результатом усреднения, учитывающим реальную знакопеременную ошибку отдельных результатов.
-1
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). 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
A<sub>r</sub>/A<sub>n</sub>
1,19
1,46
1,66
1,94
2,37
2,78
Ln(A<sub>r</sub>/A<sub>n</sub>)
0,17
0,37
0,51
0,66
0,86
1,0
Таблица 2
Жидкость
η·10<sup>-3</sup>, Па·с
ρ, кг/м<sup>3</sup>
бромпропан
1,28
1208