RU2813499C1 - Magnetic-rheological method of determining magnetic susceptibility of particle - Google Patents

Magnetic-rheological method of determining magnetic susceptibility of particle Download PDF

Info

Publication number
RU2813499C1
RU2813499C1 RU2023132134A RU2023132134A RU2813499C1 RU 2813499 C1 RU2813499 C1 RU 2813499C1 RU 2023132134 A RU2023132134 A RU 2023132134A RU 2023132134 A RU2023132134 A RU 2023132134A RU 2813499 C1 RU2813499 C1 RU 2813499C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particle
magnetic
parameters
coordinate
movement
Prior art date
Application number
RU2023132134A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дарья Александровна Сандуляк
Анна Александровна Сандуляк
Вера Александровна Ершова
Александр Васильевич Сандуляк
Мария Николаевна Полисмакова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА-Российский технологический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА-Российский технологический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА-Российский технологический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2813499C1 publication Critical patent/RU2813499C1/en

Links

Abstract

FIELD: magnetic measurements.
SUBSTANCE: method envisages conducting an experiment on magnetically controlled vertical movement of a particle upward in a liquid column under action of forces, including a magnetic force created by a non-uniform magnetic field. Pole tips of the electromagnetic system used to produce a non-uniform magnetic field are spherical and are placed on both sides of the liquid column. Variation of magnetic parameters of the electromagnetic system is ensured by its current load. Between the tips there are two symmetrical zones of magnetic action on the particle, which are located above and below the axial line of the tips, respectively. Lower zone is used as working zone. In this zone, the downward gravity force and the upward magnetic force oppose each other, causing the possibility of slow upward movement of the analysed particle. During magnetic control of movement of the investigated particle upwards, the current load of the electromagnetic system is varied, causing deceleration in the movement of the particle up to its freezing. Thus, Stokes' force is excluded. Coordinate characteristics of parameters H and/or B and parameters gradH and/or gradB are established. Values of these parameters at the particle hovering point are used to determine magnetic susceptibility χ of particle by an expression obtained from the equation of forces acting on the particle.
EFFECT: reduced number of parameters used to determine magnetic susceptibility χ of a particle, simplification and faster obtaining of values.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение, направленное на получение информации о магнитной восприимчивости одиночных частиц (тел малых размеров), относится к области магнитных измерений. Такая информация востребована преимущественно для принятия решений (принципиальных) о режимах работы и конструкциях средств магнитного воздействия и разделения (сепарация, магнитофорез), например, при обогащении руд, очистке от магнитоактивных частиц-загрязнений производственных сред, медицинском обследовании и лечении и пр.The invention, aimed at obtaining information about the magnetic susceptibility of single particles (small-sized bodies), relates to the field of magnetic measurements. Such information is in demand primarily for making decisions (fundamental) about operating modes and designs of magnetic impact and separation means (separation, magnetophoresis), for example, during ore enrichment, cleaning from magnetically active particles-contaminants of production environments, medical examination and treatment, etc.

Известен пондеромоторный способ определения магнитной восприимчивости тел сравнительно малых размеров [1-7] - по данным измерений магнитной (пондеромоторной) силы Fm, действующей на изучаемое тело объемом V, размещенное в неоднородном магнитном поле. Это поле создается, в частности, между полюсными наконечниками той или иной формы [1-7], предпочтительно сферической [5-7], поскольку в этом случае обеспечивается как получение, так и относительно несложная идентификация необходимой здесь рабочей зоны - с практически стабильной неоднородностью поля (для размещения в ней изучаемого тела). Используя измеренные и/или вычисленные в том или ином месте размещения изучаемого тела (сравнительно малых размеров) значения таких параметров как напряженность поля H или его индукция B, а также неоднородность gradH или gradB, магнитную восприимчивость χ такого тела определяют, используя известные эквивалентные выражения для магнитной силы: Fm = μ0χVHgradH или Fm = χVBgradB/μ0, где μ0 = 4π∙10-7 Гн/м - магнитная константа. При этом, чтобы иметь развернутые (вдоль определенного участка линии действия магнитной силы) сведения об указанных параметрах, прибегают к получению их координатных зависимостей, чаще всего, начиная с координатной зависимости параметра B [6, 7] - посредством соответствующего пошагового перемещения датчика Холла тесламетра (дополнительно может быть получена простым расчетом также и координатная зависимость параметра H, учитывая известную связь H = B/μ0). Далее путем дифференцирования координатной зависимости параметра B или H получают координатную зависимость параметра gradB или gradH.There is a known ponderomotive method for determining the magnetic susceptibility of bodies of relatively small sizes [1-7] - according to measurements of the magnetic (ponderomotive) force F m acting on the body of volume V being studied, placed in a non-uniform magnetic field. This field is created, in particular, between pole pieces of one shape or another [1-7], preferably spherical [5-7], since in this case both obtaining and relatively simple identification of the working area required here is ensured - with practically stable heterogeneity fields (for placing the studied body in it). Using measured and/or calculated values of such parameters as field strength H or its induction B, as well as inhomogeneity gradH or gradB at a particular location of the body under study (of relatively small size), the magnetic susceptibility χ of such a body is determined using known equivalent expressions for magnetic force: F m = μ 0 χVHgradH or F m = χVBgradB/μ 0 , where μ 0 = 4π∙10 -7 H/m is the magnetic constant. At the same time, in order to have detailed (along a certain section of the line of action of the magnetic force) information about these parameters, they resort to obtaining their coordinate dependencies, most often, starting with the coordinate dependence of parameter B [6, 7] - through the corresponding step-by-step movement of the Hall sensor of the teslameter ( Additionally, the coordinate dependence of the parameter H can also be obtained by simple calculation, taking into account the known relationship H = B/μ 0 ). Next, by differentiating the coordinate dependence of the parameter B or H, the coordinate dependence of the parameter gradB or gradH is obtained.

Однако в тех случаях, когда подлежащее изучению тело настолько мало (является мелкой частицей), что измерение действующей на него магнитной силы Fm становится проблематичным, пондеромоторный способ в таких случаях вряд ли применим.However, in cases where the body to be studied is so small (it is a small particle) that measuring the magnetic force F m acting on it becomes problematic, the ponderomotive method is hardly applicable in such cases.

Известен магнитно-реологической способ определения магнитной восприимчивости χ тела малых размеров (частицы) посредством его магнитоуправляемого перемещения в столбе жидкости вертикально вниз [8, 9] под действием сил тяжести (гравитационной) Fg, Архимеда FA, Стокса FS, а также магнитной силы Fm. Последняя проявляется благодаря создаваемому электромагнитной системой неоднородному магнитному полю между полюсными наконечниками сферической формы, располагаемыми по обе стороны столба жидкости. Необходимые сведения о создаваемом поле, в том числе при той или иной токовой нагрузке электромагнитной системы, иллюстрируются специально получаемыми координатными (согласно координатам перемещения частицы - вдоль действия магнитной силы) характеристиками таких магнитных параметров поля как напряженность H и/или индукция B, градиент gradH и/или gradB. При осуществлении каждого из опытов по реализации способа определяют время ограниченного фиксируемого (в пределах зоны практически стабильной неоднородности поля, расположенной выше межцентровой линии полюсных наконечников) перемещения изучаемой частицы. Искомую магнитную восприимчивость χ частицы определяют исходя из условия баланса указанных сил.There is a known magnetic-rheological method for determining the magnetic susceptibility χ of a small-sized body (particle) through its magnetically controlled movement in a liquid column vertically downward [8, 9] under the influence of gravity (gravitational) Fg , Archimedes F A , Stokes F S , as well as magnetic forces F m . The latter manifests itself due to the inhomogeneous magnetic field created by the electromagnetic system between the spherical pole pieces located on both sides of the liquid column. The necessary information about the generated field, including at a particular current load of the electromagnetic system, is illustrated by specially obtained coordinate (according to the coordinates of the particle movement - along the action of the magnetic force) characteristics of such magnetic field parameters as strength H and/or induction B, gradient gradH and /or gradB. When carrying out each experiment to implement the method, the time of limited fixed (within a zone of practically stable field inhomogeneity located above the center line of the pole tips) movement of the particle under study is determined. The desired magnetic susceptibility χ of the particle is determined based on the condition of the balance of these forces.

Недостатком этого способа является следующее. Из-за осуществления вертикального перемещения изучаемой частицы в столбе жидкости вниз (в пределах рабочей зоны, расположенной выше межцентровой линии полюсных наконечников) в необходимом для определения магнитной восприимчивости χ изучаемой частицы условии баланса сил такие значимые силы как гравитационная и магнитная совпадают по направлению. В связи с этим изучаемая частица перемещается сравнительно быстро, время такого перемещения частицы весьма короткое, что вызывает трудности в его регистрации и негативно сказывается на точности измерений этого времени и в конечном счете - на точности определения значений χ.The disadvantage of this method is the following. Due to the vertical movement of the particle under study in the liquid column downwards (within the working zone located above the center line of the pole tips), in the force balance condition necessary to determine the magnetic susceptibility χ of the particle under study, such significant forces as gravitational and magnetic coincide in direction. In this regard, the particle under study moves relatively quickly, the time of such particle movement is very short, which causes difficulties in its registration and negatively affects the accuracy of measurements of this time and, ultimately, the accuracy of determining the values of χ.

Известен магнитно-реологический способ определения магнитной восприимчивости χ частицы (тела малых размеров), предусматривающий проведение опыта по ее магнитоуправляемому вертикальному перемещению вверх в столбе жидкости [10]. На частицу действуют силы: тяжести (гравитационная) Fg, Архимеда FA, Стокса FS, а также магнитная сила Fm, создаваемая неоднородным магнитным полем (как в предыдущем аналоге - с получаемыми координатными, согласно координатам перемещения частицы, характеристиками таких магнитных параметров поля как напряженность H и/или индукция B, градиент gradH и/или gradB). Применяемые для получения этого поля полюсные наконечники (сферической формы) электромагнитной системы, которая обеспечивает возможность изменения магнитных параметров ее токовой нагрузкой для проведения каждого из последующих опытов, располагают по обе стороны столба жидкости. Из имеющихся между полюсными наконечниками по вертикали двух симметричных зон магнитного воздействия на частицу, находящихся соответственно выше и ниже осевой линии наконечников, в качестве рабочей используют нижнюю зону. В ней сила тяжести, направленная вниз, и магнитная сила, направленная вверх, являясь взаимно конкурентными, противодействуют друг другу, обусловливая возможность замедленного перемещения изучаемой частицы вверх. При реализации способа (используя зону магнитного воздействия, находящуюся ниже осевой линии между полюсными наконечниками) магнитную восприимчивость χ изучаемой частицы определяют исходя из уравнения действующих на нее сил.There is a known magnetic-rheological method for determining the magnetic susceptibility χ of a particle (small-sized body), which involves conducting an experiment on its magnetically controlled vertical movement upward in a liquid column [10]. The particle is acted upon by the following forces: gravity (gravitational) F g , Archimedes F A , Stokes F S , as well as magnetic force F m created by a non-uniform magnetic field (as in the previous analogue - with the resulting coordinates, according to the coordinates of the particle’s movement, characteristics of such magnetic parameters fields as intensity H and/or induction B, gradient gradH and/or gradB). The pole pieces (spherical in shape) of the electromagnetic system used to obtain this field, which makes it possible to change the magnetic parameters of its current load for each of the subsequent experiments, are located on both sides of the liquid column. Of the two symmetrical zones of magnetic influence on the particle located vertically between the pole pieces, located respectively above and below the axial line of the tips, the lower zone is used as the working zone. In it, the force of gravity directed downward and the magnetic force directed upward, being mutually competitive, counteract each other, making it possible for the particle under study to move slowly upward. When implementing the method (using the magnetic influence zone located below the center line between the pole pieces), the magnetic susceptibility χ of the particle under study is determined based on the equation of the forces acting on it.

Недостатком этого способа является следующее. Согласно [10] для его реализации необходимо располагать данными (получаемыми опытным путем) значительного количества параметров. В их числе, кроме времени фиксированного перемещения частицы в жидкости (вверх, в пределах зоны стабильной неоднородности поля), также вязкость жидкости, эквивалентный диаметр частицы, коэффициент учета отличия формы изучаемой частицы от модельной сферической (или обратной ему величины - отношения скоростей перемещения в жидкости изучаемой частицы и эквивалентной ей по диаметру частицы шарообразной формы). Это усложняет реализацию способа и снижает оперативность получения искомых значений магнитной восприимчивости частицы, подлежащей изучению.The disadvantage of this method is the following. According to [10], to implement it, it is necessary to have data (obtained empirically) of a significant number of parameters. These include, in addition to the time of fixed movement of a particle in a liquid (upward, within the zone of stable field inhomogeneity), also the viscosity of the liquid, the equivalent diameter of the particle, the coefficient taking into account the difference in the shape of the particle under study from the model spherical one (or its inverse value - the ratio of the speeds of movement in the liquid the particle under study and a spherical particle equivalent in diameter to it). This complicates the implementation of the method and reduces the efficiency of obtaining the desired values of the magnetic susceptibility of the particle to be studied.

Задачей изобретения является сокращение количества используемых параметров (за счет упомянутых выше), необходимых для определения магнитной восприимчивости χ изучаемой частицы упрощение и повышение оперативности получения значений χ.The objective of the invention is to reduce the number of parameters used (due to those mentioned above) necessary to determine the magnetic susceptibility χ of the particle being studied, simplifying and increasing the efficiency of obtaining χ values.

Ожидаемый технический результат достигается в магнитно-реологическом способе определения магнитной восприимчивости χ частицы, предусматривающем проведение опыта по ее магнитоуправляемому вертикальному перемещению вверх в столбе жидкости. Это перемещение осуществляется при действии на изучаемую частицу сил тяжести (гравитационной) Fg, Архимеда FA, Стокса FS, а также магнитной силы Fm, создаваемой неоднородным магнитным полем с координатными, согласно координатам перемещения частицы, характеристиками таких магнитных параметров поля как напряженность H и/или индукция B, градиент gradH и/или gradB. Применяемые для получения этого поля полюсные наконечники электромагнитной системы, обеспечивающей возможность изменения магнитных параметров ее токовой нагрузкой для проведения последующего опыта, из которых предпочтительно использовать наконечники сферической формы, располагают по обе стороны столба жидкости. Учитывая, что между полюсными наконечниками имеются по вертикали две симметричные зоны магнитного воздействия на частицу, находящиеся соответственно выше и ниже осевой линии наконечников, в качестве рабочей используют именно нижнюю зону. В этой зоне сила тяжести, направленная вниз, и магнитная сила, направленная вверх, являясь взаимно конкурентными, противодействуют друг другу, обусловливая возможность замедленного перемещения изучаемой частицы вверх, а магнитную восприимчивость χ частицы определяют исходя из уравнения действующих на нее сил. Согласно способу, при магнитном управлении перемещением изучаемой частицы вверх осуществляют варьирование токовой нагрузки электромагнитной системы непосредственно при проведении опыта, вызывая торможение в перемещении частицы вплоть до ее зависания (при этом скорость перемещения частицы станет υ = 0). Тем самым исключается сила Стокса (FS = 0) в составляемом уравнении действующих на частицу сил. Из устанавливаемых координатных характеристик параметров H и/или B используют значения этих параметров в точке зависания частицы. Кроме того, используют из координатных характеристик параметров gradH и/или gradB (получаемых на основе упомянутых характеристик H и/или B) значения этих параметров в той же точке. Искомую магнитную восприимчивость χ изучаемой частицы определяют исходя из суженного (без силы FS) уравнения действующих на нее сил по любому из двух выражений:The expected technical result is achieved in a magnetic-rheological method for determining the magnetic susceptibility χ of a particle, which involves conducting an experiment on its magnetically controlled vertical movement upward in a liquid column. This movement is carried out under the influence of the forces of gravity (gravitational) F g , Archimedes F A , Stokes F S , as well as magnetic force F m on the particle under study, created by a non-uniform magnetic field with coordinate, according to the coordinates of the particle movement, characteristics of such magnetic field parameters as strength H and/or induction B, gradient gradH and/or gradB. The pole pieces of the electromagnetic system used to obtain this field, which provides the ability to change the magnetic parameters of its current load for subsequent experiments, of which it is preferable to use spherical tips, are located on both sides of the liquid column. Considering that between the pole pieces there are two vertically symmetrical zones of magnetic influence on the particle, located respectively above and below the axial line of the tips, it is the lower zone that is used as the working zone. In this zone, the force of gravity directed downwards and the magnetic force directed upwards, being mutually competitive, counteract each other, causing the possibility of a slow upward movement of the particle being studied, and the magnetic susceptibility χ of the particle is determined based on the equation of the forces acting on it. According to the method, with magnetic control of the upward movement of the particle under study, the current load of the electromagnetic system is varied directly during the experiment, causing inhibition in the movement of the particle until it freezes (in this case, the speed of movement of the particle will become υ = 0). This eliminates the Stokes force (F S = 0) in the compiled equation of forces acting on the particle. From the established coordinate characteristics of the parameters H and/or B, the values of these parameters at the hovering point of the particle are used. In addition, the values of these parameters at the same point are used from the coordinate characteristics of the parameters gradH and/or gradB (obtained on the basis of the mentioned characteristics H and/or B). The desired magnetic susceptibility χ of the particle under study is determined based on the narrowed (without force F S ) equation of the forces acting on it according to any of two expressions:

χ = g ( ρ ρ η ) μ 0 H g r a d H или χ = g ( ρ ρ η ) В g r a d В μ 0 , χ = g ( ρ ρ η ) μ 0 H g r a d H or χ = g ( ρ ρ η ) IN g r a d IN μ 0 ,

в зависимости от того, какой из параметров для получения координатных характеристик магнитного поля между полюсными наконечниками выбран оператором, а именно напряженность H или индукция B = μ0H, где g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2), μ0 - магнитная константа (4π·10-7Гн/м), ρ и ρη - плотность изучаемой частицы и жидкости.depending on which of the parameters is selected by the operator to obtain the coordinate characteristics of the magnetic field between the pole pieces, namely intensity H or induction B = μ 0 H, where g is the acceleration of gravity (9.8 m/s 2 ), μ 0 - magnetic constant (4π·10 -7 H/m), ρ and ρ η - density of the particle and liquid being studied.

Входящий в одно из указанных расчетных выражений для χ магнитный параметр, а именно индукцию B поля в точке зависания изучаемой частицы, находят из предварительно устанавливаемой координатной характеристики параметра B - посредством пошаговых измерений тесламетром с датчиком Холла, в частности, закрепленном на координатном столике. При этом доступными простым расчетом становятся координатная характеристика напряженности поля H = B/μ0 и ее значение в оговоренной точке.The magnetic parameter included in one of the indicated calculation expressions for χ, namely the field induction B at the hovering point of the particle under study, is found from a pre-established coordinate characteristic of the parameter B - through step-by-step measurements with a Teslameter with a Hall sensor, in particular, mounted on a coordinate table. In this case, the coordinate characteristic of the field strength H = B/μ 0 and its value at a specified point become available by simple calculation.

Входящие в указанные расчетные выражения для χ такие магнитные параметры как gradB и/или gradH в точке зависания частицы находят из координатной характеристики параметра gradB и/или gradH, получаемой после аппроксимации координатной характеристики параметра B и/или H, например, с помощью программы Excel полиномом не менее четвертой степени, и последующего дифференцирования этой характеристики (являющейся зависимостью параметра B и/или H от координаты реального и потенциального магнитоуправляемого перемещения изучаемой частицы).The magnetic parameters included in the indicated calculation expressions for χ, such as gradB and/or gradH at the hovering point of the particle, are found from the coordinate characteristic of the parameter gradB and/or gradH, obtained after approximating the coordinate characteristic of the parameter B and/or H, for example, using the Excel program with a polynomial no less than the fourth degree, and subsequent differentiation of this characteristic (which is the dependence of the parameter B and/or H on the coordinates of the real and potential magnetically controlled movement of the particle being studied).

Реализация предлагаемого магнитно-реологического способа определения магнитной восприимчивости χ частицы излагается на примере приведенной на фиг.1 схемы варианта исполнительного органа этого способа - с электромагнитной системой, магнитопровод которой имеет полюсные наконечники 1 сферической формы; между ними располагается столб жидкости 2 с находящейся в ней изучаемой частицей 3. В начальной стадии опыта, т.е. при перемещении этой частицы (объемом V и плотностью ρ) по вертикали, на нее действуют четыре силы: сила тяжести (гравитационная) Fg, сила Архимеда FA, сила Стокса FS и магнитная сила Fm. Посредством варьирования токовой нагрузки обмотки электромагнитной системы оператор должен при осуществлении этого опыта добиться торможения в перемещении частицы вплоть до ее зависания, т.е. когда скорость υ ее перемещения станет υ = 0 и, следовательно, сила Стокса исчезает: FS = 0. Тогда из условия баланса сил, действующих на частицу при ее зависании, а именно Fg = Vρg (g - ускорение свободного падения), FA = Vρηg (ρη - плотность жидкости), Fm = μ0χVHgradH = χVBgradB/μ00 = 4π⋅10-7 Гн/м - магнитная константа) последуют указанные ранее выражения для определения магнитной восприимчивости χ изучаемой частицы. Требуемые же здесь магнитные параметры неоднородного (между полюсными наконечниками) магнитного поля в месте зависания частицы, а именно значения напряженности H поля и/или его индукции B, а также значения gradH и/или gradB устанавливают следующим образом. Так, измерениями получают координатные зависимости H и/или B, а дифференцированием находят координатные зависимости gradH и/или gradB. The implementation of the proposed magnetic-rheological method for determining the magnetic susceptibility χ of a particle is illustrated using the example shown in Fig. 1 of the diagram of a variant of the executive body of this method - with an electromagnetic system, the magnetic circuit of which has spherical pole pieces 1; between them there is a column of liquid 2 with the studied particle 3 located in it. In the initial stage of the experiment, i.e. when this particle (volume V and density ρ) moves vertically, it is acted upon by four forces: gravity (gravitational) Fg , Archimedes force FA , Stokes force FS and magnetic force Fm . By varying the current load of the winding of the electromagnetic system, the operator must, when carrying out this experiment, achieve braking in the movement of the particle until it freezes, i.e. when the speed υ of its movement becomes υ = 0 and, therefore, the Stokes force disappears: F S = 0. Then from the condition of the balance of forces acting on the particle when it hangs, namely F g = Vρg (g is the acceleration of free fall), F A = Vρ η g (ρ η - fluid density), F m = μ 0 χVHgradH = χVBgradB/μ 00 = 4π⋅10 -7 H/m - magnetic constant) the previously indicated expressions will follow to determine the magnetic susceptibility χ of the studied particles. The magnetic parameters of the inhomogeneous (between the pole pieces) magnetic field at the place where the particle hangs, required here, namely the values of the field strength H and/or its induction B, as well as the values of gradH and/or gradB are set as follows. Thus, the coordinate dependences of H and/or B are obtained by measurements, and the coordinate dependences of gradH and/or gradB are found by differentiation.

Изобретательский уровень предложенного способа подтверждается отличительной частью формулы изобретения.The inventive step of the proposed method is confirmed by the distinctive part of the claims.

[1]. Казин П.Е., Кульбакин И.В. Методы исследования магнитных свойств материалов / М.: МГУ. 2011. 34 с.[1]. Kazin P.E., Kulbakin I.V. Methods for studying the magnetic properties of materials / M.: MGU. 2011. 34 p.

[2]. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные и электрические методы обогащения / М.: Недра. 1988. 304 с.[2]. Karmazin V.V., Karmazin V.I. Magnetic and electrical enrichment methods / M.: Nedra. 1988. 304 p.

[3]. Деркач В.И. Специальные методы обогащения полезных ископаемых / Учебное пособие. М.: Недра. 1966. 338 с.[3]. Derkach V.I. Special methods of mineral processing / Textbook. M.: Nedra. 1966. 338 p.

[4]. Чечерников В.И. Магнитные измерения / Учебное пособие. М.: МГУ, 1963. 286 с.[4]. Chechernikov V.I. Magnetic measurements / Textbook. M.: MSU, 1963. 286 p.

[5]. Патент RU 2680863. Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости вещества (Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Киселев Д.О., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Ткаченко Р.Ю., Матвеев В.В., Титов А.А.). 2019.[5]. Patent RU 2680863. Electromagnetic device for determining the magnetic susceptibility of a substance (Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Kiselev D.O., Polismakova M.N., Sandulyak D.A., Tkachenko R.Yu., Matveev V. .V., Titov A.A.). 2019.

[6]. Сандуляк А.А., Киселев Д.О., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А. Магнетометр Фарадея с полюсами сферической формы: 3D-оценка рабочих зон / Приборы. 2017. №10. С. 4-7.[6]. Sandulyak A.A., Kiselev D.O., Sandulyak A.V., Polismakova M.N., Sandulyak D.A. Faraday magnetometer with spherical poles: 3D assessment of work areas / Instruments. 2017. No. 10. pp. 4-7.

[7]. Сандуляк А.А., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Сандуляк А.В., Ершова В.А. Диагностика рабочей зоны стабильности градиента в магнетометре контроля восприимчивости частиц (для задач магнитной сепарации) / Стекло и керамика. 2021. №3. С. 19-27.[7]. Sandulyak A.A., Polismakova M.N., Sandulyak D.A., Sandulyak A.V., Ershova V.A. Diagnostics of the working zone of gradient stability in a magnetometer for monitoring particle susceptibility (for magnetic separation tasks) / Glass and ceramics. 2021. No. 3. pp. 19-27.

[8]. Патент RU 2753159. Способ магнитно-реологического контроля магнитной восприимчивости частицы (Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Ершова В.А., Сандуляк Д.А.). 2021.[8]. Patent RU 2753159. Method for magnetic-rheological control of the magnetic susceptibility of a particle (Sandulyak A.A., Sandulyak A.V., Ershova V.A., Sandulyak D.A.). 2021.

[9]. Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Полисмакова М.Н., Сандуляк А.В., Ершова В.А., Киселев Д.О. Создание и реализация метода магнитно-реологического контроля магнитной восприимчивости одиночной частицы / Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2023. № 5. С.16-22.[9]. Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Polismakova M.N., Sandulyak A.V., Ershova V.A., Kiselev D.O. Creation and implementation of a method for magnetic-rheological control of the magnetic susceptibility of a single particle / Devices and systems. Management, control, diagnostics. 2023. No. 5. P.16-22.

[10]. Патент RU 2805765. Способ магнитно-реологической диагностики магнитной восприимчивости частицы при ее магнитоуправляемом перемещении в жидкости (Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Полисмакова М.Н., Сандуляк А.В., Харин А.С., Соловьев И.А.).[10]. Patent RU 2805765. Method for magnetic-rheological diagnostics of the magnetic susceptibility of a particle during its magnetically controlled movement in a liquid (Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Polismakova M.N., Sandulyak A.V., Kharin A.S., Soloviev I.A.).

Claims (5)

1. Магнитно-реологический способ определения магнитной восприимчивости частицы, предусматривающий проведение опыта по ее магнитоуправляемому вертикальному перемещению вверх в столбе жидкости при действии на частицу сил тяжести, Архимеда, Стокса и магнитной силы, создаваемой неоднородным магнитным полем с координатными, согласно координатам перемещения частицы, характеристиками таких магнитных параметров поля как напряженность H и/или индукция B, градиент gradH и/или gradB, причем применяемые для получения этого поля полюсные наконечники электромагнитной системы, обеспечивающей возможность изменения магнитных параметров ее токовой нагрузкой для проведения последующего опыта наконечниками сферической формы, располагают по обе стороны столба жидкости, когда между применяемыми наконечниками имеются по вертикали две симметричные зоны магнитного воздействия на частицу, находящиеся соответственно выше и ниже осевой линии наконечников, и в качестве рабочей используют нижнюю зону, в которой сила тяжести, направленная вниз, и магнитная сила, направленная вверх, являясь взаимно конкурентными, противодействуют друг другу, обусловливая возможность замедленного перемещения изучаемой частицы вверх, а магнитную восприимчивость χ частицы определяют исходя из уравнения действующих на нее сил, отличающийся тем, что при магнитном управлении перемещением изучаемой частицы вверх осуществляют варьирование токовой нагрузки электромагнитной системы непосредственно при проведении опыта, вызывая торможение в перемещении частицы вплоть до ее зависания, тем самым исключая силу Стокса в составляемом уравнении действующих на нее сил, при этом, используя из устанавливаемых координатных характеристик параметров H и/или B значения этих параметров в точке зависания частицы и, кроме того, используя из получаемых на основе упомянутых характеристик также координатных характеристик параметров gradH и/или gradB значения этих параметров в той же точке, магнитную восприимчивость χ изучаемой частицы определяют исходя из суженного уравнения действующих на нее сил по любому из двух выражений:1. Magnetic-rheological method for determining the magnetic susceptibility of a particle, which involves conducting an experiment on its magnetically controlled vertical movement upward in a column of liquid under the action of gravity, Archimedes, Stokes forces and a magnetic force created by a non-uniform magnetic field with coordinate characteristics, according to the coordinates of the particle’s movement, on the particle such magnetic field parameters as strength H and/or induction B, gradient gradH and/or gradB, and the pole pieces of the electromagnetic system used to obtain this field, which provides the ability to change the magnetic parameters of its current load for subsequent experiments with spherical tips, are placed on both sides of the liquid column, when between the tips used there are two vertically symmetrical zones of magnetic influence on the particle, located respectively above and below the axial line of the tips, and the lower zone, in which the gravity force is directed downwards and the magnetic force is directed upwards, is used as the working zone , being mutually competitive, counteract each other, causing the possibility of a slow upward movement of the particle being studied, and the magnetic susceptibility χ of the particle is determined based on the equation of the forces acting on it, characterized in that with magnetic control of the upward movement of the particle being studied, the current load of the electromagnetic system is varied directly at carrying out the experiment, causing inhibition in the movement of the particle until it hangs, thereby eliminating the Stokes force in the compiled equation of the forces acting on it, while using from the established coordinate characteristics of the parameters H and/or B the values of these parameters at the point where the particle hangs and, in addition In addition, using the values of these parameters at the same point from the coordinate characteristics of the parameters gradH and/or gradB obtained on the basis of the mentioned characteristics, the magnetic susceptibility χ of the particle under study is determined based on the narrowed equation of the forces acting on it using any of two expressions: χ = g ( ρ ρ η ) μ 0 H g r a d H или χ = g ( ρ ρ η ) В g r a d В μ 0 , χ = g ( ρ ρ η ) μ 0 H g r a d H or χ = g ( ρ ρ η ) IN g r a d IN μ 0 , в зависимости от того, какой из параметров для получения координатных характеристик магнитного поля между полюсными наконечниками выбран оператором, а именно напряженность H или индукция B = μ0H, где g – ускорение свободного падения, μ0 = 4π·10-7 Гн/м – магнитная константа, ρ и ρη – плотность изучаемой частицы и жидкости.depending on which of the parameters is selected by the operator to obtain the coordinate characteristics of the magnetic field between the pole pieces, namely intensity H or induction B = μ 0 H, where g is the acceleration of gravity, μ 0 = 4π·10 -7 H/m – magnetic constant, ρ and ρ η – density of the particle and liquid being studied. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение параметра индукции B поля в точке зависания изучаемой частицы определяют из предварительно устанавливаемой координатной характеристики параметра B посредством его пошаговых измерений тесламетром с датчиком Холла, в частности, закрепленном на координатном столике, при этом доступными простым расчетом становятся координатная характеристика напряженности поля H = B/μ0 и ее значение в оговоренной точке. 2. The method according to claim 1, characterized in that the value of the field induction parameter B at the hovering point of the particle under study is determined from a pre-established coordinate characteristic of parameter B through step-by-step measurements with a Teslameter with a Hall sensor, in particular, mounted on a coordinate table, while accessible a simple calculation is the coordinate characteristic of the field strength H = B/μ 0 and its value at a specified point. 3. Способ по пп.1, 2, отличающийся тем, что значение параметра gradB и/или gradH в точке зависания частицы определяют из координатной характеристики параметра gradB и/или gradH, получаемой после аппроксимации координатной характеристики параметра B и/или H, например, с помощью программы Excel полиномом не менее четвертой степени, и последующего дифференцирования этой характеристики, являющейся зависимостью параметра B и/или H от координаты магнитоуправляемого перемещения изучаемой частицы.3. The method according to claims 1, 2, characterized in that the value of the parameter gradB and/or gradH at the hovering point of the particle is determined from the coordinate characteristic of the parameter gradB and/or gradH, obtained after approximating the coordinate characteristic of the parameter B and/or H, for example, using the Excel program with a polynomial of at least the fourth degree, and subsequent differentiation of this characteristic, which is the dependence of the parameter B and/or H on the coordinate of the magnetically controlled movement of the particle being studied.
RU2023132134A 2023-12-06 Magnetic-rheological method of determining magnetic susceptibility of particle RU2813499C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2813499C1 true RU2813499C1 (en) 2024-02-12

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002042734A2 (en) * 2000-11-01 2002-05-30 The Cleveland Clinic Foundation Mems-based integrated magnetic particle identification system
US6557430B2 (en) * 1998-02-06 2003-05-06 The Cleveland Clinic Foundation System and device for determining particle characteristics
EA201200816A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-29 Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси" DEVICE FOR DETERMINATION OF MAGNETIC PROPERTIES OF DIAMAGNETIC AND PARAMAGNETIC, INCLUDING BIOLOGICAL, PARTICLES
RU2753159C1 (en) * 2020-12-27 2021-08-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» Method for magnetic-rheological control of magnetic susceptibility of particle
RU2805765C1 (en) * 2023-07-10 2023-10-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА- Российский технологический университет" Method for magnetic-rheological diagnostics of magnetic susceptibility of particle during its magnetically controlled movement in liquid

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6557430B2 (en) * 1998-02-06 2003-05-06 The Cleveland Clinic Foundation System and device for determining particle characteristics
WO2002042734A2 (en) * 2000-11-01 2002-05-30 The Cleveland Clinic Foundation Mems-based integrated magnetic particle identification system
EA201200816A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-29 Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси" DEVICE FOR DETERMINATION OF MAGNETIC PROPERTIES OF DIAMAGNETIC AND PARAMAGNETIC, INCLUDING BIOLOGICAL, PARTICLES
RU2753159C1 (en) * 2020-12-27 2021-08-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» Method for magnetic-rheological control of magnetic susceptibility of particle
RU2805765C1 (en) * 2023-07-10 2023-10-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА- Российский технологический университет" Method for magnetic-rheological diagnostics of magnetic susceptibility of particle during its magnetically controlled movement in liquid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jarny et al. Rheological behavior of cement pastes from MRI velocimetry
Shevkoplyas et al. The force acting on a superparamagnetic bead due to an applied magnetic field
RU2593677C2 (en) Electromagnetic sensor and calibration thereof
Moore et al. The use of magnetite-doped polymeric microspheres in calibrating cell tracking velocimetry
Anil-Inevi et al. Single cell densitometry and weightlessness culture of mesenchymal stem cells using magnetic levitation
Prat et al. Modeling spatial distribution of floc size in turbulent processes using the quadrature method of moment and computational fluid dynamics
RU2813499C1 (en) Magnetic-rheological method of determining magnetic susceptibility of particle
CN106073725B (en) A kind of magnetic nano temperature measurement method based on ac magnetization intensity odd harmonic
CN100432652C (en) Particle size distribution device
Staněk et al. Automated magnetic field evaluation for magnetic particle inspection by impulse
RU2805765C1 (en) Method for magnetic-rheological diagnostics of magnetic susceptibility of particle during its magnetically controlled movement in liquid
Kuznetsov Force acting on a cluster of magnetic nanoparticles in a gradient field: A Langevin dynamics study
CN104133184A (en) Non-destructive test method and device for average magnetic field intensity of permanent magnet
Lampropoulos et al. Computational modeling of an MRI guided drug delivery system based on magnetic nanoparticle aggregations for the navigation of paramagnetic nanocapsules
Sherman et al. Massively parallel simulations of chain formation and restructuring dynamics in a magnetorheological fluid
CN109541014B (en) Magnetic nanoparticle quality detection method based on magnetic signals
RU2753159C1 (en) Method for magnetic-rheological control of magnetic susceptibility of particle
RU2718641C1 (en) Method and device for permanent magnets identification by volume magnetization
Rodríguez-Sevilla et al. Upconverting materials for boosting the development of advanced optical microrheometric techniques
Zheng et al. Aerodynamic particle size measurement by electrodynamic oscillation techniques
Sun et al. The force analysis for superparamagnetic nanoparticles-based gene delivery in an oscillating magnetic field
RU2773630C1 (en) Method for controlling the magnetic susceptibility of a particle by the concentration dependence of the susceptibility of their dispersed samples
RU2796798C1 (en) Magnetometer for the implementation of the express method of magnetic-rheological diagnostics of the magnetic properties of a particle
Psuj Multiple parameters fusion of electromagnetic nondestructive inspection data for evaluation of fatigue damage in steel elements
RU141799U1 (en) DEVICE FOR CONTINUOUS CONTROL OF STRESSED-DEFORMED STATE OF METAL STRUCTURE