Введение к работе
Актуальность. В процессе разработки новых ферромагнитных материалов ,отработки технологии их производства,контроля качества готовой продукции возникает необходимость определения дисперсного состава гетерогенных систем с ферромагнитными (ФМ)частицами - феррожидкостей (ЯМЖ), важнейшим параметром которых является концентрация частиц твердой фазы, содержащейся в жидкой среде. К примеру,концентрация магнитной суспензии носителей информации в значительной степени определяет ее плотность и сохранность;оптимальная концентрация СВЧ-феррита ради-опоглощаюших и переотранающих покрытий обеспечивает согласование со свободным пространством и степень поглощения электромагнитной волны (ЗМ); объемное процентное содержание взвешенных металлических фер-ровключений определяет степень износа техники; качество некоторых красителей напрямую связано с концентрацией феррочастиц Fe,Ni,Co.
Существующие методы контроля концентрации на некоторых этапах технологических процессов или не применимы, или обладают высокой погрешностью (субъективный контроль) и низкой чувствительностью (кон-дуктометрические и электромагнитные методы).
Современные технологии спецпокрытий летательных аппаратов (ЛА) и СВЧ-ферритовых изделий на всех этапах производства и разработки требуют контроля е диапазоне СВЧ обобщенной проводимости гетерогенной дисперсной системы с феррочастицами, характеризующую не только ее концентрацию , но и параметры технологического процесса.связанные с изменением обобщенной проводимости. СВЧ-реэонаторные способы и устройства как системы с распределенными параметрами , обладающие высокой добротностью (до 50000) и значительной чувствительностью интегральных параметров (добротности,резонансной частоты,входного сопротивления) от характеристик магнитной суспензии,наиболее полно удовлетворяют этим требованиям.Кроме того,до настоящего времени практически не разработаны устройства в диапазоне СВЧ .характерным для которых является проявление специфических свойств взаимодействия с ЭМ полем стоячей волны феррожидкости в условиях внешнего подмагничива-ния постоянным полем - гиромагнитные свойства.Побочным применением этих эффектов может служить метод высокочувствительного экспресс-контроля содержания влаги и абразивных металлических ФМ частиц в авиационных ГСМ,использующий в качестве первичного измерительного преобразователя (ПИП) цилиндрический объемный резонатор (0Р),что
позволяет непосредственно уменьшить влияние этих свойств на безопасность полетов и сохранность авиационной техники .
Таким образом,задача контроля концентрации дисперсных систем с ФМ частицами далека от разрешения, и вопросы разработки совершенных и надежных измерителей обобщенной гетерогенной проводимости продолжают оставаться актуальными.Решению этой актуальной задачи и посвящена данная работа , выполненная в соответствии с планом НТК ВВС МО РФ на 1994 - 1997 гг.
Дель работы. Разработка и исследование СВЧ-резонаторних способов и устройств определения концентрации и обобщенной проводимости гетерогенных дисперсных систем с <Ш частицами,отличающихся повышенной точностью и чувствительностью.
Задачи работы. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ существующих измерителей концентрации ФМЖ; разработать метод "эквивалентных" сосредоточенных параметров для СВЧ колебаний Еою и Ноц цилиндрического ОР для расчета "возмущенных" резонансных частот и парциальной добротности; разработать СВЧ-резонаторные способы и устройства определения концентрации Ш частиц и обобщенной проводимости дисперсных систем; провести оптимальное проектирование, метрологический анализ и экспериментальные исследования этих устройств.
Научная новизна. Получены модели расчета "возмущенных" резонансных частот деформированных колебаний Еою и Нои цилиндрического ОР с аксиальным и горизонтальным расположением исследуемого диэлектрического объема при частичном заполнении резонатора и подтверждена их адекватность. На основе разработанного метода "эквивалентной" индуктивности для колебания Нои предложена модель возмущенной резонансной частоты ОР с гиромагнитным объемом в постоянном магнитном поле. Предложен способ настройки измерительного преобразователя в резонанс как разновидность метода полевой компенсации за счет управления магнитными свойствами ФМЖ или спецкомпенсационного гиромагнитного объема. Разработаны СВЧ-резонаторные способы и устройства определения концентрации $М частиц в жидкости компенсационным способом с использованием высокодобротного колебания Нои на постоянной частоте,а также с помощью расщепления собственной резонансной частоты колебания Ніїї цилиндрического ОР,позволяющее устранить вариацию диэлектрической проницаемости.
Практическая значимость работы. Разработано математическое и мет-
рологическое обеспечение созданных устройств. Предложено устройство с использованием колебания Еою для определения диэлектрической проницаемости и электропроводности с полевой компенсацией частоты посредством изменения магнитных свойств компенсационного объема СВЧ-феррита в постоянном поле подмагничивания.Рассмотрена возможность применения данного устройства для определения концентрации ФМ частиц с высоким тангенсом угла диэлектрических потерь и высокочувствительного экспресс-контроля нефтепродуктов на содержание влаги в поле СВЧ.Разработан комплексный измеритель параметров ФМЖ с вариацией структур полей резонатора.
Реализация результатов исследований. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательской работе "Резонатор-95" , проводимой Тамбовским высшим военным авиационным инженерным училищем им. Ф.Э.Дзержинского,и подтверждены 5 положительными решениями на выдачу патента.СВЧ-лабораторная установка по определению объемного содержания влаги и абразивных феррочастиц в авиационном керосине прошла испытание в службе ГСМ в/ч 18216.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
3 и 4-ой Межреспубликанских конференциях /Тамбов-1993 и 1995гг./;
1-й Всероссийской конференции / Москва, МГТУ им.Баумана-1994/;1-й
Всероссийской электрохимической школе /Тамбов-1995/.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ. Структура и объем диссертации-. Диссертация состоит из введения,
4 глав,заключения,списка литературы и 3-х приложений,изложена на 175
страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок,3 таблицы и 85
наименований литературы.
