Способ формирования выпуклого мениска жидкости

(5 Й) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫПУКЛОГОМЕНИСКА ЖИДКОСТИ ких десятых гаемому выпукв пода" костии возлем 2 3 Изобретение относится к техничес кой физике и приборостроению, в час ности к технике создания управляемого мениска жидкости над поверхнос" тью несущего его тела, и может быть использовано в устройствах для измерения параметров магниточувствительной жидкости, в модуляторах яркости света, в органах записи устройств регистрации информации и т.д,Известны способы формирования выпуклого мениска, в которых используют жидкость, не смачивающую поверхность несущего жидкость тела. При подаче такой жидкости под гидро- статическим давлением по цилиндририческому капиллярному каналу над поверхностью тела с каналом образуется выпуклый мениск в йорме, близкой к полусФере 1 3.Недостатком такого способа является отсутствие явно выраженной вершины мениска. Кроме того, высота полученного таким способом мениска 2непревосходит нескольдолей миллиметра.Наиболее близким к предлаявляется способ формированиялого мениска, заключающийсяче магниточувствительной жидна поверхность твердого теладействии на нее магнитным по Недостатком этого способа являет"ся отсутствие у мениска явно выраженной вершины заостренной формы. Из-заэтого практически невозможно точноопределить положение вершины менис"ка и дозированно воздействовать еюна какой.-либо физический объект, на-,пример луч света, носитель записии т.п.Кроме того, этот способ не позво"щ ляет изменять в пространстве положение осевой линии мениска и его вершины , перемещая последнюю в плоскости, ортогональной к оси капилляра,тмениска 6. До момента действия магнитного поля на магниточувствитель ную жидкость и в первый момент действия поля магниточувствительнаяжидкость 1 свободно растекается поповерхности 2 несущего ее тела 3 иудерживается в виде капли силамиповерхностного натяжения, как показано на фиг. 1. При действии на нее1 ф магнитного полл Н на каждый элементобъема и поверхности магнитной жидкости действуют пондеромоторные силы(т , Г 1, 1, Г, и т.д,)которые стягивают жидкость к силовойд линии 4 магнитного поля, и магнитнаяжидкость выдавливается с поверхности 2, принимая форму выпуклого мениска 6 с заостренной вершиной 5 (фиг. 2),Такой процесс роста мениска 6 про;щ исходит до тех пор, пока пондеромоторные силы не будут уравновешенысилами поверхностного натяжения жидкости. При достижении такого равновесия мениск принимает устойчивоед состояние.Для получения осесимметричногомениска с круговыми поперечными сечениями предлагается использоватьосесимметрицное магнитное поле. Вэтом случае оси симметрии поля имениска 4 (фиг. 2) совпадают,При малых градиентах магнитногополя вдоль поверхности 2 положениемениска и его вершины может быть различным, цто определяется чистотойповерхности 2, ее ориентацией в пространстве и т,п, причинами, Для точной привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела магниточувствительную жид 46кость подают в углубление (фиг, 3 и4), выполненное на требуемой координате тела. При этом форма углубленияможет быть произвольной формы, на пример конусообразной 7 (фиг. 3) илиполусферической 8 (Фиг. 4). Магниточувствительную жидкость можно подавать в углубление как с внешней стороны поверхности тела, например пипеткой, так и по каналу 9, выполненному в теле 3 (фиг. 5) При постоянном гидростатическом давлении жидкости в канале 9 высота мениска не изменяется даже при расходовании жидкости из самого мениска.В соответствии с предлагаемым способом возможно отклонять вершину мениска от исходного состояния путем 3 1000878Цель изобретения - формирование мениска с малым, радиусом кривизны в его вершине.Поставленная цель достигается тем что согласно способу формирования выпуклого мениска жидкости, заключающемуся в подаче магниточувствительной жидкости на поверхность твер дого тела ивоздействии на нее магнитным полем, каплю жидкости размещают на поверхности твердого тела и действуют на каплю магнитным полем направленным по оси симметрии мениска.Магнитное поле можно создавать распределенным симметрично относительно оси симметрии мениска.С целью привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела каплю жидкости подают в углубление на поверхности тела, размещенное на требуемой координате, например через канал в теле.На фиг. 1 и 2 показаны условия образования мениска с явно выраженной вершиной заостренной формы (на фиг. 1 - распределение пондеромоторных сил магнитного поля в первый момент воздействия этого поля на жидкость; на фиг. 2 - установившаяся форма мениска); на фиг. 3 и 4 способы привязки основания мениска к определенной координате несущего жидкость тела; на Фиг. 5 - возможный способ подачи магниточувствительной жидкости к мениску; на фиг. 6 и 7 - влияние на форму мениска величины действующего на него магнитного поля; на Фиг, 8 и 9 - спо. соб отклонения от исходного состояния осевой линии и вершины мениска путем использования источника отклоняющего магнитного поля; на фиг. 10- 12 - способ отклонения вершины мениска путем перемещения источника фокусирующего магнитного поля; на фиг. 13 - возможный вариант предлагаемого способа в устройстве для определения параметров магнитоцувствительной жидкости; на фиг. 14 - то же, в регистрирующем устройстве.Способ осуществляется следующим образом.Каплю магниточувствительной жидкости 1 (фиг. 1) подают на поверхность 2 несущего жидкость тела 3 и действуют на нее таким магнитным полем Н, чтобы одна из силовых линий.4 этого поля исходила из вершины 55 10изменения магнитного поля. Для этого возможны различные приемы,Иожно изменять величину действующего на мениск магнитного поля(фиг. 6 и 7). Увеличение магнитногополя увеличивает высоту мениска и заостряет его вершину при том же объеме магниточувствительной жидкости вмениске. Так, при поле Н (фиг. 6)меньшем Н(фиг, 7) мениск имеет высоту п 1 (фиг. 6) меньше и 2 (фиг. 7)Для отклонения мениска от исходного состояния можно изменять топографию пространственное распределение магнитного поля, например,путем действия на мениск полем, создаваемым дополнительной катушкойиндуктивности (фиг. 8 и 9 ). В случае, когда мениск образован источником 10 магнитного поля (постоянным или электромагнитом ), его вершина 5 занимает строго определенное положение, показанное на фиг, 8,Наличие по соседству обесточеннойкатушки 11 индуктивности не изменяетформы мениска и положения его вершины, Гсли же через катушку 11 пропустить электрический ток, то топография результирующего поля, действующего на м,;гнитоцувствительную1жидкость, изменяется и в зависимости от направления тока в катушке 11мениск изменяет форму и его вершинаотклоняется в пространстве, принимая различные положения в зависимости от полярности включения катушки(фиг. 9). Положение отклоняющей катушки в пространстве определяетсяконкретными требованиями к устройству, в котором используется предлагаемый способ.Вершина мениска от исходного состояния может быть отклонена и путемперемещения источника магнитного поля. Бсли, например, в исходном положении вершина мениска занимает положение, показанное на фиг. 10, топриближение источника 10 магнитногополя к магнитоцувствительной жидкости увеличивает высоту мениска(фиг. 1), т.е. при 2)02 Ь 1 Ь 2, асмещение источника магнитного поляв поперечном направлении отклоняетвершину мениска в сторону от исходного положения фиг. 12 ), т,е. приаф 0 имеем ЬФО.Во всех рассмотренных случаях может использоваться один или несколько источников магнитного поля, рас 00878 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 положенных как с тыльной, так и с лицевой стороны поверхности тела, несущего магниточувствительную жидкость.Предлагаемый способ формирования устойчивого, одиночного, выпуклого мениска с явно выраженной вершиной заостренной формы на предприятии проверен экспериментально с различными магниточувствительными жидкостями и с источниками магнитного поля, Получены мениски высотой до 5 мм при диаметре основания 1 мм, причем радиус кривизны мениска не превышал нескольких сотых долей миллиметра. Диапазон отклонения вершины мениска в любом направлении составляет несколько миллиметров.Предлагаемый способ может быть использован при создании устройств для измерения магнитных характеристик магнитоцувствительной жидкости. Например, на фиг. 13 показан один из возможных вариантов такого устройства. Оно состоит из тела 3, несущего магниточувствительную жидкость, углубления 7 над его поверхностью, источника 10 магнитного поля и верти" кальной пластины 12 со шкалой 13 Иагниточувствительная жидкость, помещенная в углубление 7; при включении источника 10 магнитного поля при-. нимает орму заостренного мениска 6. По высоте вершины 5 мениска с по" мощью шкалы 13, отградуированной определенным образом, определяется ее магнитная чувствительность, 1Другой возможный пример применения предлагаемого способа показан на фиг. 14. Здесь предлагаемый способ реализуется в органе записи регистрирующего устройства, который состоит из тела 3 с каналом 9 и углублением 7 источника 10 постоянного магнитного поля, выполненного в виде фокусирующей катушки 10 и четырех отклоняющих катушек, две из которых 14 и 15 показаны. Под действием магнитного поля, создаваемого фокусирующей катушкой 10, формиру ется мениск, который своей вершиной может касаться бумажного носителя 16, оставляя на нем след. Величина следа зависит от силы тока в фокусирующей катушке. Положение следа на бумажном носителе определяется током, подаваемым в отклоняющие катушки. Сочетая работу фокусирующей7 1.000878 8и отклоняющих катушек, возможно за" ,. т л и ч а ю щ и й с я тем, что, писывать на бумагу любые изображе- с целью формирования мениска с малым , ниябез взаимного перемещения орга- радиусом кривизны в его вершине, на записи и бумажного носителя. Для каплю жидкости размещают на поверх- уменьшения токов фокусирования и з ности твердого тела и действуют на отклонения мениска с тыльной сторо-нее магнитным полем, направленным ны бумаги может быть размещен магии- по оси симметрии мениска.топровод или дополнительный источник 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юмагнитного поля. щ и й с я тем, что .создают магнитПредлагаемый способ позволит оп" 1 нОе поле, распределенное симметричределять эксплуатационные характерис- но относительно оси симметрии менистики магниточувствительной жидкости, ка.создать достаточно простые регист" 3 Способ по и. 1, о т л и ч а юрирующие устройства неподвижных изоб- щ и й с я тем, что, с целью приражений без взаимного перемещения 1 вязки основания мениска к опредеоргана записи бумажного носителя, ленной координате несущего жидкость причем разрешающая способность изоб- тела, каплю жидкости помещают в угражения, получаемого с помощью сфор. лубление на поверхности тела, размулированного предлагаемым способом мещенное на требуемой координате . мениска, намного превосходит разре 4. Способ по пп. 1 и 3, о т л ишающую способность изображений, по- ч а ю щ и й с я тем, что магнитолучаемых менисками, сформулирован чувствительную жидкость подают в ными известными способами, углубление через канал в теле.формула изобретения Способ формирования выпуклогомениска жидкости, заключающийся вподаче магниточувствительной жидкос"ти на поверхность твердого тела ивоздействии на нее магнитным полем,И Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. фриш С,Э., Тиморова А,В, Курсобщей физики. Т. 1, М., Фиэматгиз,1962, с, 291.2. Авторское свидетельство СССРУ 147225 кл. Н 04 М 1/28, 19 б 2