Подход к контролю магнитных параметров сердцевин цепочки шаров. Диагностика разных по длине цепочки и радиусу сердцевин

Базовыми структурными элементами намагничиваемой гранулированной среды (эффективно используемой, в частности, в устройствах для тонкой магнитной сепарации) являются цепочки гранул (согласно поканальной модели), в связи с чем возникает необходимость в детализации особенностей их намагничивания. Цель работы – разработка и реализация подхода к измерениям магнитных (микро) потоков по сердцевинам разного радиуса r в цепочке гранул при помощи специально разработанного (по технологии печатных плат) датчика, используя доступные для таких измерений шары повышенного радиуса R (15 и 20 мм).

По данным измерений магнитных (микро)потоков получены данные средней индукции в каждой из квазисплошных сердцевин цепочки шаров, а также данные магнитной проницаемости и восприимчивости этих сердцевин, их намагниченности для разных значений напряжённости намагничивающего поля. Показано, что зависимости указанных магнитных параметров от числа шаров n в цепочке обобщаются по r /R для разных R.

Эти зависимости, возрастая по мере увеличения n вследствие уменьшения размагничивающего фактора N любой из сердцевин и цепочки в целом, демонстрируют достижение индивидуально предельных значений магнитных параметров и соответствующих автомодельных областей, где N→0. При этом переход к каждой из этих областей, проявляющийся практически независимо от r /R и напряжённости, приходится на значение n = 10–12 = [n]. Тем самым такое, по сути критериальное, значение [n] разграничивает цепочки на достаточно «длинные» – когда n ≥ [n] и «короткие» – когда 2 ≤ n ˂ [n]. Получены и феноменологически описаны данные размагничивающего фактора для разных сердцевин «коротких» цепочек шаров.

1. Périgo E.A., Weidenfeller B., Kollár P., Füzer J. Past, present, and future of soft magnetic composites. Applied Physics Review, 2018, vol. 5, no. 3, p. 031301. DOI: 10.1063/1.5027045

2. Strečková M., Füzer J., Kobera L., Brus J., Faberova M., Bures R., Kollar P., Lauda M., Medvecky L., Girman V., Hadraba H., Batʼkova M., Batʼko I. A comprehensive study of soft magnetic materials based on FeSi spheres and polymeric resin modified by silica nanorods. Materials Chemistry and Physics, 2014, vol. 147, iss. 3, pp. 649–660. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2014.06.004

3. Kanhe N.S., Kumar A., Yusuf S.M., Nawale A.B., Gaikwad S.S., Raut Suyog A., Bhoraskar S.V., Sheng Wu Yun, Das A.K., Mathe V.L. Investigation of structural and magnetic properties of thermal plasma-synthesized Fe1− xNiχ alloy nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds, 2016, vol. 663, pp. 30–40. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.11.190

4. Birčáková Z., Kollár P., Weidenfeller B., Füzer J., Fáberová M., Bureš R. Reversible and irreversible DC magnetization processes in the frame of magnetic, thermal and electrical properties of Fe-based composite materials. Journal of Alloys and Compounds, 2015, vol. 645, pp. 283–289. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.121

5. Kollár P., Birčáková Z., Vojtek V., Füzer J., Bureš R., Fáberova M. Dependence of demagnetizing fields in Fe-based composite materials on magnetic particle size and the resin content. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, vol. 388, pp. 76–81. DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.04.008

6. Bai K., Casara J., Nair-Kanneganti А., Wahl A., Carle F., Brown E. Effective magnetic ceptibility of suspensions of ferro-magnetic particles. Journal of Applied Physics, 2018, vol. 124, p. 123901. DOI: 10.1063/1.5041750

7. Moore R.L. Development of a volume fraction scaling function for demagnetization factors in effective media theories of magnetic composites. AIP Advances, 2019, vol. 9, p. 035107. DOI: 10.1063/1.5078736

8. Moore R.L. Development and test of concentration scaled demagnetization in effective media theories of magnetic composites. Journal of Applied Physics, 2019, vol. 125, p. 085101. DOI: 10.1063/1.5053791

9. Sandulyak A.A., Sandulyak D.A., Ershova V.A., Sandulyak A.V. Ferrous Material Fill: Magnetization Channels, Layer-by-Layer and Average Permeability, Element-to-Element Field. Analysis and Modelling of Advanced Structures and Smart Systems, 2017, vol. 81, pp. 191–210. DOI: 10.1007/978-981-10-6895-9_9

10. Sandulyak A.V., Sandulyak A.A., Ershova V.A. Magnetization curve of a granulated medium in terms of the channel-by-channel magnetization model (new approach). Doklady Physics, 2007, vol. 52, pp. 179–181. DOI: 10.1134/S1028335807040027

11. Sandulyak A.V., Gorpinenko Yu.O., Polismakova M.N., Sandulyak D.A., Sandulyak A.A. Magnetic flow and induction in the hearts of magnetizable ball chains. Engineering, 2020, no. 6(96), pp. 96–110. DOI: 10.23670/IRJ.2020.96.6.017

12. Kolomeitsev A.A., Zatonov I.A., Pischanskaya M.I., Baranov P.F., IlyaschenkoD.P., Verkhoturova E.V. Designing a Planar Fluxgate Using the PCB Technology. Devices and Methods of Measurements, 2021, vol. 12, no. 2, рр. 117–123. DOI: 10.21122/2220-9506-2021-12-2-117-123

13. Uchaikin S., Likhachev A., Cioata F., Perminov I., Sanghera H., Singh I., Spear P., Chavez P., Han X., Petroff C., Rich C. 3D magnetometer for a dilution refrigerator. Journal of Physics: Conference Series, 2012, vol. 400, p. 052037. DOI: 10.1088/1742-6596/400/5/052037

14. Chen D.X., Pardo E., Zhu Y.-H., Xiang L.-X., Ding J.-Q. Demagnetizing correction in fluxmetric measurements of magnetization curves and hysteresis loops of ferromagnetic cylinders. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018, vol. 449, pp. 447–454. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.10.