Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Для этого необходимо зафиксировать время ~, за которое скорость автомобиля увеличилась с и~ до и2. Тогда ускорение можно найти по Р формуле а = ' '. Однако на других движущихся объектах, например самолетах, ракетах, морских кораблях, ускорение движения является настолько важной величиной, что на них ставят специальные приборы — акселерометры, измеряющие ускорение в любой момент времени. Принцип действия акселерометров основан на изменении перемещения инерционной массы при изменении скорости тела с величины и, до о2.
Как только скорость корпуса прибора изменится до и,, свободно подвешенная в нем инерционная масса сместится относительно корпуса, так как их мгновенные скорости не будут равны. Величина 219 этого смещения пропорциональна разности (и — о,) и, следовательно, действующему ускорению. Поведение стоящего пассажира при резком ускорении автобуса неплохо иллюстрирует этот принцип измерения. В некоторых конструкциях акселерометров поступательное движение инерционной массы преобразуется во вращательное. Для этого инерционную массу закрепляют в корпусе так, что ее центр не совпадает с геометрической осью прибора.
Угол поворота массы вокруг оси будет за висеть от действующего ускорения. Магнитная жидкость также может применяться для измерения ускорения. Пусть инерционная масса представляет собой немагнитное тело (например, нейлоновый шар). Мы уже знаем, что на немагнитный шар, погруженный в магнитную жидкость, действует сила, направленная в сторону уменьшения напряженного магнитного поля. А что, если создать в жидкости симметричное поле, минимальная напряженность которого расположена в центре симметрии? Тогда шар будет находиться в этой точке в положении устойчивого равновесия, так как любое его смещение приводит к возникновению возвращающей магнитной силы. Такую конфигурацию поля легко создать тремя парами электромагнитов, расположив их по трем координатным осям (рис.
35). Поместив сферический сосуд с маг- нитнОЙ жидкостью и нейлоновым шаром между полюсами магнитов, получим трехосевой акселерометр для измерения действующих ускорений. В поле тяготения и при отсутствии ускорений ток, питающий нижний электромагнит, должен быть больше, чем в остальных электромагнитах, чтобы компенсировать вес шара. Когда к устройству приложена сила, нейлоновый шар смещается относительно сферического сосуда. Ускорение, связанное с этой силой, можно определить, измерив смещение Рмс. 3$. Схема действия трехосевого акселерометра. шара или ток в каждом из магнитов, необходимый для возвращения шара в центральную точку.
Чувствительность прибора такой конструкции оказалась очень высокой: он реагирует на ничтожно малые ускорения, составляющие 1О ' а'. Разработан одноосный акселерометр столь же высокой чувствительности, в котором используется явление взвешивания постоянного магнита в магнитной жидкости. Ранее мы уже описали многосекционный магнитожидкостный подшипник. Если инерционную массу набрать из таких кольцевых магнитов, то по ее смещению в цилиндрическом корпусе, заполненном магнитной жидкостью, можно определить действующее вдоль оси цилиндра ускорение.
ПРИРОДА НЕ ТЕРПИТ ПУСТОТЫ Здесь мы не собираемся описывать физические свойства вакуума, чтобы доказать ошибочность представления о вакууме, как о пустоте, в которой ничего нет и ничего не происходит. Нас будут интересовать более простые вещи, которые связаны с широкой распространенностью вакуумного оборудования в технологических процессах, начиная от вакуумной сушки различных материалов до точной сварки деталей электронным лучом.
Можно упомянуть также проблемы, связанные с вакуумом, в производстве полупроводниковых устройств. Например, в процессе осаждения алюминия на кремниевую подложку даже незначительное присутствие воздуха в рабочей камере может привести к превращению электропроводяиего алюминия в отличный диэлектрик — окись алюминия.
Нередко возникает ситуация, когда внутри аппарата следует поддерживать вакуум — достаточно глубокое разрежение. В то же время приходится управлять процессами в вакуумной камере, используя устройства, которые расположены вне ее. Сделать это можно с помощью герметичного вакуумного ввода. Оказалось, что герметизация вакуума— отнюдь не простое дело. Широко распространенные эластомерные герметизаторы манжетного типа не смогли справиться с этой задачей.
Они слишком быстро «уставали» (существует такой термин — усталостные процессы). Под действием постоянной нагрузки такие герметизаторы теряли эластичность, деформировались, и воздух проникал сквозь преграду, которая должна была удерживать перепад давления порядка 10' Па. Теперь уже нет сомнений, что без помощи герметизаторов, в которых преградой служит магнитная жидкость, большинство вакуумных проблем решить невозможно. Две простейшие первоначальные конструкции такого узла изображены на рис.
36. Одна из них предназначалась для ферромагнитного вала 1а), другая— для неферромагнитного 1б). Конструкция, изображенная на рис. 36, а, получила дальнейшее развитие, и сейчас эксплуатируется уже третье поколение такого типа герметизаторов. Кольцевой постоянный магнит 4, охватывающий герметизируемый вал 1, намагничен в осевом направлении. С помощью полюсных наконечников 2, примыкаюаих к полюсам магнита, в узком кольце- вом зазоре между валом и зубцами наконечника создается существенно неоднородное магнитное поле, которое замыкается через магнитопроницаемый вал. Кольцевой слой магнитной жидкости 8 располагается под зубцом полюсного наконечника в области сильных 2 4 1 4 2 Рис. 36. Принципиальная схема магнитожидкостно- ГО УПЛОТНЮНИЯ.
полей и удерживается магнитной силой при вращении вала. В таком герметизаторе, конечно, не может быть никаких остаточных деформаций. Более того, магнитожидкостные герметизаторы обладают редким свойством «самозалечивания». Если рабочий перепад давления по каким-либо причинам резко вырастает (например, из-за динамических ударов вне герметизируемой камеры) и превысит допустимую величину, то в магнитожидкостной пробке образуются каналы, через которые вещество из окружающей среды начнет проникать в каме- ру. Однако, как только давление уменьшится до допустимого значения, герметизатор вновь начнет выполнять свои функции плотной преграды. Не следует думать, что герметизация глубокого вакуума магнитной жидкостью вообще не содержит проблем.
Основная проблема— зто испарение жидкости, особенно при повышенных температурах. В результате снижаются ресурсы работы герметизатора без технического обслуживания. Мы уже упоминали, что жидкости делают нз специальных основах, скорость испарения которых в вакуум очень мала. Разработаны также специальные системы автоматической подзарядки герметизатора магнитной жидкостью. Так как толщина Й запирающего слоя жидкости мала (О,! — 0,2 мм), то при высоких скоростях движения поверхности вала вязкая диссипация энергии становится значительной (напомним, что она пропорциональна (оо/Й)', где оо — линейная скорость герметизируемой поверхности). Если не отвести выделяющееся тепло, то жидкость начнет разогреваться и произойдет ее вскипание. Значит, для герметизации высокоскоростных валов должна быть разработана система принудительного охлаждения герметизирующего узла.
Зато при проектировании магнитожидкостных герметизаторов для оборудования, работающего в области низких температур (например, турбогенераторов со сверхпроводящей обмоткой), можно использовать рабочую среду (пары гелия) в качестве хлада гента. Конструкции магнитожидкостных герметизаторов для организации вакуумного ввода ! Ь Звк. 2307 225 принципиально не отличаются от аналогичных устройств для герметизации камер, работающих при повышенном давлении или содержащих такие среды, как водород, кислород, озон, а также пары, включающие различные жидкие и твердые примеси. В процессе эксплуата-. ции герметизаторов с магнитной жидкостью не происходит их износа, что позволяет применять их в системах с высокими требованиями к чистоте герметизируемого объема.
Например, такой герметизатор разработан для центробежного вентилятора,, прокачивающего рабочую газовую смесь (СО2, Ы2, Не) в мощном газодинамическам лазере. Приведем еще один пример применения магнитожидкостного герметизатора для предотвращения попадания мельчайших частиц пыли (в том числе и табачного дыма) в дисковое устройство электронно-вычислительной машины. Помехи, вызываемые этими посторонними веществами на магнитной головке, могут привести к потере информации, а также к повреждению магнитной головки или вращающегося с большой скоростью вблизи нее магнитного диска. Чтобы уменьшить количество ча.
стиц в дисковом устройстве, его заполняют гелием при небольшом избыточном давлении и ставят магнитожидкостный герметизатор, препятствующий попаданию частиц из внешней среды. Очень важное преимущество такого герметизатора состоит в отсутствии утечек через слой жидкости при останове и очередном пуске устройства, которые так характерны для эластомерных герметизаторов.
РАЗГОВОРЧИВ, КАК ЛЕТУЧАЯ МЫШЬ Итальянский ученый Ладзаро Спалланцани в возрасте 64 лет заинтересовался способом ориентации ночных животных. Результаты проведенных им опытов с летучими мышами привели Спалланцани в 1799 г. (незадолго до его смерти) к выводу о преобладающей роли слуха в ориентации летучих мышей. В 1937 г. в одной из лабораторий Гарвардского университета (США) был создан прибор, позволяющий исследовать звук в диапазоне от 10 до 80 кГц. Эти цифры означают, что за одну секунду источник звука совершает от 10000 до 80000 полных колебаний, при этом в среде, примыкающей к источнику, распространяется упругая волна, состоящая из поочередного сжатия и растяжения среды в направлении распространения волны. Упругие волны, частоты которых превышают!Π— !5 кГц, называются ультразвуком. Мы не слышим этих звуков, так как они находятся за пределами слышимости уха человека.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
