磁流變液沉降速率測定儀及其測定方法
【專利摘要】本發明公開了一種磁流變液沉降速率測定儀及其測定方法，磁流變液沉降速率測定儀包括電感傳感器和用于盛放磁流變液的試管；試管豎直放置；電感傳感器設于試管外側并且高度可調，在試管內倒入標定體積的磁流變液樣品后放入電感傳感器并直到套管筒固定；將電感傳感器與試管內液面相平處作為初始位置沿高度計向下移動距離s，同時打開計算機進行電感信號處理、數據記錄和作圖分析；獲得沉降分層線降至電感傳感器處所經歷的時間t，由此計算出沉降速率為s/t，利用磁流變液電感強度隨其中的鐵磁顆粒濃度變化而變化、以及在確定位置處沉降分層線通過時鐵磁顆粒濃度發生特殊變化的原理，巧妙地測定沉降分層線通過該位置時的時間，計算得沉降速率，用于磁流變液材料的沉降性能評價。
【專利說明】磁流變液沉降速率測定儀及其測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測試儀器及測試方法，尤其涉及一種磁流變液沉降速率測定儀及其測定方法。
【背景技術】
[0002]磁流變液作為一種受到廣泛重視和研究的智能材料，其基本原理是磁性顆粒(通常為羰基鐵粉)分散在水、油等載體液中，再加入某些添加劑進行均勻混合，便在外磁場中便表現出毫秒級尺度的阻尼可控現象，具體表現為，隨著磁場從零逐漸增加，其從牛頓流體態變化至半固態，且該過程可逆。這一典型特性讓其在車輛、精密儀器等幾乎所有需要高性能隔減振的場合具備廣闊的應用前景，例如汽車半主動懸架、智能座椅、建筑物地震隔振等。由于磁流變液的主要構成成分磁性顆粒與載體液間的密度差距懸殊(如羰基鐵粉與油基載體液密度差約為7倍)，因而不可避免地存在較嚴重的沉降問題，具體表現為磁性顆粒下沉，尤其是在上部形成清晰的分層線。磁流變液的沉降問題是目前限制其廣泛實用的主要難題之一，主要表現為一段時間沉降后其流變參數發生較大變化，因而性能下降，亦給控制系統帶來困擾，故對磁流變性的沉降性能進行評價顯得尤其必要。目前對磁流變液沉降性能的評價方式主要為在一定時間內通過目視測得分層線的位移，由此計算出單位時間內的沉降率。由于分層線位移緩慢，顯然目視會造成極大的誤差，因而不能對不同的磁流變液樣品進行科學的對比評價。中國專利“200420063877.7”利用外置磁鐵產生磁場、并在磁鐵附近放置特斯拉計來測量裝有磁流變液的器皿的不同位置的磁場強度。該發明利用了磁流變液中磁導率決定于磁性顆粒濃度的原理，嘗試通過所測得的磁場強度來得出磁性顆粒濃度，再利用不同高度、不同時間所測值來得出沉降分層情況。然而，雖然磁場強度與磁導率間存在必然的聯系，但該發明并沒有說明如何得出磁場強度或磁導率與磁性顆粒濃度間的關系，因而不能得出磁性顆粒濃度隨時間的變化關系。該發明亦未給出如何精確判定分層線位置的具體方法，且由于需要定期移動磁鐵，由此造成了定位誤差，操作復雜。此外該發明裝置結構并不緊湊，需移動的部件過多，比如難以保證特斯拉計每次處在距離器皿相同的位置和角度，以造成誤差。中國專利“201110003447.0”采用X光發射系統和成像系統來獲得容器中磁性顆粒濃度的分布情況，亦可獲得分層線的位置信息，然而X光系統過于昂貴及復雜，還存在操作安全性問題。上海交通大學的陳樂生等人發表了一篇“電感法測量磁流變液沉降系數的研究”的文章，該文基于的前提是假設盛裝磁流變液的試管高度足夠長，認為隨著沉降發生(在上部出現透明層)，透明層以下的磁流變液濃度不變，而這種假設與事實不符，而且測定時需要事先移動電感傳感器來標定電感與位移間的關系，再將磁流變液液面設置在電感傳感器以內，然后利用之前標定的關系來獲得觸發時間，測定過程中電感傳感器由坐標平移臺帶動運動，結構復雜，誤差大。
[0003]因此，需要一種新型的磁流變液沉降速率測定儀及測定方法，以彌補現有技術的不足，簡化結構，減小誤差，提高測定精度，降低設備成本。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的是提供一種精確定量測量、操作簡便的磁流變液沉降速率測定儀及其測定方法。
[0005]本發明的磁流變液沉降速率測定儀，包括電感傳感器和用于盛放磁流變液的試管；所述試管豎直放置；所述電感傳感器設于試管外側并且高度可調；
[0006]進一步，還包括底座；所述底座上設有用于固定和支撐試管的套管筒；
[0007]進一步，還包括桿狀的高度計，所述高度計豎直設置并固定于底座；
[0008]進一步，所述電感傳感器套裝于試管外側并以高度可調的方式安裝于高度計；
[0009]進一步，還包括用于對電感傳感器的電感信號進行處理、數據記錄和作圖分析的計算機；
[0010]進一步，所述電感傳感器包括外殼和感應線圈；所述感應線圈沿試管周向纏繞；所述外殼包覆于感應線圈外部呈環狀；外殼采用高導磁材料制成；
[0011]進一步，所述外殼內孔直徑和套管筒內孔直徑與試管外徑相等；
[0012]進一步,所述感應線圈阻數為300?600 Ei ;所述外殼軸向長度為5?30mm ；
[0013]本發明的磁流變液沉降速率測定儀的測定方法，包括以下步驟:
[0014]a，在試管內倒入標定體積的已攪拌均勻的磁流變液樣品；
[0015]b，將試管放入電感傳感器并直到套管筒固定；
[0016]C，將電感傳感器與試管內液面相平處作為初始位置沿高度計向下移動距離S，同時打開計算機對電感傳感器的電感信號進行處理、數據記錄和作圖分析；
[0017]d，根據電感信號與時間關系圖獲得沉降分層線降至電感傳感器處所經歷的時間t,由此計算出沉降速率為s/t ；
[0018]進一步，改變S值重復步驟c和d計算沉降速率平均值。
[0019]本發明的磁流變液沉降速率測定儀及其測定方法，利用磁流變液電感強度隨其中的鐵磁顆粒濃度變化而變化、以及在確定位置處沉降分層線通過時鐵磁顆粒濃度(亦即電感強度)發生特殊變化的原理，在沉降分層線以上的位置，隨著沉降分層線繼續下降，電感傳感器內總的磁性顆粒含量下降，其測得的電感值隨著時間持續下降；而在沉降分層線以下的位置處(只要沉降分層線還未到達該處)，由于沉降分層線以上磁性顆粒濃度幾乎變為零，由此導致沉降分層線以下的磁性顆粒濃度上升，則該處電感傳感器內的磁性顆粒含量上升，其測得的電感值隨著時間持續上升。因而保持電感傳感器在適當的已知位置，當沉降分層線從初始液面位置下移并通過該位置后，其所測得的電感值經歷先增大后減小的特殊變化規律，而最大值處即出現在沉降分層線通過該位置的時刻。由此已知沉降分層線位移和所經歷時間，即可計算得沉降速率，其結構簡單、緊湊，操作簡便，測定精度高，設備成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的結構示意圖；
[0021]圖2為電感值與時間關系圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1為本發明的結構示意圖，圖2為電感值與時間關系圖，如圖所示:本實施例的磁流變液沉降速率測定儀，包括電感傳感器I和用于盛放磁流變液3的試管2 ;所述試管2豎直放置；所述電感傳感器I設于試管2外側并且高度可調，利用磁流變液3電感強度隨其中的鐵磁顆粒濃度變化而變化、以及在確定位置處沉降分層線通過時鐵磁顆粒濃度(亦即電感強度)發生特殊變化的原理，在沉降分層線以上的位置，隨著沉降分層線繼續下降，電感傳感器I內總的磁性顆粒含量下降，其測得的電感值隨著時間持續下降；而在沉降分層線以下的位置處(只要沉降分層線還未到達該處)，由于沉降分層線以上磁性顆粒濃度幾乎變為零，由此導致沉降分層線以下的磁性顆粒濃度上升，則該處電感傳感器I內的磁性顆粒含量上升，其測得的電感值隨著時間持續上升。因而保持電感傳感器I在適當的已知位置，當沉降分層線從初始液面位置下移并通過該位置后，其所測得的電感值經歷先增大后減小的特殊變化規律，而最大值處即出現在沉降分層線通過該位置的時刻。由此已知沉降分層線位移和所經歷時間，即可計算得沉降速率。電感傳感器I設于試管2外側直接獲取電感信號，不需要額外的探測傳感器如特斯拉計等，且只需微弱的電流即可獲得較好的電感信號，可以忽略電感傳感器I對磁流變液3本身沉降特性的影響。其結構緊湊，操作簡便，測定精度高，設備成本低；可直接將電感傳感器I以高度可調的方式安裝于試管2壁，例如在電感傳感器I上安裝吸盤并將其通過吸盤吸附固定于試管2壁，然后將試管2放置于現有試管2架上使其豎直擺放；也可對應試管2設置一個專用的試管座以對試管2進行豎直支撐固定，并且將電感傳感器I以高度可調的方式安裝于該試管座以維持電感傳感器I與試管2之間的相對位置；可通過電腦等現有設備對電感傳感器I所產生的信號進行記錄、處理和作圖分析，以便于獲取沉降分層線降至電感傳感器I處所經歷的時間。
[0023]本實施例中，還包括底座7 ;所述底座7上設有用于固定和支撐試管2的套管筒8 ；能夠擱放試管2并可靠的保證試管2的位置精度，進而保證測定精度。
[0024]本實施例中，還包括桿狀的高度計5，所述高度計5豎直設置并固定于底座7，高度計5上設有刻度，因此對應高度計5能快速的讀出電感傳感器I到液面的距離。
[0025]本實施例中，所述電感傳感器I套裝于試管2外側并以高度可調的方式安裝于高度計5，電感傳感器I設有安裝座4并通過該安裝座4安裝于高度計5 ;高度計5可采用金屬材料制作，其結構強度大，能夠對電感傳感器I進行精確、可靠的定位，高度計5與電感傳感器I之間通過絲杠螺母副結構連接，高度計5外壁加工有螺紋形成絲杠，電感傳感器I的安裝座4上設有一個螺母，所述螺母軸線豎直設置并以可繞其自身軸線轉動的方式連接于安裝座4 ;螺母的外側面設置防滑條紋并且至少部分外側面裸露于外，用以手動驅動螺母轉動來控制電感傳感器I高度；當然電感傳感器I與高度計5之間還可采用齒輪齒條或插銷連接于高度計5實現高度可調和定位。
[0026]本實施例中，還包括用于對電感傳感器I的電感信號進行處理、數據記錄和作圖分析的計算機6，計算機6通過導線9連接于電感傳感器I的信號輸出端，通過現有技術能夠實現對電感傳感器I所檢測的電感信號進行處理并沿時間軸對電感值進行成像，在此不再贅述；計算機6包含LCR設備以對電感信號進行處理、記錄，待測試結束再利用作圖軟件進行作圖，以獲得沉降時間。
[0027]本實施例中，所述電感傳感器I包括外殼11和感應線圈10 ;所述感應線圈10沿試管2周向纏繞；所述外殼11包覆于感應線圈10外部呈環狀；外殼11采用高導磁材料制成；電感傳感器I外殼11采用高導磁性材料，其內部感應線圈10所產生的磁路被限制在外殼11中，因此可將電感傳感器I的外殼11頂端作為已知位置的標記位置，因而最大值處也即出現在分層線通過電感傳感器I頂端的時刻，便于獲取電感傳感器I到液面的精確距離和沉降分層線降至電感傳感器I處所經歷的精確時間。
[0028]本實施例中，所述外殼11內孔直徑和套管筒8內孔直徑與試管2外徑相等，能夠保證試管2的定位精度，同時電感傳感器I與試管2緊密貼合，對磁流變液3進行非接觸式測試，直接獲取電感信號，不需要額外的探測傳感器如特斯拉計等，且只需微弱的電流即可獲得較好的電感信號，可以忽略電感傳感器I對磁流變液3本身沉降特性的影響，結構緊湊，操作簡便，成本低。
[0029]本實施例中，所述感應線圈10匝數為300?600匝，尤其為400?500匝，能保證較高的靈敏度；所述外殼11軸向長度為5?30mm，尤其為10?25mm，具有較小的縱向高度，由于電感傳感器具有一定的縱向高度，因此電感傳感器所測得的電感實為其包含的整個內徑空間內的磁流變液的總的電感，因此，當沉降分界線出現在傳感器頂端并開始往下移動時，傳感器內包含的磁流變液的總的含量減少，顯然所測電感值下降，但是，若傳感器縱向高度小，所減少的量占傳感器總的含量的比重更大，變化的趨勢更明顯，即在圖2中的凸起的曲線會更明顯，有利于找到精確的沉降時間點。
[0030]本實施例的磁流變液3沉降速率測定儀的測定方法，包括以下步驟:
[0031 ] a,在試管2內倒入標定體積的已攪拌均勻的磁流變液3樣品；
[0032]b，將試管2放入電感傳感器I并直到套管筒8固定；
[0033]C，將電感傳感器I與試管2內液面相平處作為初始位置沿高度計5向下移動距離s，同時打開計算機6對電感傳感器I的電感信號進行處理、數據記錄和作圖分析；
[0034]d，根據電感信號與時間關系圖獲得沉降分層線降至電感傳感器I處所經歷的時間t，由此計算出沉降速率為s/t。
[0035]在試管2內倒入標定體積的已充分攪拌均勻的磁流變液3樣品，由此已知磁流變液3在試管2內的液面的精確位置，并將此位置作為電感傳感器I外殼11頂端的初始位置，再將試管2放入電感傳感器I并直到套管筒8，隨后將高度計5連同電感傳感器I在高度計5螺紋導軌上向下移動適當位移，記錄下該位移值，打開計算機6，開始檢測并記錄電感值數據。參見圖2，可利用計算機6將記錄數據與時間關系作圖，可通過對電感信號函數L(t)對時間t求極值獲取最大電感值時刻，即為沉降分層線通過電感傳感器I頂端的分層線時間，由此利用已知位移s和該時間計算出沉降速率，與現有技術相比，其結構簡單、緊湊，操作簡便，測定精度高，設備成本低。
[0036]本實施例中，改變s值重復步驟c和d計算沉降速率平均值，進一步提高測定精度。
[0037]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:包括電感傳感器和用于盛放磁流變液的試管；所述試管豎直放置；所述電感傳感器設于試管外側并且高度可調。
2.根據權利要求1所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:還包括底座；所述底座上設有用于固定和支撐試管的套管筒。
3.根據權利要求2所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:還包括桿狀的高度計，所述高度計豎直設置并固定于底座。
4.根據權利要求3所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:所述電感傳感器套裝于試管外側并以高度可調的方式安裝于高度計。
5.根據權利要求1所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:還包括用于對電感傳感器的電感信號進行處理、數據記錄和作圖分析的計算機。
6.根據2-4任一權利要求所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:所述電感傳感器包括外殼和感應線圈；所述感應線圈沿試管周向纏繞；所述外殼包覆于感應線圈外部呈環狀；外殼采用高導磁材料制成。
7.根據權利要求6所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:所述外殼內孔直徑和套管筒內孔直徑與試管外徑相等。
8.根據權利要求6所述的磁流變液沉降速率測定儀，其特征在于:所述感應線圈匝數為300?600 01 ;所述外殼軸向長度為5?30mm。
9.一種磁流變液沉降速率測定儀的測定方法，其特征在于:包括以下步驟: a,在試管內倒入標定體積的已攪拌均勻的磁流變液樣品； b，將試管放入電感傳感器并直到套管筒固定； C，將電感傳感器與試管內液面相平處作為初始位置沿高度計向下移動距離S，同時打開計算機對電感傳感器的電感信號進行處理、數據記錄和作圖分析； d，根據電感信號與時間關系圖獲得沉降分層線降至電感傳感器處所經歷的時間t，由此計算出沉降速率為s/t。
10.根據權利要求9所述的磁流變液沉降速率測定儀的測定方法，其特征在于:改變s值重復步驟c和d計算沉降速率平均值。
【文檔編號】G01N15/04GK104048903SQ201410298389
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】廖昌榮, 謝磊, 李祝強, 付本元 申請人:重慶大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
