专利名称：磁性液体表观粘度测试仪及其测试方法
技术领域：
本发明涉及磁性液体表观粘度测试仪及其测试方法，尤其适用于在磁场中对磁性液体的表观粘度进行测试。
背景技术：
磁性液体(磁流体)的表观粘度是指在外磁场中磁性液体所表现出来的粘度。对于表观粘度的测试，国外Mctague等最先用毛细管粘度计研究甲苯基钴磁流体在外加磁场下的粘度，但毛细管粘度计只适用于浓度较稀磁流体粘度的测定，当浓度较高或外加磁场很强时，磁场力的作用会超过重力作用的影响，使磁流体流动发生困难。因此，使用毛细管粘度计测量磁流体粘度仅具有理论意义而不具有实际价值；Deysakar等用一个具有非磁性轴的数字Brook-field粘度计及一个永久磁铁研究了外加磁场对磁流体粘度的影响。在实验过程中，磁铁置于样品室旁边，通过调节磁铁与样品室之间的距离来改变外加磁场的影响。显然，其结果只能是定性的；日本的神山新一与北京航空航天大学的王之珊采用改进的同心圆筒形回转粘度计研究了磁流体粘度在磁场中的变化规律。外加磁场由电磁铁提供，粘度计置于电磁铁的两极之间，用转子有效作用范围内高度方向及圆周方向的磁场分布的平均值作为磁场强度。其优点是可以控制多个参数的变化，不足之处则是电磁线圈体积过于庞大，而且为了克服电磁线圈发热的影响，需要循环水系统进行冷却，体积庞大，因此系统复杂。与国外相比，国内的研究则起步较晚，研究实力也相对较弱，目前国内尚无专门的磁流体粘度测试仪器。北京理工大学的杨华等人率先进行了此方面的尝试，他们利用自行研制的旋转式粘度计研究了外加磁场作用下磁流体粘度的变化规律，磁场由电磁铁产生，但由于屏蔽不良，电磁场对仪器中的测试元件产生影响，以致测试结果明显失真。为了推动国内磁流体的研究与应用，研制专门的磁流体粘度测试仪器具有十分重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、测试效果好的磁性液体表观粘度测试仪。
本发明磁性液体表观粘度测试仪，它由一个内设有可调永磁铁定子的支撑架和一个设在该支撑架上、并插入可调永磁铁定子中转动的旋转轴、温度测量装置和非接触式测速仪构成，所述插入可调永磁铁定子中转动的旋转轴段上设有高导磁套，高导磁套外径与可调永磁铁定子内径之间留有放置待测磁性液体的间隙，并设有连通间隙的注液孔；可调永磁铁定子上设有多个与温度测量装置相连的热电偶；旋转轴的上方连接有由调节电路调节控制的恒力矩电机。所述的可调永久磁铁定子由镶嵌环、设在镶嵌环两端的上极靴和下极靴组成，镶嵌环的圆环上间隔设有多个放置柱形永磁体的镶嵌孔，其外圆壁上还开有多个与热电偶个数相同的径向盲孔，各盲孔由浅到深直至贴近内孔，成梯度螺旋分布，热电偶的探头置于镶嵌环的盲孔中，设在镶嵌环上的热电偶至少为3个，热电偶的个数越多，所测量的温度梯度分布越准确，用外推法得到的实时温度值越接近真值。所述的支撑架由底座和外罩组成，底座内设有支撑套，支撑套上设有支撑板，外罩卡套在底座上，外罩内设有固定旋转轴的轴承；所述的温度测量装置由冰筒、放大电路、设在冰筒上的毫伏表组成。
本发明磁性液体表观粘度测试仪的测试方法是用直流恒力矩电机驱动旋转轴旋转，首先对所述测试仪的高导磁套外径与可调永磁铁定子内径之间间隙内注入已知粘度的标准油或矿物油，启动恒力矩电机传动旋转轴，置于旋转轴上的高导磁套随之旋转，带动间隙内的液体作剪切运动，用非接触式测速仪测出电机转速损失的数据，根据不同粘度的标准油或矿物油得到不同电机转速的损失数据，从而得到测试仪的载荷—速度损失校准曲线；然后将测试仪内的标准油液清理干净，向间隙内注入待测磁性液体，对磁性液体的粘度进行测试，通过调整设在镶嵌环上的永磁体的块数来控制测试时的外加磁场的大小，并确保在测试磁性液体运动部位的磁场方向垂直于流动剪切面，根据测试电机转速损失数据的变化值对照损失校准曲线，即可直接得磁性液体的表观粘度值。
本发明磁性液体表观粘度测试仪及其测试方法，最适用于在磁场中对磁性液体的表观粘度进行测试，采用一个可调永磁铁定子和一个带有高导磁套的旋转轴，配与温度测量装置和非接触式测速仪，设置高导磁套与可调永磁铁定子之间留有放置待测磁性液体的间隙，温度测量装置与可调永磁铁定子上设有多个热电偶相连，通过旋转轴在可调永磁铁定子中的转动，利用直流恒力矩电机转速的变化测量测试扭矩；用镶嵌式永磁体控制测试时的外加磁场，待测磁性液体运动部位的磁场方向垂直于流动剪切面，通过改变磁场对磁性液体的表观粘度进行测试，实现了磁性流体在不同磁场下表观粘度的测试，简单易行且十分准确，相对误差可控制在1％以内，其结构简单，测试效果好，在该技术领域内具有广泛的实用性。
图1是本发明磁性液体表观粘度测试仪结构图。
图2是图1中可调永磁铁局部放大结构图。
图3是本发明热电偶分布图。
图中1-恒力矩电机，2-非接触式测速仪，3-毫伏表，4-放大电路，5-冰筒，6-热电偶，7-热电偶，8-热电偶，9-外罩，10-待测磁性液体，11-高导磁套，12-可调永久磁铁定子，13-支撑套，14-底座，15-支撑板，16-旋转轴，17-轴承，18-联轴节，19-调节电路，20-注液孔，12-1-上极靴，12-2-镶嵌环，12-3-永磁体，12-4-下极靴。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述本发明磁性液体表观粘度测试仪，它主要由可调永磁铁定子12、旋转轴16、支撑架、恒力矩电机1、非接触式测速仪2、温度测量装置组成，可调永久磁铁定子12由镶嵌环12-2、设在镶嵌环12-2两端的上极靴12-1和下极靴12-4组成，镶嵌环12-2的圆环上间隔设有多个放置柱形永磁体12-3的镶嵌孔，根据永磁体外径的大小和镶嵌环12-2直径的大小确定镶嵌孔的个数，镶嵌孔内的永磁体12-3的块数至少放置一块，根据测试需要可任意放置多块。可调永磁铁定子12设在支撑架内，支撑架由底座14和外罩9组成，底座14内设有支撑套13，支撑套13固定可调永磁铁定子12位置，支撑套13上设有支撑板15，外罩9卡套在底座14上，外罩9内设有固定旋转轴16的轴承17。旋转轴16下部插入可调永磁铁定子12中，插入可调永磁铁定子12中转动的旋转轴16段上设有高导磁套11，高导磁套11外径与可调永磁铁定子12内径之间留有放置待测磁性液体的间隙10，间隙为0.1～1.5mm。可调永磁铁定子12上设有连通间隙10的注液孔20，可调永磁铁定子12上设有3个与温度测量装置相连的热电偶，热电偶可以设置多个，热电偶的个数越多，所测量的温度梯度分布越准确，用外推法得到的实时温度值越接近真值。3个热电偶6、7、8设在可调永磁铁定子12中的镶嵌环12-2上，在镶嵌环12-2外圆壁上开设与热电偶个数相同的3个径向盲孔，3个盲孔由浅到深直至贴近内孔，成梯度螺旋分布，3个热电偶的探头置于镶嵌环12-2的盲孔中，热电偶连接由冰筒5、放大电路4、设在冰筒5上的毫伏表3组成的温度测量装置。旋转轴16通过联轴节18与恒力矩电机1连接为一体，恒力矩电机1由调节电路19调节控制。
本发明磁性液体表观粘度测试仪的测试方法，首先对所述测试仪的高导磁套11外径与可调永磁铁定子12内径之间间隙10内注入已知粘度的标准油或矿物油，启动直流恒力矩电机1传动旋转轴16，置于旋转轴16上的高导磁套11随之旋转，带动间隙10内的液体作剪切运动，这时用非接触式测速仪2测出电机转速损失的一个数据，通过用不同粘度的标准油或矿物油即得到不同的多个电机转速的损失数据，由此可得到测试仪的载荷—速度损失校准曲线；然后将测试仪内的标准油液清理干净，通过注液孔20向间隙10内注入待测的磁性液体，然后对磁性液体的粘度进行一一测试，通过调整设在镶嵌环12-2上的永磁体12-3的块数来控制测试时的外加磁场的大小，并确保在测试磁性液体运动部位的磁场方向垂直于流动剪切面，根据测试电机转速损失数据的变化值对照测试仪的载荷—速度损失校准曲线，即可得磁性液体的表观粘度值。
权利要求
1.磁性液体表观粘度测试仪，其特征在于它由一个内设有可调永磁铁定子(12)的支撑架和一个设在该支撑架上、并插入可调永磁铁定子(12)中转动的旋转轴(16)、温度测量装置和非接触式测速仪(2)构成，所述插入可调永磁铁定子(12)中转动的旋转轴(16)段上设有高导磁套(11)，高导磁套(11)外径与可调永磁铁定子(12)内径之间留有放置待测液体的间隙(10)；可调永磁铁定子(12)上设有多个与温度测量装置相连的热电偶(6)，并设有连通间隙(10)的注液孔(20)；旋转轴(16)的上方连接有由调节电路(19)调节控制的恒力矩电机(1)。
2.根据权利要求1所述的磁性液体表观粘度测试仪，其特征在于所述的可调永久磁铁定子(12)由镶嵌环(12-2)、设在镶嵌环(12-2)两端的上极靴(12-1)和下极靴(12-4)组成，镶嵌环(12-2)的圆环上间隔设有多个放置柱形永磁体(12-3)的镶嵌孔。
3.根据权利要求1或2所述的磁性液体表观粘度测试仪，其特征在于所述镶嵌环(12-2)外圆壁上开有多个与热电偶(6)个数相同的径向盲孔，各盲孔由浅到深直至贴近内孔，成梯度螺旋分布，热电偶(6)的探头置于镶嵌环(12-2)的盲孔中。
4.根据权利要求3所述的磁性液体表观粘度测试仪，其特征在于所述设在镶嵌环(12-2)上的热电偶(6)至少为3个。
5.根据权利要求1所述的磁性液体表观粘度测试仪，其特征在于所述的支撑架由底座(14)和外罩(9)组成，底座(14)内设有支撑套(13)，支撑套(13)上设有支撑板(15)，外罩(9)卡套在底座(14)上，外罩(9)内设有固定旋转轴(16)的轴承(17)。
6.根据权利要求1所述的磁性液体表观粘度测试仪的测试方法，其特征在于首先对所述测试仪的高导磁套(11)外径与可调永磁铁定子(12)内径之间间隙(10)内注入已知粘度的标准油或矿物油，启动恒力矩电机(1)传动旋转轴(16)，置于旋转轴(16)上的高导磁套(11)随之旋转，带动间隙(10)内的液体作剪切运动，用非接触式测速仪(2)测出电机转速损失的数据，根据不同粘度的标准油或矿物油得到不同电机转速的损失数据，从而得到测试仪的载荷—速度损失校准曲线；然后将测试仪内的标准油液清理干净，向间隙(10)内注入待测磁性液体，对磁性液体的粘度进行测试，通过调整设在镶嵌环(12-2)上的永磁体(12-3)的块数来控制测试时的外加磁场的大小，并确保在测试磁性液体运动部位的磁场方向垂直于流动剪切面，根据测试电机转速损失数据的变化值对照损失校准曲线，即可直接得磁性液体的表观粘度值。
全文摘要
本发明磁性液体表观粘度测试仪及其测试方法，采用可调永磁铁定子和带有高导磁套的旋转轴，配与温度测量装置和非接触式测速仪，设置高导磁套与可调永磁铁定子之间留有放置待测液体的间隙，温度测量装置与可调永磁铁定子上设有多个热电偶相连，通过旋转轴在可调永磁铁定子中的转动，采用直流恒力矩电机转速的变化测量测试扭矩；用镶嵌式永磁体控制测试时的外加磁场，待测磁性液体运动部位的磁场方向垂直于流动剪切面，可实现磁性流体在不同磁场下表观粘度的测试，其结构简单，便于携带，操作方便，测试准确，相对误差可控制在1％以内，造价低廉，在该技术领域内具有广泛的实用性。
文档编号G01N11/10GK1737531SQ200510041000
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月11日 优先权日2005年7月11日
发明者杨志伊, 江松, 叶荣昌, 马立田, 程玉生, 刘书进, 刘同冈, 王坤东, 鲍久圣 申请人:中国矿业大学