磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法

磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法，磁流变液沉降速率测定仪包括电感传感器和用于盛放磁流变液的试管；试管竖直放置；电感传感器设于试管外侧并且高度可调，在试管内倒入标定体积的磁流变液样品后放入电感传感器并直到套管筒固定；将电感传感器与试管内液面相平处作为初始位置沿高度计向下移动距离s，同时打开计算机进行电感信号处理、数据记录和作图分析；获得沉降分层线降至电感传感器处所经历的时间t，由此计算出沉降速率为s/t，利用磁流变液电感强度随其中的铁磁颗粒浓度变化而变化、以及在确定位置处沉降分层线通过时铁磁颗粒浓度发生特殊变化的原理，巧妙地测定沉降分层线通过该位置时的时间，计算得沉降速率，用于磁流变液材料的沉降性能评价。
【专利说明】磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试仪器及测试方法，尤其涉及一种磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法。

【背景技术】
[0002]磁流变液作为一种受到广泛重视和研究的智能材料，其基本原理是磁性颗粒(通常为羰基铁粉)分散在水、油等载体液中，再加入某些添加剂进行均匀混合，便在外磁场中便表现出毫秒级尺度的阻尼可控现象，具体表现为，随着磁场从零逐渐增加，其从牛顿流体态变化至半固态，且该过程可逆。这一典型特性让其在车辆、精密仪器等几乎所有需要高性能隔减振的场合具备广阔的应用前景，例如汽车半主动悬架、智能座椅、建筑物地震隔振等。由于磁流变液的主要构成成分磁性颗粒与载体液间的密度差距悬殊(如羰基铁粉与油基载体液密度差约为7倍)，因而不可避免地存在较严重的沉降问题，具体表现为磁性颗粒下沉，尤其是在上部形成清晰的分层线。磁流变液的沉降问题是目前限制其广泛实用的主要难题之一，主要表现为一段时间沉降后其流变参数发生较大变化，因而性能下降，亦给控制系统带来困扰，故对磁流变性的沉降性能进行评价显得尤其必要。目前对磁流变液沉降性能的评价方式主要为在一定时间内通过目视测得分层线的位移，由此计算出单位时间内的沉降率。由于分层线位移缓慢，显然目视会造成极大的误差，因而不能对不同的磁流变液样品进行科学的对比评价。中国专利“200420063877.7”利用外置磁铁产生磁场、并在磁铁附近放置特斯拉计来测量装有磁流变液的器皿的不同位置的磁场强度。该发明利用了磁流变液中磁导率决定于磁性颗粒浓度的原理，尝试通过所测得的磁场强度来得出磁性颗粒浓度，再利用不同高度、不同时间所测值来得出沉降分层情况。然而，虽然磁场强度与磁导率间存在必然的联系，但该发明并没有说明如何得出磁场强度或磁导率与磁性颗粒浓度间的关系，因而不能得出磁性颗粒浓度随时间的变化关系。该发明亦未给出如何精确判定分层线位置的具体方法，且由于需要定期移动磁铁，由此造成了定位误差，操作复杂。此外该发明装置结构并不紧凑，需移动的部件过多，比如难以保证特斯拉计每次处在距离器皿相同的位置和角度，以造成误差。中国专利“201110003447.0”采用X光发射系统和成像系统来获得容器中磁性颗粒浓度的分布情况，亦可获得分层线的位置信息，然而X光系统过于昂贵及复杂，还存在操作安全性问题。上海交通大学的陈乐生等人发表了一篇“电感法测量磁流变液沉降系数的研究”的文章，该文基于的前提是假设盛装磁流变液的试管高度足够长，认为随着沉降发生(在上部出现透明层)，透明层以下的磁流变液浓度不变，而这种假设与事实不符，而且测定时需要事先移动电感传感器来标定电感与位移间的关系，再将磁流变液液面设置在电感传感器以内，然后利用之前标定的关系来获得触发时间，测定过程中电感传感器由坐标平移台带动运动，结构复杂，误差大。
[0003]因此，需要一种新型的磁流变液沉降速率测定仪及测定方法，以弥补现有技术的不足，简化结构，减小误差，提高测定精度，降低设备成本。


【发明内容】

[0004]有鉴于此，本发明的目的是提供一种精确定量测量、操作简便的磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法。
[0005]本发明的磁流变液沉降速率测定仪，包括电感传感器和用于盛放磁流变液的试管；所述试管竖直放置；所述电感传感器设于试管外侧并且高度可调；
[0006]进一步，还包括底座；所述底座上设有用于固定和支撑试管的套管筒；
[0007]进一步，还包括杆状的高度计，所述高度计竖直设置并固定于底座；
[0008]进一步，所述电感传感器套装于试管外侧并以高度可调的方式安装于高度计；
[0009]进一步，还包括用于对电感传感器的电感信号进行处理、数据记录和作图分析的计算机；
[0010]进一步，所述电感传感器包括外壳和感应线圈；所述感应线圈沿试管周向缠绕；所述外壳包覆于感应线圈外部呈环状；外壳采用高导磁材料制成；
[0011]进一步，所述外壳内孔直径和套管筒内孔直径与试管外径相等；
[0012]进一步,所述感应线圈阻数为300?600 Ei ;所述外壳轴向长度为5?30mm ；
[0013]本发明的磁流变液沉降速率测定仪的测定方法，包括以下步骤:
[0014]a，在试管内倒入标定体积的已搅拌均匀的磁流变液样品；
[0015]b，将试管放入电感传感器并直到套管筒固定；
[0016]C，将电感传感器与试管内液面相平处作为初始位置沿高度计向下移动距离S，同时打开计算机对电感传感器的电感信号进行处理、数据记录和作图分析；
[0017]d，根据电感信号与时间关系图获得沉降分层线降至电感传感器处所经历的时间t,由此计算出沉降速率为s/t ；
[0018]进一步，改变S值重复步骤c和d计算沉降速率平均值。
[0019]本发明的磁流变液沉降速率测定仪及其测定方法，利用磁流变液电感强度随其中的铁磁颗粒浓度变化而变化、以及在确定位置处沉降分层线通过时铁磁颗粒浓度(亦即电感强度)发生特殊变化的原理，在沉降分层线以上的位置，随着沉降分层线继续下降，电感传感器内总的磁性颗粒含量下降，其测得的电感值随着时间持续下降；而在沉降分层线以下的位置处(只要沉降分层线还未到达该处)，由于沉降分层线以上磁性颗粒浓度几乎变为零，由此导致沉降分层线以下的磁性颗粒浓度上升，则该处电感传感器内的磁性颗粒含量上升，其测得的电感值随着时间持续上升。因而保持电感传感器在适当的已知位置，当沉降分层线从初始液面位置下移并通过该位置后，其所测得的电感值经历先增大后减小的特殊变化规律，而最大值处即出现在沉降分层线通过该位置的时刻。由此已知沉降分层线位移和所经历时间，即可计算得沉降速率，其结构简单、紧凑，操作简便，测定精度高，设备成本低。

【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构示意图；
[0021]图2为电感值与时间关系图。

【具体实施方式】
[0022]图1为本发明的结构示意图，图2为电感值与时间关系图，如图所示:本实施例的磁流变液沉降速率测定仪，包括电感传感器I和用于盛放磁流变液3的试管2 ;所述试管2竖直放置；所述电感传感器I设于试管2外侧并且高度可调，利用磁流变液3电感强度随其中的铁磁颗粒浓度变化而变化、以及在确定位置处沉降分层线通过时铁磁颗粒浓度(亦即电感强度)发生特殊变化的原理，在沉降分层线以上的位置，随着沉降分层线继续下降，电感传感器I内总的磁性颗粒含量下降，其测得的电感值随着时间持续下降；而在沉降分层线以下的位置处(只要沉降分层线还未到达该处)，由于沉降分层线以上磁性颗粒浓度几乎变为零，由此导致沉降分层线以下的磁性颗粒浓度上升，则该处电感传感器I内的磁性颗粒含量上升，其测得的电感值随着时间持续上升。因而保持电感传感器I在适当的已知位置，当沉降分层线从初始液面位置下移并通过该位置后，其所测得的电感值经历先增大后减小的特殊变化规律，而最大值处即出现在沉降分层线通过该位置的时刻。由此已知沉降分层线位移和所经历时间，即可计算得沉降速率。电感传感器I设于试管2外侧直接获取电感信号，不需要额外的探测传感器如特斯拉计等，且只需微弱的电流即可获得较好的电感信号，可以忽略电感传感器I对磁流变液3本身沉降特性的影响。其结构紧凑，操作简便，测定精度高，设备成本低；可直接将电感传感器I以高度可调的方式安装于试管2壁，例如在电感传感器I上安装吸盘并将其通过吸盘吸附固定于试管2壁，然后将试管2放置于现有试管2架上使其竖直摆放；也可对应试管2设置一个专用的试管座以对试管2进行竖直支撑固定，并且将电感传感器I以高度可调的方式安装于该试管座以维持电感传感器I与试管2之间的相对位置；可通过电脑等现有设备对电感传感器I所产生的信号进行记录、处理和作图分析，以便于获取沉降分层线降至电感传感器I处所经历的时间。
[0023]本实施例中，还包括底座7 ;所述底座7上设有用于固定和支撑试管2的套管筒8 ；能够搁放试管2并可靠的保证试管2的位置精度，进而保证测定精度。
[0024]本实施例中，还包括杆状的高度计5，所述高度计5竖直设置并固定于底座7，高度计5上设有刻度，因此对应高度计5能快速的读出电感传感器I到液面的距离。
[0025]本实施例中，所述电感传感器I套装于试管2外侧并以高度可调的方式安装于高度计5，电感传感器I设有安装座4并通过该安装座4安装于高度计5 ;高度计5可采用金属材料制作，其结构强度大，能够对电感传感器I进行精确、可靠的定位，高度计5与电感传感器I之间通过丝杠螺母副结构连接，高度计5外壁加工有螺纹形成丝杠，电感传感器I的安装座4上设有一个螺母，所述螺母轴线竖直设置并以可绕其自身轴线转动的方式连接于安装座4 ;螺母的外侧面设置防滑条纹并且至少部分外侧面裸露于外，用以手动驱动螺母转动来控制电感传感器I高度；当然电感传感器I与高度计5之间还可采用齿轮齿条或插销连接于高度计5实现高度可调和定位。
[0026]本实施例中，还包括用于对电感传感器I的电感信号进行处理、数据记录和作图分析的计算机6，计算机6通过导线9连接于电感传感器I的信号输出端，通过现有技术能够实现对电感传感器I所检测的电感信号进行处理并沿时间轴对电感值进行成像，在此不再赘述；计算机6包含LCR设备以对电感信号进行处理、记录，待测试结束再利用作图软件进行作图，以获得沉降时间。
[0027]本实施例中，所述电感传感器I包括外壳11和感应线圈10 ;所述感应线圈10沿试管2周向缠绕；所述外壳11包覆于感应线圈10外部呈环状；外壳11采用高导磁材料制成；电感传感器I外壳11采用高导磁性材料，其内部感应线圈10所产生的磁路被限制在外壳11中，因此可将电感传感器I的外壳11顶端作为已知位置的标记位置，因而最大值处也即出现在分层线通过电感传感器I顶端的时刻，便于获取电感传感器I到液面的精确距离和沉降分层线降至电感传感器I处所经历的精确时间。
[0028]本实施例中，所述外壳11内孔直径和套管筒8内孔直径与试管2外径相等，能够保证试管2的定位精度，同时电感传感器I与试管2紧密贴合，对磁流变液3进行非接触式测试，直接获取电感信号，不需要额外的探测传感器如特斯拉计等，且只需微弱的电流即可获得较好的电感信号，可以忽略电感传感器I对磁流变液3本身沉降特性的影响，结构紧凑，操作简便，成本低。
[0029]本实施例中，所述感应线圈10匝数为300?600匝，尤其为400?500匝，能保证较高的灵敏度；所述外壳11轴向长度为5?30mm，尤其为10?25mm，具有较小的纵向高度，由于电感传感器具有一定的纵向高度，因此电感传感器所测得的电感实为其包含的整个内径空间内的磁流变液的总的电感，因此，当沉降分界线出现在传感器顶端并开始往下移动时，传感器内包含的磁流变液的总的含量减少，显然所测电感值下降，但是，若传感器纵向高度小，所减少的量占传感器总的含量的比重更大，变化的趋势更明显，即在图2中的凸起的曲线会更明显，有利于找到精确的沉降时间点。
[0030]本实施例的磁流变液3沉降速率测定仪的测定方法，包括以下步骤:
[0031 ] a,在试管2内倒入标定体积的已搅拌均匀的磁流变液3样品；
[0032]b，将试管2放入电感传感器I并直到套管筒8固定；
[0033]C，将电感传感器I与试管2内液面相平处作为初始位置沿高度计5向下移动距离s，同时打开计算机6对电感传感器I的电感信号进行处理、数据记录和作图分析；
[0034]d，根据电感信号与时间关系图获得沉降分层线降至电感传感器I处所经历的时间t，由此计算出沉降速率为s/t。
[0035]在试管2内倒入标定体积的已充分搅拌均匀的磁流变液3样品，由此已知磁流变液3在试管2内的液面的精确位置，并将此位置作为电感传感器I外壳11顶端的初始位置，再将试管2放入电感传感器I并直到套管筒8，随后将高度计5连同电感传感器I在高度计5螺纹导轨上向下移动适当位移，记录下该位移值，打开计算机6，开始检测并记录电感值数据。参见图2，可利用计算机6将记录数据与时间关系作图，可通过对电感信号函数L(t)对时间t求极值获取最大电感值时刻，即为沉降分层线通过电感传感器I顶端的分层线时间，由此利用已知位移s和该时间计算出沉降速率，与现有技术相比，其结构简单、紧凑，操作简便，测定精度高，设备成本低。
[0036]本实施例中，改变s值重复步骤c和d计算沉降速率平均值，进一步提高测定精度。
[0037]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:包括电感传感器和用于盛放磁流变液的试管；所述试管竖直放置；所述电感传感器设于试管外侧并且高度可调。
2.根据权利要求1所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:还包括底座；所述底座上设有用于固定和支撑试管的套管筒。
3.根据权利要求2所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:还包括杆状的高度计，所述高度计竖直设置并固定于底座。
4.根据权利要求3所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:所述电感传感器套装于试管外侧并以高度可调的方式安装于高度计。
5.根据权利要求1所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:还包括用于对电感传感器的电感信号进行处理、数据记录和作图分析的计算机。
6.根据2-4任一权利要求所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:所述电感传感器包括外壳和感应线圈；所述感应线圈沿试管周向缠绕；所述外壳包覆于感应线圈外部呈环状；外壳采用高导磁材料制成。
7.根据权利要求6所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:所述外壳内孔直径和套管筒内孔直径与试管外径相等。
8.根据权利要求6所述的磁流变液沉降速率测定仪，其特征在于:所述感应线圈匝数为300?600 01 ;所述外壳轴向长度为5?30mm。
9.一种磁流变液沉降速率测定仪的测定方法，其特征在于:包括以下步骤: a,在试管内倒入标定体积的已搅拌均匀的磁流变液样品； b，将试管放入电感传感器并直到套管筒固定； C，将电感传感器与试管内液面相平处作为初始位置沿高度计向下移动距离S，同时打开计算机对电感传感器的电感信号进行处理、数据记录和作图分析； d，根据电感信号与时间关系图获得沉降分层线降至电感传感器处所经历的时间t，由此计算出沉降速率为s/t。
10.根据权利要求9所述的磁流变液沉降速率测定仪的测定方法，其特征在于:改变s值重复步骤c和d计算沉降速率平均值。
【文档编号】G01N15/04GK104048903SQ201410298389
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】廖昌荣, 谢磊, 李祝强, 付本元 申请人:重庆大学