一种磁性液体流变性质测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体性质分析研宄领域，具体地，涉及一种分析测试在有外加磁场时流体性质变化的系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着技术进步，铁流体(Ferrofluid)、磁流变液(Magnetorheologicalfluid)等能受外界磁场而改变性质的智能液体在工业生产中开始广泛应用。此类流体的特点是将铁磁性颗粒分散于某种基质中，当有外加磁场时，铁磁性颗粒受磁场影响产生积聚、成链等变化，流体能在宏观上迅速改变性质。而在磁场撤去后，流体能在极短的时间内恢复一般特性，并可重复多次使用。同时，通过改变磁性颗粒的尺寸、基质的成分以及添加表面活性剂等，可以改变流体的性质以符合多种需要。此类流体已用于控制、汽车、密封、机械加工等多个领域，有广泛应用前景。
[0003]由于基础理论现今还不能较为准确地描述和预测这类液体的性质，特别是外加磁场后性质的变化，因此需要用实验方法测试。现在通用且效率较高的理论模型都是唯像学模型，其用于描述此类流体时需要获取一些关键参数，因此需要一套测试分析系统，通过测试数据获得模型参数。现有的一般流体性质测试仪器，如普通流变仪等，无法获得有外加磁场时被测液体的性质。如检索到的关于流变测试的专利CN102713560B (获取流变学特性值的探测器及方法)，涉及了对普通液体流变性质的测试，但仍无法测试有外加磁场时的流体性质。因此需要一套能测量有外加磁场时流体性质，并分析计算出相应模型参数的系统。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种磁性液体流变性质测试系统及方法，可以测量在外加磁场条件下某些流体的性质，如铁流体，磁流变液等。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种磁性液体流变性质测试系统，包括电机控制部分、扭矩信号采集部分、温度采集部分、励磁部分、剪切室、支撑部分、信号采集系统以及信号分析系统，其中:
[0006]所述电机控制部分用于控制待测液体受到的剪切率，并将电机控制部分的转速信号反馈给信号分析系统；
[0007]所述扭矩信号采集部分用于采集待测液体对剪切室壁产生的摩擦扭矩信号，并通过信号采集系统传输给信号分析系统；
[0008]所述温度采集部分用于获取剪切室的温度，并传输给信号分析系统；
[0009]所述励磁部分用于产生磁场以改变待测液体性质，并将电流强度数据经信息采集部分传输给信号分析系统进行处理；
[0010]所述剪切室用于盛放待测液体，其几何结构使待测液体形成剪切油膜；
[0011]所述支撑部分用于支撑电机控制部分、励磁部分、剪切室，及温度采集部分和扭矩信号采集部分中的传感器，以保持系统振动稳定性；
[0012]所述信号分析系统用于将获取的电机控制部分的转速信号、扭矩信号采集部分采集的扭矩信号、剪切室几何结构参数、温度采集部分采集的剪切室温度、励磁部分传输的电流强度数据，通过数学与统计方法计算出待测液体模型参数。
[0013]优选地，所述电机控制部分包括伺服电机和伺服驱动器，其中:伺服电机通过伺服驱动器以速度控制方式驱动，通过伺服驱动器控制伺服电机的转速从而控制待测液体受到的剪切率；伺服电机的转速信号由编码器通过伺服驱动器反馈至信号分析系统。
[0014]优选地，所述待测液体受到的剪切率根据伺服电机的转速及剪切室几何结构参数计算得到。
[0015]更优选地，所述剪切室几何结构参数设计时直接给定，由加工保证，是整套系统的初始参数，包括滚筒直径、高度和筒-壁间隙；所述剪切室几何结构参数由需要测试的最高剪切率、电机最高转速、扭矩传感器量程预估。
[0016]优选地，所述扭矩信号采集部分包括扭矩传感器和放大器，扭矩传感器用于采集待测液体对剪切室壁产生的摩擦扭矩信号，该信号经放大器通过信号采集系统传输给信号分析系统。
[0017]更优选地，所述待测液体对剪切室壁产生的摩擦扭矩信号，经信号采集系统转化为数字信号后进入信号分析系统。
[0018]优选地，所述温度采集部分包括温度传感器和温度采集模块，温度传感器获取剪切室的温度信号并经温度采集模块实时输出给信号分析系统。
[0019]更优选地，所述温度采集模块将温度传感器获取的温度信号转化为数字信号后，通过接口实时输出给信号分析系统。
[0020]优选地，所述励磁部分包括励磁线圈和励磁电流，励磁线圈由励磁电流产生恒稳磁场；其中:
[0021]所述励磁线圈采用四磁极N-S极两两对置方式并环绕在剪切室周围，为剪切室提供均匀磁场；
[0022]所述励磁电流为直流电，由直流电源提供并获得电流强度。
[0023]优选地，所述剪切室采用滚筒-腔体形式，在滚筒外表面与腔体内表面形成剪切油月旲。
[0024]更优选地，所述剪切室轴通过联轴器与伺服电机相连。
[0025]优选地，所述支撑结构采用板-柱式。
[0026]优选地，所述信号采集系统由滤波器、模数转换器及采集卡组成，扭矩传感器采集的摩擦扭矩信号经滤波器、模数转换器与信号采集卡采集进入信息分析系统；所述信号采集系统将经由放大器传入的扭矩传感器模拟信号转化为数字信号后输出给信号分析系统。
[0027]优选地，所述信号分析系统使用遗传算法及非线性回归方法识别采集数据，得到模型参数。
[0028]更优选地，所述信号分析系统由PC承载，并经由软件编程实现。
[0029]根据本发明的另一个方面，提供一种磁性液体流变性质测试方法，包括如下步骤:
[0030]第一步、标定扭矩信号采集部分、温度采集部分，检查信号采集系统，排除噪声、干扰；
[0031]第二步、将剪切室几何结构参数输入信号分析系统以便计算；
[0032]第三步、将待测液体倒入剪切室中，将剪切室的外壳与扭矩传感器相连，将剪切室轴通过柔性联轴器与伺服电机相连；
[0033]第四步、利用伺服驱动器控制伺服电机转速，使伺服电机输出特定转速；
[0034]第五步、励磁电流给励磁线圈通电，通过调节励磁电流大小在剪切室获得不同强度磁场，改变待测液体性质；
[0035]第六步、扭矩传感器获取被测流体对剪切室壁产生的摩擦扭矩信号并经信号采集系统转化为数字信号进入信号分析系统，温度传感器采集的温度信号经温度采集模块转化成数字信号进入信号分析系统，伺服电机的转速信号通过伺服驱动器进入信号分析系统，手工输入励磁电流强度进入信号分析系统作为参考信号；
[0036]第七步、信号分析系统根据第六步得到的被测流体摩擦扭矩信号、伺服电机转速信号，以及第二步输入的剪切室几何结构参数，计算得到待测液体的剪切率及剪应力；
[0037]第八步、信号分析系统根据选定的流体模型，根据第七步得到的待测液体剪切率、剪应力，以及第六步得到的经温度采集模块转化的数字信号，通过数学与统计学方法计算出模型参数。
[0038]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0039]1.本发明可以对磁性或非磁性一般流体的流变特性测量，可以测量有无外加磁场以及不同磁场强度下磁性流体的流变性质；
[0040]2.本发明考虑到了温度对流体特性的影响，可以测量在不同温度下普通流体及磁性流体在有无外加磁场时的流体特性；
[0041]3.本发明基本结构简单，可操作性较强，分析系统中的数学与统计方法可以测量不同流体及流变模型的模型参数，适用面较广。
【附图说明】
[0042]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其