一种磁性液体流变性质测试系统及方法_2

文档序号:8920914阅读:来源:国知局
它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0043]图1为本发明一优选实施例的系统结构图,
[0044]图中:伺服驱动器1、伺服电机2、扭矩传感器3、温度传感器4、温度采集模块5、励磁线圈6、励磁电流7、剪切室8、支撑部分9、信号采集仪10以及分析系统11 ;
[0045]图2为本发明一优选实施例的方法流程图;
[0046]图3为本发明一优选实施例的励磁线圈结构示意图;
[0047]图中:线圈31、磁极32 ;
[0048]图4为本发明一优选实施例的剪切室结构示意图;
[0049]图中:剪切室壁12、剪切室轴13、滚筒14、剪切油膜15 ;
[0050]图5为某磁性流体在磁场作用下实测数据及系统识别后模型曲线图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0052]如图1所示,本实施例提供一种磁性液体流变性质测试系统,包括:伺服驱动器1、伺服电机2、扭矩传感器3、温度传感器4、温度采集模块5、励磁线圈6、励磁电流7、剪切室8、支撑结构9、信号采集仪10以及分析系统11,其中:
[0053]伺服电机2通过伺服驱动器I以速度控制方式驱动,通过伺服驱动器I控制伺服电机2的转速从而控制待测液体受到的剪切率;伺服电机2的转速信号由编码器通过伺服驱动器I反馈至分析系统11 ;扭矩传感器3用于采集待测液体对剪切室壁产生的摩擦扭矩信号,该信号经放大器传递给信号采集仪10,信号采集仪10将接收到的模拟信号转化为数字信号后传输给分析系统11 ;温度传感器4获取剪切室8的温度信号并传递给温度采集模块5,温度采集模块5将接收到的温度信号转化为数字信号后,通过接口实时输出给分析系统11 ;励磁线圈6由励磁电流7产生恒稳磁场,并将电流强度数据经信号采集仪10传输给分析系统11进行处理;剪切室8用于盛放待测液体,其几何结构使待测液体形成剪切油膜;支撑结构9用于支撑伺服驱动器1、伺服电机2、扭矩传感器3、温度传感器4、励磁线圈6、励磁电流7、剪切室8,以保持系统振动稳定性;分析系统11用于将获取的伺服电机2转速信号、扭矩传感器3采集的扭矩信号、剪切室8的几何结构参数、温度传感器4采集的剪切室8温度、励磁电流7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。
[0054]本实施例中,所述温度传感器4直接测量对象为剪切室8的温度,但因温度传感器4与待测液间剪切室壁极薄且导热良好,故认为此温度即待测液温度。
[0055]作为一个优选实施方式,所述剪切室8几何结构参数包括滚筒直径、高度和筒-壁间隙(如图4所示)
[0056]作为一个优选实施方式,通过改变所述励磁电流7的大小,在剪切室8中获得不同强度的磁场,以改变待测液体性质。
[0057]作为一个优选实施方式,所述励磁线圈6为N-S极两两对排式结构(如图3所示线圈31、磁极32),并环绕在剪切室8周围,可以为剪切室8提供较为均匀磁场。
[0058]作为一个优选实施方式,所述励磁电流7为直流电,由直流电源提供并获得电流强度。将电流强度数据输入分析系统11进行处理。
[0059]作为一个优选实施方式,所述剪切室8几何结构参数为加工制造时确定;剪切室轴13通过柔性联轴器与伺服电机2相连(如图4所示)。
[0060]作为一个优选实施方式,所述剪切室8采用滚筒-腔体形式;如图4所示,在滚筒14外表面与腔体内表面形成剪切油膜15,剪切室壁间隙即剪切室壁12与滚筒14间间隙,亦即剪切油膜15厚度。
[0061]作为一个优选实施方式,所述伺服电机2直接控制剪切室轴13及滚筒14转速,滚筒14表面线速度与滚筒14和剪切室壁12间隙比值即为剪切率。
[0062]作为一个优选实施方式,所述剪切室8的滚筒14旋转后,带动剪切室8内待测液体旋转,在滚筒14与剪切室壁12间间隙的剪切油膜15对剪切室壁12产生摩擦扭矩。
[0063]作为一个优选实施方式,所述摩擦扭矩由液体剪应力决定,剪应力与剪切率关系由各种流体模型描述(如图5所示关系)。但在实际测量中,剪切率与剪应力是独立量,调节伺服电机2转速,在不同剪切率下测量摩擦扭矩,换算成剪应力。
[0064]作为一个优选实施方式,所述支撑结构9采用板-柱式。
[0065]作为一优选实施例,所述信号采集仪10由滤波器、模数转换器及采集卡组成,扭矩传感器3采集的信号经滤波器、模数转换卡与信号采集卡采集进入分析系统11。
[0066]作为一个优选实施方式,所述信号采集仪10将经由放大器传入的扭矩传感器3模拟信号转化为数字信号进入分析系统11。
[0067]作为一个优选实施方式,所述分析系统11由PC承载,并经由软件编程实现。
[0068]如图2所示,本实施例提供一种基于上述测试系统的测试方法,通过采集系统采集转速、扭矩及温度信号,同时将励磁电流7的电流强度作为参考信号,将数据采集入分析系统11中,设定好流体模型后,分析系统11通过自带算法得到模型参数。
[0069]采用上述系统及方法获得一般或磁性流体模型参数,具体包括如下步骤:
[0070]第一步、标定扭矩传感器3、温度传感器4、温度采集模块5,检查信号采集仪10,排除噪声、干扰;
[0071]第二步、将剪切室8的几何结构参数输入分析系统11以便计算;
[0072]第三步、将待测液体倒入剪切室8中,将剪切室8的外壳与扭矩传感器5相连,将剪切室8轴通过柔性联轴器与伺服电机2相连;
[0073]第四步、利用伺服驱动器I控制伺服电机2转速,使伺服电机2输出特定转速;
[0074]第五步、励磁电流7给励磁线圈6通电,通过调节励磁电流7大小在剪切室8获得不同强度磁场,改变待测液体性质;
[0075]第六步、扭矩传感器3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仪10转化为数字信号进入分析系统11,温度传感器4采集的温度信号经温度采集模块5转化成数字信号进入分析系统11,伺服电机2的转速信号通过伺服驱动器I进入分析系统11,手工输入励磁电流7电流强度进入分析系统11作为参考信号;
[0076]第七步、分析系统11根据第五步得到的被测流体摩擦扭矩信号、伺服电机2转速信号,以及第二步输入的剪切室8几何结构参数,计算得到待测液体受到的剪切率及在不同磁场强度下产生的剪应力;
[0077]第八步、分析系统11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5转化的数字信号,通过数学与统计学方法计算出模型参数。
[0078]作为一个优选实施方式,第七步中,根据所述伺服电机2转速及剪切室8几何结构参数计算得到待测液体受到的剪切率。
[0079]作为一个优选实施方式,第七步中,从所述扭矩传感器3获得被测液体因剪力对剪切室壁产生的扭矩,及剪切室8几何结构参数,计算得到被测液体在不同磁场强度下产生的剪应力。
[0080]作为一个优选实施方式,第八步中,所述分析系统11使用遗传算法及非线性回归方法识别采集数据(使用的遗传算法及回归方法均是现有技术,即在给定模型情况下,通过此上述方法计算得到模型参数与实验数据相匹配),得到待测液体模型参数。
[0081]作为一个优选实施方式,第八步中,所述分析系统11通过温度传感器4及温度采集模块5获得的
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