CN101493184B - 一种间隙结构磁流体流动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间隙结构磁流体流动控制装置，包括励磁线圈，固定于磁流体流过的管道或容器外表面，并包含一对非磁性线芯和外绝缘的漆包铜线；屏蔽壳，设置在励磁线圈的外部，并且具有高磁导率材料制成外表面的非磁性外壳；反馈磁场控制系统，根据与磁流体流动特性相关的反馈信号输出量反馈控制励磁线圈磁场强度。该控制装置能够实时调节间隙磁流体粘度，控制间隙磁流体局部粘度达到阻碍磁流体流动、控制流动速度和磁流体流过间隙流量的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁流体的应用及控制领域，尤其涉及一种间隙结构磁流体流动控制装置。
背景技术
在磁流体宏观输运传质过程中，磁流体的磁粘效应可以体现为对整个系统外加可控磁场时，磁流体动力粘度能瞬间发生变化并具有可控性，这种效应能够应用于阻尼控制领域。在磁流体惯性传感系统、磁流体阻尼系统和磁流体密封、磁流体惯性阻尼等系统中，均存在磁流体的间隙流动，而间隙流动控制是实现以上系统宽量程和量程自转换的关键技术。
控制磁流体流动主要是利用磁流体在外加可控磁场下磁流体动力粘度能瞬间发生变化并具有可控性这一重要特征。要在有限空间内实现一个达到动力粘度均匀变化的均匀磁场具有极大难度，在这样的前提下很难实现磁流体流动的反馈控制，从而难以实现关联装置的自适应、宽量程、高准确度等功能或特征。而间隙结构磁流体流动控制装置可以通过采用直接增强间隙内部分磁流体粘度的方法，提高间隙结构中的磁流体流动阻尼，进而达到与大型均匀磁场控制相同的效果。
发明内容
本发明的目的在于通过反馈控制励磁线圈中的磁场，实现间隙中磁流体流动的实时可控，进而实现磁流体阻尼变化或磁流体中应力变化，使得该装置能应用于磁流体惯性传感器、阻尼器、磁流体密封等系统，并增强以上系统的量程范围。
为了达到上述目的，本发明提供一种间隙结构磁流体流动控制装置，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所涉及的一种间隙结构磁流体流动控制装置，包括：
励磁线圈、屏蔽壳及反馈磁场控制系统，其中，励磁线圈，固定于磁流体流过的管道或容器外表面，并包含一对非磁性线芯和外绝缘的漆包铜线；
屏蔽壳，设置在励磁线圈的外部，并且具有高磁导率材料制成外表面的非磁性外壳；
反馈磁场控制系统，根据与磁流体流动特性相关的反馈信号输出量反馈控制励磁线圈磁场强度。
对励磁线圈进行绕线，且绕线后的励磁线圈产生的磁场方向指向磁流体流过的间隙内部，而且磁场强度随励磁线圈中电流变化而改变。
所述励磁线圈中非磁性线芯设置为工字截面，所述绕线方式为对单个线芯分别进行绕线，使其通电后产生磁场方向指向磁流体流动间隙。
所述励磁线圈产生的磁场直接对间隙内流过的磁流体发生作用，使间隙内中磁流体粘度发生变化。
所述屏蔽壳采用弹性紧固方式罩在励磁线圈的外部，并对内部的励磁线圈产生压力使励磁线圈紧贴于磁流体流过的管道或容器的外表面；
所述弹性紧固方式以弹力橡胶和螺钉拉紧构成。
所述高磁导率材料制成的屏蔽壳的外表面用于隔离励磁线圈与外部环境的联系，抑制外界磁场干扰磁流体流动间隙中磁场，使励磁线圈磁场集中于间隙内部。
所述反馈磁场控制系统用于根据与磁流体流动特性相关的反馈信号控制励磁线圈的输入电流，从而控制励磁线圈的内部磁场。
所述反馈磁场控制系统能反应间隙磁流体的动力粘度或阻尼，以实时控制流量或增大液体的压强。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、装置简单有效，尤其适宜于大型均匀磁场难以实施的场合。
2、结构简单，易于制造，对于间隙结构的控制精度高。
3、对间隙结构中的磁流体流动控制稳定性高且控制方法简单易行。能够在不同尺寸、不同领域的多种场合中应用。
4、采用屏蔽外界干扰条件下的磁流体反馈流动控制，能够在传感、管道流动等多中典型间隙结构磁流体应用并使以上结构产生新的宽量程和智能转换的功能。
附图说明
图1是间隙结构磁流体流动控制装置结构图；
图2为具有间隙结构的悬浮式磁流体惯性传感器中间隙流动控制布置图；
图3为具有间隙结构的悬浮式磁流体惯性传感器中间隙流动控制原理图；
图4为具有间隙结构的磁流体管道流动中自适应磁流体流量控制布置图；
图5为具有间隙结构的磁流体管道流动中自适应磁流体流量控制原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：
本实施例提供了一种间隙结构磁流体流动控制装置。
参见图1为间隙结构磁流体流动控制装置平面结构剖面图，该装置包括励磁线圈3、屏蔽壳2及反馈磁场控制系统，其中，励磁线圈3固定于磁流体流过的管道或容器外表面，并包含一对非磁性线芯和外绝缘的漆包铜线；屏蔽壳2设置在励磁线圈3的外部，并且具有高磁导率材料制成外表面的非磁性外壳；反馈磁场控制系统，根据与磁流体流动特性相关的反馈信号输出量反馈控制励磁线圈磁场强度。所述激励线圈是在一对半圆柱工字截面线芯上绕满先后形成的，其绕线的方式为沿圆柱径向环形绕线，其目的是为产生方向指向半圆柱圆心的环形磁场；本实施例中半圆或半圆柱可以根据具体情况进行更换，可以为多变形等对称形状，实际形状应根据磁流体流过的容器或管道确定。屏蔽壳2与线芯为配合尺寸，能够使漆包线完全包覆。屏蔽壳2具有法兰耳，配合弹力橡胶1后能够锁紧线芯，使其可以紧贴于磁流体流过的容器或管道外壁上。与磁流体流动特性相关的反馈信号通过反馈控制系统接入点4对励磁线圈进行控制。
参见图2具有间隙结构的悬浮式磁流体惯性传感器中间隙流动控制布置平面结构剖面图，包括弹力橡胶1、屏蔽壳2、励磁线圈3、反馈磁场控制系统接入点4、磁流体惯性传感器中质量块与容器间隙5、半圆柱质量块位移检测电容6、充满磁流体并存在悬浮质量块的容器7、磁流体惯性传感悬浮质量块8及磁流体9，其中，磁流体惯性传感悬浮质量块8在外界加速度输入的影响下，将在充满磁流体并存在悬浮质量块的容器7中发生与外界加速度相适应的位移。位移依靠磁流体惯性传感悬浮质量块8两端的磁流体9产生压强差来实现。不可压缩的磁流体9产生压强差后发生从高压到低压的流动过程，流动的途径为磁流体惯性传感悬浮质量块8与充满磁流体并存在悬浮质量块的容器7之间的间隙5。半圆柱质量块位移检测电容6通过对磁流体惯性传感器整体的电容变化检测后得出磁流体惯性传感悬浮质量块8在容器7中相对于容器中央的位移，并根据其达到时间计算输出磁流体惯性传感检测结果。
输出的检测结果经过反馈磁场控制系统运算后，通过反馈控制系统接入点4反馈控制励磁线圈3的输入电流，进而控制磁流体惯性传感器中质量块与容器间隙5中的磁流体9粘度变化，使得间隙5中磁流体流动受到阻碍或加速，在反馈控制系统给定的计算准则下，得到最新的磁流体惯性传感检测结果。
参见图3，为间隙结构磁流体流动控制装置与具有间隙结构的悬浮式磁流体惯性传感器组成的宽量程测量系统，其工作原理为：通过外界加速度的影响，使运动块位移变化与其相适应，磁流体惯性传感检测所得的结果，通过信号调理后在反馈磁场控制系统中进行电容变化检测后得出磁流体惯性传感悬浮质量块在容器中相对于容器中央的位移，并根据其达到时间计算输出磁流体惯性传感检测结果，若检测结果符合量程参考范围，反馈磁场控制系统选择进入运算获得最终计算加速度结果。若检测结果超出量程参考范围，反馈磁场控制系统选择进行反馈控制磁场，间隙流动控制装置中激励线圈磁场发生变化，进而改变磁流体惯性传感中的磁流体粘度，在相等外界加速度输入下减小运动块位移变化，使传感测量范围进入新的量程参考范围。
参见图4为间隙结构磁流体流动控制装置与具有间隙结构的磁流体管道流动组成的自适应磁流体流量控制系统，包括磁流体8、管道壁10、屏蔽壳2、漆包线11及线芯12，屏蔽壳1依靠弹力压紧措施使线芯12和漆包线11组成的励磁线圈贴紧于管道壁10的外表面。管道中磁流体流量检测信号通过反馈磁场控制系统运算后，控制漆包线11中的电流，使漆包线11和线芯12组成的励磁线圈产生的磁场变化，进而影响磁流体8在管道中的流量。磁流体的流量控制能够达到自适应。
参见图5为间隙结构磁流体流动控制装置与具有间隙结构的磁流体管道流动组成自适应磁流体流动控制系统，其工作原理为：磁流体在具有间隙结构的管道中流动，通过磁流体管道中流量传感对信号进行调理，根据当前流量与其流动特性相关的流量检测结果进入反馈磁场控制系统，若检测结果符合量程参考范围，反馈磁场控制系统选择进入运算获得最终检测流量结果；若检测结果超出量程参考范围，反馈磁场控制系统选择进行反馈控制磁场，改变线圈电流使间隙流动控制装置中激励线圈磁场发生变化，进而改变管道中磁流体粘度，使磁流体流量测量范围进入新的量程参考范围。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。
Claims (8)
1.一种间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述装置包括：励磁线圈、屏蔽壳及反馈磁场控制系统，其中：
励磁线圈，固定于磁流体流过的管道或容器外表面，并包含一对非磁性线芯和外绝缘的漆包铜线；
屏蔽壳，设置在励磁线圈的外部，并且具有高磁导率材料制成外表面的非磁性外壳；所述屏蔽壳具有法兰耳，配合弹力橡胶能够锁紧线芯，使线芯能够紧贴于磁流体流过的容器或管道外壁上，与磁流体流动特性相关的反馈信号通过反馈控制系统接入点对励磁线圈进行控制；
反馈磁场控制系统，根据与磁流体流动特性相关的反馈信号输出量反馈控制励磁线圈磁场强度，在该反馈磁场控制系统中进行电容变化检测后得出磁流体惯性传感悬浮质量块在容器中相对于容器中央的位移，并根据达到时间计算输出磁流体惯性传感检测结果，判断检测结果是否符合量程参考范围，是，反馈磁场控制系统选择进入运算获得最终计算加速度结果，否则，反馈磁场控制系统选择进行反馈控制磁场。
2.根据权利要求1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，对励磁线圈进行绕线，且绕线后的励磁线圈产生的磁场方向指向磁流体流过的间隙内部，而且磁场强度随励磁线圈中电流变化而改变。
3.根据权利要求1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述励磁线圈中非磁性线芯设置为工字截面，所述励磁线圈的绕线方式为对单个线芯分别进行绕线，使其通电后产生磁场方向指向磁流体流动间隙。
4.根据权利要求1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述励磁线圈产生的磁场直接对间隙内流过的磁流体发生作用，使间隙内中磁流体粘度发生变化。
5.根据权利要求1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述屏蔽壳采用弹性紧固方式罩在励磁线圈的外部，并对内部的励磁线圈产生压力使励磁线圈紧贴于磁流体流过的管道或容器的外表面；
所述弹性紧固方式以弹力橡胶和螺钉拉紧构成。
6.根据权利要求1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述高磁导率材料制成的屏蔽壳的外表面用于隔离励磁线圈与外部环境的联系，抑制外界磁场干扰磁流体流动间隙中磁场，使励磁线圈磁场集中于间隙内部。
7.根据权利要求1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述反馈磁场控制系统用于根据与磁流体流动特性相关的反馈信号控制励磁线圈的输入电流，从而控制励磁线圈的内部磁场。
8.根据权利1所述的间隙结构磁流体流动控制装置，其特征在于，所述反馈磁场控制系统能反应间隙磁流体的动力粘度或阻尼，以实时控制流量或增大液体的压强。
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