CN102539288A - 一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，属于物理测试装置技术领域，包括电机、机架、上端盖、下端盖、转动轴、固定轴、霍尔传感器、温度传感器、运动盘和静止盘，电机固定在机架上，电机通过输入齿轮与转动轴连接，还包括间隙调节装置、第一线圈和第二线圈，间隙调节装置分别与上端盖和转动轴连接，转动轴与下部的运动盘连接，静止盘与固定轴相连，运动盘和静止盘构成测试腔，静止盘下部设有霍尔传感器和温度传感器，固定轴穿过下端盖，固定轴的下端设有扭矩传感器，下端盖固定在机架上，第一线圈与上端盖连接，第二线圈与下端盖连接，有益效果是采用双线圈结构，使测量精度更高，能调节测试腔的间隙，便于研究间隙的大小对剪切力的影响。

Description

一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置

技术领域

本发明涉及一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，属于物理测试装置技术领域。

背景技术

磁流变液是一种流变特性可控的智能流体，在零磁场下表现为低粘度的牛顿流体的特征；在外加磁场作用下悬浮液中的磁性颗粒被极化成平行于磁场线方向的链状结构，这种链状结构使磁流变液的粘度急剧增大，剪切屈服应力也近似成线性迅速增大，呈现出类似固体的性质。当磁场消失后，又迅速表现为牛顿流体的性质，磁流变液的流变特性的变化可以在毫秒级的时间里完成。由于磁流变液流变特性容易控制且效果明显，使其成为热门研究材料。磁流变液流变特性的测试是研究的重点之一，磁流变液流变特性主要变现为剪切屈服应力和粘度。

目前，对磁流变液的测试方式和测试系统还处于探讨性研制阶段，对磁流变液流变特性的测试主要有两种模式：管道模式和剪切模式，剪切模式又分为同心圆筒旋转式和平行碟片旋转式两种。管道模式可以得到较高的剪切速率，但是在高强度磁场作用下被极化的铁磁颗粒会在管道中聚集而母液沿管道流出，导致管道中磁流变液的浓度增大，造成测试结果偏高，同时还会产生壁面滑移效应，造成测试结果不准确；同心圆筒旋转式测试因其内外圆筒直径不相等会产生扇形磁场，在测试原理上本身就存在缺陷；对于平行碟片旋转测量方式，当碟片旋转速度过高时，磁流变液中的铁磁颗粒会在离心力的作用下向圆盘边缘聚集，造成测试结果不准确。

1998年德国研制出了专门用于磁流变液流变特性测试的仪器，其结构是由铁磁性材料制成一个导磁回路和容腔，在容腔内设置一个旋转圆盘，在容腔中充满磁流变液，通电后，磁力线垂直穿过圆盘和磁流变液；旋转圆盘上设有旋转轴，在旋转轴的表面装有应变片，通过测试旋转轴的变形可以计算出扭矩的大小。通过分析发现：测试圆盘在磁场中承受的载荷是尺寸的指数函数，加大圆盘的半径与厚度的比值可以提高系统的分辨率。但由于旋转圆盘置于容腔中，容腔的尺寸必然随着圆盘尺寸的增大而增大，结构尺寸的增大会导致制作的困难和装置运行的稳定性；另一方面，该设备的扭矩测试部位只能位于转动轴上，由于受到不平衡磁场力和支承摩擦力矩的影响，限制了测量精度；此外该设备无法调节容腔间隙，使测量不方便。

另外，在包括前述德国研制的仪器在内的现有测试设备中都采用单线圈提供磁场，不能提供均匀的磁场，导致测试结果不准确。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，能有效地提高测量精度，同时可以进行间隙调节，便于测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，包括电机、机架、上端盖、下端盖、转动轴、固定轴、霍尔传感器、温度传感器、运动盘和静止盘，电机固定在机架上，电机通过输入齿轮与转动轴连接，还包括间隙调节装置、第一线圈和第二线圈，间隙调节装置分别与上端盖和转动轴连接，转动轴与下部的运动盘连接，静止盘与固定轴相连，运动盘和静止盘构成测试腔，静止盘下部设有霍尔传感器和温度传感器，固定轴穿过下端盖，固定轴的下端设有扭矩传感器，下端盖固定在机架上，第一线圈与上端盖连接，第二线圈与下端盖连接，所述的第一线圈和第二线圈的匝数和半径相同，第一线圈与第二线圈平行设置，第一线圈和第二线圈之间的距离等于线圈的半径，测试腔距第一线圈和第二线圈的距离相等。

优选的，间隙调节装置包括预紧弹簧、螺旋内套、螺旋外套、调节盘、刻度标杆和刻度指针，螺旋内套与转动轴连接，螺旋外套与螺旋内套螺纹连接，预紧弹簧设置在螺旋内套和螺旋外套之间，刻度标杆设置在螺旋外套上部，调节盘和刻度指针设置在螺旋内套的上部。

优选的，测试腔是由剖面呈U型的运动盘和剖面呈W型的静止盘构成的环形测试腔。

优选的，测试腔的上下表面为粗糙面。

优选的，静止盘上设有隔磁盘。

优选的，下端盖上分别设有散热液注入口和散热腔，转动轴中心设有磁流变液注入孔，静止盘上设有磁流变液流出口，磁流变液流出口上设有流出阀装置。

优选的，流出阀装置包括密封环、弹簧、导管、导向套筒和阀手，密封环设置在导管上端，导向套筒与导管嵌套连接，弹簧设置在导向套筒与导管之间，阀手设置在导管下端。

优选的，运动盘的内侧面和静止盘的外侧面设有密封圈。

本发明的有益效果是：本发明采用双线圈结构，可以保证垂直穿过测试腔的磁场的强度和均匀性，和现有单线圈结构相比，磁场的强度和均匀性都有很大的改善，从而提高了测试结果的精度；间隙调节装置可以调节测试腔的间隙，可以方便地研究间隙的大小对剪切力的影响，便于测量，同时可以适应不同种类的磁流变液对间隙的要求；测试腔周围的隔磁盘可以避免测试环境中其他磁场的影响，保证了测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明除支撑和传动部件以外的主体部分的剖面示意图； 

图3是本发明图2中A处的局部放大图。

图中：1、电机，2、转动轴，3、调节盘，4、螺旋内套，5、螺旋外套，6、上端盖，7、第一线圈，8、温度传感器，9、下端盖，10、隔磁环，11、第二线圈，12、散热腔，13、散热液注入口，14、固定轴，15、磁流变液流出口，16、静止盘，17、霍尔传感器，18、运动盘，19、密封圈，20、测试腔，21、隔磁盘，22、预紧弹簧，23、刻度标杆，24、刻度指针，25、磁流变液磁流变液注入孔，26、扭矩传感器，27、输入齿轮，28、机架，29、密封环，30、弹簧，31、导管，32、导向套筒，33、阀手，34、间隙调节装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，包括电机1、机架28、上端盖6、下端盖9、转动轴2、固定轴14、霍尔传感器17、温度传感器8、隔磁环10、运动盘18和静止盘16，电机1固定在机架28上，电机1通过输入齿轮27与转动轴2连接；本磁流变液流变特性测试装置还包括间隙调节装置34、第一线圈7和第二线圈11，间隙调节装置34分别与上端盖6和转动轴2连接，隔磁环10设置在第一线圈7和第二线圈11内侧，转动轴2与下部的运动盘18连接，静止盘16与固定轴14相连，运动盘18和静止盘16构成测试腔20，静止盘16下部设有霍尔传感器17和温度传感器8，固定轴14穿过下端盖9，固定轴14的下端设有扭矩传感器26，下端盖9固定在机架28上（图中没示出），第一线圈7与上端盖6连接，第二线圈11与下端盖9连接，所述的第一线圈7和第二线圈11的匝数和半径相同，第一线圈7与第二线圈11平行设置，第一线圈7和第二线圈11之间的距离等于线圈的半径（图2中沿中心线对称的左右两个线圈是一个线圈，即图2中只有第一线圈7和第二线圈11上下两个线圈），测试腔20距第一线圈7和第二线圈11的距离相等。

间隙调节装置34可以采用内套和外套相互卡接的形式，也可以如图2所示采用由预紧弹簧22、螺旋内套4、螺旋外套5、调节盘3、刻度标杆23和刻度指针24组成的，螺旋内套4与转动轴2连接，螺旋外套5与螺旋内套4螺纹连接，预紧弹簧22设置在螺旋内套4和螺旋外套5之间，刻度标杆23设置在螺旋外套5上部，调节盘3和刻度指针24设置在螺旋内套4的上部，本发明优选采用后一种带刻度标杆23的方式，因为采用这种方式能使调节测试腔20的间隙更精确，同时使用者更容易调节间隙的大小。

测试腔20可以采用运动盘18和静止盘16构成圆盘形测试腔，也可以如图2所示采用由剖面呈U型的运动盘18和剖面呈W型的静止盘16构成的环形测试腔，本发明优选采用由剖面呈U型的运动盘18和剖面呈W型的静止盘16构成的环形测试腔，因为由这种形状构成的环形测试腔可以避免高速旋转时磁流变液中的悬浮颗粒在惯性力的作用下向边缘积聚，同时可以减少磁流变液用量。

测试腔20的上下表面可以为光滑面，也可以为粗糙面，为使剪切力更好地传递以保证测试结果的准确性，本发明优选采用粗糙面。

作为本发明的另一改进，静止盘16上设有隔磁盘21，因为采用隔磁盘21能有效地减小外界的磁干扰。

转动轴2和静止盘16可以不设有磁流变液注入孔25和流出口15，通过将上端盖6卸下，进行磁流变液的注入，然后将上端盖6盖上，测试结束后，通过将上端盖6卸下将磁流变液排出；也可以如图2所示在下端盖上设有散热液注入口13和散热腔12，转动轴2中心设有磁流变液注入孔25，静止盘16上设有磁流变液流出口15，磁流变液流出口15上设有流出阀装置，这样在使用时磁流变液时，就能方便的注入和流出，无需将上端盖6取下进行注入和流出。

流出阀装置可以采用旋紧盖，也可以如图3所示包括密封环29、弹簧30、导管31、导向套筒32和阀手33，密封环29设置在导管31上端，导向套筒32与导管31嵌套连接，弹簧30设置在导向套筒32与导管31之间，阀手33设置在导管31下端，优选后一种方式，采用这种方式不仅更方便控制磁流变液的流出的流量，同时密封性更好。

为进一步保证磁流变液不溢出静止盘16，在运动盘18的内侧面和静止盘16的外侧面设有密封圈19。

工作过程：通过磁流变液注入孔25向测试腔20中注入所测试的磁流变液，然后第一线圈7和第二线圈11同时通电产生磁场，磁流变液的流变特性在磁场作用下发生变化，同时电机1通电，其转矩通过输入齿轮28传递给转动轴2 ，转动轴2带动运动盘18旋转，剪切磁流变液，磁流变液产生的剪切应力通过静止盘16和固定轴14传递给扭矩传感器26，扭矩传感器26中应变电桥产生变形输出相应的电量变化量，电量变化量经放大器放大后经数据采集卡将信号输入到上位机，经相应的软件处理后就可得到相应的屈服应力值；同时，霍尔传感器17检测穿过测试腔20的磁场强度，霍尔传感器17输出的电压信号经变送器放大后通过数据采集卡传送到上位机，经上位机处理便得到磁感应强度值；温度传感器8检测出磁流变液的工作温度，并由温控仪显示器温度，运动盘18的转速通过电机1上的编码器测出，得出上述数据后经过理论计算便可得出被测磁流变液的剪切屈服应力，从而评估其流变特性。

Claims (8)

1.一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，包括电机（1）、机架（28）、上端盖（6）、下端盖（9）、转动轴（2）、固定轴（14）、霍尔传感器（17）、温度传感器（8）、隔磁环（10）、运动盘（18）和静止盘（16），电机（1）固定在机架（28）上，电机（1）通过输入齿轮（27）与转动轴（2）连接，其特征在于，还包括间隙调节装置（34）、第一线圈（7）和第二线圈（11），隔磁环（10）设置在第一线圈（7）和第二线圈（11）内侧，间隙调节装置（34）分别与上端盖（6）和转动轴（2）连接，转动轴（2）与下部的运动盘（18）连接，静止盘（16）与固定轴（14）相连，运动盘（18）和静止盘（16）构成测试腔（20），静止盘（16）下部设有霍尔传感器（17）和温度传感器（8），固定轴（14）穿过下端盖（9），固定轴（14）的下端设有扭矩传感器（26），下端盖（9）固定在机架（28）上，第一线圈（7）与上端盖（6）连接，第二线圈（11）与下端盖（9）连接，所述的第一线圈（7）和第二线圈（11）的匝数和半径相同，第一线圈（7）与第二线圈（11）平行设置，第一线圈（7）和第二线圈（11）之间的距离等于线圈的半径，测试腔（20）距第一线圈（7）和第二线圈（11）的距离相等。

2.根据权利要求1所述的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的间隙调节装置包括预紧弹簧（22）、螺旋内套（4）、螺旋外套（5）、调节盘（3）、刻度标杆（23）和刻度指针（24），螺旋内套（4）与转动轴（2）连接，螺旋外套（5）与螺旋内套（4）螺纹连接，预紧弹簧（22）设置在螺旋内套（4）和螺旋外套（5）之间，刻度标杆（23）设置在螺旋外套（5）上部，调节盘（3）和刻度指针（24）设置在螺旋内套（4）的上部。

3.根据权利要求1所述的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的测试腔（20）是由剖面呈U型的运动盘（18）和剖面呈W型的静止盘（16）构成的环形测试腔。

4.根据权利要求1或3所述的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的测试腔（20）的上下表面为粗糙面。

5.根据权利要求所述1的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的静止盘（16）上设有隔磁盘（21）。

6.根据权利要求所述1的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的下端盖（9）上分别设有散热液注入口（13）和散热腔（12），转动轴（2）中心设有磁流变液注入孔（25），静止盘（16）上设有磁流变液流出口（15），磁流变液流出口（15）上设有流出阀装置。

7.根据权利要求所述6的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的流出阀装置包括密封环（29）、弹簧（30）、导管（31）、导向套筒（32）和阀手（33），密封环（29）设置在导管（31）上端，导向套筒（32）与导管（31）嵌套连接，弹簧（30）设置在导向套筒（32）与导管（31）之间，阀手（33）设置在导管（31）下端。

8.根据权利要求所述1的一种双线圈式磁流变液流变特性测试装置，其特征在于，所述的运动盘（18）的内侧面和静止盘（16）的外侧面设有密封圈（19）。

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