CN103162896B - 一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器 - Google Patents

Abstract

一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器，适用于微压测量领域。该装置包括：左臂线圈（1-1）、右臂线圈（1-2）、第一永久磁铁（2-1）、第二永久磁铁（2-2）、磁性液体（3）、U型有机玻璃管（4）、橡胶塞（5）、压力表（6）、第一滑动变阻器（R1）、第二滑动变阻器（R2）、交流电源（U）和电压表（V）。铜线均匀、对称缠绕在U型管两臂上，与滑动变阻器（R1）、（R2）串联后，并联在交流电源两端。注入磁性液体后将两磁铁放入U型管两臂管内，塞入橡胶塞，U型管左臂侧开口端与压力源P和压力表连接。微压作用时，永久磁铁随磁性液体在管内移动，由于永久磁铁的磁导率远大于磁性液体，显著的差动作用使磁性液体微压差传感器的灵敏度大大提高了。

Description

一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器

技术领域

本发明属于磁性液体微压差传感器，特别适用于微压差测量领域。

背景技术

目前磁性液体微压差传感器在我国的研究尚处于实验阶段，原理如下：U型有机玻璃管内部装有磁性液体，两臂缠绕线圈并通入交流电，与外部电路电阻构成电桥电路，有压差作用时U型有机玻璃管两臂液面产生高度差，进而线圈电感L发生变化，电桥平衡被破坏，通过外部电路测得的电压变化进而求得压差变化。

由于磁性液体的相对磁导率大约在1.2左右（空气为1），因而液面高度的变化所引起的U型有机玻璃管两臂的电感变化并不十分明显，所得信号需要放大电路才便于观察。因此实验装置的灵敏度偏低，容易产生误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：在微压测量领域，磁性液体微压差传感器灵敏度偏低的问题。

本发明解决其技术问题的技术方案：

一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器，该装置包括：左臂线圈、右臂线圈、第一永久磁铁、第二永久磁铁、磁性液体、U型有机玻璃管、橡胶塞、压力表、第一滑动变阻器R1、第二滑动变阻器R2、交流电源U和电压表V。

高强度漆包铜线均匀、对称、等匝数的缠绕在U型有机玻璃管的两臂上，构成左臂线圈和右臂线圈，向U型有机玻璃管内注入磁性液体后，将第一永久磁铁和第二永久磁铁分别放入U型有机玻璃管左臂和U型有机玻璃管右臂的管内，左臂线圈和右臂线圈加载交流电后第一永久磁铁和第二永久磁铁分别悬浮于磁性液体中；永久磁铁的悬浮是基于二阶浮力原理。

永久磁铁在磁性液体中，除了受到重力和浮力作用以外，还受到磁场力的作用，由于磁铁本身磁场的非均匀性，在存在磁场梯度的情况下，磁场力和浮力的合力会大于重力。由此可见：只要改变外加磁场，即使永久磁铁的密度大于磁性液体，也能使永久磁铁悬浮于磁性液体中。

然后将橡胶塞塞在U型有机玻璃管的左臂上开口内，U型有机玻璃管左臂的侧开口端经三通与压力源P和压力表连接，左臂线圈、右臂线圈分别和等值的第一滑动变阻R1、第二滑动变阻器R2串联后，并联在交流电源U的两端，和两个滑动变阻器构成电桥电路。

当U型有机玻璃管两侧不存在压差时，圆柱形永久磁铁在U型有机玻璃管两臂处于对称位置，下部位于线圈内，上部位于线圈外。当U型有机玻璃管的左侧存在微压作用时，圆柱形永久磁铁随着磁性液体在U型有机玻璃管中的流动而在U型有机玻璃管内移动，此时，一侧的永久磁铁逐步移入线圈内，另一侧的永久磁铁逐步移出线圈，由于永久磁铁的磁导率远大于磁性液体，这样两臂的电感L就会出现明显差异，即使压差很小，电桥的平衡也会被破坏，产生明显的电压差。

本发明的有益效果：

由于在U型有机玻璃管的磁性液体中加入了圆柱形永久磁铁，因此所测量到的由微压差引起的电压信号更加明显。这样也就使得磁性液体微压差传感器的灵敏度大大提高了。

附图说明

图1 一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器示意图。

图中：高强度漆包铜线圈左臂线圈1-1和右臂线圈1-2、第一永久磁铁2-1和第二永久磁铁2-2、磁性液体3、U型有机玻璃管4、橡胶塞5、压力表6。

图2 电桥电路示意图。

图中：滑动变阻器R1和R2、交流电源U和电压表V。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器，该装置包括：左臂线圈1-1、右臂线圈1-2、第一永久磁铁2-1、第二永久磁铁2-2、磁性液体3、U型有机玻璃管4、橡胶塞5、压力表6、第一滑动变阻器R1、第二滑动变阻器R2、交流电源U和电压表V。

高强度漆包铜线均匀、对称、等匝数的缠绕在U型有机玻璃管的两臂上，构成左臂线圈1-1和右臂线圈1-2，向U型有机玻璃管4内注入磁性液体3，橡胶塞5塞在U型有机玻璃管4的左臂上开口内，U型有机玻璃管4左臂的侧开口端经三通与压力源P和压力表6连接，左臂线圈1-1和右臂线圈1-2分别和等值的第一滑动变阻器R1、第二滑动变阻器R2串联后，并联在交流电源U的两端，和两个滑动变阻器构成电桥电路。

将第一永久磁铁2-1和第二永久磁铁2-2分别放入U型有机玻璃管左臂和U型有机玻璃管右臂的管内，第一永久磁铁2-1和第二永久磁铁2-2结构、材料和属性完全相同。

所述的第一永久磁铁2-1和第二永久磁铁2-2为圆柱形，材料为钕铁硼，通电后两永久磁铁都浸没于磁性液体3中，永久磁铁下部位于线圈内，上部位于线圈外。

所述的交流电源U频率为50kHz~100kHz，峰值为8V~10V。

高强度漆包铜线圈1-1和1-2的材料选用铜线，因为铜线的电阻率较小，产生的热损耗少。

永久磁铁2的材料选用钕铁硼材料，因为钕铁硼的磁导率远高于磁性液体，使得通电后线圈内的磁通量更大，两线圈内的永久磁铁在U型有机玻璃管中移动时电感变化明显，使得传感器的灵敏度得到极大提高。

磁性液体3选用煤油基Fe₃O₄磁性液体，因为此磁性液体性能稳定，饱和磁化强度高，能够满足应用需要。

U型有机玻璃管4选用有机玻璃材质，因为有机玻璃具备热膨胀系数小、价格便宜、不导磁、防潮性好等特点，满足应用需求。

橡胶塞5为丁基橡胶，因为其对空气具有不渗透性，广泛应用于密封，能够满足传感器的应用需求。

压力表6选用数显压力表，量程0~1000Pa。

使用实例：

常温下取高强度漆包铜线圈1-1和1-2直径0.1mm，匝数均为1200匝，所通电流为0.1A，电压10V，频率50KHz；圆柱形永久磁铁2-1和2-2选用钕铁硼材料，尺寸规格为截面直径6mm，长度60mm，共2个；磁性液体3为煤油基Fe₃O₄磁性液体，粘度为2.45Pa·s，饱和磁化强度为23.4emu/g；U型有机玻璃管4臂长250mm，内径10mm；橡胶塞5为丁基橡胶，能够保证密封即可。

将U型有机玻璃管在水平实验台上竖直放好后，如图2所示连接好电路。注入磁性液体并通入交流电使得永久磁铁的一半暴露在线圈外部，如图1所示，在压强同样变化100Pa的情况下，加入永久磁铁的磁性液体微压差传感器所产生的电压值在未经过放大电路处理的情况下明显增大，传感器的灵敏度明显提高。

Claims (3)

1.一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器，该传感器包括：左臂线圈(1-1)、右臂线圈(1-2)、第一永久磁铁(2-1)、第二永久磁铁(2-2)、磁性液体(3)、U型有机玻璃管(4)、橡胶塞(5)、压力表(6)、第一滑动变阻器(R1)、第二滑动变阻器(R2)、交流电源(U)和电压表(V)；

高强度漆包铜线均匀、对称、等匝数的缠绕在U型有机玻璃管的两臂上，构成左臂线圈(1-1)和右臂线圈(1-2)；

向U型有机玻璃管(4)内注入磁性液体(3)；

橡胶塞(5)塞在U型有机玻璃管(4)的左臂上开口内，U型有机玻璃管(4)左臂的侧开口端经三通与压力源P和压力表(6)连接；

左臂线圈(1-1)和右臂线圈(1-2)分别和等值的第一滑动变阻器(R1)、第二滑动变阻器(R2)串联后，并联在交流电源(U)的两端，和两个滑动变阻器构成电桥电路；

其特征是：

将第一永久磁铁(2-1)和第二永久磁铁(2-2)分别放入U型有机玻璃管左臂和U型有机玻璃管右臂的管内；

第一永久磁铁(2-1)和第二永久磁铁(2-2)结构、材料和属性完全相同。

2.根据权利要求1所述的一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器，其特征是：

所述的第一永久磁铁(2-1)和第二永久磁铁(2-2)为圆柱形，材料为钕铁硼，通电后两永久磁铁都悬浮于磁性液体(3)中，永久磁铁下部位于线圈内，上部位于线圈外。

3.根据权利要求1所述的一种灵敏度高的磁性液体微压差传感器，其特征是：

所述的交流电源(U)频率为50kHz～100kHz，峰值为8V～10V。