CN103604558B - 一种磁性液体微压差传感器 - Google Patents

Abstract

一种磁性液体微压差传感器，适用于微压测量领域。该装置包括：有机玻璃管（1）、左橡胶塞（2-1）、右橡胶塞（2-2）、左线圈（3-1）、右线圈（3-2）、左环形磁铁（4-1）、右环形磁铁（4-2）、空心永久磁铁（5）、铁芯（6）、磁性液体（7）、第一定值电阻（R1）、第二定值电阻（R2）、交流电源（U）和电压表（V）。漆包铜线缠绕在有机玻璃管（1）的左边和右边，加入复合磁芯后注入磁性液体（7），在线圈两端套上环形磁铁，应保证环形磁铁与复合磁芯同名端相对，用于提供回复力，最后塞入橡胶塞，左端与压力源（P）相连，右端与大气相连，两线圈和两等值电阻（R1）、（R2）构成电桥电路，微压作用时，复合磁芯在管内移动，输出明显电压值。

Description

一种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Δh，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。

由于现有的磁性液体微压差传感器采用U型管设计，一方面磁性液体的相对磁导率较低，约为2，因此输出电压信号较弱，需要在信号处理中接入放大电路；另一方面U型管不利于设备的小型化，且需要注入较多的磁性液体，使得传感器的成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：在微压测量领域，原有磁性液体微压差传感器信号弱、体积大、成本高的问题。

本发明解决其技术问题的技术方案：

一种磁性液体微压差传感器，该装置包括：有机玻璃管、左橡胶塞、右橡胶塞、左线圈、右线圈、左环形磁铁、右环形磁铁、空心永久磁铁、铁芯、磁性液体、第一定值电阻R1、第二定值电阻R2、交流电源U和电压表V。

首先将高强度漆包铜线均匀、等匝数、对称地缠绕在有机玻璃管的左边和右边，构成左线圈和右线圈，两线圈间距等于空心永久磁铁长度；然后将铁芯插入到空心永久磁铁中，铁芯与空心永久磁铁长度相等，二者共同构成复合磁芯；然后从有机玻璃管的两端注入等量的磁性液体，磁性液体吸附在磁芯的两端，与磁芯构成哑铃状，磁性液体的作用是将复合磁芯悬浮，减小磁芯运动时的摩擦力，同时依靠磁性液体与有机玻璃管壁面间的挤压作用实现磁芯左右两端的密封；之后将左环形磁铁和右环形磁铁套在有机玻璃管上左线圈的左端和右线圈的右端，应保证环形磁铁与磁芯同名端相对，作用是提供回复力，保证磁芯在没有压差作用时处于平衡位置；最后在有机玻璃管的两端塞入带有玻璃管的橡胶塞，左橡胶塞的玻璃管与压力源P相连，右橡胶塞的玻璃管与大气相连；左线圈、右线圈分别和等值的第一定值电阻R1、第二定值电阻R2串联后，并联在交流电源U的两端，两线圈和两电阻构成电桥电路。

当有机玻璃管两侧不存在压差时，在左、右环形磁铁的作用下，吸附有磁性液体的复合磁芯位于两线圈中间的平衡位置，左右线圈的电感相等，电桥电路输出电压为零；当左侧压力源P增大时，复合磁芯向右侧移动，进入右线圈，由于复合磁芯中铁芯的相对磁导率约为10⁵数量级，因此右侧线圈电感明显增大，电桥电路输出明显的电压信号，当P减小时，复合磁芯向左侧移动，电桥电路输出符号相反的电压信号。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种新的磁性液体微压差传感器结构，体积更小，信号更明显，成本更低。

附图说明

图1一种磁性液体微压差传感器示意图。

图中：有机玻璃管1、左橡胶塞2-1、右橡胶塞2-2、左线圈3-1、右线圈3-2、左环形磁铁4-1、右环形磁铁4-2、空心永久磁铁5、铁芯6、磁性液体7。

图2电桥电路示意图。

图中：第一定值电阻R1、第二定值电阻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：

一种磁性液体微压差传感器，该装置包括：有机玻璃管1、左橡胶塞2-1、右橡胶塞2-2、左线圈3-1、右线圈3-2、左环形磁铁4-1、右环形磁铁4-2、空心永久磁铁5、铁芯6、磁性液体7、第一定值电阻R1、第二定值电阻R2、交流电源U和电压表V。

首先将高强度漆包铜线均匀、等匝数、对称地缠绕在有机玻璃管1的左边和右边，构成左线圈3-1和右线圈3-2，两线圈间距等于空心永久磁铁5长度；然后将铁芯6插入到空心永久磁铁5中，铁芯6与空心永久磁铁5长度相等，二者共同构成复合磁芯；然后从有机玻璃管1的两端注入等量的磁性液体7，磁性液体7吸附在复合磁芯的两端，与复合磁芯构成哑铃状，磁性液体7的作用是将复合磁芯悬浮，减小复合磁芯运动时的摩擦力，同时依靠磁性液体7与有机玻璃管1壁面间的挤压作用实现复合磁芯左右两端的密封；之后将左环形磁铁4-1和右环形磁铁4-2套在有机玻璃管1上左线圈3-1的左端和右线圈3-2的右端，应保证环形磁铁4-1、4-2与复合磁芯同名端相对，作用是提供回复力，保证复合磁芯在没有压差作用时处于平衡位置，如图1所示；最后在有机玻璃管1的两端塞入带有玻璃管的橡胶塞，左橡胶塞2-1的玻璃管与压力源P相连，右橡胶塞2-2的玻璃管与大气相连；左线圈3-1、右线圈3-2分别和等值的第一定值电阻R1、第二定值电阻R2串联后，并联在交流电源U的两端，构成电桥电路，如图2所示。

所述的交流电源U频率为150kHz～200kHz，峰值为8V～10V。

有机玻璃管1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。

左橡胶塞2-1和右橡胶塞2-2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。

左线圈3-1和右线圈3-2的材料选用铜线，因为铜线的电阻率ρ_c较小，产生的热损耗少。

左环形磁铁4-1、右环形磁铁4-2、空心永久磁铁5材料均为钕铁硼。

铁芯6材料为纯铁，因为纯铁为铁磁性物质，相对磁导率为10⁵数量级，满足应用要求。

磁性液体7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。

使用实例：

常温下取有机玻璃管1长度为200mm，内径10mm，外径12mm，左橡胶塞2-1和右橡胶塞2-2选用丁基橡胶，左线圈3-1和右线圈3-2直径0.1mm，匝数均为500匝，所通电流为0.1A，电压10V，频率150KHz；左环形磁铁4-1和右环形磁铁4-2选用钕铁硼材料，两环形磁铁尺寸完全相同，内径为12mm，空心永久磁铁5长度为50mm，外径8mm，内径4mm，铁芯6尺寸规格为Φ4mm*50mm，；磁性液体7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。

将有机玻璃管在水平实验台上放好后，通入正压P，在一定范围内输入输出满足很好的线性关系。

Claims (2)

1.一种磁性液体微压差传感器，该装置包括：有机玻璃管(1)、左橡胶塞(2-1)、右橡胶塞(2-2)、左线圈(3-1)、右线圈(3-2)、左环形磁铁(4-1)、右环形磁铁(4-2)、空心永久磁铁(5)、铁芯(6)、磁性液体(7)、第一定值电阻(R1)、第二定值电阻(R2)、交流电源(U)和电压表(V)；

高强度漆包铜线均匀、等匝数、对称地缠绕在有机玻璃管(1)的左边和右边，构成左线圈(3-1)和右线圈(3-2)，两线圈间距等于空心永久磁铁(5)长度，左线圈(3-1)、右线圈(3-2)分别和等值的第一定值电阻R1、第二定值电阻R2串联后，并联在交流电源U的两端，构成电桥电路；

将铁芯(6)插入到空心永久磁铁(5)中，铁芯(6)与空心永久磁铁(5)长度相等，二者共同构成复合磁芯，将复合磁芯放入到有机玻璃管(1)中；

注入磁性液体(7)后，套上环形磁铁(4-1)、(4-2)，然后在有机玻璃管(1)的两端塞入带有玻璃管的橡胶塞(2-1)和(2-2)，左橡胶塞(2-1)的玻璃管与压力源(P)相连，右橡胶塞(2-2)的玻璃管与大气相连；

其特征在于：

向有机玻璃管(1)的两端注入等量的磁性液体(7)，磁性液体(7)吸附在复合磁芯的两端，与复合磁芯构成哑铃状，磁性液体(7)的作用是将复合磁芯悬浮，减小复合磁芯运动时的摩擦力，同时依靠磁性液体(7)与有机玻璃管(1)壁面间的挤压作用实现复合磁芯左右两端的密封。

2.根据权利要求1所述的一种磁性液体微压差传感器，其特征在于：

左环形磁铁(4-1)和右环形磁铁(4-2)分别套在有机玻璃管(1)上左线圈(3-1)的左端和右线圈(3-2)的右端，保证环形磁铁(4-1)、(4-2)与复合磁芯同名端相对，用于提供回复力，保证复合磁芯在没有压差作用时处于平衡位置。