CN103604725A - 一种电流变液可视化试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流变液可视化试验台，包括步进电机、丝杠、两油缸、电流变阀、信号采集与转换器及计算机；所述步进电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠上设有丝杠螺母，丝杠螺母上固定安有挡板，挡板分别与所述的两油缸的活塞杆连接，两油缸的活塞杆相对设置，且两油缸的活塞杆的中心线分别与丝杠中心线平行；两油缸底部分别通过导管与电流变阀连通；电流变阀两端分别设有压力传感器，电流变阀处设有数码显微镜和红外温度传感器，压力传感器、数码显微镜及红外温度传感器分别通过信号采集与转换器与电脑连接。本发明可以实现不同动态场的控制，记录压力、温度等参数的变化，同时还能够实现电流变液场致微观动态结构在线图象采集和处理。

Description

一种电流变液可视化试验台
 
技术领域
    本发明涉及一种电流变液试验装置，尤其是涉及一种电流变液可视化试验台。
背景技术
   电流变液(electrorheological fluids,简称ERF)是一种自身粘度在外电场作用下能够显著增加的两相悬浮液。通常认为该变化是由于电场作用下电流变液中分散的微小介电颗粒被极化为电偶极子,这些偶极子之间产生强烈的静电吸引从而引起液体宏观粘度的变化。该过程中颗粒由无序的随机分布变为有序排列,通常形成一定的链状和柱状微观结构,该微观结构决定了电流变液的宏观力学性能。
   目前，关于电流变液在外部场作用下的微观结构研究大多集中在数值模拟等理论预测的方法，现有的实验装置及方案又主要集中在静态场的观测，对于动态场下尤其是多场耦合作用下的动力学行为和微观结构几乎没有报道。同时，在观测时都是观测某一固定区域内的微观结构随时间的演变过程，而对某一部分颗粒或者某一微团随着时间的变化其运动规律和结构演变没有进行过考察。其次，在以往的实验中都是单独的观测其结构演变过程或者单独测试其力学性能，没有对其结构和力学性能同时进行考察并探讨两者之间内在联系的实验装置。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种能够实现不同动态场（电场、流场及热场等）的控制，记录电流变液流动参数变化，同时还能够实现场致微观动态结构在线图象采集和处理的可视化试验台。 
本发明采用的技术方案是：包括步进电机、丝杠、两油缸、电流变阀、信号采集与转换器及计算机；所述步进电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠上设有丝杠螺母，丝杠螺母上固定安装有挡板，挡板两端面分别与所述的两油缸的活塞杆连接，两油缸的活塞杆相对设置，且两油缸的活塞杆的中心线分别与丝杠中心线平行；两油缸底部分别通过导管与电流变阀连通；电流变阀两端分别设有压力传感器，电流变阀处设有数码显微镜和红外温度传感器，压力传感器、数码显微镜及红外温度传感器分别通过信号采集与转换器与电脑连接。
上述的电流变液可视化试验台中，还包括第二步进电机及第二丝杠，第二步进电机通过第二联轴器与第二丝杠连接，第二丝杠上设有第二丝杠螺母；所述的数码显微镜及红外温度传感器安装在第二丝杠螺母上。
上述的电流变液可视化试验台中，所述的两油缸的底部分别通过导管连接有补偿油箱及泄露油箱，所述的补偿油箱与油缸连通的管道上设有阀；所述的泄露油箱与油缸连通的管道上设有阀。
上述的电流变液可视化试验台中，所述的电流变阀包括两个端座和两透明玻璃，两透明玻璃平行设置，两透明玻璃的两侧之间分别夹装有一电极板，两透明玻璃与两电极板形成一流道，所述的两端座分别安装在透明玻璃的两端，端座上设有与流道连通的两螺纹孔，所述的电极板与高压电源连接。
上述的电流变液可视化试验台中，所述的补偿油箱采用的是带阀门的超声波清洗仪。
本发明的技术效果是：本发明通过步进电机来控制油缸活塞杆的推进速度，以控制电流变液的流动速度；流体从油缸底部通过导管流入电流变阀，然后再经导管流入另一油缸；本发明的数码显微镜、红外温度传感器由第二步进电机通过第二丝杠控制水平移动，通过匹配电流变液流动的速度，追踪记录某固定视角区域内颗粒或者微团在场作用下的运动规律与结构演变的过程；也可以静止固定在某一处，观测该处电流变液通过时的运动规律与结构演变过程；红外温度传感器探头对准数码显微镜的视角中心并且跟随其一起运动，实时测量观测区域的温度。数码显微镜和红外温度传感器记录的数据域图像通过模数转换装置传回计算机进行保存与处理；本发明的电流变阀两端设有压力传感器，可以记录电流变液进出电流变阀时的压力变化；通过分析在不同动态场下进出口压差的变化可以得出各动态场因素对电流变液力学性能影响的效益，还可以对比分析在不同压差下的结构形态分析电流变液微观结构对其力学性能的影响；因此本发明能够实现不同动态场（包括电场、流场及热场等）的控制，记录电流变液进出电流变阀时的压力、温度、外加电场强度等变化，同时还能够实现场致微观动态结构在线图象采集和处理。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的电流变阀主视图。
图3是本发明的电流变阀俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括步进电机1、丝杠3、第二步进电机6、第二丝杠8、两油缸18、电流变阀14、信号采集与转换器及计算机13；所述步进电机1通过联轴器2与丝杠3连接，丝杠3上设有丝杠螺母4，丝杠螺母4上固定安装有挡板5，挡板5的两端面分别与所述的两油缸18的活塞杆连接，两油缸18的活塞杆相对设置，且两油缸18的活塞杆的中心线分别与丝杠3中心线平行；两油缸18底部分别通过导管与电流变阀14连通。两油缸18的底部还分别设有补偿油箱16及泄露油箱20，所述的补偿油箱16与油缸18连通的管道上设有阀17；所述的泄露油箱20与油缸18连通的管道上设有阀18。所述的补偿油箱16中采用的是带阀门的可加热的超声波清洗仪。
如图2、3所示，所述的电流变阀14包括两个端座141和两透明玻璃142，两透明玻璃142平行设置，两透明玻璃142的两侧之间分别夹装有一电极板143，两透明玻璃142与两电极板143形成一流道144，所述的两端座141分别安装在透明玻璃142的两端，端座141上设有与流道144连通的两螺纹孔1414、1416，所述的电极板143与高压电源15连接。所述的端座141包括阀体盖板1411、阀体底座1413及垫圈1412，阀体盖板1411与阀体底座1413通过螺钉1415连接，垫圈1412置于阀体盖板1411与阀体底座1413之间，所述的阀体底座1413中部设有凹槽1417，凹槽1417侧壁上设有与凹槽1417连通的螺纹孔1414及用于夹持透明玻璃142端部的第二凹槽1418，所述的阀体盖板1411上设有与凹槽1417连通的螺纹孔1416。
电流变阀14两端端座螺纹孔1416中分别安装有压力传感器9、12，所述的第二步进电机6通过第二联轴器7与第二丝杠8连接，第二丝杠8上设有第二丝杠螺母；电流变阀14处设有数码显微镜10和红外温度传感器11，所述的数码显微镜10和红外温度传感器11安装在第二丝杠螺母上，压力传感器9、12、数码显微镜10及红外温度传感器11分别通过信号采集与转换器与计算机13连接。
本发明通过步进电机1来控制油缸18活塞杆的推进速度，以控制电流变液的流动速度；电流变液从一油缸18底部通过导管流入电流变阀13；然后在通过导管流入另一油缸18的底部；沿程电流变液的损失由补偿油箱16进行补给，所述补偿油箱16采用的是带阀门的可加热超声波清洗仪，可对电流变液进行混匀和加热。
本发明的数码显微镜10、红外温度传感器11由第二步进电机6通过第二丝杠8控制水平移动，通过匹配电流变液的流动速度，可以跟踪记录下视角内介电颗粒或者微团在场作用下的运动规律与结构演变的过程；也可以静止固定在某一处，观测该处电流变液通过时介电颗粒或者微团的运动规律与结构演变过程；红外温度传感器11与数码显微镜10记录的数据域图像通过模数转换装置传回计算机进行保存与处理；本发明的电流变阀14两端设有压力传感器9、12，可以记录电流变液进出电流变阀14时的压力的变化；因此本发明能够实现不同动态场（包括电场、流场及热场等）的控制，记录压力、温度等参数变化，同时还能够实现电流变液场致微观动态结构在线图象采集和处理。

Claims (6)

1.一种电流变液可视化试验台，其特征是：包括步进电机、丝杠、两油缸、电流变阀、信号采集与转换器及计算机；所述步进电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠上设有丝杠螺母，丝杠螺母上固定安装有挡板，挡板两端面分别与所述的两油缸的活塞杆连接，两油缸的活塞杆相对设置，且两油缸的活塞杆的中心线分别与丝杠中心线平行；两油缸底部分别通过导管与电流变阀连通；电流变阀两端分别设有压力传感器，电流变阀处设有数码显微镜和红外温度传感器，压力传感器、数码显微镜及红外温度传感器分别通过信号采集与转换器与电脑连接。
2.如权利要求1所述的电流变液可视化试验台，其特征是：还包括第二步进电机及第二丝杠，第二步进电机通过第二联轴器与第二丝杠连接，第二丝杠上设有第二丝杠螺母；所述的数码显微镜及红外温度传感器安装在第二丝杠螺母上。
3.如权利要求1或2所述的电流变液可视化试验台，其特征是：所述的两油缸的底部分别设有补偿油箱及泄露油箱，所述的补偿油箱与油缸连通的管道上设有阀；所述的泄露油箱与油缸连通的管道上设有阀。
4.如权利要求1或2所述的电流变液可视化试验台，其特征是：所述的电流变阀包括两个端座和两透明玻璃，两透明玻璃平行设置，两透明玻璃的两侧之间分别夹装有一电极板，两透明玻璃与两电极板形成一流道，所述的两端座分别安装在透明玻璃的两端，端座上设有与流道连通的两螺纹孔，所述的电极板与高压电源连接。
5.如权利要求3所述的电流变液可视化试验台，其特征是：所述的补偿油箱采用的是带阀门的超声波清洗仪。
6.如权利要求4所述的电流变液可视化试验台，其特征是：所述的端座包括阀体盖板、阀体底座及垫圈，阀体盖板与阀体底座通过螺钉连接，垫圈置于阀体盖板与阀体底座之间，所述的阀体底座中部设有凹槽，凹槽侧壁上设有与凹槽连通的螺纹孔及用于夹持透明玻璃端部的第二凹槽，所述的阀体盖板上设有与凹槽连通的螺纹孔。
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