CN103901168B - 一种磁流变液特性测试仪 - Google Patents

Abstract

一种磁流变液特性测试仪器，属于液体流变特性测试装置。该测试仪包括：底座、导轨、扭矩传感器、测试装置、连接圆筒、支撑板、步进电机、提升装置和控制装置；在底座的两端连接有导轨，在底座上连接有扭矩传感器，在扭矩传感器上端连接有测试装置，在测试装置顶部顺序连接有连接圆筒、支撑板和步进电机，在步进电机的上端有提升装置；控制装置与扭矩传感器、测试装置和步进电机连接。优点：功能丰富，结构简单，易于操作，采用双磁路结构及环形传动圆盘，磁场分布均匀；采用新型提升装置，磁流变液与工作圆盘容易更换，磁路均匀可调；采用多级加温装置，温度易于控制且加热速度可调，转速可调。

Description

一种磁流变液特性测试仪

技术领域

本发明涉及一种液体流变特性测试装置，特别是一种磁流变液特性测试仪。

背景领域

磁流变液是一种典型的智能材料，主要由软磁性颗粒、基载液和表面添加剂组成，具有磁场可控特性。基本特征是：在外加磁场作用下，磁流变液中的颗粒沿磁场方向形成纤维束状的链，阻碍了基载液的自由流动，使磁流变液从牛顿流体转变为具有一定剪切力的粘塑性流体，发生强烈的“固化”现象；而当外加磁场消失时，磁流变液恢复到自由流动状态（液态）。磁流变液在一定外加磁场作用时，其粘塑性等特性将产生变化，称之为磁流变效应。磁流变液也应用于阻尼器、抛光、传动等方面。不同的应用对磁流变液的要求不同，因此为达到不同的应用要求，设计不同的磁流变液特性测试装置具有重要的意义。

磁流变液对屈服应力以及温度特性的要求较高，目前还未出现良好的对磁流变液的温度以及屈服应力受温度影响特性的相关测试装置，研制专门应用于磁流变液的特性测试系统非常必要。专利CN2525508Y公开了一种磁流变液剪切屈服强度测试仪，该测试仪的磁路的均匀性差，且未考虑温度对磁流变液屈服应力的影响，功能少，操作不方便，存在磁流变液更换困难等问题。现有专利技术多存在上述缺陷，即磁场分布均匀性差，测试精度低，缺少温度控制装置且操作较为复杂。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种磁流变液的特性测试仪，解决现有技术存在的上述缺陷，即磁场分布均匀性差，测试精度低，缺少温度控制装置且操作较为复杂的问题。

技术方案：本发明的目的是这样实现的，该测试仪包括：底座、导轨、扭矩传感器、测试装置、连接圆筒、支撑板、步进电机、提升装置和控制装置；在底座的两端连接有导轨，在底座上连接有扭矩传感器，在扭矩传感器上端连接有测试装置，在测试装置顶部顺序连接有连接圆筒、支撑板和步进电机，在步进电机的上端有提升装置；控制装置与扭矩传感器、测试装置和步进电机连接；

所述的控制装置包括：信号采集处理器、控制器和控制显示面板，信号采集处理器和控制系统均与控制显示面板连接；所述的信号采集处理器包括：温度传感器、霍尔探头、扭矩传感器、信号采集系统、信号处理系统和数据存储器，温度传感器、霍尔探头和扭矩传感器均与信号采集系统的输入端连接，信号采集系统与信号处理系统连接，信号处理系统和数据存储器连接，同时与控制显示面板连接；所述的控制系统包括：固态继电器、励磁线圈、步进电机驱动器和控制器，固态继电器、励磁线圈和步进电机驱动器与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制显示面板连接；所述的控制显示面板上有状态实时显示，有温度、速度和磁场控制按钮，有扭矩和屈服应力控制按钮。

所述的测试装置包括：轴承端盖、下传动轴、加热液槽、内磁轭、下圆盘、隔磁环、 励磁线圈、上传动轴、轴承支座、上磁轭、上圆盘、磁流变液储液槽、外磁轭、单体加热棒、加热液和外支撑架；下传动轴的一端通过轴承端盖与外支撑架连接，下传动轴的中间部位通过轴承连接在外支撑架内，下传动轴的另一端与内磁轭连接，在内磁轭上连接有单体加热棒，在外支撑架的端部连接有外磁轭，外磁轭下部位于外支撑架内，内磁轭位于外磁轭的中心位置，在内磁轭外有加热液槽，加热液槽内有加热液；在加热液槽上部连接有下圆盘和上圆盘，在下圆盘和上圆盘之间连接有隔磁环，在下圆盘和上圆盘外侧连接有磁流变液储液槽，在外磁轭的上端连接有上磁轭，上磁轭的中心有孔，在孔中通过轴承支座和轴承连接有上传动轴，在外磁轭和上磁轭构成的空间内连接有励磁线圈，步进电机通过连接圆筒支撑在测试装置的上磁轭上；上圆盘和下圆盘均为环形结构，中间利用不导磁的隔磁环和轴承支座隔磁。

所述的提升装置包括：法兰盘、固定板、梯形螺纹杆、提升板和连接轴；连接轴的下端与支撑板连接，连接轴的上端与提升板连接，在提升板的中间位连接有梯形螺纹杆，梯形螺纹杆的上端通过轴承连接有固定板、在梯形螺纹杆的端部连接有法兰盘；扭矩传感器固定在底座上并通过销轴与测试装置的下传动轴相连，连接轴把支撑板与提升板连接在一起。

有益效果，由于采用了上述方案，该测试仪采用双磁路结构，磁路分布均匀，测量精度高；采用新型提升结构，更换液方便；采用多级可控加热方式，测试功能全面，其功能主要包括测试磁流变液在不同温度下的屈服应力、磁流变液在不同间隙下磁场的传动能力、磁流变液在不同温度下的粘度以及不同磁场强度下的屈服应力。采用多个平台和四个支柱构成支撑装置，四个支柱都连接在底座上，保证结构的稳定。步进电机为测试仪的驱动装置，步进电机驱动器驱动步进电机方便地控制测试装置的转速。采用励磁线圈为测试仪产生磁场，用程控电源来控制通过励磁线圈的电流，以控制磁场的强度，为使工作区域的磁路均匀，测试部分中采用了单线圈双磁路的结构，并且工作部分采用环形结构，以此来保证两圆盘间的磁场均匀；上圆盘和下圆盘均为环形结构，中间利用不导磁的隔磁环和轴承支座隔磁。磁流变液温度的控制，加热装置采用液体加热的方式，并且采用自动化控制温度，采用多个单体加热装置，可以控制加热的速度。数据采集系统中利用扭矩传感器测量传动的扭矩，同时利用温度传感器采集工作磁流变液的温度，利用特斯拉计对工作区域的磁场强度进行记录，三个变量同时连续采集，用于分析磁流变液的性能及变量间的关系。提升装置采用梯形螺纹结构，上圆盘能够容易的被提升起来，保证圆盘和磁流变液更换容易。并且能够简单的改变工作间隙。加热方式采用分级式液体加热方式且加热速度可调。通过单体加热棒加热液槽内的加热液，并通过下圆盘把热量传递给磁流变液，进而改变磁流变液的温度，单体加热棒有多个，加热速度可调。本发明可以方便的测量磁流变液的温度特性、各种温度下的粘度、剪切屈服应力以及不同工作间隙，不同表面形貌下的磁流变液的工作情况。

优点：结构简单，易于操作，可以方便地测量传动磁流变液的温度特性、各种温度下的粘度、剪切屈服应力以及不同工作间隙的磁流变液的工作情况。采用双磁路结构及环形 传动圆盘，磁场分布均匀；采用新型提升装置，磁流变液与工作圆盘容易更换，磁路均匀可调；采用多级加温装置，温度易于控制且加热速度可调；功能丰富，磁流变液与工作圆盘容易更换，采用双磁路保证磁路均匀可调，转速可调。

附图说明

图1是本发明双磁路式传动磁流变液特性测试仪图。

图2是本发明传动磁流变液特性测试仪测试部分结构图。

图3是本发明的提升系统结构图。

图4是本发明的测试部分磁路示意图。

图5是本发明的信号处理及控制系统。

图1中：1、底座；2、导轨；3、扭矩传感器；4、测试装置；5、连接圆筒；6、支撑板；7、步进电机；8、提升装置；9、轴承端盖；10、下传动轴；11、加热液槽；12、内磁轭；13、下圆盘；14、隔磁环；15、励磁线圈；16、上传动轴；17、轴承支座；18、上磁轭；19、上圆盘；20、磁流变液储液槽；21、外磁轭；22、单体加热棒；23、加热液；24、外支撑架；25、法兰盘；26、固定板；27、梯形螺纹杆；28、提升板；29、连接轴；30、控制装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：该测试仪包括：底座1、导轨2、扭矩传感器3、测试装置4、连接圆筒5、支撑板6、步进电机7、提升装置8和控制装置30；在底座1的两端连接有导轨2，在底座1上连接有扭矩传感器3，在扭矩传感器3上端连接有测试装置4，在测试装置4顶部顺序连接有连接圆筒5、支撑板6和步进电机7，在步进电机7的上端有提升装置8；控制装置与扭矩传感器3、测试装置4和步进电机7连接；

所述的控制装置包括：信号采集处理器、控制器和控制显示面板，信号采集处理器和控制系统均与控制显示面板连接；所述的信号采集处理器包括：温度传感器、霍尔探头、扭矩传感器、信号采集系统、信号处理系统和数据存储器，温度传感器、霍尔探头和扭矩传感器均与信号采集系统的输入端连接，信号采集系统与信号处理系统连接，信号处理系统和数据存储器连接，同时与控制显示面板连接；所述的控制系统包括：固态继电器、励磁线圈、步进电机驱动器和控制器，固态继电器、励磁线圈和步进电机驱动器与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制显示面板连接；所述的控制显示面板上有状态实时显示，有温度、速度和磁场控制按钮，有扭矩和屈服应力控制按钮。

所述的测试装置包括：轴承端盖9、下传动轴10、加热液槽11、内磁轭12、下圆盘13、隔磁环14、励磁线圈15、上传动轴16、轴承支座17、上磁轭18、上圆盘19、磁流变液储液槽20、外磁轭21、单体加热棒22、加热液23和外支撑架24；下传动轴10的一端通过轴承端盖9与外支撑架24连接，下传动轴10的中间部位通过轴承连接在外支撑架24内，下传动轴10的另一端与内磁轭12连接，在内磁轭12上连接有单体加热棒22，在外支撑架24的端部连接有外磁轭21，外磁轭21下部位于外支撑架24内，内磁轭12位 于外磁轭21的中心位置，在内磁轭12外有加热液槽11，加热液槽11内有加热液23；在加热液槽11上部连接有下圆盘13和上圆盘19，在下圆盘13和上圆盘19之间连接有隔磁环14，在下圆盘13和上圆盘19外侧连接有磁流变液储液槽20，在外磁轭21的上端连接有上磁轭18，上磁轭18的中心有孔，在孔中通过轴承支座17和轴承连接有上传动轴16，在外磁轭21和上磁轭18构成的空间内连接有励磁线圈15，步进电机7通过连接圆筒5支撑在测试装置4的上磁轭18上。

所述的提升装置包括：法兰盘25、固定板26、梯形螺纹杆27、提升板28和连接轴29；连接轴29的下端与支撑板6连接，连接轴29的上端与提升板28连接，在提升板28的中间位连接有梯形螺纹杆27，梯形螺纹杆27的上端通过轴承连接有固定板26、在梯形螺纹杆27的端部连接有法兰盘25；扭矩传感器3固定在底座1上并通过销轴与测试装置4的下传动轴10相连，连接轴29把支撑板6与提升板28连接在一起。 

图1，为双磁路式传动磁流变液特性测试仪组成结构图，机械部分包括底座1、导轨2、扭矩传感器3、测试装置4、连接圆筒5、支撑板6、步进电机7、提升装置8。其中扭矩传感器3固定在底座1上并通过销轴与测试装置4的下传动轴10相连，测试装置4、上传动轴16与步进电机7间通过联轴器传递动力，步进电机7通过连接圆筒5支撑在测试装置4的上磁轭18上；提升装置8中的连接轴29把支撑板6与提升板28连接在一起。

为保证磁路的均匀，采用的双磁路结构如图四所示，两磁路分别为①—②上—③—⑥—⑦—⑧—⑨—①和①—②上—②下—④—⑤—⑥—⑦—⑧—⑨—①，设计中保证两个磁路的磁阻相同，进而使通过两个磁路的磁场强度相同。另外工作区域的上圆盘19和下圆盘13均为环形结构，中间利用不导磁的隔磁环14和轴承支座17隔磁，保证磁路按照设计的方案通过。

图2，双磁路式传动磁流变液特性测试仪的测试部分，上传动轴16与步进电机7相连，动力传递到上圆盘19，上圆盘19与下圆盘13之间装有需要测试的磁流变液，在励磁线圈15通电的情况下，磁流变液由液体状态转化为固态，把上圆盘19的动力传递给下圆盘13，并通过内磁轭12传递给下传动轴10，利用与下传动轴10相连的扭矩传感器测量传递的扭矩，并通过扭矩显示仪显示数值或保存结果。

磁流变液温度性能的测试通过单体加热棒22使加热液槽11内的加热液23变热，并通过下圆盘13把热量传递给磁流变液，进而改变磁流变液的温度。单体加热棒22共有3个，可以根据加热速度的需要同时使用或者单个使用，保证加热温度的稳定迅速，同时利用温度控制仪对温度进行控制，使磁流变液的温度稳定在设定值附近，保证测试的准确。

圆盘以及磁流变液的更换利用提升装置，参照图3，支撑板6和提升板28通过连接轴29固定在一起，固定板26固定在导轨2上，梯形螺纹杆27与提升板28相连。旋下上磁轭18与下磁轭21的连接螺栓，旋转法兰盘25，将使梯形螺纹杆27上升进而带动提升板28以及支撑板6，并且步进电机7将随着上升。另外因上磁轭18通过连接圆筒5与提升板6连接在一起，所以会带动上传动轴16、轴承支座17、上磁轭18、上圆盘19共同提升，因此上下圆盘会分离，进而可以更换圆盘以及磁流变液。同时提升还可以改变上下 圆盘的间隙，用于测量不同间隙下磁流变液的传动特性。

参照图5，信号采集系统通过温度传感器、霍尔探头以及扭矩传感器3采集到温度、磁场强度和扭矩信号通过信号处理系统进行信号转化分析，进入存储器存储数据同时在操控和显示面板进行实时显示。操控和显示面板上可以根据需要对转速、温度和磁场强度进行设置，并通过控制系统对步进电机驱动器、固态继电器以及励磁线圈进行控制。

测试装置4、支撑装置1、提升装置8、测量扭矩的扭矩传感器3、放置在测试装置4内部的温度传感器和磁场强度传感器、转速可调的步进电机7以及信号处理及控制系统30，它利用步进电机7提供动力，通过上传动轴16传递到上圆盘19，下圆盘13通过下传动轴10与扭矩传感器3相连，上下圆盘间为工作区域装有磁流变液，并且温度控制方便、均匀，磁场分布均匀。支撑板6和提升板28通过连接轴29固定在一起，固定板26固定在导轨2上，梯形螺纹杆27与提升板28相连。旋下上磁轭18与下磁轭21的连接螺栓，手动旋转法兰盘25，将使梯形螺纹杆27上升进而带动提升板28，支撑板6及步进电机7上升。上磁轭18通过连接圆筒5与提升板6连接在一起，传动轴16、轴承支座17、上磁轭18、上圆盘19共同提升,方便更换圆盘以及磁流变液。

Claims (1)

1.一种磁流变液特性测试仪，其特征是：该测试仪包括：底座、导轨、扭矩传感器、测试装置、连接圆筒、支撑板、步进电机、提升装置和控制装置；在底座的两端连接有导轨，在底座上连接有扭矩传感器，在扭矩传感器上端连接有测试装置，在测试装置顶部顺序连接有连接圆筒、支撑板和步进电机，在步进电机的上端有提升装置；控制装置与扭矩传感器、测试装置和步进电机连接；

所述的控制装置包括：信号采集处理器、控制系统和控制显示面板，信号采集处理器和控制系统均与控制显示面板连接；所述的信号采集处理器包括：温度传感器、霍尔探头、扭矩传感器、信号采集系统、信号处理系统和数据存储器，温度传感器、霍尔探头和扭矩传感器均与信号采集系统的输入端连接，信号采集系统与信号处理系统连接，信号处理系统和数据存储器连接，同时与控制显示面板连接；所述的控制系统包括：固态继电器、励磁线圈、步进电机驱动器和控制器，固态继电器、励磁线圈和步进电机驱动器与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制显示面板连接；所述的控制显示面板上有状态实时显示，有温度、速度和磁场控制按钮，有扭矩和屈服应力控制按钮；

所述的测试装置包括：轴承端盖、下传动轴、加热液槽、内磁轭、下圆盘、隔磁环、励磁线圈、上传动轴、轴承支座、上磁轭、上圆盘、磁流变液储液槽、外磁轭、单体加热棒、加热液和外支撑架；下传动轴的一端通过轴承端盖与外支撑架连接，下传动轴的中间部位通过轴承连接在外支撑架内，下传动轴的另一端与内磁轭连接，在内磁轭上连接有单体加热棒，在外支撑架的端部连接有外磁轭，外磁轭下部位于外支撑架内，内磁轭位于外磁轭的中心位置，在内磁轭外有加热液槽，加热液槽内有加热液；在加热液槽上部连接有下圆盘和上圆盘，在下圆盘和上圆盘之间连接有隔磁环，在下圆盘和上圆盘外侧连接有磁流变液储液槽，在外磁轭的上端连接有上磁轭，上磁轭的中心有孔，在孔中通过轴承支座和轴承连接有上传动轴，在外磁轭和上磁轭构成的空间内连接有励磁线圈，步进电机通过连接圆筒支撑在测试装置的上磁轭上；上圆盘和下圆盘均为环形结构，中间利用不导磁的隔磁环和轴承支座隔磁；

所述的提升装置包括：法兰盘、固定板、梯形螺纹杆、提升板和连接轴；连接轴的下端与支撑板连接，连接轴的上端与提升板连接，在提升板的中间位连接有梯形螺纹杆，梯形螺纹杆的上端通过轴承连接有固定板、在梯形螺纹杆的端部连接有法兰盘；扭矩传感器固定在底座上并通过销轴与测试装置的下传动轴相连，连接轴把支撑板与提升板连接在一起。