CN104006915B - 一种大量程磁性液体微压差传感器 - Google Patents
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Abstract
一种大量程磁性液体微压差传感器，适用于微压测量领域。该装置包括：左环形磁铁(1‑1)、右环形磁铁(1‑2)、左线圈(2‑1)、右线圈(2‑2)、磁性液体密封环(3)、第一永久磁铁(4‑1)、第二永久磁铁(4‑2)，铁芯(5)、有机玻璃管(6)。铜线均匀、对称缠绕在有机玻璃管上，将吸附有四个磁性液体密封环的复合磁芯放入有机玻璃管中，然后将左环形磁铁和右环形磁铁分别套在有机玻璃管的左侧和右侧。微压作用时，复合磁芯在管内左右移动，由于铁芯的磁导率远大于空气，而且磁性液体构成了四级密封环，因此，该磁性液体微压差传感器输出信号明显，耐压能力加强，量程范围更大。
Description
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。
该种磁性液体微压差传感器测量范围大约在0Pa～1000Pa，测量范围过小，不能满足大部分微压测量的需要。
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量程过小的问题。
本发明解决其技术问题的技术方案：
一种大量程磁性液体微压差传感器，该装置包括：左环形磁铁、右环形磁铁、左线圈、右线圈、磁性液体密封环、第一永久磁铁、第二永久磁铁，铁芯、有机玻璃管。
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，两线圈间距约为5mm；然后将第一永久磁铁和第二永久磁铁吸附在铁芯的两端，保证两永久磁铁异名端相对，两永久磁铁和铁芯共同构成复合磁芯，铁芯的直径小于永久磁铁，使得在永久磁铁和铁芯的连接处形成阶梯状；将磁性液体注在第一永久磁铁和第二永久磁铁的端部，构成四个密封环；将吸附有磁性液体的复合磁芯放入到有机玻璃管中；磁性液体的作用是将复合磁芯悬浮，减小复合磁芯运动时的摩擦力，同时依靠磁性液体与有机玻璃管壁面间的挤压作用在磁场梯度的作用下实现复合磁芯左右两端的四级密封；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，应保证环形磁铁与复合磁芯上永久磁铁的同名端相对，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。
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关于线圈间隙对称的平衡位置，左右线圈的电感相等，外部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，使得右线圈中铁芯的长度大于左线圈，由于复合磁芯中铁芯的相对磁导率约为2400，远远大于空气的相对磁导率1，因此右线圈电感明显增大，外部电桥电路输出明显的电压信号；同理当P减小时，复合磁芯向左侧移动，外部电桥电路输出符号相反的电压信号。
本发明的有益效果：
该种磁性液体微压差传感器体积小，成本低，同时四级密封环提高了磁性液体微压差传感器的耐压性能，使得磁性液体微压差传感器的量程更大。
附图说明
图1一种大量程磁性液体微压差传感器。
图中：左环形磁铁1-1、右环形磁铁1-2、左线圈2-1、右线圈2-2、磁性液体密封环3、第一永久磁铁4-1、第二永久磁铁4-2，铁芯5、有机玻璃管6。
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：
一种大量程磁性液体微压差传感器，该装置包括：左环形磁铁1-1、右环形磁铁1-2、左线圈2-1、右线圈2-2、磁性液体密封环3、第一永久磁铁4-1、第二永久磁铁4-2，铁芯5、有机玻璃管6。
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2-1和右线圈2-2，两线圈间距约为5mm；然后将第一永久磁铁4-1和第二永久磁铁4-2吸附在铁芯5的两端，保证两永久磁铁4-1和4-2异名端相对，两永久磁铁和铁芯5共同构成复合磁芯，铁芯的直径小于永久磁铁，使得第一永久磁铁4-1和第二永久磁铁4-2在与铁芯5的连接处形成阶梯状；将磁性液体3注在第一永久磁铁和第二永久磁铁的端部，构成四个密封环；将吸附有磁性液体的复合磁芯放入到有机玻璃管6中；最后将左环形磁铁1-1、右环形磁铁1-2分别套在有机玻璃管6的左侧和右侧，如图1所示。
所述的左环形磁铁1-1和右环形磁铁1-2为圆环形，材料为钕铁硼，二者结构、材料和属性完全相同。
高强度漆包铜线圈2-1和2-2的材料选用铜线，因为铜线的电阻率ρc较小，产生的热损耗少。
磁性液体密封环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。
第一永久磁铁4-1和第二永久磁铁4-2为圆柱形，材料为钕铁硼，，二者结构、材料和属性完全相同。
铁芯5选用1Cr13材料，相对磁导率约为2400，输出信号明显。
有机玻璃管6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、防潮性好等特点，满足应用需求。
使用实例：
常温下左环形磁铁1-1、右环形磁铁1-2选用钕铁硼材料，尺寸规格为外径Φ15mm，内径Φ9mm，厚度2.5mm，距离线圈20mm；高强度漆包铜线圈2-1和2-2直径0.1mm，匝数均为714匝，线圈长度50mm，所通电压10V，频率900Hz；磁性液体密封环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；第一永久磁铁4-1和第二永久磁铁4-2选用钕铁硼材料，尺寸规格为Φ5mm*10mm；铁芯5选用1Cr13，长度46mm，直径3mm；有机玻璃管6长度180mm，内径5.1mm。
实验测得：具有四级密封环的磁性液体微压差传感器的的量程扩展到了0Pa～3000Pa，且在此测量区间具有很好的线性度，使得磁性液体微压差传感器的适用范围更广。
Claims (1)
1.一种大量程磁性液体微压差传感器，该传感器包括：左环形磁铁(1-1)、右环形磁铁(1-2)、左线圈(2-1)、右线圈(2-2)、磁性液体密封环(3)、第一永久磁铁(4-1)、第二永久磁铁(4-2)，铁芯(5)、有机玻璃管(6)；
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(2-1)和右线圈(2-2)，两线圈间距约为5mm；
第一永久磁铁(4-1)和第二永久磁铁(4-2)吸附在铁芯(5)的两端，保证第一永久磁铁(4-1)和第二永久磁铁(4-2)异名端相对，第一永久磁铁(4-1)、第二永久磁铁(4-2)和铁芯(5)共同构成复合磁芯；
磁性液体(3)注在第一永久磁铁(4-1)和第二永久磁铁(4-2)的端部；
吸附有磁性液体的复合磁芯放入到有机玻璃管(6)中；左环形磁铁(1-1)、右环形磁铁(1-2)分别套在有机玻璃管(6)的左侧和右侧；
其特征是：
复合磁芯中铁芯的直径小于永久磁铁，使得第一永久磁铁(4-1)和第二永久磁铁(4-2)在与铁芯(5)的连接处形成阶梯状，磁性液体在第一永久磁铁(4-1)和第二永久磁铁(4-2)的端部形成四个磁性液体密封环，构成磁性液体四级密封。
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