CN105092143A - 一种大量程磁性液体微压差传感器 - Google Patents

Abstract

一种大量程磁性液体微压差传感器，适用于微压差测量。该装置包括：透明亚克力管(1)，第一回复力磁铁(2-1)，第二回复力磁铁(2-2)，第一感应线圈(3-1)，第二感应线圈(3-2)，第一圆柱形磁铁(5-1)，第二圆柱形磁铁(5-2)，铁芯(6)，导磁极靴(7)。第一圆柱形磁铁(5-1)、第二圆柱形磁铁(5-2)、铁芯(6)共同构成复合磁芯，当复合磁芯在微压差作用下在透明亚克力管(1)中移动时，第一圆柱形磁铁(5-1)与第二圆柱形磁铁(5-2)产生的磁感线始终被束缚在导磁极靴(7)中，形成完整的导磁回路，有效减少了系统的漏磁，增大了第一磁性液体环(4-1)和第二磁性液体环(4-2)的耐压能力，进而增大了磁性液体微压差传感器的量程范围。

Description

一种大量程磁性液体微压差传感器

技术领域

本发明属于传感器领域，适用于微压差测量。

背景技术

微压差测量在工业、医疗、生物制药等领域有着广泛的应用，各种半导体材料、陶瓷材料以及新型功能材料都被应用到微压差测量领域。磁性液体是一种新型的功能材料，将纳米量级的铁磁性颗粒包裹上表面活性剂后溶于基载液中形成，在磁场和重力场的作用下能够长期稳定存在，兼具固态材料的磁性和液体材料的流动性，是目前唯一一种液体磁性材料，其特殊性质决定了其在传感测量领域将有着广泛的应用。

自上世纪八十年代起国外学者就开始了将其应用与传感器领域的学术研究。N.C.Popa等学者在1999年发表于JMMM上面的题为《Magneticfluidsinaerodynamicmeasuringdevices》的文章中提出了一种U型管磁性液体微压差传感器，当U型管两端存在压差作用时，磁性液体的液面会产生高度差，这将导致线圈电感的变化，进而输出电压信号。这种类型的磁性液体微压差传感器线性度好，但是输出信号弱，体积大，量程范围小。2000年以后学者MonicaSabinaCrainic等又对该类型的传感器进行了进一步的研究。

在此基础上,申请号为“201310616995.X”的发明专利“一种磁性液体微压差传感器”，提出了一种新型的水平磁性液体微压差传感器，用复合磁芯代替了U型管传感器中的磁性液体，该种磁性液体微压差传感器灵敏度高，线性度好，但是在磁性液体处不存在完整的磁回路，因此磁性液体密封环的耐压能力低，造成传感器的量程范围小。此外，在申请号为“201420585717.2”，“201310616995.X”，“201420585717.2”，“201420584167.2”，“201420587410.6”等专利申请中还提出了多种类型的磁性液体微压差传感器，但是都存在量程范围小的问题。

以上磁性液体微压差传感器能够精确到Pa，但是量程范围不会超过±2kPa，其他类型的精密微压差传感器，不论电容式、电感式、霍尔元件式，都存在相同的问题，即当测量精度达到Pa量级，则量程范围都会在±5kPa的范围内，很难将量程提高。

传感器的结构限制了其线性范围，因此量程无法增大。按照微压的定义，±60kPa均能够称为微压，因此增大微压的测量范围十分重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题：现有的磁性液体微压差传感器量程范围小的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大量程磁性液体微压差传感器，该装置包括：透明亚克力管，第一回复力磁铁，第二回复力磁铁，第一感应线圈，第二感应线圈，第一磁性液体环，第二磁性液体环，第一圆柱形磁铁，第二圆柱形磁铁，铁芯，导磁极靴。

该装置各部分之间的连接：

将高强度漆包铜线均匀、对称、等匝数地缠绕到透明亚克力管的两端，分别构成第一感应线圈和第二感应线圈；在铁芯的两端分别吸附上第一圆柱形磁铁和第二圆柱形磁铁，三者共同构成复合磁芯，在复合磁芯的两端分别吸附上第一磁性液体环和第二磁性液体环，第一磁性液体环和第二磁性液体环起到润滑和密封的作用；将吸附有第一磁性液体环和第二磁性液体环的复合磁芯放入到透明亚克力管中，再将第一回复力磁铁和第二回复力磁铁分别固定在透明亚克力管的两端相对称的位置，分别与第一圆柱形磁铁和第二圆柱形磁铁同名端相对，用于给复合磁芯提供回复力，保证复合磁芯在初始状态时位于第一感应线圈和第二感应线圈中间的平衡位置；最后将导磁极靴套在第一感应线圈和第二感应线圈的外部，就构成了大量程磁性液体微压差传感器。

当透明亚克力管两端出现微压差作用时，复合磁芯将在透明亚克力管内移动，进而第一感应线圈和第二感应线圈的电感发生变化，在电桥电路的作用下，输出电压信号。

本发明的有益效果：

导磁极靴套在第一感应线圈和第二感应线圈的外部后，当复合磁芯在透明亚克力管中移动时，复合磁芯两端的第一圆柱形磁铁产生的磁感线总能通过与其临近的导磁极靴上的极齿进入导磁极靴中，再经过另一端的极齿回到第二圆柱形磁铁中，因此在传感器的整个工作过程中，磁感线始终被束缚在导磁极靴中，形成完整的导磁回路，有效减少了系统的漏磁，这使第一磁性液体环和第二磁性液体环处的轴向磁场梯度增大，第一磁性液体环和第二磁性液体环的耐压能力大大提高，进而增大了磁性液体微压差传感器的量程范围。

附图说明

图1一种大量程磁性液体微压差传感器。

图中：透明亚克力管1，第一回复力磁铁2-1，第二回复力磁铁2-2，第一感应线圈3-1，第二感应线圈3-2，第一磁性液体环4-1，第二磁性液体环4-2，第一圆柱形磁铁5-1，第二圆柱形磁铁5-2，铁芯6，导磁极靴7。

具体实施方式

以附图1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：透明亚克力管1，第一回复力磁铁2-1，第二回复力磁铁2-2，第一感应线圈3-1，第二感应线圈3-2，第一磁性液体环4-1，第二磁性液体环4-2，第一圆柱形磁铁5-1，第二圆柱形磁铁5-2，铁芯6，导磁极靴7。

该装置各部分之间的连接：

将高强度漆包铜线均匀、对称、等匝数地缠绕到透明亚克力管1的两端，分别构成第一感应线圈3-1和第二感应线圈3-2；在铁芯6的两端分别吸附上第一圆柱形磁铁5-1和第二圆柱形磁铁5-2，三者共同构成复合磁芯，在复合磁芯的两端分别吸附上第一磁性液体环4-1和第二磁性液体环4-2，第一磁性液体环4-1和第二磁性液体环4-2起到润滑和密封的作用；将吸附有第一磁性液体环4-1和第二磁性液体环4-2的复合磁芯放入到透明亚克力管1中，再将第一回复力磁铁2-1和第二回复力磁铁2-2分别固定在透明亚克力管1的两端相对称的位置，分别与第一圆柱形磁铁5-1和第二圆柱形磁铁5-2同名端相对，用于给复合磁芯提供回复力，保证复合磁芯在初始状态时位于第一感应线圈3-1和第二感应线圈3-2中间的平衡位置；最后将导磁极靴7套在第一感应线圈3-1和第二感应线圈3-2的外部，就构成了大量程磁性液体微压差传感器。

当透明亚克力管1两端出现微压差作用时，复合磁芯将在透明亚克力管1内移动，进而第一感应线圈3-1和第二感应线圈3-2的电感发生变化，在电桥电路的作用下，输出电压信号。

导磁极靴7套在第一感应线圈3-1和第二感应线圈3-2的外部后，当复合磁芯在透明亚克力管1中移动时，复合磁芯两端的第一圆柱形磁铁5-1产生的磁感线总能通过与其临近的导磁极靴7上的极齿进入导磁极靴7中，再经过另一端的极齿回到第二圆柱形磁铁5-2中，因此在传感器的整个工作过程中，磁感线始终被束缚在导磁极靴7中，形成完整的导磁回路，有效减少了系统的漏磁，这使第一磁性液体环4-1和第二磁性液体环4-2处的轴向磁场梯度增大，第一磁性液体环4-1和第二磁性液体环4-2的耐压能力大大提高，进而增大了磁性液体微压差传感器的量程范围。

Claims (1)

1.一种大量程磁性液体微压差传感器，该传感器包括：

透明亚克力管(1)，第一回复力磁铁(2-1)，第二回复力磁铁(2-2)，第一感应线圈(3-1)，第二感应线圈(3-2)，第一磁性液体环(4-1)，第二磁性液体环(4-2)，第一圆柱形磁铁(5-1)，第二圆柱形磁铁(5-2)，铁芯(6)，导磁极靴(7)；将高强度漆包铜线均匀、对称、等匝数地缠绕到透明亚克力管(1)的两端，分别构成第一感应线圈(3-1)和第二感应线圈(3-2)；在铁芯(6)的两端分别吸附上第一圆柱形磁铁(5-1)和第二圆柱形磁铁(5-2)，三者共同构成复合磁芯，在复合磁芯的两端分别吸附上第一磁性液体环(4-1)和第二磁性液体环(4-2)，第一磁性液体环(4-1)和第二磁性液体环(4-2)起到润滑和密封的作用；将吸附有第一磁性液体环(4-1)和第二磁性液体环(4-2)的复合磁芯放入到透明亚克力管(1)中，再将第一回复力磁铁(2-1)和第二回复力磁铁(2-2)分别固定在透明亚克力管(1)的两端相对称的位置，分别与第一圆柱形磁铁(5-1)和第二圆柱形磁铁(5-2)同名端相对，用于给复合磁芯提供回复力，保证复合磁芯在初始状态时位于第一感应线圈(3-1)和第二感应线圈(3-2)中间的平衡位置；

其特征在于：

导磁极靴(7)套在第一感应线圈(3-1)和第二感应线圈(3-2)的外部，当复合磁芯在透明亚克力管(1)中移动时，导磁极靴(7)与复合磁芯始终形成完整的导磁回路。