CN109357972A - 一种十字板式磁流变液体粘度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种十字板式磁流变液体粘度测量装置及方法，装置包括带有缸盖的磁流变液工作缸、十字板头、轴杆、数控电机、温度传感器、固定支撑板架、扭矩测试仪、转速传感器和数据采集控制系统；磁流变液工作缸用于盛装待测磁流变液体，十字板头通过轴杆与数控电机相连接，且完全浸没于待测磁流变液体内，数控电机通过固定支撑板架固定在缸盖上，温度传感器设置于工作缸内层内壁上，并通过导线和数据采集控制系统相连接，扭矩测试仪和转速传感器分别采集数控电机扭矩和转速并发送给数据采集控制系统。本发明测量方法根据粘度与剪切屈服强度公式计算得到不同磁场强度下的磁流变液体粘度。本发明的测量装置结构简单，测量方法操作方便，测量结果准确。
Description
技术领域
本发明属于磁流变研究设备技术领域，涉及一种十字板式磁流变液体粘度测量装置及测量方法。
背景技术
磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。其主要的工作原理是：根据磁场强度的强弱来改变其粘度的大小。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性；磁场撤离后磁流变液恢复呈牛顿流体特性的悬浊液状态。这种液体转变为半固体再从半固体转变为液体的过程是可控的、可逆的并且在控制过程中能耗很小，适用的温度范围较宽，对环境无污染。因磁流变液受磁场和温度等方面的影响，目前其测试装置结构复杂、操作不便且漏磁现象严重等问题造成测量误差较大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种十字板式磁流变液体粘度测量装置及测量方法，结构简单，操作方便，测量精度较高。
本发明提供一种十字板式磁流变液体粘度测量装置，包括：带有缸盖的磁流变液工作缸、十字板头、轴杆、数控电机、温度传感器、固定支撑板架、扭矩测试仪、转速传感器和数据采集控制系统；所述磁流变液工作缸用于盛装待测磁流变液体，十字板头通过轴杆与数控电机相连接，且完全浸没于待测磁流变液体内，数控电机通过固定支撑板架固定在缸盖上，所述温度传感器设置于工作缸内层内壁上并通过导线和数据采集控制系统相连接，所述扭矩测试仪和转速传感器分别采集数控电机的扭矩和转速并发送给数据采集控制系统。
在本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置中，所述十字板头的板型为矩形，矩形的宽长比为1:2。
在本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置中，所述磁流变液工作缸分为内、外两层，内层采用塑料保温板制成，外层采用PVC板或FRP板制成。
在本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置中，所述缸盖上设置供导线穿过的导线孔，缸盖左右两侧设有弧形把手；缸盖分为内、外两层，内层采用塑料保温板制成，外层采用PVC板或FRP板制成。
在本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置中，所述固定支撑板架采用木板制成，其两端分别与长木条锚固，所述长木条的另一端通过螺钉固定到缸盖上。
在本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置中，所述十字板头和轴杆均采用铝制材料制成，具有防磁化作用。
在本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置中，所述固定支撑架的中心设有通孔，所述数控电机穿过通孔并固定在通孔内。
本发明还提供一种基于上述的十字板式磁流变液体粘度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：将待测磁流变液体倒入磁流变液工作缸中，再把十字板头、轴杆、数控电机、温度传感器、扭矩测试仪、转速传感器和数据采集控制系统组装连接好，磁流变液体量要超过十字板头上端的水平高度，以保证十字板头完全浸入待测液体中；
步骤2：通过数据采集控制系统控制数控电机带动十字板头在磁流变液体中转动，待数值稳定后，记录温度为C0的恒温环境下，不施加磁场即零磁场条件下的扭矩值和转速；
步骤3：在磁流变液工作缸两侧分级施加0.1-1.0T的阶梯型稳定磁场，测得在各阶磁场强度下十字板的扭矩值及相应的转速，直到在最高阶磁场作用下，磁流变液达到磁饱和或十字板头无法转动时为止；
步骤4：根据剪切原理公式计算得到剪切屈服强度Cu：
其中，M为扭矩值，D为十字板头的板宽，H为十字板头的板长；
根据粘度与剪切屈服强度公式计算得到粘度η：
其中，K为转子系数，N为转速；
由此可得到特定温度下，磁场从无到有过程中，不同磁场强度作用下的磁流变液体粘度的变化情况。
本发明的结构简单，操作方便，测量精度较高。本发明的十字板式磁流变液体粘度测量装置，所述磁流变液工作缸具有保温功能，减少了温度对于磁流变液体粘度的影响；同时，各组件所使用的材料均不导磁，具有防磁化作用，防止漏磁现象。磁流变液体特性是毫秒级变化，本发明采用智能化实时控制和数据采集，从而使得测量结果精度较高，适于推广。
附图说明
图1是本发明的一种十字板式磁流变液体粘度测量装置的示意图；
图2是本发明的测量装置的缸盖的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种十字板式磁流变液体粘度测量装置，包括：带有缸盖2的磁流变液工作缸11、十字板头10、轴杆9、数控电机4、温度传感器8、固定支撑板架3、扭矩测试仪14、转速传感器6和数据采集控制系统7。所述磁流变液工作缸11用于盛装待测磁流变液体，十字板头10通过轴杆9与数控电机4相连接，数控电机4通过固定支撑板架3固定在缸盖2上。缸内的磁流变液体量需超过十字板头10上端的水平高度，以保证十字板头10完全浸没于待测磁流变液体内。所述温度传感器8设置于工作缸11的内层内壁上，并通过导线15和数据采集控制系统7相连接，所述扭矩测试仪14和转速传感器6分别采集数控电机4的扭矩和转速并发送给数据采集控制系统7。
所述十字板头10的板型为矩形，矩形的宽长比为1:2，厚度为2～3mm。轴杆9采用规格为20mm圆柱杆。
所述磁流变液工作缸11分为内、外两层，内层采用塑料保温板制成，外层采用PVC板或FRP板制成。
所述固定支撑板架3采用木板制成，其两端分别与长木条5锚固，所述长木条5的另一端通过螺钉固定到缸盖2上。所述固定支撑板架3的中心设有通孔，所述数控电机4穿过通孔并固定在通孔内。
所述十字板头10和轴杆9均采用铝制材料制成，具有防磁化作用。
如图2所示，所述缸盖2上设置供导线15穿过的导线孔12，缸盖2左右两侧设有弧形把手1，缸盖2中部左右两侧设有螺栓孔13以供固定支撑板架3锚固。缸盖2材料与磁流变液工作缸11所用材料一致，也分为内、外两层，内层采用塑料保温板制成，外层采用PVC板或FRP板制成。
本发明的一种基于上述的十字板式磁流变液体粘度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：将待测磁流变液体倒入磁流变液工作缸11中，再把十字板头10、轴杆9、数控电机4、温度传感器8、扭矩测试仪14、转速传感器6和数据采集控制系统7组装连接好，磁流变液体量要超过十字板头10上端的水平高度，以保证十字板头完全浸没于待测液体中；
步骤2：通过数据采集控制系统7控制数控电机4带动十字板头10在磁流变液体中转动，待数值稳定后，记录温度为C0的恒温环境下，不施加磁场即零磁场条件下的扭矩值和转速；
步骤3：在磁流变液工作缸两侧分级施加0.1-1.0T的阶梯型稳定磁场，测得在各阶磁场强度下十字板的扭矩值及相应的转速，直到在最高阶磁场作用下，磁流变液达到磁饱和或十字板头无法转动时为止；
步骤4：根据剪切原理公式计算得到剪切屈服强度Cu：
其中，M为扭矩值，D为十字板头的板宽，H为十字板头的板长；
根据粘度与剪切屈服强度公式计算得到粘度η：
其中，K为转子系数，N为转速；
由此可得到特定温度下，磁场从无到有过程中，不同磁场强度作用下的磁流变液体粘度的变化情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，包括：带有缸盖的磁流变液工作缸、十字板头、轴杆、数控电机、温度传感器、固定支撑板架、扭矩测试仪、转速传感器和数据采集控制系统；所述磁流变液工作缸用于盛装待测磁流变液体，十字板头通过轴杆与数控电机相连接，且完全浸没于待测磁流变液体内，数控电机通过固定支撑板架固定在缸盖上，所述温度传感器设置于工作缸内层内壁上并通过导线和数据采集控制系统相连接，所述扭矩测试仪和转速传感器分别采集数控电机的扭矩和转速并发送给数据采集控制系统。
2.如权利要求1所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，所述十字板头的板型为矩形，矩形的宽长比为1:2。
3.如权利要求1所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，所述磁流变液工作缸分为内、外两层，内层采用塑料保温板制成，外层采用PVC板或FRP板制成。
4.如权利要求1所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，所述缸盖上设置供导线穿过的导线孔，缸盖左右两侧设有弧形把手；缸盖分为内、外两层，内层采用塑料保温板制成，外层采用PVC板或FRP板制成。
5.如权利要求1所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，所述固定支撑板架采用木板制成，其两端分别与长木条锚固，所述长木条的另一端通过螺钉固定到缸盖上。
6.如权利要求1所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，所述十字板头和轴杆均采用铝制材料制成，具有防磁化作用。
7.如权利要求1所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置，其特征在于，所述固定支撑架的中心设有通孔，所述数控电机穿过通孔并固定在通孔内。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的十字板式磁流变液体粘度测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将待测磁流变液体倒入磁流变液工作缸中，再把十字板头、轴杆、数控电机、温度传感器、扭矩测试仪、转速传感器和数据采集控制系统组装连接好，磁流变液体量要超过十字板头上端的水平高度，以保证十字板头完全浸入待测液体中；
步骤2：通过数据采集控制系统控制数控电机带动十字板头在磁流变液体中转动，待数值稳定后，记录温度为C0的恒温环境下，不施加磁场即零磁场条件下的扭矩值和转速；
步骤3：在磁流变液工作缸两侧分级施加0.1-1.0T的阶梯型稳定磁场，测得在各阶磁场强度下十字板的扭矩值及相应的转速，直到在最高阶磁场作用下，磁流变液达到磁饱和或十字板头无法转动时为止；
步骤4：根据剪切原理公式计算得到剪切屈服强度Cu：
其中，M为扭矩值，D为十字板头的板宽，H为十字板头的板长；
根据粘度与剪切屈服强度公式计算得到粘度η：
其中，K为转子系数，N为转速；
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