CN112986377A - 基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置及方法，包括安装螺杆，安装螺杆上同轴套设有第一盘架和第二盘架，第一盘架和第二盘架之间设有间距；第一盘架和第二盘架上沿周向均匀设置磁瓦；第一盘架和第二盘架上磁瓦的数量相同；第一盘架的磁瓦和第二盘架上磁瓦相互靠近的磁极相反；安装螺杆与第一盘架的周向位置相对不变；第二盘架与安装螺杆紧固连接；安装螺杆的主动端连接电机的输出端；安装螺杆的两端通过轴承与支撑壳体或支撑架连接，第一盘架与第二盘架在同步旋转的过程中，将能建立一个沿周向转动、相对于动部件保持恒定的磁场，可在避免流致消磁的前提下模拟运动流体的磁化过程，对运动体磁化实验提供便利。
Description
技术领域
本发明涉及流体磁化实验领域，具体为基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置及方法。
背景技术
磁化，是指在磁场的作用下，使材料中磁矩排列取向趋于一致，而使原来不显磁性的物质获得磁性的过程。
流体磁化作为一种流体包括气体、液体和液晶等复杂流变体改性的常见方式，在工农业生产中得到了广泛的应用。以磁化水为例，令水以一定速度流经磁场，可以改变水体分子的缔和形式与外围电子结构，进而改进水的理化性质。研究表明，磁化水表面张力降低，渗透压及溶解度增大；经磁化水灌溉的水稻、芹菜及豌豆等作物，表现出植株生长促进、产量增加、品质改善和抗逆性提高等优势。此外，由于水通过磁场后粘度、表面张力等特性参数降低，磁化水的雾化性能也得到提高，在捕尘、除尘等方面效果更好、效率更高。但由于磁场处理强度、时间等的不同，导致被磁化流体性质变化的程度不同。因此为给流体磁化技术提供数据化的经验指导，必须对运动流体的磁化过程及相关热物性参数的随动规律进行准确的实验测量。
然而在较高雷诺数的流动中，由于大范围拟序结构的形成，磁化流体受外来冲击与振动等能量的影响，其磁畴磁距方向的一致性减弱，磁性有可能在测量过程尚未结束前即减弱消失消磁。因此，必须针对运动流体的磁化及测量实验，设计专门实验装置，在准确量化流动及流速对流体磁化影响的同时，避免实验中磁化流体因受冲击等扰动而消磁，延长磁化流体试样的保存寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置及方法，为运动流体的磁化及测量实验提供新途径，使得实验在准确量化流动及流速对流体磁化影响的同时，能够避免实验中磁化流体因受冲击等扰动而消磁，进而最大限度地延长磁化流体试样的保存寿命。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，包括安装螺杆，磁瓦、第一盘架、第二盘架以及调节螺母；安装螺杆上同轴套设有第一盘架和第二盘架，第一盘架和第二盘架之间设有间距，使得第一盘架和第二盘架之间形成容纳试样皿的环形空间；
第一盘架和第二盘架上沿周向均匀设置有若干磁瓦；第一盘架和第二盘架上磁瓦的数量相同；第一盘架的磁瓦和第二盘架上磁瓦相互靠近的磁极相反；
安装螺杆与第一盘架的周向位置相对不变，安装螺杆上设置调节螺母，调节螺母的端面与第一盘架的端面相抵，调节螺母限制第一盘架的轴向位置；第二盘架与安装螺杆紧固连接；安装螺杆的两端设置轴承，安装螺杆的主动端连接电机的输出端；所述轴承通过轴承架与支撑壳体或支撑架连接。
安装螺杆沿竖直方向布置，第二盘架下方安装螺杆段设置轴阶，所述轴阶处设置推力轴承；调节螺母设置在第一盘架的下方；还设置有与第二盘架平行的定位片，第二盘架上的磁瓦设置在定位片与第二盘架之间，定位片与第二盘架通过紧固螺栓连接紧固。
第一盘架上设置至少4块磁瓦。
第一盘架和第二盘架的外侧均设置有耳板，耳板上开设对正孔，所述对正孔中设置对正销，第一盘架与第二盘架能够在驱动电机的驱动下作无滑移的同步旋转。
第一盘架通过内环花键插入固连在第二盘架上并设有相应键槽的；安装螺杆沿轴向开设花键槽，第一盘架的内环设置花键，花键与所述花键槽配合，固定第一盘架与安装螺杆的周向位置。
第一盘架与第二盘架均设置有与磁瓦最大数对应的容置空间，磁瓦设置在所述容置空间中。
所述磁瓦采用强磁性的硬磁材料制成，剩余磁通密度模大于1.2T，并采用厚度充磁。
电机与第二盘架之间设置磁屏蔽隔板。
基于本发明所述实验装置的运行方法，将试样皿承载静止的待测样品，静止放置在第一盘架和第二盘架之间形成容纳试样皿的环形空间中；
当第一盘架与第二盘架中的磁瓦对作同步旋转而产生相对于转动部件保持恒定的转动磁场，试样皿中静止的待测样品将不断切割圆周运动的磁感线，根据运动相对性，相当于磁场不动，待测试样在静止恒定磁场中作圆周运动。
第一盘架沿着安装螺杆轴向滑动，调节螺母沿着安装螺杆转动调节第一盘架相对于第二盘架的轴向距离，进而调整两组磁瓦的间隔距离以及间隔气隙中的磁场强度；
按整数为间隔插拔第一盘架和第二盘架上的磁瓦，改变旋转磁场对待测样品的磁化频率；
通过改变电机转速改变旋转磁场对待测样品的磁化频率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
能够在驱动电机的驱动下作无滑移同步旋转，第一盘架与第二盘架在同步旋转的过程中，其上承载的若干磁瓦对将能建立一个沿周向转动、但相对于动部件保持恒定的磁场；相对于动部件保持恒定的转动磁场，在第一盘架与第二盘架之间静止放置流体试样，静止流体将不断切割圆周运动的磁感线，根据运动的相对性，相当于磁场不动，流体在静止恒定磁场中作圆周运动，即可在避免流致消磁的前提下模拟运动流体的磁化过程；由此，本发明所述装置能够在准确量化流动及流速对流体磁化影响的同时，避免实验中流动的被磁化流体因受冲击、振动等湍流或机械扰动而发生消磁，很大限度地延长磁化流体试样的保存寿命、减少了相关实验的不确定性因素，对运动流体的磁化实验及其热物性测量提供了极大的便利。
基于本发明所述的装置，在进行磁化实验时，能根据需求改变第一盘架与第二盘架间距改变磁场强度，也可以通过调节电机的转速改变磁化频率，当磁瓦输不同时也能改变对待测试样的磁化频率，整体能够实现的实验条件更加灵活，操作简单，容易控制。
附图说明
图1为本发明一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置示意图。
图2为本发明一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置剖视示意图。
图3为本发明一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置俯视示意图。
图中：1.磁瓦、2.第一盘架、3.第二盘架、4.调节螺母、5.定位片、6.紧固螺栓、7.推力轴承、8.耳板、9.对正销、10.试样皿、11.安装螺杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参考图1和图2，一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，包括磁瓦1、第一盘架2、第二盘架3、调节螺母4、定位片5、紧固螺栓6、耳板8以及对正销9；安装螺杆11上同轴套设有第一盘架2和第二盘架3，第一盘架2和第二盘架3之间设有间距，使得第一盘架2和第二盘架3之间形成容纳试样皿10的环形空间；
第一盘架2和第二盘架3上沿周向均匀设置有若干磁瓦；第一盘架2和第二盘架3上磁瓦的数量相同；第一盘架2的磁瓦和第二盘架3上磁瓦相互靠近的磁极相反；
安装螺杆11与第一盘架2的周向位置相对不变，安装螺杆11上设置调节螺母4，调节螺母4的端面与第一盘架2的端面相抵，调节螺母4限制第一盘架的轴向位置；第二盘架3与安装螺杆11紧固连接；安装螺杆11的两端设置轴承，安装螺杆11的主动端连接电机的输出端；所述轴承通过轴承架与支撑壳体或支撑架连接。
第一盘架2和第二盘架3上的磁瓦数量最小为4。
参考图1和图3，第一盘架与第二盘架上均设置有用于安装容纳磁瓦的空间，具体的第一盘架与第二盘架整体为圆盘状，沿第一盘架与第二盘架的圆周方向间隔设置多个隔板，所述隔板之间形成放置磁瓦的容置空间；磁瓦可以一块一块嵌入所述容置空间中；当然其数量可以根据实际需要进行改变，当磁瓦数量发生改变时，在旋转时，对待测试样的磁化频率就发生改变。
作为一种可选的实施例，安装螺杆11沿竖直方向布置，第二盘架3下方安装螺杆11段设置轴阶，所述轴阶处设置推力轴承7；调节螺母4设置在第一盘架2的下方；还设置有与第二盘架3平行的定位片，第二盘架3上的磁瓦设置在定位片与第二盘架3之间，定位片与第二盘架3通过紧固螺栓6连接紧固。
当然安装螺杆11也可以水平布置，水平布置时安装螺杆11两端通过轴承安装于支撑架上。
第一盘架2通过内环花键插入固连在第二盘架上并设有相应键槽的安装螺杆11中，固定第一盘架2的周向位置，安装螺杆11上设置调节螺母4，调节螺母4可沿安装螺杆11往复移动，通过调节螺母4限制第一盘架2沿安装螺杆11轴向的位置，进而限制第一盘架2和第二盘架3的间距，使第一盘架2与第二盘架3能够在驱动电机的驱动下作无滑移的同步旋转。
所述第一盘架2下方设置有相应的环状空腔结构与调节螺母4的端面相抵。
第二盘架3下方设有定位片5，定位片5用紧固螺栓6固定，防止第一盘架磁瓦移除时第二盘架上磁瓦受重力而掉落。
可选的，第一盘架2和第二盘架3的一周设置有紧固圈，紧固圈分别与第一盘架2和第二盘架3固定连接，紧固圈能有效防止磁瓦松动。
作为一个优选的实施例，电机的传动轴穿过推力轴承的轴向位置，所述电机的转速可以根据实验要求进行调节设置，用以在磁瓦未插满时进一步改变旋转磁场磁化被试流体的频率。
作为可选的实施例，电机选型可以为步进电机、异步电机，但均须做好磁屏蔽措施，例如，可以在电机与第二盘架3之间设置磁屏蔽隔板或在电机外侧设置磁屏蔽罩。
作为一个优选的实施例，第一盘架2和第二盘架3的外侧均设置有耳板8，耳板8上开设对正孔，所述对正孔中设置对正销9，使得第一盘架2与第二盘架3能够在驱动电机的驱动下作无滑移的同步旋转；第一盘架与第二盘架在同步旋转的过程中，其上承载的若干磁瓦对将能建立一个沿周向转动、但相对于动部件保持恒定的磁场。
所述待测样品可以是固体或流体，所述流体可以是液体也可以是气体；对于流体待测样品，能实现避免流致消磁的前提下模拟运动流体的磁化过程。
将试样皿10通过一个支架静止放置在第一盘架2和第二盘架3之间形成容纳试样皿10的环形空间中，待测试样包括流体试样和固体试样；在检测流体试样时，优选同时通过改变磁瓦的数量和电机转速改变对流体试样的磁化频率；对于固体试样优选通过改变电机转速改变对固体试样的磁化频率。
将试样皿10承载静止的待测样品，静止放置在第一盘架2和第二盘架3之间形成容纳试样皿10的环形空间中；
当第一盘架2与第二盘架3中的磁瓦对作同步旋转而产生相对于转动部件保持恒定的转动磁场，试样皿10承载静止的被试流体并固定于外部静止的夹持装置中。当第一盘架与第二盘架中磁瓦对作同步旋转而产生相对于动部件保持恒定的转动磁场，试样皿中静止流体将不断切割圆周运动的磁感线，根据运动的相对性，相当于磁场不动，流体在静止恒定磁场中作圆周运动。据此原理，该装置即可在避免流致消磁的前提下模拟运动流体的磁化过程。
具体的，为保证磁瓦气隙间的磁场强度，所述磁瓦均采用强磁性的硬磁材料制作。磁瓦制作优选烧结钕铁硼，并采用厚度充磁。经过有限元数值仿真验算，在采用NbFeB-N50H，剩余磁通密度模1.41T制作磁瓦时，通过减小第一盘架和第二盘架的间距，上下磁瓦气隙间的磁通密度模从0.05T逐渐增大至0.3T，满足一般流体磁化实验对磁场强度的要求。为了规范磁路，减小其它材料导磁性对磁场的干扰，实验装置除磁瓦和电机之外全部的机械结构均由低磁导率的高强度合金材料制成，当然也可以采用工程塑料制作。
以安装螺杆11竖直设置为例，说明本发明基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置的安装及使用方法：
首先将磁瓦安装到第二盘架3的定位片5中，而后抬起定位片5穿过第二盘架末端的轴，将磁瓦1插入第二盘架3上的容置空间中，最后用紧固螺栓6将定位片与第二盘架3螺栓孔对正，并扭紧紧固螺栓将其位置固定，由此即完成第二盘架3磁瓦的安装流程，将推力轴承、轴承、轴承座以及支撑架；
其次，按照预设的气隙磁通模密度，将调节螺母4旋进安装螺杆11上的对应高度，所述高度按照磁瓦出厂的经验关系进行估算，再将第一盘架2下方的凹腔卡进调节螺母。观察第一盘架和第二盘架的耳片沿铅直方向对齐后，将对正销插入两只耳片以确认第一盘架和第二盘架的磁瓦格完全对正。然后，按照第二盘架3磁瓦的安装位置在第一盘架对应的磁瓦容置空间中装入磁瓦，即完成第一盘架2中磁瓦的安装。
然后，用仪器测量第一盘架2与第二盘架3中心处气隙的磁通密度模，如果磁通密度模的测量值和预设值误差超过2％，则按上一步骤重新调节第一盘架轴向高度。
最后，连接电机和第二盘架，即完成实验装置的安装步骤，设置好电机转速，再将试样皿10伸入第一盘架2与第二盘架3的中线处，即可开机对流体进行等效流动磁化。
本发明提供一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置第一盘架与第二盘架内均安装容纳若干磁瓦；第一盘架通过内环花键插入固连在第二盘架上并设有相应键槽的安装螺杆11中，固定第一盘架的周向位置，并通过其下方可沿安装螺杆11上下旋动的调节螺母固定第一盘架的轴向高度，使第一盘架与第二盘架能够在驱动电机的驱动下作无滑移同步旋转；在第一盘架与第二盘架在同步旋转的过程中，其上承载的若干磁瓦对将能建立一个沿周向转动、但相对于动部件保持恒定的磁场；试样皿承载静止的被试流体并固定于外部静止的夹持装置中。当第一盘架与第二盘架中磁瓦对作同步旋转而产生相对于动部件保持恒定的转动磁场，试样皿中静止流体将不断切割圆周运动的磁感线，根据运动的相对性，相当于磁场不动，流体在静止恒定磁场中作圆周运动。据此，本发明所述装置即可在避免流致消磁的前提下模拟运动流体的磁化过程。由此，本发明所述实验装置能够在准确量化流动及流速对流体磁化影响的同时，避免实验中流动的被磁化流体因受冲击、振动等湍流或机械扰动而发生消磁，很大限度地延长磁化流体试样的保存寿命、减少了相关实验的不确定性因素，对运动流体的磁化实验及其热物性测量提供了极大的便利。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，包括安装螺杆(11)，磁瓦(1)、第一盘架(2)、第二盘架(3)以及调节螺母(4)；安装螺杆(11)上同轴套设有第一盘架(2)和第二盘架(3)，第一盘架(2)和第二盘架(3)之间设有间距，使得第一盘架(2)和第二盘架(3)之间形成容纳试样皿(10)的环形空间；
第一盘架(2)和第二盘架(3)上沿周向均匀设置有若干磁瓦；第一盘架(2)和第二盘架(3)上磁瓦的数量相同；第一盘架(2)的磁瓦和第二盘架(3)上磁瓦相互靠近的磁极相反；
安装螺杆(11)与第一盘架(2)的周向位置相对不变，安装螺杆(11)上设置调节螺母(4)，调节螺母(4)的端面与第一盘架(2)的端面相抵，调节螺母(4)限制第一盘架的轴向位置；第二盘架(3)与安装螺杆(11)紧固连接；安装螺杆(11)的两端设置轴承，安装螺杆(11)的主动端连接电机的输出端；所述轴承与支撑壳体或支撑架可转动连接。
2.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，安装螺杆(11)沿竖直方向布置，第二盘架(3)下方安装螺杆(11)段设置轴阶，所述轴阶处设置推力轴承(7)；调节螺母(4)设置在第一盘架(2)的下方；还设置有与第二盘架(3)平行的定位片，第二盘架(3)上的磁瓦设置在定位片与第二盘架(3)之间，定位片与第二盘架(3)通过紧固螺栓(6)连接紧固。
3.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，第一盘架(2)上设置至少4块磁瓦。
4.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，第一盘架(2)和第二盘架(3)的外侧均设置有耳板(8)，耳板(8)上开设对正孔，所述对正孔中设置对正销(9)，第一盘架(2)与第二盘架(3)能够在驱动电机的驱动下作无滑移的同步旋转。
5.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，第一盘架(2)通过内环花键插入固连在第二盘架上并设有相应键槽的；安装螺杆(11)沿轴向开设花键槽，第一盘架(2)的内环设置花键，花键与所述花键槽配合，固定第一盘架与安装螺杆(11)的周向位置。
6.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，第一盘架(2)与第二盘架(3)均设置有与磁瓦最大数对应的容置空间，磁瓦设置在所述容置空间中。
7.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，所述磁瓦(1)采用强磁性的硬磁材料制成，剩余磁通密度模大于1.2T，并采用厚度充磁。
8.根据权利要求1所述的基于旋转磁瓦的场强频率可变磁化实验装置，其特征在于，电机与第二盘架(3)之间设置磁屏蔽隔板。
9.基于权利要求1～8任一项所述实验装置的实验方法，其特征在于，将试样皿(10)承载静止的待测样品，静止放置在第一盘架(2)和第二盘架(3)之间形成容纳试样皿(10)的环形空间中；
当第一盘架(2)与第二盘架(3)中的磁瓦对作同步旋转而产生相对于转动部件保持恒定的转动磁场，试样皿(10)中静止的待测样品将不断切割圆周运动的磁感线，根据运动相对性，相当于磁场不动，待测实验在静止恒定磁场中作圆周运动。
10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，第一盘架(2)沿着安装螺杆(11)轴向滑动，调节螺母(4)沿着安装螺杆(11)转动调节第一盘架(2)相对于第二盘架(3)的轴向距离，进而调整两组磁瓦的间隔距离以及间隔气隙中的磁场强度；
按整数为间隔插拔第一盘架(2)和第二盘架(3)上的磁瓦，改变旋转磁场对待测样品的磁化频率；
通过改变电机转速改变旋转磁场对待测样品的磁化频率。
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