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磁流變液沉降速率測(cè)定儀及其測(cè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁流變液沉降速率測(cè)定儀及其測(cè)定方法，磁流變液沉降速率測(cè)定儀包括電感傳感器和用于盛放磁流變液的試管；試管豎直放置；電感傳感器設(shè)于試管外側(cè)并且高度可調(diào)，在試管內(nèi)倒入標(biāo)定體積的磁流變液樣品后放入電感傳感器并直到套管筒固定；將電感傳感器與試管內(nèi)液面相平處作為初始位置沿高度計(jì)向下移動(dòng)距離s，同時(shí)打開計(jì)算機(jī)進(jìn)行電感信號(hào)處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析；獲得沉降分層線降至電感傳感器處所經(jīng)歷的時(shí)間t，由此計(jì)算出沉降速率為s/t，利用磁流變液電感強(qiáng)度隨其中的鐵磁顆粒濃度變化而變化、以及在確定位置處沉降分層線通過時(shí)鐵磁顆粒濃度發(fā)生特殊變化的原理，巧妙地測(cè)定沉降分層線通過該位置時(shí)的時(shí)間，計(jì)算得沉降速率，用于磁流變液材料的沉降性能評(píng)價(jià)。
【專利說明】磁流變液沉降速率測(cè)定儀及其測(cè)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)試儀器及測(cè)試方法，尤其涉及一種磁流變液沉降速率測(cè)定儀及其測(cè)定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]磁流變液作為一種受到廣泛重視和研究的智能材料，其基本原理是磁性顆粒(通常為羰基鐵粉)分散在水、油等載體液中，再加入某些添加劑進(jìn)行均勻混合，便在外磁場(chǎng)中便表現(xiàn)出毫秒級(jí)尺度的阻尼可控現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為，隨著磁場(chǎng)從零逐漸增加，其從牛頓流體態(tài)變化至半固態(tài)，且該過程可逆。這一典型特性讓其在車輛、精密儀器等幾乎所有需要高性能隔減振的場(chǎng)合具備廣闊的應(yīng)用前景，例如汽車半主動(dòng)懸架、智能座椅、建筑物地震隔振等。由于磁流變液的主要構(gòu)成成分磁性顆粒與載體液間的密度差距懸殊(如羰基鐵粉與油基載體液密度差約為7倍)，因而不可避免地存在較嚴(yán)重的沉降問題，具體表現(xiàn)為磁性顆粒下沉，尤其是在上部形成清晰的分層線。磁流變液的沉降問題是目前限制其廣泛實(shí)用的主要難題之一，主要表現(xiàn)為一段時(shí)間沉降后其流變參數(shù)發(fā)生較大變化，因而性能下降，亦給控制系統(tǒng)帶來困擾，故對(duì)磁流變性的沉降性能進(jìn)行評(píng)價(jià)顯得尤其必要。目前對(duì)磁流變液沉降性能的評(píng)價(jià)方式主要為在一定時(shí)間內(nèi)通過目視測(cè)得分層線的位移，由此計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的沉降率。由于分層線位移緩慢，顯然目視會(huì)造成極大的誤差，因而不能對(duì)不同的磁流變液樣品進(jìn)行科學(xué)的對(duì)比評(píng)價(jià)。中國(guó)專利“200420063877.7”利用外置磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)、并在磁鐵附近放置特斯拉計(jì)來測(cè)量裝有磁流變液的器皿的不同位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度。該發(fā)明利用了磁流變液中磁導(dǎo)率決定于磁性顆粒濃度的原理，嘗試通過所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度來得出磁性顆粒濃度，再利用不同高度、不同時(shí)間所測(cè)值來得出沉降分層情況。然而，雖然磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁導(dǎo)率間存在必然的聯(lián)系，但該發(fā)明并沒有說明如何得出磁場(chǎng)強(qiáng)度或磁導(dǎo)率與磁性顆粒濃度間的關(guān)系，因而不能得出磁性顆粒濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。該發(fā)明亦未給出如何精確判定分層線位置的具體方法，且由于需要定期移動(dòng)磁鐵，由此造成了定位誤差，操作復(fù)雜。此外該發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)并不緊湊，需移動(dòng)的部件過多，比如難以保證特斯拉計(jì)每次處在距離器皿相同的位置和角度，以造成誤差。中國(guó)專利“201110003447.0”采用X光發(fā)射系統(tǒng)和成像系統(tǒng)來獲得容器中磁性顆粒濃度的分布情況，亦可獲得分層線的位置信息，然而X光系統(tǒng)過于昂貴及復(fù)雜，還存在操作安全性問題。上海交通大學(xué)的陳樂生等人發(fā)表了一篇“電感法測(cè)量磁流變液沉降系數(shù)的研究”的文章，該文基于的前提是假設(shè)盛裝磁流變液的試管高度足夠長(zhǎng)，認(rèn)為隨著沉降發(fā)生(在上部出現(xiàn)透明層)，透明層以下的磁流變液濃度不變，而這種假設(shè)與事實(shí)不符，而且測(cè)定時(shí)需要事先移動(dòng)電感傳感器來標(biāo)定電感與位移間的關(guān)系，再將磁流變液液面設(shè)置在電感傳感器以內(nèi)，然后利用之前標(biāo)定的關(guān)系來獲得觸發(fā)時(shí)間，測(cè)定過程中電感傳感器由坐標(biāo)平移臺(tái)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，誤差大。
[0003]因此，需要一種新型的磁流變液沉降速率測(cè)定儀及測(cè)定方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小誤差，提高測(cè)定精度，降低設(shè)備成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種精確定量測(cè)量、操作簡(jiǎn)便的磁流變液沉降速率測(cè)定儀及其測(cè)定方法。
[0005]本發(fā)明的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，包括電感傳感器和用于盛放磁流變液的試管；所述試管豎直放置；所述電感傳感器設(shè)于試管外側(cè)并且高度可調(diào)；
[0006]進(jìn)一步，還包括底座；所述底座上設(shè)有用于固定和支撐試管的套管筒；
[0007]進(jìn)一步，還包括桿狀的高度計(jì)，所述高度計(jì)豎直設(shè)置并固定于底座；
[0008]進(jìn)一步，所述電感傳感器套裝于試管外側(cè)并以高度可調(diào)的方式安裝于高度計(jì)；
[0009]進(jìn)一步，還包括用于對(duì)電感傳感器的電感信號(hào)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析的計(jì)算機(jī)；
[0010]進(jìn)一步，所述電感傳感器包括外殼和感應(yīng)線圈；所述感應(yīng)線圈沿試管周向纏繞；所述外殼包覆于感應(yīng)線圈外部呈環(huán)狀；外殼采用高導(dǎo)磁材料制成；
[0011]進(jìn)一步，所述外殼內(nèi)孔直徑和套管筒內(nèi)孔直徑與試管外徑相等；
[0012]進(jìn)一步,所述感應(yīng)線圈阻數(shù)為300?600 Ei ;所述外殼軸向長(zhǎng)度為5?30mm ；
[0013]本發(fā)明的磁流變液沉降速率測(cè)定儀的測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0014]a，在試管內(nèi)倒入標(biāo)定體積的已攪拌均勻的磁流變液樣品；
[0015]b，將試管放入電感傳感器并直到套管筒固定；
[0016]C，將電感傳感器與試管內(nèi)液面相平處作為初始位置沿高度計(jì)向下移動(dòng)距離S，同時(shí)打開計(jì)算機(jī)對(duì)電感傳感器的電感信號(hào)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析；
[0017]d，根據(jù)電感信號(hào)與時(shí)間關(guān)系圖獲得沉降分層線降至電感傳感器處所經(jīng)歷的時(shí)間t,由此計(jì)算出沉降速率為s/t ；
[0018]進(jìn)一步，改變S值重復(fù)步驟c和d計(jì)算沉降速率平均值。
[0019]本發(fā)明的磁流變液沉降速率測(cè)定儀及其測(cè)定方法，利用磁流變液電感強(qiáng)度隨其中的鐵磁顆粒濃度變化而變化、以及在確定位置處沉降分層線通過時(shí)鐵磁顆粒濃度(亦即電感強(qiáng)度)發(fā)生特殊變化的原理，在沉降分層線以上的位置，隨著沉降分層線繼續(xù)下降，電感傳感器內(nèi)總的磁性顆粒含量下降，其測(cè)得的電感值隨著時(shí)間持續(xù)下降；而在沉降分層線以下的位置處(只要沉降分層線還未到達(dá)該處)，由于沉降分層線以上磁性顆粒濃度幾乎變?yōu)榱?，由此?dǎo)致沉降分層線以下的磁性顆粒濃度上升，則該處電感傳感器內(nèi)的磁性顆粒含量上升，其測(cè)得的電感值隨著時(shí)間持續(xù)上升。因而保持電感傳感器在適當(dāng)?shù)囊阎恢?，?dāng)沉降分層線從初始液面位置下移并通過該位置后，其所測(cè)得的電感值經(jīng)歷先增大后減小的特殊變化規(guī)律，而最大值處即出現(xiàn)在沉降分層線通過該位置的時(shí)刻。由此已知沉降分層線位移和所經(jīng)歷時(shí)間，即可計(jì)算得沉降速率，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定精度高，設(shè)備成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為電感值與時(shí)間關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為電感值與時(shí)間關(guān)系圖，如圖所示:本實(shí)施例的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，包括電感傳感器I和用于盛放磁流變液3的試管2 ;所述試管2豎直放置；所述電感傳感器I設(shè)于試管2外側(cè)并且高度可調(diào)，利用磁流變液3電感強(qiáng)度隨其中的鐵磁顆粒濃度變化而變化、以及在確定位置處沉降分層線通過時(shí)鐵磁顆粒濃度(亦即電感強(qiáng)度)發(fā)生特殊變化的原理，在沉降分層線以上的位置，隨著沉降分層線繼續(xù)下降，電感傳感器I內(nèi)總的磁性顆粒含量下降，其測(cè)得的電感值隨著時(shí)間持續(xù)下降；而在沉降分層線以下的位置處(只要沉降分層線還未到達(dá)該處)，由于沉降分層線以上磁性顆粒濃度幾乎變?yōu)榱悖纱藢?dǎo)致沉降分層線以下的磁性顆粒濃度上升，則該處電感傳感器I內(nèi)的磁性顆粒含量上升，其測(cè)得的電感值隨著時(shí)間持續(xù)上升。因而保持電感傳感器I在適當(dāng)?shù)囊阎恢茫?dāng)沉降分層線從初始液面位置下移并通過該位置后，其所測(cè)得的電感值經(jīng)歷先增大后減小的特殊變化規(guī)律，而最大值處即出現(xiàn)在沉降分層線通過該位置的時(shí)刻。由此已知沉降分層線位移和所經(jīng)歷時(shí)間，即可計(jì)算得沉降速率。電感傳感器I設(shè)于試管2外側(cè)直接獲取電感信號(hào)，不需要額外的探測(cè)傳感器如特斯拉計(jì)等，且只需微弱的電流即可獲得較好的電感信號(hào)，可以忽略電感傳感器I對(duì)磁流變液3本身沉降特性的影響。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定精度高，設(shè)備成本低；可直接將電感傳感器I以高度可調(diào)的方式安裝于試管2壁，例如在電感傳感器I上安裝吸盤并將其通過吸盤吸附固定于試管2壁，然后將試管2放置于現(xiàn)有試管2架上使其豎直擺放；也可對(duì)應(yīng)試管2設(shè)置一個(gè)專用的試管座以對(duì)試管2進(jìn)行豎直支撐固定，并且將電感傳感器I以高度可調(diào)的方式安裝于該試管座以維持電感傳感器I與試管2之間的相對(duì)位置；可通過電腦等現(xiàn)有設(shè)備對(duì)電感傳感器I所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行記錄、處理和作圖分析，以便于獲取沉降分層線降至電感傳感器I處所經(jīng)歷的時(shí)間。
[0023]本實(shí)施例中，還包括底座7 ;所述底座7上設(shè)有用于固定和支撐試管2的套管筒8 ；能夠擱放試管2并可靠的保證試管2的位置精度，進(jìn)而保證測(cè)定精度。
[0024]本實(shí)施例中，還包括桿狀的高度計(jì)5，所述高度計(jì)5豎直設(shè)置并固定于底座7，高度計(jì)5上設(shè)有刻度，因此對(duì)應(yīng)高度計(jì)5能快速的讀出電感傳感器I到液面的距離。
[0025]本實(shí)施例中，所述電感傳感器I套裝于試管2外側(cè)并以高度可調(diào)的方式安裝于高度計(jì)5，電感傳感器I設(shè)有安裝座4并通過該安裝座4安裝于高度計(jì)5 ;高度計(jì)5可采用金屬材料制作，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，能夠?qū)﹄姼袀鞲衅鱅進(jìn)行精確、可靠的定位，高度計(jì)5與電感傳感器I之間通過絲杠螺母副結(jié)構(gòu)連接，高度計(jì)5外壁加工有螺紋形成絲杠，電感傳感器I的安裝座4上設(shè)有一個(gè)螺母，所述螺母軸線豎直設(shè)置并以可繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的方式連接于安裝座4 ;螺母的外側(cè)面設(shè)置防滑條紋并且至少部分外側(cè)面裸露于外，用以手動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)來控制電感傳感器I高度；當(dāng)然電感傳感器I與高度計(jì)5之間還可采用齒輪齒條或插銷連接于高度計(jì)5實(shí)現(xiàn)高度可調(diào)和定位。
[0026]本實(shí)施例中，還包括用于對(duì)電感傳感器I的電感信號(hào)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析的計(jì)算機(jī)6，計(jì)算機(jī)6通過導(dǎo)線9連接于電感傳感器I的信號(hào)輸出端，通過現(xiàn)有技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電感傳感器I所檢測(cè)的電感信號(hào)進(jìn)行處理并沿時(shí)間軸對(duì)電感值進(jìn)行成像，在此不再贅述；計(jì)算機(jī)6包含LCR設(shè)備以對(duì)電感信號(hào)進(jìn)行處理、記錄，待測(cè)試結(jié)束再利用作圖軟件進(jìn)行作圖，以獲得沉降時(shí)間。
[0027]本實(shí)施例中，所述電感傳感器I包括外殼11和感應(yīng)線圈10 ;所述感應(yīng)線圈10沿試管2周向纏繞；所述外殼11包覆于感應(yīng)線圈10外部呈環(huán)狀；外殼11采用高導(dǎo)磁材料制成；電感傳感器I外殼11采用高導(dǎo)磁性材料，其內(nèi)部感應(yīng)線圈10所產(chǎn)生的磁路被限制在外殼11中，因此可將電感傳感器I的外殼11頂端作為已知位置的標(biāo)記位置，因而最大值處也即出現(xiàn)在分層線通過電感傳感器I頂端的時(shí)刻，便于獲取電感傳感器I到液面的精確距離和沉降分層線降至電感傳感器I處所經(jīng)歷的精確時(shí)間。
[0028]本實(shí)施例中，所述外殼11內(nèi)孔直徑和套管筒8內(nèi)孔直徑與試管2外徑相等，能夠保證試管2的定位精度，同時(shí)電感傳感器I與試管2緊密貼合，對(duì)磁流變液3進(jìn)行非接觸式測(cè)試，直接獲取電感信號(hào)，不需要額外的探測(cè)傳感器如特斯拉計(jì)等，且只需微弱的電流即可獲得較好的電感信號(hào)，可以忽略電感傳感器I對(duì)磁流變液3本身沉降特性的影響，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，成本低。
[0029]本實(shí)施例中，所述感應(yīng)線圈10匝數(shù)為300?600匝，尤其為400?500匝，能保證較高的靈敏度；所述外殼11軸向長(zhǎng)度為5?30mm，尤其為10?25mm，具有較小的縱向高度，由于電感傳感器具有一定的縱向高度，因此電感傳感器所測(cè)得的電感實(shí)為其包含的整個(gè)內(nèi)徑空間內(nèi)的磁流變液的總的電感，因此，當(dāng)沉降分界線出現(xiàn)在傳感器頂端并開始往下移動(dòng)時(shí)，傳感器內(nèi)包含的磁流變液的總的含量減少，顯然所測(cè)電感值下降，但是，若傳感器縱向高度小，所減少的量占傳感器總的含量的比重更大，變化的趨勢(shì)更明顯，即在圖2中的凸起的曲線會(huì)更明顯，有利于找到精確的沉降時(shí)間點(diǎn)。
[0030]本實(shí)施例的磁流變液3沉降速率測(cè)定儀的測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0031 ] a,在試管2內(nèi)倒入標(biāo)定體積的已攪拌均勻的磁流變液3樣品；
[0032]b，將試管2放入電感傳感器I并直到套管筒8固定；
[0033]C，將電感傳感器I與試管2內(nèi)液面相平處作為初始位置沿高度計(jì)5向下移動(dòng)距離s，同時(shí)打開計(jì)算機(jī)6對(duì)電感傳感器I的電感信號(hào)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析；
[0034]d，根據(jù)電感信號(hào)與時(shí)間關(guān)系圖獲得沉降分層線降至電感傳感器I處所經(jīng)歷的時(shí)間t，由此計(jì)算出沉降速率為s/t。
[0035]在試管2內(nèi)倒入標(biāo)定體積的已充分?jǐn)嚢杈鶆虻拇帕髯円?樣品，由此已知磁流變液3在試管2內(nèi)的液面的精確位置，并將此位置作為電感傳感器I外殼11頂端的初始位置，再將試管2放入電感傳感器I并直到套管筒8，隨后將高度計(jì)5連同電感傳感器I在高度計(jì)5螺紋導(dǎo)軌上向下移動(dòng)適當(dāng)位移，記錄下該位移值，打開計(jì)算機(jī)6，開始檢測(cè)并記錄電感值數(shù)據(jù)。參見圖2，可利用計(jì)算機(jī)6將記錄數(shù)據(jù)與時(shí)間關(guān)系作圖，可通過對(duì)電感信號(hào)函數(shù)L(t)對(duì)時(shí)間t求極值獲取最大電感值時(shí)刻，即為沉降分層線通過電感傳感器I頂端的分層線時(shí)間，由此利用已知位移s和該時(shí)間計(jì)算出沉降速率，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定精度高，設(shè)備成本低。
[0036]本實(shí)施例中，改變s值重復(fù)步驟c和d計(jì)算沉降速率平均值，進(jìn)一步提高測(cè)定精度。
[0037]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:包括電感傳感器和用于盛放磁流變液的試管；所述試管豎直放置；所述電感傳感器設(shè)于試管外側(cè)并且高度可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:還包括底座；所述底座上設(shè)有用于固定和支撐試管的套管筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:還包括桿狀的高度計(jì)，所述高度計(jì)豎直設(shè)置并固定于底座。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:所述電感傳感器套裝于試管外側(cè)并以高度可調(diào)的方式安裝于高度計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:還包括用于對(duì)電感傳感器的電感信號(hào)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析的計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)2-4任一權(quán)利要求所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:所述電感傳感器包括外殼和感應(yīng)線圈；所述感應(yīng)線圈沿試管周向纏繞；所述外殼包覆于感應(yīng)線圈外部呈環(huán)狀；外殼采用高導(dǎo)磁材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:所述外殼內(nèi)孔直徑和套管筒內(nèi)孔直徑與試管外徑相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀，其特征在于:所述感應(yīng)線圈匝數(shù)為300?600 01 ;所述外殼軸向長(zhǎng)度為5?30mm。
9.一種磁流變液沉降速率測(cè)定儀的測(cè)定方法，其特征在于:包括以下步驟: a,在試管內(nèi)倒入標(biāo)定體積的已攪拌均勻的磁流變液樣品； b，將試管放入電感傳感器并直到套管筒固定； C，將電感傳感器與試管內(nèi)液面相平處作為初始位置沿高度計(jì)向下移動(dòng)距離S，同時(shí)打開計(jì)算機(jī)對(duì)電感傳感器的電感信號(hào)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)記錄和作圖分析； d，根據(jù)電感信號(hào)與時(shí)間關(guān)系圖獲得沉降分層線降至電感傳感器處所經(jīng)歷的時(shí)間t，由此計(jì)算出沉降速率為s/t。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁流變液沉降速率測(cè)定儀的測(cè)定方法，其特征在于:改變s值重復(fù)步驟c和d計(jì)算沉降速率平均值。
【文檔編號(hào)】G01N15/04GK104048903SQ201410298389
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】廖昌榮, 謝磊, 李祝強(qiáng), 付本元 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)