CN109709156A - 磁流变液沉降性测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种磁流变液沉降性测试装置及测试方法，包括：均匀恒定磁场产生装置、设置在所述均匀恒定磁场产生装置有效输出区域内的磁流变液容器、多对设置在磁流变液容器内不同高度的导电片、以及测量每对导电片之间电阻的欧姆表。其利用在相同的磁场强度下，磁流变液的流变效应使磁性颗粒按磁场方向排列形成的链式结构，使磁流变液具有一定的导电性，且其电阻随着颗粒浓度的增大而减小的特性，设计出了通过比较磁流变液不同位置的电阻随时间的变化的情况，来表征磁流变液沉降过程的方法，从而获得了评价磁流变液材料的沉降性能的理想技术方案。
Description
技术领域
本发明涉及材料性能检测领域，尤其涉及磁流变液沉降性测试装置及测试方法。
背景技术
磁流变液一般由非导磁性载体液，高导磁性、低磁滞性的微米级颗粒（常用羰基铁粉），以及用于改善某些性能的功能性添加剂组成。在未施加磁场的状态下，磁流变液呈现低粘度的牛顿流体特性，颗粒均匀分散在载体液中。当施加一定强度的磁场时，铁磁性颗粒磁化形成磁偶极子并获得磁偶极矩，在磁矩的作用下颗粒沿外磁场的方向定向运动并形成链式结构，使磁流变液具有一定的抗剪切能力和导电性，当去除外加磁场时，磁流变液恢复至静置状态。磁流变液的这种特性使其具有响应时间快和良好的可控性，广泛应用于阻尼器、减振器、制动器等各个领域。
目前，磁流变液由于磁性颗粒与载体液相差约七倍的密度差，存在颗粒沉降现象，沉降现象是限制磁流变液广泛应用的主要问题之一。磁流变液沉降会降低其工作性能，严重时甚至失效，所以对于要时刻保持工作性能并长期静置的磁流变液，对其进行性能评价尤其重要，当下对磁流变液沉降性测试的方法常使用目视法、电感法监测。目视法可以获得泥线位移和时间的关系，计算各初始浓度下泥线的沉降速率，但此方法只能监测透明的磁流变液沉降过程，并且无法直接得到泥线以下所有区域的沉降信息，而且测量费时，误差大。电感法利用了磁流变液的磁导率随颗粒体积的下降而减小，使包围该段液体的螺线管电感线圈的电感量随之减小，该方法结构复杂，操作实验繁琐，电感传感器监测位置的移动误差大，同时对电感测试仪的灵敏度要求高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种精确定位测试、结构简单、成本低、使用方便的磁流变液沉降性测试装置及其方法，本发明具体采用以下方案：
一种磁流变液沉降性测试装置，其特征在于，包括：均匀恒定磁场产生装置、设置在所述均匀恒定磁场产生装置有效输出区域内（即均匀恒定磁场产生装置正常工作时能够产生均匀磁场的所在区域）的磁流变液容器、多对设置在磁流变液容器内不同高度的导电片、以及测量每对导电片之间电阻的欧姆表。
优选地，所述均匀恒定磁场产生装置所产生均匀恒定磁场的磁感线为水平；所述磁流变液容器为垂直设置；每对导电片等高、等距且相互平行设置。
优选地，所述均匀恒定磁场产生装置为缠绕有励磁线圈的导磁体，所述导磁体为C字形，所述励磁线圈的两端与直流电流源连接；所述磁流变液容器设置在导磁体的开口处。
优选地，所述导电片共有三对，分别设置在磁流变液容器盛液区域的上部、中部和下部，三个欧姆表分别通过导线与每对导电片连接。
优选地，所述导磁体由交错层叠的硅钢片和设置在相邻两片硅钢片之间的绝缘树脂层构成。
优选地，所述磁流变液容器通过支架固定。
以及，一种磁流变液沉降性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在磁流变液容器内倒入已标定颗粒体积分数且均匀的磁流变液试样，并在磁流变液容器内设置多对位于磁流变液试样液面之下不同高度的导电片；
步骤S2：将磁流变液容器放入均匀恒定磁场产生装置的有效输出区域；
步骤S3：以磁流变液试样静置后的时刻作为初始时刻，在每个测量时刻产生均匀恒定磁场，通过欧姆表测量每对导电片之间电阻值，并记录后续测量时刻的各电阻值。
优选地，步骤S3持续至各电阻值随时间不再发生变化为止。
优选地，在步骤S1中，每对导电片等高、等距且相互平行设置。
优选地，所述均匀恒定磁场通过竖直设置的缠绕有励磁线圈的导磁体产生；所述导磁体为C字形，所述励磁线圈的两端与直流电流源连接；所述磁流变液容器竖直设置在导磁体的开口处；所述导电片与导磁体的设置平面垂直。
本发明及其优选方案提供的装置和方法，利用在相同的磁场强度下，磁流变液的流变效应使磁性颗粒按磁场方向排列形成的链式结构，使磁流变液具有一定的导电性，且其电阻随着颗粒浓度的增大而减小的特性，设计出了通过比较磁流变液不同位置的电阻随时间的变化的情况，来表征磁流变液沉降过程的方法，从而获得了评价磁流变液材料的沉降性能的理想技术方案。
与现有技术相比，本发明具有以下效益：测试装置结构简单，实现方便，成本低廉，实用性强。测试方法克服了目视法的缺陷，不仅能监测透明的磁流变液，也适用于非透明的磁流变液，以及能够监测泥线以下区域的沉降情况，并且该方法相对于电感法，实验操作更简单，提高测试数据精度，使其可广泛应用于对磁流变液沉降性能的优劣评价。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例整体结构示意图；
图中标号说明：1-直流电流源；2-励磁线圈；3-导磁体；4-上导电片；
5-中导电片；6-下导电片；7-欧姆表；8-支架；
9-磁流变液容器。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例装置包括：C字形的导磁体3和缠绕在导磁体3上的励磁线圈2，励磁线圈2两端与直流电流源1连接，导磁体3开口处设有磁流变液容器9及用于固定磁流变液容器9的支架8，磁流变液容器9中放置成对的上导电片4、中导电片5、下导电片6，均为金属材质，每对导电片优选为等高、等距且相互平行设置，导磁体3的开口旁设有用于测量各对导电片之间电阻的欧姆表7。
在本实施例中，成对的上导电片4、中导电片5、下导电片6分别成对的放置在磁流变液容器9的上、中、下不同的高度，监测磁流变液在不同高度的沉降过程。成对的上导电片4、中导电片5、下导电片6中各对两导电片之间用导线连接，所述导线上都设置欧姆表7。
因为在施加外磁场的作用下，磁流变液颗粒的链式结构，使磁流变液具有一定的导电性。随着磁流变液沉降的发生，磁性颗粒随时间持续下降，直至堆积在容器底部，并且在外磁场作用下，磁流变液在各处导电片测得的电阻也随着颗粒的沉降过程发生变化。磁流变液中上导电片4电阻逐渐增大，中导电片5电阻在沉降开始时未发生明显变化，随后逐渐增大，下导电片6电阻则先有明显的下降趋势，随后趋于稳定，最终在各处导电片测得的电阻在有无磁场的状态下都一致，即各处电阻不再响应外加磁场变化，磁流变液失去工作性能。
在本实施例中，导磁体3和励磁线圈2的作用即是为了提供能触发以上效应的均匀恒定磁场，按照本实施例提供的设计，导磁体3在开口处产生的感应磁场可认为是均匀磁场；所述导磁体3由硅钢片叠加，相邻两片硅钢片由中间的绝缘树脂相粘接，采用彼此绝缘的硅钢片叠成作为励磁铁芯的有益效果是其具有较高的饱和磁感应强度，价格便宜，同时在狭长形的回路中起到减少涡流的作用。直流电流源1则保证了磁场的恒定，以便能够实现测量变量的控制。当然，该种均匀恒定磁场的设计方案并非实现本发明目的的唯一选择，通过成对的条形永磁体、平行导电金属板等其他设计方案也能够构建均匀恒定磁场，但本实施例提供方案实测效果较佳。
直流电流源1产生的电流通过励磁线圈2，并在导磁体3内部产生感应磁场，感应磁场被约束在导磁体内部并垂直穿出导磁体的一个开口端面，并按先后顺序穿过磁流变液容器9外壁、导电片、磁流变液、一对导电片中的另一导电片、磁流变液容器9另一侧外壁，最后从导磁体的另一个开口端面垂直穿入在导磁体内部形成闭合的磁回路，利用欧姆表7测量通过感应磁场的导电片两端的电阻。
本实施例装置克服了常用目视法和电感法的缺陷，结构简单，成本低，实验操作简便。利用磁流变液在外加磁场下的导电性，通过测量不同位置的不同时间段的导电片之间的电阻来监测其沉降过程，判定磁流变液的工作性能。该方法原理清晰简单，装置操作简单，获取的数据精度高，使其可广泛应用于对磁流变液沉降性能的优劣评价。
基于以上装置，本实施例由此可以实现磁流变液沉降性的测试，其测试方法包括以下步骤：
a, 在磁流变液容器9内倒入已标定颗粒体积分数且均匀的磁流变液试样；
b，调整导磁体3为竖直设置，将磁流变液容器9放入导磁体3开口中并竖直放置在支架8上，为了尽可能保证磁场的均匀性，磁流变液容器9最好设置在导磁体3的对称面上；
c，将磁流变液试样静置后的时刻作为初始时刻，接通励磁线圈2的直流电流源3，以产生均匀恒定磁场，此时可以调整导磁体3置于磁流变液中各成对导电片所处的位置，并使励磁线圈2在各位置通电并在导磁体内部产生感应磁场穿过导电片，以磁感线垂直穿过导电片，即导电片与导磁体3的设置平面垂直为佳，并通过欧姆表7测量每对导电片之间电阻值。
d，在此后不同的时间点，只在需要测量电阻的时候接通励磁线圈2的直流电流源3，在其余时刻断开（确保磁场不会对正常的沉降过程造成影响），并重复上述测量电阻步骤，并记录磁流变液各时刻各欧姆表7的读数，通过各电阻值随时间的变化情况反映磁流变液试样的沉降过程。该测量持续至各电阻值随时间不再发生变化（即发生的变化已经小到无法被测量）为止，此时可以认为各电阻值已经不会随时间发生变化，即沉降过程已经完成。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的磁流变液沉降性测试装置及测试方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种磁流变液沉降性测试装置，其特征在于，包括：均匀恒定磁场产生装置、设置在所述均匀恒定磁场产生装置有效输出区域内的磁流变液容器、多对设置在磁流变液容器内不同高度的导电片、以及测量每对导电片之间电阻的欧姆表。
2.根据权利要求1所述的磁流变液沉降性测试装置，其特征在于：所述均匀恒定磁场产生装置所产生均匀恒定磁场的磁感线为水平；所述磁流变液容器为垂直设置；每对导电片等高、等距且相互平行设置。
3.根据权利要求1所述的磁流变液沉降性测试装置，其特征在于：所述均匀恒定磁场产生装置为缠绕有励磁线圈的导磁体，所述导磁体为C字形，所述励磁线圈的两端与直流电流源连接；所述磁流变液容器设置在导磁体的开口处。
4.根据权利要求1所述的磁流变液沉降性测试装置，其特征在于：所述导电片共有三对，分别设置在磁流变液容器盛液区域的上部、中部和下部，三个欧姆表分别通过导线与每对导电片连接。
5.根据权利要求3所述的磁流变液沉降性测试装置，其特征在于：所述导磁体由交错层叠的硅钢片和设置在相邻两片硅钢片之间的绝缘树脂层构成。
6.根据权利要求1-5其中任一所述的磁流变液沉降性测试装置，其特征在于：所述磁流变液容器通过支架固定。
7.一种磁流变液沉降性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在磁流变液容器内倒入已标定颗粒体积分数且均匀的磁流变液试样，并在磁流变液容器内设置多对位于磁流变液试样液面之下不同高度的导电片；
步骤S2：将磁流变液容器放入均匀恒定磁场产生装置的有效输出区域；
步骤S3：以磁流变液试样静置后的时刻作为初始时刻，在每个测量时刻产生均匀恒定磁场，通过欧姆表测量每对导电片之间电阻值，并记录后续测量时刻的各电阻值。
8.根据权利要求7所述的磁流变液沉降性的测试方法，其特征在于：步骤S3持续至各电阻值随时间发生不再发生变化为止。
9.根据权利要求7所述的磁流变液沉降性的测试方法，其特征在于：在步骤S1中，每对导电片等高、等距且相互平行设置。
10.根据权利要求7-9其中任一所述的磁流变液沉降性的测试方法，其特征在于：所述均匀恒定磁场通过竖直设置的缠绕有励磁线圈的导磁体产生；所述导磁体为C字形，所述励磁线圈的两端与直流电流源连接；所述磁流变液容器竖直设置在导磁体的开口处；所述导电片与导磁体的设置平面垂直。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190503 |
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