磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是用于測量磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置。該裝置主要包括勻強(qiáng)可調(diào)磁場發(fā)生裝置、鋼桶、轉(zhuǎn)軸、密封圈蓋板、支架、電機(jī)、扭矩傳感器、霍爾片、數(shù)據(jù)解調(diào)單片機(jī)與測試顯示儀。該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：磁場發(fā)生裝置能產(chǎn)生較大勻強(qiáng)可調(diào)磁場；能夠避免磁流變液在有磁場情況下產(chǎn)生壁面滑移；測試與顯示裝置利用扭矩傳感器、PWM原理、信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換將微弱的電壓差信號(hào)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)輸出在測試顯示儀上；密繞線圈外側(cè)用工業(yè)純鐵形成低磁阻的閉合回路，密繞線圈內(nèi)側(cè)的線圈固定架選用尼龍材料，有利于使較多磁力線通過磁流變液。將磁流變液置于磁場發(fā)生裝置的中央，使得被測磁流變液產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻且垂直分布。
【專利說明】磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種用于測量磁流變液在不同轉(zhuǎn)速、不同磁場下的剪切屈服應(yīng)力的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變液是一種新興的智能材料，是具有隨外加磁場變化而有可控流變特征的非膠體性質(zhì)的懸浮液體。當(dāng)外部磁場作用時(shí)，其物理形態(tài)在毫秒內(nèi)發(fā)生迅速的變化，即從液體變成類固體。近年來，在工程中應(yīng)用廣泛的磁流變阻尼器正是充分利用磁流變液的可調(diào)智能特性制作而成，因此磁流變液的力學(xué)特性直接影響阻尼器的使用性能。對磁流變液的流變性能進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和評估是磁流變液被廣泛應(yīng)用與開發(fā)的前提，只有弄清楚磁流變液的主要力學(xué)性能(屈服應(yīng)力、表觀粘度)，才能根據(jù)不同的使用條件選擇合適的磁流變液，因此，研制能夠精確測量磁流變液剪切屈服應(yīng)力的儀器變得越發(fā)重要。
[0003]磁流變液測試裝置目前存在有幾大類:1)平板型，該方法是在磁場中通過平板間的剪切運(yùn)動(dòng)進(jìn)行磁流變液屈服應(yīng)力的測試。僅就測試本身而言，存在以下缺點(diǎn):①平板壁面光滑，在強(qiáng)磁場作用下易產(chǎn)生壁面滑移效應(yīng)，導(dǎo)致測量結(jié)果偏?。虎谄桨暹\(yùn)動(dòng)剪切面較大，測量時(shí)不易產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場。2)管道流模型，該方法是在磁場中形成管道流，通過測量兩端壓差和MRF流速，從而可得出MRF的剪切屈服應(yīng)力。管道流模式測試系統(tǒng)也存在如下缺點(diǎn):①由于管道口處尺寸明顯改變，使得測量的壓差存在較大誤差；②在較高的磁場作用下磁流變液容易產(chǎn)生固液分離，懸浮顆粒由于磁場作用吸附在壁面，而載液卻沿管道流出，導(dǎo)致剪切屈服應(yīng)力被測段中磁流變液的體積比增大，使得測量結(jié)果偏大，同時(shí)在管道壁面摩阻力較小，容易產(chǎn)生壁面滑移效應(yīng)。3)同心圓筒旋轉(zhuǎn)式，該測試裝置因其內(nèi)外圓筒的直徑不相等會(huì)產(chǎn)生扇形的磁場，在原理上存在缺陷，同時(shí)旋轉(zhuǎn)圓筒壁面易產(chǎn)生壁面滑移。因此，研制一種能在強(qiáng)磁場作用下產(chǎn)生純剪切運(yùn)動(dòng)的磁流變液屈服應(yīng)力測試裝置非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明是測試磁流變液剪切屈服應(yīng)力的裝置，該裝置能夠測量不同磁場，不同轉(zhuǎn)速下磁流變液的剪切屈服應(yīng)力，能解決傳統(tǒng)測試裝置強(qiáng)磁場情況下磁流變液壁面滑移效應(yīng)、測量精度低及磁場不均勻等缺點(diǎn)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明是用于測量磁流變液剪切屈服應(yīng)力的測試裝置，該裝置主要包括磁場發(fā)生裝置和盛放磁流變液的鋼桶以及用于測量扭矩的測試系統(tǒng)。勻強(qiáng)可調(diào)磁場發(fā)生裝置是由兩部分組成:密繞線圈和永磁鐵。永磁鐵置于磁場發(fā)生裝置的底部中心，密繞線圈纏繞于材質(zhì)為尼龍的固定架上。被測磁流變液盛于鋼桶中，鋼桶置于磁場發(fā)生裝置內(nèi)部，以便使被測磁流變液置于均勻較強(qiáng)磁場中，鋼桶內(nèi)壁設(shè)有沿直徑方向的阻擋刀片，轉(zhuǎn)軸下端圓盤處設(shè)置剪切刀片，上端連接電機(jī)，電機(jī)固定在電機(jī)托架上。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸下端圓盤處剪切刀片旋轉(zhuǎn)，剪切刀片和鋼桶產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，使得磁流變液產(chǎn)生剪切變形。轉(zhuǎn)軸中央裝有扭矩傳感器，用于量測因磁流變液剪切力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)軸扭矩。其基本思路是轉(zhuǎn)軸按既定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，剪切刀片切割磁流變液，這種旋轉(zhuǎn)的切割力和旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩存在對應(yīng)關(guān)系，轉(zhuǎn)軸上的扭矩是通過其上的扭矩測試系統(tǒng)得到，利用所測的扭矩可以反推出磁流變液的剪切屈服應(yīng)力和動(dòng)力粘度，不同的剪切速率可以通過改變電機(jī)的輸入電流實(shí)現(xiàn)，不同的磁場強(qiáng)度可以通過施加不同的磁塊個(gè)數(shù)和改變輸入線圈的電流大小和方向來實(shí)現(xiàn)。通過測量轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)計(jì)算出磁流變液的剪切速率，鋼桶中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是通過布置在鋼桶內(nèi)壁的霍爾片測得。磁流變液在外加磁場作用下流變學(xué)特性發(fā)生變化，導(dǎo)致傳遞到轉(zhuǎn)軸上的扭矩發(fā)生變化，扭矩傳感器將微弱的電壓信號(hào)通過PWM原理、放大器與A/D轉(zhuǎn)換得到轉(zhuǎn)軸扭矩。轉(zhuǎn)軸扭矩與電橋電壓信號(hào)關(guān)系如下
【權(quán)利要求】
1.磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置，包括勻強(qiáng)可調(diào)磁場發(fā)生裝置、盛放磁流變液的鋼桶、轉(zhuǎn)軸、密封圈蓋板、支架、電機(jī)、扭矩傳感器、霍爾片、數(shù)據(jù)解調(diào)單片機(jī)與測試顯示儀，所述磁場發(fā)生裝置包括密繞線圈和永磁鐵；其特征在于:磁場發(fā)生裝置用螺栓固定在支架上；密繞線圈緊密纏繞于密繞線圈固定架上，密繞線圈外側(cè)用工業(yè)純鐵連接形成閉合回路；底部中央裝有可拆卸的永磁鐵；密繞線圈引線與直流電源連接；鋼桶底面凸槽與磁場發(fā)生裝置中央凹槽連接固定，且其可以拆卸；鋼桶內(nèi)壁設(shè)有阻擋刀片，密封圈蓋板支撐于阻擋刀片上端處；轉(zhuǎn)軸下端圓盤上設(shè)有剪切刀片，轉(zhuǎn)軸上端與電機(jī)連接固定；四個(gè)箔式應(yīng)變片組成扭矩傳感器粘貼于轉(zhuǎn)軸上，數(shù)據(jù)解調(diào)單片機(jī)與測試顯示儀安裝于轉(zhuǎn)軸上端；霍爾片貼于鋼桶內(nèi)壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置，其特征在于:圓盤端部的剪切刀片平面布置成一字型，鋼桶內(nèi)壁的阻擋刀片成U型，圓盤端部剪切刀片與鋼桶內(nèi)壁的阻擋刀片上下間的距離為I?2mm，刀片厚度為4mm，材料選用硅鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)剪切磁流變液所產(chǎn)生的扭矩通過扭矩傳感器將微弱的電信號(hào)傳入數(shù)據(jù)解調(diào)單片機(jī)，利用PWM原理、信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換，最終將信號(hào)輸出在測試顯示儀上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變液剪切屈服應(yīng)力測試裝置，其特征在于:密繞線圈選用直徑為I?2mm的漆包線，水平纏繞20?30層，豎向纏繞30?40圈；密繞線圈外側(cè)選用工業(yè)純鐵作為閉合回路，其內(nèi)側(cè)密繞線圈固定架選用尼龍材料。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK103512690SQ201210222221
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】徐趙東, 郭維陽 申請人:東南大學(xué)常州研究院