磁流变液悬浮稳定性能测试方法及其测试仪技术

本发明专利技术提供了一种磁流变液悬浮稳定性能测试方法及其测试仪，利用电容传感器测定磁流变液的沉降速率，磁流变液悬浮稳定性能测试仪包括盛装磁流变液的装置和用于测定磁流变液沉降速率的电容传感器。根据电容传感器通过沉降分层线时因铁磁颗粒浓度急剧变化则电容值也急剧变化的特征，既可以由扫描测量得到该区域不同时刻的电容—高度曲线来得到沉降分层线在这些时间段内的位移，也可以由定点测量得到某点的电容—时间曲线，得到沉降分层线下降到该点时的时间，由此可计算磁流变液的沉降速率。使用电容传感器监测磁流变液时没有外加的竖直方向的磁场，而水平方向的磁场非常微弱，可以忽略不计，有效的控制了外加磁场对磁流变液悬浮稳定性的影响。

Method and apparatus for measuring suspension stability of magnetorheological fluid

The invention provides a magnetorheological fluid suspension stability test method and apparatus, settlement rate determination of magnetorheological fluid using a capacitive sensor, magneto rheological suspension stability tester includes device containing the magnetorheological fluid and the magnetorheological fluid capacitance sensor used for determination of the settlement rate. According to the character of the ferromagnetic particles concentration sharp change capacitance is also dramatically changed by settling lamination line capacitance sensor, which can measure the capacitance by the scanning area of different time curve to get height displacement and settlement of layered line in these time periods, but also to capacitance time curve obtained by a point measuring the settlement, layered line down to the point of time, from which we can calculate the settlement rate of magnetorheological fluid. The use of capacitive sensor monitoring of magnetorheological fluid without the vertical direction of the external magnetic field, and the horizontal magnetic field is very weak and can be neglected, the effective control of the effect of magnetic field on the suspension stability of magnetorheological fluid.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测试方法及其测试仪器，具体涉及一种磁流变液悬浮稳定性能测试方法及其测试仪。
技术介绍
磁流变液作为一种性能优良的智能材料，一直受到人们的广泛关注。磁流变液一般是由微米级软磁颗粒(通常为羰基铁粉)、载体液和功能添加剂混合而成。目前，磁流变液已应用于抛光工艺、建筑、汽车、军事、航天航空等领域。由于磁流变液中分散相与连续相之间悬殊的密度差，导致磁流变液产生沉降，从而磁流变液的沉降严重影响其性能，故对磁流变液悬浮稳定性能的评价显得尤其重要。评价磁流变液的悬浮稳定性通常是检测其沉降速率，一般是泥线(即沉降分层线)目视观测法。该法只限于对上清液区进行监测，计算其在一定时间内占磁流变液总高的比值和泥线下移的速率，以此作为磁流变液悬浮稳定性的评价指标。显然，这种方法明显忽略了上清液区以下的区域，尤其是发生积聚的底部区域。中国专利“2004200638777”将盛放磁流变液的容器放置于一个移动磁场内来进行测试，该移动磁场会干扰铁磁颗粒本身的沉降过程，因此所测结果具有不稳定性。中国专利“201110003447.0”采用X射线发光系统与成像系统来分析并得到容器中磁性颗粒浓度的分布情况，但是X光发射系统昂贵且使用时存在着人身安全问题。中国专利“201510101330.4”采用手动滑动标尺的方法测量磁流变液沉降分层线的沉降速率，其操作较繁琐，且手工操作会给测量带来误差，使测量结果不精确。中国专利“201410298389.2”采用电感扫描技术对盛装磁流变液的试管进行扫描，利用螺线管传感器嵌套在试管外部，根据螺线管传感器电感值与磁流变液浓度正相关的原理确定某处磁流变液的浓度，然而电感传感器在测量时会产生一定的磁场，干扰试管中磁流变液颗粒的沉降运动，并且电感传感器具有磁通侧漏效应，电感传感器纵向尺寸较大(导致精度不高)，这些都会产生较大的测量误差。综上分析，有必要提出一种新型的测试与分析磁流变液悬浮稳定性的方法及装置，通过测定沉降速率来评价磁流变液的悬浮稳定性能，并提高测量精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种全自动全尺度可扫描测量亦可定点测量的磁流变液悬浮稳定性能测试方法及其测试仪，具有降低成本、无危害并且可以精确定量测量等特点。本专利技术提供的磁流变液悬浮稳定性能测试方法，利用电容传感器测定磁流变液的沉降速率；进一步，所述沉降速率包括一定时间内磁流变液的沉降速率和磁流变液沉降一定位移的沉降速率；进一步，利用电容传感器扫描测量磁流变液，得到不同时刻磁流变液的电容－高度曲线，进而得到一定时间内磁流变液的沉降位移，通过计算得到这段时间内磁流变液的沉降速率；进一步，测定一定时间内磁流变液的沉降速率包括如下步骤：a、利用电容传感器扫描测量磁流变液，得到ta和tb时刻磁流变液的电容－高度曲线(tb＞ta)；b、在两条曲线上分别找到电容值急剧下降的拐点处(即沉降分层线)所对应的高度ha，hb，进而得到ta至tb这段时间内磁流变液沉降分层线的沉降位移为(ha–hb)；c、计算得到ta至tb这段时间内磁流变液沉降分层线的沉降速率：vt＝(ha–hb)/(tb－ta)，即ta至tb这段时间内磁流变液的沉降速率；进一步，利用电容传感器定点测量待测高度的磁流变液，得到该高度处磁流变液的电容－时间曲线，进而得到磁流变液沉降分层线由初始高度降至该高度所需的沉降时间，通过计算得到磁流变液沉降分层线由初始高度降至该高度这段位移的沉降速率，即磁流变液由初始高度降至待测高度这段位移的沉降速率；进一步，测定磁流变液沉降一定位移的沉降速率包括如下步骤：a、测得磁流变液沉降分层线初始高度hⅠ；b、利用电容传感器定点测量高度为hⅡ的磁流变液(hⅠ＞hⅡ)，得到hⅡ处磁流变液的电容－时间曲线，在曲线上找到电容值急剧下降的拐点处所对应的时间tⅡ；c、计算得到磁流变液沉降分层线由hⅠ降至hⅡ这段位移的沉降速率：vh＝(hⅠ–hⅡ)/tⅡ，即磁流变液由hⅠ降至hⅡ这段位移的沉降速率。本专利技术提供的磁流变液悬浮稳定性能测试仪，包括盛装磁流变液的装置和用于测定磁流变液沉降速率的电容传感器；进一步，还包括用于控制电容传感器进行扫描测量和定点测量的电机；进一步，还包括用于采集电容传感器电信号的信号采集系统和对所采集电信号进行处理、作图分析的信号处理系统；进一步，所述电容传感器包括两块相互隔开的极片和套筒；所述极片采用绝缘胶相互隔开并包覆于盛装磁流变液的装置外侧，所述套筒包覆于极片外部；所述极片宽均为1～8mm。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的磁流变液悬浮稳定性能测试方法及其测试仪，利用磁流变液中铁磁颗粒浓度与磁流变液的介电常数呈正相关，则电容传感器的电容与铁磁颗粒浓度也呈正相关，由此根据所测电容值可知磁流变液的颗粒浓度。通过电容与高度的关系可知不同时刻颗粒浓度关于高度的分布；在一定时间内周期性的测试可得到颗粒浓度关于时间的分布。由此，可以全尺度分析和评价磁流变液的悬浮稳定性，并由控制算法对电机的周期性控制实现全自动监测。同时，根据电容传感器通过沉降分层线时因铁磁颗粒浓度急剧变化则电容值也急剧变化的特征，既可以由扫描测量得到该区域不同时刻的电容—高度曲线来得到沉降分层线在这些时间段内的位移，也可以由定点测量得到某点的电容—时间曲线，得到沉降分层线下降到该点时的时间，由此可计算磁流变液的沉降速率。使用电容传感器监测磁流变液时没有外加的竖直方向的磁场，而水平方向的磁场非常微弱，可以忽略不计，有效的控制了外加磁场对磁流变液悬浮稳定性的影响。利用电机精确地控制电容传感器扫描时的步距与间隔时间，不仅可以实现自动扫描测量，还可以让电容传感器随意停留在某个位置进行定点测量，具有很大的灵活性。使用电机来代替手工操作避免了手动操作带来的误差，节省了人工成本，使得操作更简化、更准确、测量结果更精确。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的磁流变液悬浮稳定性能测试仪结构示意图。图2为本专利技术中电容传感器的结构示意图。图3为不同时刻的电容值—高度关系图。图4为本专利技术的磁流变液悬浮稳定性能测试仪进行测试的控制流程图。图中：1、电机驱动器；2、计算机；3、信号采集系统；4、电机；5、支架；6、螺杆；7、电容传感器；8、试管；9、磁流变液；10、座套；11、刻度尺；12、夹具；13、支撑杆；14、基座；15、顶板；16、套筒；17，19、极片；18、绝缘胶；20、螺母；21、连接杆。具体实施方式图1为本专利技术的磁流变液悬浮稳定性能测试仪结构示意图，图2为本专利技术中电容传感器的结构示意图，图3为不同时刻的电容值—高度关系图，图4为本专利技术的磁流变液悬浮稳定性能测试仪进行测试的控制流程图。本实施例的磁流变液悬浮稳定性能测试方法，利用电容传感器测定磁流变液的沉降速率；使用电容传感器测试磁流变液时没有外加的竖直方向的磁场，而水平方向的磁场非常微弱，可以忽略不计，有效的控制了外加磁场对磁流变液悬浮稳定性的影响；利用磁流变液中铁磁颗粒浓度与磁流变液的介电常数呈正相关，则电容传感器的电容与铁磁颗粒浓度也呈正相关，由此根据所测电容值可知磁流变液的颗粒浓度；通过电容与高度的关系可知不同时刻颗粒浓度关于高度的分布，在一定时间内周期性的测试可得到颗粒浓度关于时间的分布，同时，根据电容传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁流变液悬浮稳定性能测试方法，其特征在于：利用电容传感器测定磁流变液的沉降速率。

【技术特征摘要】
1.一种磁流变液悬浮稳定性能测试方法，其特征在于：利用电容传感器测定磁流变液的沉降速率。2.根据权利要求1所述的磁流变液悬浮稳定性能测试方法，其特征在于：所述沉降速率包括一定时间内磁流变液的沉降速率和磁流变液沉降一定位移的沉降速率。3.根据权利要求2所述的磁流变液悬浮稳定性能测试方法，其特征在于：利用电容传感器扫描测量磁流变液，得到不同时刻磁流变液的电容－高度曲线，进而得到一定时间内磁流变液的沉降位移，通过计算得到这段时间内磁流变液的沉降速率。4.根据权利要求3所述的磁流变液悬浮稳定性能测试方法，其特征在于：测定一定时间内磁流变液的沉降速率包括如下步骤：a、利用电容传感器扫描测量磁流变液，得到ta和tb时刻磁流变液的电容－高度曲线(tb＞ta)；b、在两条曲线上分别找到电容值急剧下降的拐点处(即沉降分层线)所对应的高度ha，hb，进而得到ta至tb这段时间内磁流变液沉降分层线的沉降位移为(ha–hb)；c、计算得到ta至tb这段时间内磁流变液沉降分层线的沉降速率：vt＝(ha–hb)/(tb－ta)，即ta至tb这段时间内磁流变液的沉降速率。5.根据权利要求2所述的磁流变液悬浮稳定性能测试方法，其特征在于：利用电容传感器定点测量待测高度的磁流变液，得到该高度处磁流变液的电容－时间曲线，进而得到磁流变液沉降分层线由初始高度降至该高度所需的沉降时间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖昌荣，邵向阳，谢磊，董倬煜，张红辉，寿梦杰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50