一种基于亥姆霍兹线圈的磁流变液粘度测定实验平台

技术领域

本发明涉及液体粘度测定领域，尤其是磁流变液粘度测定实验平台。

背景技术

磁流变液(MRF)是一种具有良好发展前景的智能材料。在无磁场的情况下，表现出良好的液体流动特性；在强磁场中，它会迅速(毫秒级)地变为固体，当去掉外部磁场后，它又会变成液体。这种液-固-液转换过程速度快、能耗低、且易于控制，推动其成为智能材料发展的一个重要分支，广泛应用于汽车、机械、航天、建筑、仪器仪表、精密加工、控制工程等领域。因此，粘度的测定对于磁流变液的应用具有重要意义。

目前，对磁流变液特性的测量方法及相应的测试系统已有不少，然而有关测试装置已不能满足日益广泛的科研需求，并且多数测试装置价格昂贵、结构复杂、操作不便且漏磁现象严重等问题造成测量误差较大。

发明内容

本发明目的是提供一种结构简洁，携带方便，能够在小空间内完成实验任务的基于亥姆霍兹线圈的磁流变液粘度测量实验平台。

本发明主要包括实验架平台、升降机构、线圈机构、测定机构和隔磁台罩。

其中，在实验平台上设有升降机构和两个线圈机构，两线圈机构关于升降机构对称设置。升降机构与测定机构相连，在升降机构和测定机构外部设有隔磁台罩。

优选地，线圈机构包括机架和亥姆霍兹线圈，线圈缠绕在机架上。

优选地，机架包括支撑件和缠绕件，支撑件固定在实验台台架上，在支撑件上设有缠绕件，缠绕件上缠绕亥姆霍兹线圈。

优选地，缠绕件呈柱状，缠绕件的半径与两对称设置的亥姆霍兹线圈之间的距离相等。

优选地，升降机构包括上托盘、下托盘、两伸缩件和电动伸缩缸。下托盘设在试验台台架上，下托盘上设有电动伸缩缸，电动伸缩缸的输出端与上托盘相连。上托盘和下托盘之间通过两伸缩件相连。

优选地，伸缩件包括两伸缩杆和转轴。两伸缩杆分别与上托盘、下托盘相连，两伸缩杆之间通过转轴相连。

优选地，测定机构包括直流电机、内筒、磁流变液容器、轴承、扭矩传感器和联轴器。磁流变液容器设在上托盘上，在磁流变液容器内设有内筒，内筒上设有轴承，内筒通过轴承与扭矩传感器相连，扭矩传感器与直流电机通过联轴器相连。

优选地，内筒外壁采用高磁导率的电工纯铁。

本发明在使用时，向亥姆霍兹线圈通入方向一致的电流，线圈间即可产生磁感应强度均匀的磁场。通过控制电动伸缩缸来调节磁流变液容器的位置高度，伸缩杆随之变形使托盘能够保持水平状态。随着周围出现稳定的磁场，磁流变液容器中磁流变液由粘度较低的状态在数毫秒内转变成高粘度的Bingham(流宾体)流体，呈现半固态的状态。启动直流电动机来带动内筒转动，托盘与升降机构连接，托盘不动。内筒与磁流变液之间具有摩擦作用，受到剪切应力产生扭矩，通过工件主轴将受到的扭力传递给扭矩传感器，扭矩传感器将扭力物理量转化为电信号。通过改变电流大小，进而改变磁场大小，测量不同磁感应强度下，同一磁流变液的粘度，从而绘制磁场和磁流变液粘度的变化曲线。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过升降机构控制磁流变液容器所处的高度调节，便于改变磁流变液在磁场中的位置；

2、利用向亥姆霍兹线圈通过改变电流大小来改变磁感应强度的大小，便于控制磁感应强度的大小；

3、同心圆筒式测量方法，使内筒相对外筒转动，存在于两个圆柱体之间的磁流变液在径向距离上显露出速度梯度，通过测量扭力的大小来计算磁流变液粘度，可以通过改变旋转角速度的方式来改变剪切速率，得到不同剪切速率下磁流变液的粘度并提高了测量磁流变液粘度的准确性；

4、由于磁流变体的壁面效应，磁流变液在内外桶表面接触处有滑移，影响测量精度。采用高磁导率的电工纯铁作为内筒壁面的材料，使内筒与磁流变液之间既有摩擦力作用，又有磁力作用，保证不滑移。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的升降机构的结构示意图；

图3为本发明的亥姆霍兹线圈的结构示意图；

图4为本发明的立体图；

图中，1-直流电机、2-内筒、3-磁流变液容器、4-1上托盘、4-2下托盘、5-伸缩杆、6-转轴、7-实验架平台、8-机架、8-1支撑件、8-2缠绕件、9-伸缩缸、10-亥姆霍兹线圈、11-轴承、12-扭矩传感器、13-联轴器、14-隔磁台罩。

具体实施方式

在图1至图4所示的本发明的示意简图中，在实验平台上设有升降机构和两个线圈机构，升降机构包括上托盘4-1、下托盘4-2、两伸缩件和电动伸缩缸9。下托盘设在试验台台架上，下托盘上设有电动伸缩缸，电动伸缩缸的输出端与上托盘相连。上托盘和下托盘之间通过两伸缩件相连。伸缩件包括两伸缩杆5和转轴6。两伸缩杆分别与上托盘、下托盘相连，两伸缩杆之间通过转轴相连。两线圈机构关于升降机构对称设置。线圈机构包括机架8和亥姆霍兹线圈10，机架包括支撑件8-1和缠绕件8-2，支撑件固定在实验台台架上，在支撑件上设有缠绕件，缠绕件呈柱状，缠绕件的半径与两对称设置的亥姆霍兹线圈之间的距离相等。缠绕件上缠绕亥姆霍兹线圈10。升降机构与测定机构相连，测定机构包括直流电机1、内筒2、磁流变液容器3、轴承11、扭矩传感器12和联轴器13。磁流变液容器3设在上托盘上，在磁流变液容器内设有内筒2，内筒外壁采用高磁导率的电工纯铁。内筒上设有轴承11，内筒通过轴承与扭矩传感器12相连，扭矩传感器与直流电机1通过联轴器13相连。在升降机构和测定机构外部设有隔磁台罩。