电容式磁流变液悬浮稳定性测试装置研究

发布时间：2020-04-05 10:04

【摘要】：磁流变液(Magnetorheological Fluid,简称MRF)是将微米级的可磁化微粒分散在载体液中形成的一种磁场可控的智能材料。MRF悬浮稳定性是确保其长时间有效工作的关键因素,是目前限制其广泛工程应用的瓶颈之一。MRF的沉降过程实质为:悬浮相受重力影响导致其体积分数分布发生变化的过程。悬浮颗粒的体积分数与其介电常数正相关,介电常数与电容值之间存在直接关系。鉴于上述原因,通过特定的电容传感器监测MRF的介电常数,获取悬浮颗粒沉降速率和颗粒体积分数分布的时间历程。针对磁流变液的工程应用中出现的悬浮稳定性问题,研究电容式磁流变液悬浮稳定性测试装置,设计两种形式的电容式传感器,开展了测试装置的机械系统、运动控制系统和电容数据采集系统,制作出测试装置样机一套,并将其测试结果与电感法测试装置对比,实现了对MRF悬浮稳定性的定量表征和综合评价。具体研究工作如下:简要概述了磁流变液的工程应用前景,从悬浮相受力机理分析了磁流变液静置沉降的原因,总结了改善磁流变液悬浮稳定性的方法。列举了评价磁流变液悬浮稳定性的方法和测试装置研究现状,分类指出了测试装置存在问题,并提出了研究内容及意义。利用磁流变液沉降过程是悬浮项体积分数变化的过程,建立了磁流变液悬浮项体积分数与磁流变液介电常数关联性模型,证明了磁流变液发生沉降的过程中伴随着电容的波动。提出了电容法磁流变液悬浮稳定性测试装置的要求,完成了总体布置设计。提出了圆环-芯轴型和正对双圆弧型电容传感器测试原理,并对这两种传感器进行理论分析,其中特别分析了圆环-芯轴型的偏心误差。使用ANSYS对两种结构的测量电场进行仿真,对比分析了这两种电容传感器的优缺点。根据两类电容式传感器的理论分析,设计了圆环-芯轴型和正对双圆弧型电容传感器。按照测试装置技术要求,对驱动电机和驱动丝杆进行了选型,设计了测试装置机械系统,解决试管密封、试管夹持、丝杆运动传递等技术问题,设计了电机驱动系统模块和数据采集模块。制作了测试装置零部件,并对各部件进行装配与调整,进行上位机界面编程设计,开展各模块联合调试、校准和标定,完成MRF测试装置的制作。制备6种不同体积分数的磁流变液样品,并对磁流变液进行了连续测试。对圆环-芯轴型电容法与电感法测试的数据进行比较,两者趋势一致,圆环-芯轴型电容法与正对双圆弧电容法测试结果对比分析,前者结构更优。与目视泥线观察法比较,两者吻合度较高,这都说明了电容法评价磁流变液悬浮稳定性具有可行性。对设备误差进行了分析,方便后续改进工作。
【图文】：

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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB381

【参考文献】