差动式磁性液体微压差传感器数学模型计算及试验验证

将兼具有固体铁磁性和流体流动特性的一种新型功能材料——磁性液体应用于微压差传感器的研究。在对磁性液体的磁学模型和磁学特性研究的基础上,通过对试验用磁性液体的磁化强度的测试和磁化曲线的绘制,分析磁性液体微压差传感器的工作原理,建立互感式磁性液体压差传感器的数学模型,计算U形管两臂上通电线圈的电感及互感系数,通过模拟试验得到灵敏度与试验中各参数之间的关系,并绘出灵敏度与U形管径大小之间的关系曲线,推导出差动式压差传感器的压力差输入与感应电势输出之间的关系,并通过试验验证输入与输出之间的线性关系。磁性液体液柱半径rm越小,螺线管直径越小,传感器灵敏度越高;磁性液体的磁导率越大,传感器灵敏度越高。将理论计算和试验对比得出理论值与试验值的一致性。在误差允许的范围内,设计方案可行。     

新型磁性液体微压差传感器的设计及耐压分析

传感器是磁性液体的重要应用领域之一。为弥补现有磁性液体微压差传感器的不足,设计了一种新型的磁性液体微压差传感器,该传感器的复合磁芯由磁导率高的1Cr13和永久磁铁构成,磁性液体被吸附在永久磁铁的端部形成环状起到润滑和密封的作用,敏感元件采用1Cr13,转换元件采用对称线圈。当磁芯进入线圈后,使得线圈电感发生变化,电桥电路输出明显的电压信号。在此基础上,提出了回复力的线性程度和磁性液体环的耐压能力决定了磁性液体微压差传感器的量程范围,并通过理论推导、仿真分析和实验研究的手段证明了磁性液体环的密封耐压能力能够满足磁性液体微压差传感器的测量要求。该传感器体积小、成本低、便于安装,具有很强的实用价值。     

磁性液体触觉传感器的设计及特性研究

磁性液体兼具液体材料的流动性和固体材料的磁性,能够在重力场和磁场的作用下长期稳定存在。磁性液体具有独特的一阶浮力特性,在磁场梯度的作用下能够悬浮起比自身密度大的非磁性物体。基于磁性液体的一阶浮力特性,设计了一种新型的磁性液体触觉传感器。当接触压力作用在悬浮触棒的非磁性触点时,悬浮触棒的移动将引起霍尔元件处的磁场变化,进而输出电压信号。该结构能够进行接触压力、表面轮廓和微小位移的同时测量。该触觉传感器体积小,相比于传统的硅片式触觉传感装置成本更低。磁性液体相比于固体材料来说,能够在系统中起到缓冲吸能的作用,进而提高了传感器系统的耐冲击性。在0～0.09 N的接触压力测量范围内,测量精度能够达到10^-2 N量级,灵敏度3.34 V/N,线性度误差3.4%,迟滞误差1.4%,分辨率1.1%F.S.。     

磁性液体制备技术的发展

介绍了磁性液体的构成，回顾了其制备技术的发展历程，对各种制备方法进行了分类、比较，最后提出了对磁性液体制备技术发展方向的展望。     

磁性液体微压差传感器校准信号源的研究

提出了一种新颖的低频(0.1～100Hz)磁性液体正弦压力信号源,可用于微压差传感器校准实验,该信号源能够产生与激励电流频率相同的正弦微差压.利用单自由度受迫振动原理分析了输入电信号和输出压力信号之间的函数关系.采用有限元方法(FEM)分析了磁性液体正弦压力信号源内的磁场分布并计算了磁性液体所受磁场力.最后搭建了测试信号源性能的实验平台,并给出了实验结果,由此计算了系统的固有频率及阻尼比等特征参量.实验结果显示与理论分析一致.     

磁性液体倾斜角传感器的有限元耦合分析

根据一种差动式变压器结构的磁性液体倾斜角传感器工作原理,推导出传感器输出电压与灵敏度公式,并利用ANSYS软件对这种结构的传感器进行电磁-电路的耦合场分析,通过对数值模拟结果进行深入分析以便能为传感器的设计提供指导,并将模拟结果与已公开发表的实验数据进行对比.得出当磁性液体倾斜角传感器的结构参数确定后,传感器的输出电压与转动角度成线性正比关系;且传感器的灵敏度与激励电压的振幅、磁性液体相对磁导率及激励电压频率成正比,但激励电压频率超过一定范围后,传感器灵敏度增加值会逐渐减小,建议激励电压频率最好不超过1.5 kHz.     

高粘度磁性液体的制备研究

采用直流电弧等离子体法 ,分别在 1个大气压的H2 +Ar和CH4+He混和气氛中制备了Fe、Ni、Fe-Ni合金磁性超微粒子 (UFP)。利用Fe、Ni、Fe-Ni合金超微粒子 ,选择适当的表面活性剂和载液 ,制备了高粘度磁性液体(ML) ,常温 (2 5℃ )粘度为 (2 6～ 6 0 )× 10 5mPa·s,高温 (85℃ )粘度为 (1 0～ 3 2 )× 10 5mPa·s,室温下饱和磁化强度为FeML 2 4 0 8～ 6 8 0 0Am2 /kg,NiML 10 19～ 17 83Am2 /kg,Fe-NiML 2 6 2 1～ 75 13Am2 /kg     

纳米磁性液体的制备技术

文中对纳米磁性液体从概念、构成及性能上进行了综述研究,并在此基础上对纳米磁性液体的制备技术进行了探讨。用化学共沉淀法制备纳米Fe3O4磁性液体过程中,磁性粒子的纯度、稳定性和表面活性剂的控制问题是技术关键。     

磁性液体的制备及其在工业中的应用

介绍了磁性液体的组成及其分类,阐述了不同类型磁性液体的制备方法,并对其进行了简单的评价.总结了磁性液体比较成熟的应用如密封、润滑,指出了磁性液体在应用中存在的问题.     

一种高灵敏度磁性液体倾角传感器的研究

磁性液体独特的二阶悬浮力可以替代固体弹性元件为倾角传感器的惯性元件提供一个柔性弹性力,能够极大提高倾角传感器的抗冲击性能,已经在石油勘探行业成功应用。为进一步提高磁性液体倾角传感器的灵敏度,基于磁性液体的二阶悬浮特性提出了一种新的结构和检测方法,对传感器中两个永磁体间磁场的空间分布进行了理论计算和仿真,并通过试验对比分析了在选定不同参数条件下传感器的静态性能,最终得到当侧向间隙为3 mm,磁性液体注入量为1.4 g时,传感器量程为0°～50°,线性度误差为1.004 7%,灵敏度为2.3 mV/°,分辨率为0.023°,重复性误差为3.18%,工作性能最佳,且该传感器性价比高,壳体用材环保,具有很好的实用价值。     

磁性液体水平传感器的数值模拟与实验验证

建立了一种以磁性液体为感应元件的水平传感器的数学模型,利用数值模拟的方法对传感器的输出特性进行研究,并通过实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:数值模拟与实验结果基本一致。当结构参数确定之后,该种传感器的输出电压信号及灵敏度正比于磁性液体的磁化系数、激励信号的输入电压有效值、激励信号的输入频率;输出电压信号与被测倾角呈线性关系,而灵敏度则与被测倾角大小无关;输入频率信号的适合取值范围为500～2000Hz。     

基于纳米磁性液体磁特性的演示试验研究

根据纳米磁性液体在外加磁场条件下的磁场可视特性,搭建了纳米磁性液体磁特性的演示试验装置。利用此试验装置,可演示纳米磁性液体在圆锥螺旋塔下的形状变化及运动变化,圆锥螺旋塔周围的磁场强度变化导致了这种变化和运动,而这种变化和运动又可以反映圆锥螺旋塔周围的大致磁场空间分布。从物理学角度,定性地分析了这种变化和运动。该演示试验能够激发学生深入研究相关知识的兴趣,对于提高学生学习相关科学文化知识的热情有重要作用。     

磁性液体密封存在的问题及对策

通过实验和数值模拟两个方面对磁性液体密封耐压的能力进行了比较，指出磁性液体密封在应用中存在的问题，并提出解决的方法。     

变运行参数的磁性液体密封中磁液温度特性分析*

磁性液体工作温度高于汽化温度时不仅会导致磁性液体的表面活性物质受损,还会引起磁性液体汽化。为探讨磁性液体密封中磁液的温度特性,基于数值计算和试验验证相结合的方法,研究磁性液体旋转密封的转速、轴径和温度的关系,并分析磁性液体工作温度高于汽化温度时的相变过程。结果表明:磁性液体旋转密封的温度最大值出现在与轴表面相接触的位置,最小值出现在与极齿底部相接触的位置;随转速和轴径的增大,磁液温度最大值均升高,当两工况轴径与转速乘积相等时,磁性液体的温升值相同;当磁性液体温度高于其汽化温度时,与外界相通靠近轴表面附近的磁性液体最先发生相变,相变面积呈现抛物线形状向内扩散,且相同工作温度下,磁性液体的相变体积分数随轴径增大而降低。     

磁性液体密封耐压能力参数化分析

针对某型飞机磁性液体密封,利用COMSOL有限元分析软件建立不同结构参数的磁性液体密封模型,计算不同密封间隙、极齿宽度、极齿高度、极齿位置、极齿形状下密封的磁场强度差值,进而判断不同磁性液体密封结构的耐压能力。研究结果表明：密封间隙、极齿宽度对磁性液体密封耐压能力影响较大,极齿高度和极齿位置对磁性液体密封耐压能力影响较小;极齿形状为梯形时密封效果最好。通过比较分析,选择最优磁性液体密封结构参数,为磁性液体密封耐压能力研究提供了理论依据。     

聚四氟乙烯基磁性液体的制备及在井口密封中的应用

用电弧放电法,在30% C2H2、70% Ar的混合气氛中制备Fe-Ni合金纳米粒子.利用Fe-Ni合金纳米粒子作为磁性粒子、油酸为表面活性剂、聚四氟乙烯乳液和少量硅油、硅脂的混合液为基液制备高黏度聚四氟乙烯基磁性液体.制备的聚四氟乙烯基磁性液体在25℃时的黏度为6-30 Pa·s,在85℃时的黏度为1-20 Pa·s,室温下饱和磁化强度为18.26-39.66 A·m2 /kg.将制备的聚四氟乙烯基磁性液体应用于油井井口密封,有效密封时间比原密封结构提高50%以上.     

纳米磁性液体的制备和性能

用化学沉淀法制备的Fe3O4微粒经表面活性剂包覆后,悬浮于水载液中得到了磁性液体,研究了水基磁性液体的制备工艺和性能。用扫描电镜对磁性颗粒在水中的分散情况进行了观测,用XRD对磁性颗粒的物相进行了分析,用振动磁场测定仪测定了磁性液体的饱和磁感应强度。结果表明：通过选用理想的表面活性剂,制备出的水基磁性液体饱和磁感应强度达到15．51Gs,矫顽力和剩磁均趋于零,磁性颗粒是标准的Fe3O4纳米颗粒,粒径为13．30nm。     

高压压差传感器的研究

本文介绍了我们研制的一种新型压差传感器,该传感器可用于高基础压力下压力差的测量。本文首先叙述了压差传感器的基本原理和计算方法,然后给出了对该压差传感器在0～51MPa压力范围内进行标定的结果。实验表明,该压差传感器具有较高精度,可以满足实际测量要求。     

压差传感器信号测量异常问题分析及改进

柴油机后处理为了实现DPF的再生循环使用,在DPF上装有压差传感器。作为监控DPF状态的传感器,压差传感器信号测量的准确性直接影响到DPF的功能。本文通过对DPF压差传感器信号测量异常导致的发动机亮故障灯问题进行分析探讨,通过试验验证,明确地指出了信号测量异常的故障原因及解决措施。     

磁性液体粘性减阻技术

磁性液体粘性减阻技术是一种新兴的技术。介绍了磁性液体粘性减阻技术原理,并与其他减阻技术作了对比,例举了它的应用场合,并论述了它的最新研究动态和发展前景。