磁性液体微压差传感器的理论及实验研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zhangyinalv
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磁性液体作为一种新型功能材料,不仅有液体材料的流动性,还有固体材料的磁性,运用其独特性能,将新型磁性液体材料应用于微压差传感器技术是一个崭新的思路,处于探索阶段,但关键是能提升传感器的性能,而且能应用于失重等恶劣环境下。由于粘度是磁性液体新型应用的关键物理性质之一,所以本文先运用磁流变仪设备对磁性液体的流变学进行实验研究,分析其粘温特性、磁粘效应和粘度随转速的变化规律。针对应用于航天领域相关设备的检测,所以,本文创新了一种新型的霍尔式空气腔磁性液体微压差传感器,该传感器具有灵敏度更高,线性度更好,体积小等优点。从密闭空气腔的简单模型中,以理想气体方程为基本理论,并通过理论分析、计算推导、CAXA和PRO/E建模、ANSYS仿真分析、加工制作等设计,最终得到传感器的样件。然后,搭建实验平台,对霍尔式空气腔磁性液体微压差传感器的静态特性进行实验研究,并标定其主要的性能指标,分析其静态特性的主要影响因素。本文主要研究了:(1)磁性液体的粘度随磁场强度的增大而增大,随转速的增大而减小,以及在室温下,随温度的升高而呈下降的趋势,但变化不大。(2)用ANSYS软件仿真计算,确定了传感器线性度最佳的位移范围±Δx为±4mm,及两永磁体的最佳间距(即保持架的长度)L = 15mm和磁通密度最大值Bmax= 0.078T。(3)对霍尔式空气腔磁性液体微压差传感器进行了结构设计。(4)实验研究了传感器的输入输出特性,分析了保持架的长度越短,传感器的灵敏度越高;空气腔的体积越大,传感器的量程越小。(5)实验研究了该霍尔式空气腔磁性液体微压差传感器性能的最优指标:灵敏度Sen=2.07×103V/Pa、线性度eL=3.74%、迟滞性误差eH=1.16%、重复性误差eR =1.71%和零漂为 1.06%。
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