磁性液體水平傳感器的理論與實驗研究.pdf

1、磁性液體水平傳感器是一個嶄新的研究方向,它是利用磁性液體既具有液體的流動性,又具有可以被外磁場磁化而擁有磁性的特點,將磁性液體作為敏感元件,通過磁性液體隨被測物體的姿態(tài)相對于水平面的小角度傾斜而發(fā)生流動,使感應(yīng)線圈自感發(fā)生變化,將非電量水平傾角轉(zhuǎn)換為可測輸出量電壓差的裝置。磁性液體本身的磁學(xué)性質(zhì)直接影響磁性液體水平傳感器的應(yīng)用特性,而對磁性液體水平傳感器工作原理的研究是進行磁性液體的選擇與制備、傳感器參數(shù)設(shè)計與確定以及傳感器輸出信號和靈

2、敏度等特性研究的理論依據(jù)和現(xiàn)實基礎(chǔ)。
　　 本文在分析與磁性液體水平傳感器應(yīng)用相關(guān)的磁性液體性能的基礎(chǔ)上,選擇和制備了適用于磁性液體水平傳感器的磁性液體;從理論上研究磁性液體水平傳感器的工作原理,建立了磁性液體水平傳感器的數(shù)學(xué)模型,揭示了影響磁性液體水平傳感器輸出信號與靈敏度的因素及規(guī)律;并在此基礎(chǔ)上,對磁性液體水平傳感器的工作狀態(tài)進行數(shù)值模擬與實驗研究,對實驗參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等做了進一步探討,提供了磁性液體水平傳感器參數(shù)設(shè)計選擇

3、和確定的方法及依據(jù)。
　　 通過對磁性液體水平傳感器工作原理的研究,推導(dǎo)出磁性液體水平傳感器輸出電壓信號與水平傾角的線性關(guān)系式,提出了磁性液體水平傳感器靈敏度的表達式;選擇、制備了三種具有不同磁化性能指標(biāo)的煤油基磁性液體;設(shè)計了磁性液體水平傳感器實驗?zāi)Ｐ筒⑦M行實驗研究;分析了磁性液體的磁化性能,模型結(jié)構(gòu)參數(shù),以及輸入電壓、頻率等實驗信號參數(shù)對磁性液體水平傳感器輸出電壓和靈敏度的影響規(guī)律。當(dāng)磁性液體水平傳感器模型容器內(nèi)注入一半體積

4、的磁性液體時,輸出電壓信號最大,即可測一維水平傾角最大。磁性液體水平傳感器的最大量程,由容器內(nèi)徑與容器內(nèi)壁總長之比,即磁性液體水平傳感器最大傾角的正切值決定。根據(jù)可測最大水平傾角,確定盛裝磁性液體的圓柱形容器的結(jié)構(gòu)尺寸;根據(jù)靈敏度大小的要求,選擇激勵線圈與感應(yīng)線圈的纏繞、布置方式、匝數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù);結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后,磁性液體水平傳感器的靈敏度正比于磁性液體的磁化系數(shù)、激勵信號的輸入電壓有效值、激勵信號的輸入頻率,而與被測傾角大小無關(guān)。