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磁性液体微压差传感器的理论及实验研究

郝瑞参

  磁性液体是一种兼具有磁化性和流动性的新型功能材料,其应用领域非常广泛。压差传感器是磁性液体独特性能的新型应用之一,新型材料的应用也是传感器发展的一个主要方向。本文在制备和研究磁性液体性能的基础上,分析了磁性液体应用于压差传感器的磁学模型和理论,建立了磁性液体微压差传感器的自感式和互感式模型,并对其进行了理论分析和计算。推导了磁性液体微压差传感器的输出-输入关系式和灵敏度计算式,分析了自感式和互感式磁性液体微压差传感器的输出特性。并在理论计算的基础上进行了初步设计工作,计算了线圈的匝数和电流,以此选择电源的电压和频率,并设计了磁性液体微压差传感器的结构。进而在此基础上进行了一系列实验,得出以下结论: (1)对于磁性液体和电源电压输入固定,而管径从小逐渐变大时,管径越大,频率可选范围越小。 (2)管径的大小对输出-输入结果影响不大,对其灵敏度影响也不大。 (3)随着磁性液体内部磁性颗粒浓度的增大,可选择的稳定频率范围变小,相应输出增大,灵敏度也增大,输出结果平稳增长,图像清晰易采集。但是随着磁性液体浓度的增大,磁性液体粘度也随之增大,使传感器的动态输出有滞后现象。因此,应用于传感器的磁性液体浓度不能太高。 (4)对于固定的管径,磁性液体的浓度越大,饱和磁化强度越大,对应同一个输入压差的输出电压越大,灵敏度也越高。此外,随着磁性液体浓度的增大,传感器的可测量范围也增大。 (5)U形管壁厚越小,灵敏度越大。在磁性液体参数和U形管结构参数都确定的情况下,灵敏度与输入电压成正比关系。 此外,磁性液体微压差传感器的测量量程与U形管的长度和磁液体积有关,长度越长,内部装有的磁性液体柱越高,可测范围越大。……   
[关键词]:磁性液体;传感器;压差;理论;实验
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京交通大学2011年