專利名稱：一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁流體的應(yīng)用及控制領(lǐng)域，尤其涉及一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體 流動控制裝置。
背景技術(shù)：
在磁流體宏觀輸運傳質(zhì)過程中，磁流體的磁粘效應(yīng)可以體現(xiàn)為對整個系統(tǒng) 外加可控磁場時，磁流體動力粘度能瞬間發(fā)生變化并具有可控性，這種效應(yīng)能 夠應(yīng)用于阻尼控制領(lǐng)域。在磁流體慣性傳感系統(tǒng)、磁流體阻尼系統(tǒng)和磁流體密 封、磁流體慣性阻尼等系統(tǒng)中，均存在磁流體的間隙流動，而間隙流動控制是 實現(xiàn)以上系統(tǒng)寬量程和量程自轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)。
控制磁流體流動主要是利用磁流體在外加可控磁場下磁流體動力粘度能 瞬間發(fā)生變化并具有可控性這一重要特征。要在有限空間內(nèi)實現(xiàn)一個達到動力 粘度均勻變化的均勻磁場具有極大難度，在這樣的前提下很難實現(xiàn)磁流體流動 的反饋控制，從而難以實現(xiàn)關(guān)聯(lián)裝置的自適應(yīng)、寬量程、高準(zhǔn)確度等功能或特 征。而間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置可以通過采用直接增強間隙內(nèi)部分磁流體 粘度的方法，提高間隙結(jié)構(gòu)中的磁流體流動阻尼，進而達到與大型均勻磁場控 制相同的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過反饋控制勵磁線圈中的磁場，實現(xiàn)間隙中磁流體流 動的實時可控，進而實現(xiàn)磁流體阻尼變化或磁流體中應(yīng)力變化，使得該裝置能 應(yīng)用于磁流體慣性傳感器、阻尼器、磁流體密封等系統(tǒng)，并增強以上系統(tǒng)的量 程范圍。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，本發(fā) 明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，包括
勵磁線圈、屏蔽殼及反饋磁場控制系統(tǒng)，其中，勵磁線圈，固定于磁流體
流過的管道或容器外表面，并包含一對非磁性線芯和外絕緣的漆包銅線；
屏蔽殼，設(shè)置在勵磁線圈的外部，并且具有高磁導(dǎo)率材料制成外表面的非
磁性外殼；
反饋磁場控制系統(tǒng)，根據(jù)與磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號輸出量反饋控 制勵磁線圈磁場強度。
對勵磁線圈進行繞線，且繞線后的勵磁線圈產(chǎn)生的磁場方向指向磁流體流 過的間隙內(nèi)部，而且磁場強度隨勵磁線圈中電流變化而改變。
所述勵磁線圈中非磁性線芯設(shè)置為工字截面，所述繞線方式為對單個線芯 分別進行繞線，使其通電后產(chǎn)生磁場方向指向磁流體流動間隙。
所述勵磁線圈產(chǎn)生的磁場直接對間隙內(nèi)流過的磁流體發(fā)生作用，使間隙內(nèi) 中磁流體粘度發(fā)生變化。
所述屏蔽殼采用彈性緊固方式罩在勵磁線圈的外部，并對內(nèi)部的勵磁線圈 產(chǎn)生壓力使勵磁線圈緊貼于磁流體流過的管道或容器的外表面；
所述彈性緊固方式以彈力橡膠和螺釘拉緊構(gòu)成。
所述高磁導(dǎo)率材料制成的屏蔽殼的外表面用于隔離勵磁線圈與外部環(huán)境 的聯(lián)系，抑制外界磁場干擾磁流體流動間隙中磁場，使勵磁線圈磁場集中于間 隙內(nèi)部。
所述反饋磁場控制系統(tǒng)用于根據(jù)與磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號控制 勵磁線圈的輸入電流，從而控制勵磁線圈的內(nèi)部磁場。
所述反饋磁場控制系統(tǒng)能反應(yīng)間隙磁流體的動力粘度或阻尼，以實時控制 流量或增大液體的壓強。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是
1、裝置簡單有效，尤其適宜于大型均勻磁場難以實施的場合。2、 結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，對于間隙結(jié)構(gòu)的控制精度高。
3、 對間隙結(jié)構(gòu)中的磁流體流動控制穩(wěn)定性高且控制方法簡單易行。能夠 在不同尺寸、不同領(lǐng)域的多種場合中應(yīng)用。
4、 采用屏蔽外界干擾條件下的磁流體反饋流動控制，能夠在傳感、管道 流動等多中典型間隙結(jié)構(gòu)磁流體應(yīng)用并使以上結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的寬量程和智能轉(zhuǎn) 換的功能。


圖1是間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置結(jié)構(gòu)圖2為具有間隙結(jié)構(gòu)的懸浮式磁流體慣性傳感器中間隙流動控制布置圖； 圖3為具有間隙結(jié)構(gòu)的懸浮式磁流體慣性傳感器中間隙流動控制原理圖； 圖4為具有間隙結(jié)構(gòu)的磁流體管道流動中自適應(yīng)磁流體流量控制布置圖5為具有間隙結(jié)構(gòu)的磁流體管道流動中自適應(yīng)磁流體流量控制原理圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明
實施方式作進一歩地詳細描述
本實施例提供了 一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置。 參見圖l為間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置平面結(jié)構(gòu)剖面圖，該裝置包括勵
磁線圈3、屏蔽殼2及反饋磁場控制系統(tǒng)，其中，勵磁線圈3固定于磁流體流過 的管道或容器外表面，并包含一對非磁性線芯和外絕緣的漆包銅線；屏蔽殼2 設(shè)置在勵磁線圈3的外部，并且具有高磁導(dǎo)率材料制成外表面的非磁性外殼；
反饋磁場控制系統(tǒng)，根據(jù)與磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號輸出量反饋控制勵 磁線圈磁場強度。所述激勵線圈是在一對半圓柱工字截面線芯上繞滿先后形成 的，其繞線的方式為沿圓柱徑向環(huán)形繞線，其目的是為產(chǎn)生方向指向半圓柱圓
心的環(huán)形磁場；本實施例中半圓或半圓柱可以根據(jù)具體情況進行更換，可以為
多變形等對稱形狀，實際形狀應(yīng)根據(jù)磁流體流過的容器或管道確定。屏蔽殼2
6與線芯為配合尺寸，能夠使漆包線完全包覆。屏蔽殼2具有法蘭耳，配合彈力 橡膠l后能夠鎖緊線芯，使其可以緊貼于磁流體流過的容器或管道外壁上。與 磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號通過反饋控制系統(tǒng)接入點4對勵磁線圈進行控 制。
參見圖2具有間隙結(jié)構(gòu)的懸浮式磁流體慣性傳感器中間隙流動控制布置平 面結(jié)構(gòu)剖面圖，包括彈力橡膠l、屏蔽殼2、勵磁線圈3、反饋磁場控制系統(tǒng)接 入點4、磁流體慣性傳感器中質(zhì)量塊與容器間隙5、半圓柱質(zhì)量塊位移檢測電容 6、充滿磁流體并存在懸浮質(zhì)量塊的容器7、磁流體慣性傳感懸浮質(zhì)量塊8及磁 流體9，其中，磁流體慣性傳感懸浮質(zhì)量塊8在外界加速度輸入的影響下，將在 充滿磁流體并存在懸浮質(zhì)量塊的容器7中發(fā)生與外界加速度相適應(yīng)的位移。位 移依靠磁流體慣性傳感懸浮質(zhì)量塊8兩端的磁流體9產(chǎn)生壓強差來實現(xiàn)。不可壓 縮的磁流體9產(chǎn)生壓強差后發(fā)生從高壓到低壓的流動過程，流動的途徑為磁流 體慣性傳感懸浮質(zhì)量塊8與充滿磁流體并存在懸浮質(zhì)量塊的容器7之間的間隙 5。半圓柱質(zhì)量塊位移檢測電容6通過對磁流體慣性傳感器整體的電容變化檢測 后得出磁流體慣性傳感懸浮質(zhì)量塊8在容器7中相對于容器中央的位移，并根據(jù) 其達到時間計算輸出磁流體慣性傳感檢測結(jié)果。
輸出的檢測結(jié)果經(jīng)過反饋磁場控制系統(tǒng)運算后，通過反饋控制系統(tǒng)接入點 4反饋控制勵磁線圈3的輸入電流，進而控制磁流體慣性傳感器中質(zhì)量塊與容器 間隙5中的磁流體9粘度變化，使得間隙5中磁流體流動受到阻礙或加速，在反 饋控制系統(tǒng)給定的計算準(zhǔn)則下，得到最新的磁流體慣性傳感檢測結(jié)果。
參見圖3，為間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置與具有間隙結(jié)構(gòu)的懸浮式磁流 體慣性傳感器組成的寬量程測量系統(tǒng)，其工作原理為通過外界加速度的影響， 使運動塊位移變化與其相適應(yīng)，磁流體慣性傳感檢測所得的結(jié)果，通過信號調(diào) 理后在反饋磁場控制系統(tǒng)中進行電容變化檢測后得出磁流體慣性傳感懸浮質(zhì) 量塊在容器中相對于容器中央的位移，并根據(jù)其達到時間計算輸出磁流體慣性傳感檢測結(jié)果，若檢測結(jié)果符合量程參考范圍，反饋磁場控制系統(tǒng)選擇進入運 算獲得最終計算加速度結(jié)果。若檢測結(jié)果超出量程參考范圍，反饋磁場控制系
統(tǒng)選擇進行反饋控制磁場，間隙流動控制裝置中激勵線圈磁場發(fā)生變化，進而 改變磁流體慣性傳感中的磁流體粘度，在相等外界加速度輸入下減小運動塊位 移變化，使傳感測量范圍進入新的量程參考范圍。
參見圖4為間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置與具有間隙結(jié)構(gòu)的磁流體管道流
動組成的自適應(yīng)磁流體流量控制系統(tǒng)，包括磁流體8、管道壁IO、屏蔽殼2、漆 包線11及線芯12，屏蔽殼1依靠彈力壓緊措施使線芯12和漆包線11組成的勵磁 線圈貼緊于管道壁10的外表面。管道中磁流體流量檢測信號通過反饋磁場控制 系統(tǒng)運算后，控制漆包線]l中的電流，使漆包線11和線芯12組成的勵磁線圈產(chǎn) 生的磁場變化，進而影響磁流體8在管道中的流量。磁流體的流量控制能夠達 到自適應(yīng)。
參見圖5為間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置與具有間隙結(jié)構(gòu)的磁流體管道流 動組成自適應(yīng)磁流體流動控制系統(tǒng)，其工作原理為磁流體在具有間隙結(jié)構(gòu)的 管道中流動，通過磁流體管道中流量傳感對信號進行調(diào)理，根據(jù)當(dāng)前流量與其 流動特性相關(guān)的流量檢測結(jié)果進入反饋磁場控制系統(tǒng)，若檢測結(jié)果符合量程參 考范圍，反饋磁場控制系統(tǒng)選擇進入運算獲得最終檢測流量結(jié)果；若檢測結(jié)果
超出量程參考范圍，反饋磁場控制系統(tǒng)選擇進行反饋控制磁場，改變線圈電流 使間隙流動控制裝置中激勵線圈磁場發(fā)生變化，進而改變管道中磁流體粘度， 使磁流體流量測量范圍進入新的量程參考范闈。
雖然通過實施例描繪了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明有許多 變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，本發(fā)明的申請文件的權(quán)利要求包括這些變 形和變化。
權(quán)利要求
1、一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述裝置包括勵磁線圈、屏蔽殼及反饋磁場控制系統(tǒng)，其中勵磁線圈，固定于磁流體流過的管道或容器外表面，并包含一對非磁性線芯和外絕緣的漆包銅線；屏蔽殼，設(shè)置在勵磁線圈的外部，并且具有高磁導(dǎo)率材料制成外表面的非磁性外殼；反饋磁場控制系統(tǒng)，根據(jù)與磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號輸出量反饋控制勵磁線圈磁場強度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，對勵磁線圈進行繞線，且繞線后的勵磁線圈產(chǎn)生的磁場方向指向磁流體流過的間隙內(nèi)部，而且磁場強度隨勵磁線圈中電流變化而改變。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述勵磁線圈中非磁性線芯設(shè)置為工字截面，所述繞線方式為對單個線芯分別進行繞線，使其通電后產(chǎn)生磁場方向指向磁流體流動間隙。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述勵磁線圈產(chǎn)生的磁場直接對間隙內(nèi)流過的磁流體發(fā)生作用，使間隙內(nèi)中磁流體粘度發(fā)生變化。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述屏蔽殼采用彈性緊固方式罩在勵磁線圈的外部，并對內(nèi)部的勵磁線圈產(chǎn)生壓力使勵磁線圈緊貼于磁流體流過的管道或容器的外表面；所述彈性緊固方式以彈力橡膠和螺釘拉緊構(gòu)成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述高磁導(dǎo)率材料制成的屏蔽殼的外表面用于隔離勵磁線圈與外部環(huán)境的聯(lián)系，抑制外界磁場干擾磁流體流動間隙中磁場，使勵磁線圈磁場集中于間隙內(nèi)部。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述反饋磁場控制系統(tǒng)用于根據(jù)與磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號控制勵磁線圈的輸入電流，從而控制勵磁線圈的內(nèi)部磁場。
8、 根據(jù)權(quán)利l所述的間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，其特征在于，所述反饋磁場控制系統(tǒng)能反應(yīng)間隙磁流體的動力粘度或阻尼，以實時控制流量或增大液體的壓強。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種間隙結(jié)構(gòu)磁流體流動控制裝置，包括勵磁線圈，固定于磁流體流過的管道或容器外表面，并包含一對非磁性線芯和外絕緣的漆包銅線；屏蔽殼，設(shè)置在勵磁線圈的外部，并且具有高磁導(dǎo)率材料制成外表面的非磁性外殼；反饋磁場控制系統(tǒng)，根據(jù)與磁流體流動特性相關(guān)的反饋信號輸出量反饋控制勵磁線圈磁場強度。該控制裝置能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)間隙磁流體粘度，控制間隙磁流體局部粘度達到阻礙磁流體流動、控制流動速度和磁流體流過間隙流量的功能。
文檔編號F17D1/00GK101493184SQ20091007847
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者劉桂雄, 張沛強, 晨 徐 申請人:華南理工大學(xué)