磁性液体磁粘特性及其对微压差传感器动态特性影响的研究

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磁性液体由于其流动性和超顺磁性,在传感器方面的应用越来越广泛。对磁性液体微压差传感器动态性能的分析是推动其应用的关键,而磁性液体粘度在磁场中的变化对其动态特性有重要影响,因此本文对磁性液体的磁粘特性进行了理论分析和实验研究,建立了考虑磁粘特性的传感器磁-机械强耦合模型,进行了传感器静动态特性的实验研究,进而分析了传感器动态特性的影响因素,为磁性液体微压差传感器的结构优化和实用化提供理论依据。本文的主要研究工作如下:(1)阐述了磁性液体粘度的多个影响因素:表面活性剂、温度等;对磁性液体粘度在磁场下的变化情况作了理论分析,得到一定条件下,粘度随磁场的变化关系。(2)利用亥姆霍兹线圈原理,设计了磁场强度可调的均匀交直流磁场发生装置,构建磁性液体磁粘特性测试系统,得到磁性液体的磁粘特性曲线,为传感器动态特性的建模研究提供了数据基础。(3)基于流体运动学方程,建立了考虑磁粘特性的微压差传感器磁-机械强耦合模型,对传感器内的磁场和流体场进行仿真分析,其结果与理论具有一致性。(4)选择适合微压差传感器的磁性液体,进行了相关参数的测量;确定了传感器的结构参数和激励源等,选择了数字微压源、激波管阶跃压力源和微小正弦压力源作为压力源,为静态、动态特性的研究提供了平台。(5)通过微压差传感器的静态实验,得到其输入-输出特性曲线,计算了传感器的静态性能参数;在此基础上进行了传感器的动态实验,对其进行了时域和频域的动态性能分析,得到传递函数与幅频特性曲线;最后将实验与仿真数据对比,分析了影响微压差传感器动态特性的因素,为传感器的结构优化和实用化提供了理论依据。本文关于磁性液体磁粘特性的理论分析和测试系统研究,不仅为磁性液体微压差传感器的动态研究提供了基础,也为其他磁性液体传感器研究提供了参考;对磁性液体传感器动态特性的建模与实验研究,为优化磁性液体传感器结构、推动其实用化奠定了基础。
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