阅读说明：本技术 电流变液流动模式流变属性测试装置 (Electrorheological fluid flow mode rheological property testing device ) 是由 祝安定 何冠男 白先旭 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了电流变液流动模式流变属性测试装置,包括沿内外同轴布置的阳极电极筒和阴极电极筒,阳极电极筒和阴极电极筒之间的间隙形成环形缝隙,两个环形活塞与环形缝隙的内外壁共同围成一个用于容纳电流变液的容纳腔,在驱动机构的作用下,两个环形活塞能在环形缝隙中同步的来回移动,从而带动容纳腔内的电流变液同步移动；阳极电极筒与阴极电极筒接通外部电源后产生的径向匀强电场能垂直穿过整段环形缝隙；阴极电极筒外侧设有两个传感器安装孔和至少一个排气螺栓孔,两个传感器安装孔处分别安装有压强传感器,排气螺栓孔处安装有排气螺栓。本发明的优点：提供了电流变液的流动模式下流变属性测试方案,保证了测试的精确性。(The invention discloses a rheological property testing device of an electrorheological fluid flow mode, which comprises an anode electrode cylinder and a cathode electrode cylinder which are coaxially arranged along the inside and the outside, wherein a gap between the anode electrode cylinder and the cathode electrode cylinder forms an annular gap, two annular pistons and the inner wall and the outer wall of the annular gap jointly enclose a containing cavity for containing the electrorheological fluid, and under the action of a driving mechanism, the two annular pistons can synchronously move back and forth in the annular gap so as to drive the electrorheological fluid in the containing cavity to synchronously move; the radial uniform electric field generated after the anode electrode cylinder and the cathode electrode cylinder are connected with an external power supply can vertically penetrate through the whole section of annular gap; two sensor mounting holes and at least one exhaust bolt hole are formed in the outer side of the cathode electrode barrel, pressure sensors are mounted at the two sensor mounting holes respectively, and exhaust bolts are mounted at the exhaust bolt holes. The invention has the advantages that: the rheological property testing scheme under the flowing mode of the electrorheological fluid is provided, and the testing accuracy is ensured.)

电流变液流动模式流变属性测试装置

技术领域

本发明涉及电流变液流变属性测试领域，尤其涉及的是一种电流变液流动模式流变属性测试装置。

背景技术

电流变液是一种可控智能材料，由介电微粒与绝缘液体混合而成。在无电场作用时具有良好流动性，为低粘度的牛顿流体；在外电场作用下，电流变液中的固体颗粒受电场的感应作用，呈现出高粘度、低流动性的宾汉体特性。电流变液已经在振动控制、机械传动、自动化等领域得到应用。

测量电流变液的剪切屈服应力与响应时间属性对于电流变装置的设计与控制方法具有重要意义。电流变液具有三种不同的工作模式，分别是流动模式、剪切模式、挤压模式。电流变液体在三种不同工作模式下流变属性并不相同。因此，必须分别测试电流变液体在三种不同工作模式下的流动属性。

目前，测量电流变液流变属性的装置大多是基于剪切模式的。剪切模式下电流变液会受到离心作用的影响，所测出的结果并不准确，也就是说当前的测试技术实际上无法对电流变液进行高剪切速率的测量。平板式电流变液流变属性测量装置虽然能够避免离心作用对实验结果的影响，但其工作模式依然是剪切模式；柱塞式电流变液流变属性测量装置工作模式为流动模式与剪切模式混合；筒式电流变液流变属性测量装置的工作模式虽然为流动模式，但与柱塞式电流变液测量装置一样，只有部分电流变液体置于电场中，存在电流变液中悬浮颗粒聚集而母液流出的积聚现象，从而造成测试结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种电流变液流动模式流变属性测试装置，以保证电流变液的流变属性的精确测试。

本发明是通过以下技术方案实现的：

电流变液流动模式流变属性测试装置,包括沿内外同轴布置的阳极电极筒和阴极电极筒，所述阳极电极筒和阴极电极筒之间的间隙形成环形缝隙，所述环形缝隙内设有两个环形活塞，每个环形活塞两端分别与环形缝隙内外壁之间密封对接，两个环形活塞与环形缝隙的内外壁共同围成一个用于容纳电流变液的容纳腔，在驱动机构的作用下，两个环形活塞能在环形缝隙中同步的来回移动，从而带动容纳腔内的电流变液同步移动；

所述阳极电极筒与外部电源的正极相连，所述阴极电极筒与外部电源的负极相连，接通外部电源后产生的径向匀强电场能垂直穿过整段环形缝隙；

所述阴极电极筒外侧设有两个传感器安装孔和至少一个排气螺栓孔，两个传感器安装孔和排气螺栓孔均与所述容纳腔相连通，两个传感器安装孔处分别安装有压强传感器，所述排气螺栓孔处安装有排气螺栓。

进一步的，所述驱动机构包括两个呈左右对称设置的加载筒，两个加载筒从环形缝隙的两端分别***环形缝隙内并分别与两个环形活塞相连接，两个加载筒通过外部的一个连接件连为一体，通过加载源驱动连接件从而带动两个加载筒沿轴向往复移动，进而带动两个环形活塞在环形缝隙内同步往复移动。

进一步的，所述阴极电极筒两端分别通过阴极支座安装在基板上，所述阴极支座底部固定在基板上，所述阴极电极筒两端分别设有一段带外螺纹的阴极连接段，所述阴极支座上设有阴极安装孔，所述阴极电极筒两端的阴极连接段分别穿入两个阴极支座的阴极安装孔中，并通过旋紧阴极安装孔两侧的阴极安装螺母，实现阴极电极筒在两个阴极支座上的固定安装。

进一步的，所述阳极电极筒两端分别通过阳极支座安装在基板上，所述阳极支座底部固定在基板上，所述阳极电极筒两端分别设有一段带内螺纹的阳极连接段，每段阳极连接段处分别螺纹连接有一个安装柱，且安装柱伸出阳极连接段之外，所述阳极支座上设有阳极安装孔，两个安装柱分别穿入两个阳极支座的阳极安装孔中，并通过旋紧阳极安装孔外侧的阳极安装螺母，实现阳极电极筒在两个安装柱上的固定，进而实现阳极电极筒在两个阳极支座上的固定安装。

进一步的，所述阳极电极筒的的两端分别凸伸出阴极电极筒两端之外。

进一步的，所述环形活塞内侧壁和外侧壁上分别设有密封圈，通过密封圈与环形缝隙内壁或外壁密封对接。

进一步的，所述加载筒的内侧壁和外侧壁上分别沿周向均布有多个凸棱。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的一种电流变液流动模式流变属性测试装置，通过驱动机构带动环形活塞及其容纳腔内的电流变液做直线运动，排除了剪切模式下离心力作用对电流变液流变属性的影响，可以测量电流变液在纯压力流动模式下的流变属性，且能实现较高流速下的流变属性的测试。此外，本发明的阳极电极筒和阴极电极筒通电后产生的电场能径向均匀穿过整段环形缝隙，能将所有的电流变液均置于电场中，原理上完全避免了积聚现象对测量结果的影响，保证了测量结构的准确性；且所有液体均参与到压力流动中，液体体积利用率高，所需试样少。此外，本发明结构简单加工方便，解决了平板压力流动密封困难的问题。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是本发明的横剖视图。

图3是本发明的阳极电极筒与阴极电极筒装配的立体图。

图4是本发明的阳极电极筒剖面图。

图5是本发明的阴极电极筒剖面图。

图6是本发明的阳极电极筒与阳极支座的装配立体图。

图7是本发明的阴极电极筒与阴极支座的装配立体图。

图8是本发明的加载筒立体图。

图9是本发明的环形活塞立体图。

图中标号：1阳极电极筒,2阴极电极筒,3环形缝隙,4环形活塞,5密封圈,6容纳腔,7传感器安装孔,8排气螺栓孔,9压强传感器,10排气螺栓,11加载筒,12凸棱,13阴极支座,14基板，15阴极连接段，16阴极安装螺母，17阳极支座，18阳极连接段，19安装柱，20阳极安装螺母。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至图9，本实施例公开了电流变液流动模式流变属性测试装置,包括沿内外同轴布置的阳极电极筒1和阴极电极筒2，阳极电极筒1的的两端分别凸伸出阴极电极筒2两端之外。阳极电极筒1和阴极电极筒2之间的间隙形成环形缝隙3，环形缝隙3内设有两个环形活塞4，每个环形活塞4两端分别与环形缝隙3内外壁之间密封对接，环形活塞4内侧壁和外侧壁上分别设有密封圈5，通过密封圈5与环形缝隙3内壁或外壁密封对接。两个环形活塞4与环形缝隙3的内外壁共同围成一个用于容纳电流变液的容纳腔6，在驱动机构的作用下，两个环形活塞4能在环形缝隙3中同步的来回移动，从而带动容纳腔6内的电流变液同步移动；

阳极电极筒1与外部电源的正极相连，阴极电极筒2与外部电源的负极相连，接通外部电源后产生的径向匀强电场能垂直穿过整段环形缝隙3；

阴极电极筒2外侧设有两个传感器安装孔7和至少一个排气螺栓孔8，两个传感器安装孔7和排气螺栓孔8均与容纳腔6相连通，两个传感器安装孔7处分别安装有压强传感器9，排气螺栓孔8处安装有排气螺栓10。阴极电极筒2外侧在对应传感器安装孔7和排气螺栓孔8的部位铣出平面，以方便压强传感器9和排气螺栓10的安装。

具体的，驱动机构包括两个呈左右对称设置的加载筒11，两个加载筒11从环形缝隙3的两端分别***环形缝隙3内并分别与两个环形活塞4相连接，两个加载筒11通过外部的一个连接件连为一体，通过加载源驱动连接件从而带动两个加载筒11沿轴向往复移动，进而带动两个环形活塞4在环形缝隙3内同步往复移动。其中，加载源可采用气缸。加载筒11的内侧壁和外侧壁上分别沿周向均布有多个凸棱12，既能便于加载筒11在环形缝隙3内来回移动，又能保证加载筒11与环形缝隙3同轴心。

具体的，阴极电极筒2两端分别通过阴极支座13安装在基板14上，阴极支座13底部通过两个螺钉固定在基板14上，阴极电极筒2两端分别设有一段带外螺纹的阴极连接段15，阴极支座13上设有阴极安装孔，阴极电极筒2两端的阴极连接段15分别穿入两个阴极支座13的阴极安装孔中，并通过旋紧阴极安装孔两侧的阴极安装螺母16，实现阴极电极筒2在两个阴极支座13上的固定安装。

具体的，阳极电极筒1两端分别通过阳极支座17安装在基板14上，阳极支座17底部通过两个螺钉固定在基板14上，阳极电极筒1两端分别设有一段带内螺纹的阳极连接段18，每段阳极连接段18处分别螺纹连接有一个安装柱19，且安装柱19伸出阳极连接段18之外，阳极支座17上设有阳极安装孔，两个安装柱19分别穿入两个阳极支座17的阳极安装孔中，并通过旋紧阳极安装孔外侧的阳极安装螺母20，实现阳极电极筒1在两个安装柱19上的固定，进而实现阳极电极筒1在两个阳极支座17上的固定安装。

基板14固定在测试台上。阳极电极筒1与阴极电极筒2材料为导电材料，其余部件均由绝缘材料加工而成。

工作前，电流变液体通过阴极电极筒2上的排气螺栓孔8充入容纳腔6中。充好电流变液之后，将两个压强传感器9分别安装到两个传感器安装孔7中用以测量对应环形截面上的压强，将排气螺栓10安装到排气螺栓孔8上用于堵塞该排气螺栓孔8。

当对阴极电极筒2与阳极电极筒1施加电压时，二者之间的环形缝隙3中产生匀强电场，容纳腔6中的电流变液体置于匀强电场中，电流变液体由无电场状态下的牛顿流体变为宾汉流体，通过气缸带动加载筒11直线移动，从而带动环形活塞44在环形缝隙3内直线移动，进而带动容纳腔6中的电流变液体在环形缝隙3中做直线运动。即使是在移动过程汇总，容纳腔6内的所有电流变液体均处在匀强电场中，故可以有效避免积聚效应对测量结果的影响。

电流变液与环形缝隙3外表面、环形缝隙3内表面有相对运动，通过测得推动环形活塞4所需轴向力、环形活塞4运动速度、两个压强传感器9之间压降，即可得到电流变液的响应时间T和剪切屈服应力τ_y，即可对电流变液体的流变属性进行测量。

电流变液的响应时间T可通过如下公式(1)获得：

T＝T_f-T_e (1)

公式(1)中，T_f指环形活塞4的驱动力上升时间，T_e指电压源的电流上升时间；

电流变液的剪切屈服应力τ_y的计算过程如下：

实验过程中两个压强传感器9检测的压强差值由以下三部分组成：

1、电流变液体粘性阻尼力引起的压降，与激励速度相关

2、电流变液体中颗粒间相互作用引起的压降，与激励速度无关

3、摩擦力引起的压降，与激励速度相关

为了排除粘性阻尼力、摩擦力与颗粒间相互作用力的耦合作用参见陈朋.磁流变液挤压力学特性及磁流变液作动器磁滞特性研究[D].，需分别测得相同速度激励下，有激励电压与无激励电压情况下的压降ΔP₁与ΔP₀。令

ΔP＝ΔP₁-ΔP₀ (2)

即可排除粘性阻尼力与摩擦力的影响，单独测得由电流变液颗粒间相互作用引起的压降ΔP。

公式(2)中，ΔP₁是有激励电压的情况下两个压强传感器9检测的压强差值；ΔP₀是无激励电压的情况下两个压强传感器9检测的压强差值；ΔP是有激励电压与无激励电压情况下的压降ΔP₁与ΔP₀之差。

电流变液在电场作用下引起的压降ΔP为：

公式(3)中，L为两个压强压强传感器9所在的两个截面之间的距离；τ_y为电流变液的剪切屈服应力；d为环形缝隙3的厚度，即环形缝隙3的外径与内径之差。

根据公式(3)对剪切屈服应力τ_y进行反推，即可得到剪切屈服应力τ_y的计算公式(4)。

根据公式(4)，即可测得电流变液的剪切屈服应力τ_y。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。