基于LabVIEW的磁流变液性能测试系统的开发

吕德刚，代 亮，孙明野，朱胜西，齐晓杰

(黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，哈尔滨 150050)

基于LabVIEW的磁流变液性能测试系统的开发

吕德刚，代 亮，孙明野，朱胜西，齐晓杰

(黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，哈尔滨 150050)

磁流变液性能的测试和研究一直是可控材料研究的热点之一。鉴于目前缺乏结构简单、性能可靠测试仪器的现状，首先设计并制作了磁流变液性能测试仪，结合美国NI公司的USB-6008数据采集卡和LabVIEW软件，开发了磁流变液性能测试系统。本系统可以方便地测试出不同温度、不同磁场强度下磁流变液扭矩传递性能，易于实现不同配方的磁流变液的比较测试。

磁流变液；LabVIEW；测试系统

0 前言

磁流变液(MRF)是一种在磁场作用下流变特性可控的流体，它在强磁场的作用下可以在几 ms内由良好的牛顿流体变为宾汉姆流体，并且这种变化是连续、可逆、迅速、易于控制的，是一种用途广泛、性能优良的智能材料，成为当前智能材料研究的一个重要分支。目前，磁流变液已被应用于研磨工艺、密封、机器人、采矿、印刷等多个领域，磁流变技术在汽车减振器、离合器、缓速器等汽车零部件上的应用将有着光明的前景[1]。

目前对于磁流变液的研究，较为普遍的是采用宾汉(Bingham)模型，表述如下：

τ=τB+ηP·γ，

(1)

式中：τ为磁场作用下磁流变液屈服应力；τB为磁流变液动态屈服应力，与磁场强度相关；ηP为磁流变液塑性黏度；γ为切应变率。

磁流变液从式(1)来看，除了受到外加磁场强度的影响，还要受到液体本身的黏度的影响[2-3]。磁流变液由于配方不同，造成其本身特性差别较大，开发某种产品，必须选用适用的磁流变液才能实现对磁流变液进行有效控制，最大发挥其性能优势。因此，除了对磁流变液进行深入理论分析外，还必须设计相应的性能测试仪器。

结合现有汽车磁流变液一般性测试方法和设备，利用美国NI公司的LabVIEW软件和数据采集卡，设计了基于虚拟仪器的磁流变液性能测试系统，既有利于常见磁流变液性能的快速测试，又能很方便地把不同成分的磁流变液性能加以对比分析[4-5]。

1 磁流变液性能测试系统的总体结构

所设计的基于LabVIEW的磁流变液性能测试系统由硬件和软件两大部分组成。整个系统的核心部分是自行设计的磁流变液性能测试仪，磁流变液加注其中。磁流变液温度会对其黏度产生影响，故加装一温度传感器。磁流变液性能测试仪由电机来驱动，电机转速通过转速传感器输入数据采集卡传入电脑。恒流电源对磁流变液性能测试仪输入电流，线圈产生磁场，作用在磁流变液上，磁流变液受磁场影响变得黏稠，传递扭矩增加，并通过扭矩传感器、数据采集卡输入电脑。电脑通过内置的LabVIEW软件程序，对所获得的数据进行分析处理，并把驱动电机转速、磁流变液温度、输出扭矩显示在电脑屏幕上，和厂家提供的标准曲线相互对照，可以验证该系统的可行性。本系统的总体结构如图l所示。

1.1 磁流变液性能测试系统的硬件选择

本系统硬件组成主要包括：1)磁流变液性能测试仪1台；2)电脑1台；3)USB6008数据采集卡1块；4)温度传感器；5)转速传感器；6)扭矩传感器；7)电流传感器。

磁流变液性能测试仪：如图2所示，系自行设计，由驱动电机连接到驱动轴8上，圆盘6和铁芯10间隔2 mm，中间注满磁流变液，线圈不通电流时，圆盘6和测试仪本体之间仅通过液体黏性传递扭矩，扭矩较小，受温度影响较大。线圈通入电流后磁流变液变得黏稠，传递扭矩随之加大，扭矩通过下部安装的扭矩传感器测试出来。为了防止控制磁力线走向，在测试仪内设置了磁阻极高的隔磁套9和隔磁片12。

图1 磁流变液性能测试系统总体结构

1.传感器支座；2.中间套；3.轴承；4.支撑盖；5.中间套；6.圆盘；7.顶盖；8.驱动轴；9.隔磁套；10.铁芯；11.导磁片；12.隔磁片图2 磁流变性能测试仪示意图

电脑：本磁流变液性能测试系统中，因为LabVIEW软件对系统配置要求不高，采取普通笔记本电脑即可。

USB6008数据采集卡：采用美国NI公司USB6008数据采集卡，有模拟输入通道8个和模拟输出通道2个，还能提供12个数字输入/输出通道；最大电压范围-10～10 V，精度7.73 mV；最小电压范围-1～1 V，精度37.5 mV；可以满足本系统的使用需要。

恒流电流源：采用DAZ品牌PS605D型号恒流源，输出电流：DC 0～5A(A)，输入电压：AC 220 V/110 V(V)，输出电压：DC 0～60V(V)，输出功率：300W(W)，工作温度：≤70 ℃，工作湿度：≤85%。

驱动电机采用普通立式台钻，将钻头和磁流变性能测试仪的驱动轴相连。

1.2 磁流变液性能测试系统的软件设计

本测量系统，除了使用电机进行驱动外，测试温度、激磁电流对试验结果有重要影响，在进行软件设计时，在面板上分别设计了转速仪表、输入电流仪表。激磁电流的改变，最终改变的是磁流变液剪切力即传递扭矩的大小，因此，用户界面上也设置了一个输出扭矩显示仪表，同时输入电流和输出扭矩，分别作为横纵坐标，在下面的波形图上表现出来。根据实际情况，分别设置转速量程为0～7 000 r/min，试验温度量程为0～100 ℃，输出扭矩量程为0～7 000 N·m，输入电流大小由恒流源量程限定为0～5A范围。所设计的用户界面如图3所示。

图3 软件用户界面

2 系统实测示例

将系统各部分连接到一起，如图4所示。开动台钻，驱动磁流变性能测试仪，灌注某磁流变液后进行测试，测试温度为20 ℃，系该磁流变液生产厂家提供的标准试验温度。台钻驱动转速达到1 000 r/min后不再增加。使用直流电流源对铁芯线圈提供激磁电流，从0 A到2.8 A之间逐渐加大电流，随着电流增加，铁芯内部磁场增强，作用在磁流变液上，磁流变液传递的剪切力增加，把电机驱动扭矩传递给扭矩传感器，实际输出转矩和理论输出转矩如图5所示，实线是厂家提供传递扭矩数据曲线，虚线为实际传递扭矩，从图5中可以看出，实际测试输出扭矩和理论扭矩基本一致，可以证明该测试方法可靠。

3 结语

磁流变液应用非常广泛，而其配方各不相同，导致性能各异，为了找到符合自己使用需要的磁流变液，对其进行性能测量就显得尤其重要。本系统使用一台普通笔记本电脑，借助LabVIEW软件强大的图形化功能和多种内置函数，形成界面友好直观的磁流变液性能测试系统，可以很方便地对磁流变液性能进行测量，可以快速测试磁流变液的性能，同时将不同配方磁流变液进行对比分析，实测结果证明了这种方法的可行性，在此基础上，可以对不同配方、配比对磁流变液性能的影响做进一步研究。

图4 系统实物连接图

图5 系统实测结果

[1] 陈松，李峰，黄金.温度对磁流变液材料及传力性能的影响[J].材料导报，2015(16)：151-156.

[2] 吴继荣，李晓琦.磁流变液的制备及其表面张力系数的实验研究[J].微纳电子技术，2014(3)：146-150.

[3] 姚军，张进秋，彭志召.羰基铁粉的铁含量和粒径对磁流变液剪切屈服强度的影响[J].材料研究学报，2014(12)：954-960.

[4] 郑依，高军伟，易龙江，等.LabVIEW环境下的便携式智能检测系统设计[J].青岛大学学报：工程技术版，2016(1)：24-28.

[5] 任智鹏，原明亭.基于乘法器和LabVIEW仿真的谐波分析[J].青岛大学学报：工程技术版，2016(1)：31-34.

The Research on Development to Magneto Rheological Fluid Properties Detection System Based on LabVIEW

LYU De-gang，et al.

(SchoolofAutomotiveandTrafficEngineering，HeilongjiangInstituteofTechnology，Harbin150050，China)

The detection and study of the properties of magneto rheological fluid have been one of the hot spots in the research of controllable materials.In this paper，in view of the current lack of simple structure and reliable testing instruments，first of all，magneto rheological fluid performance test instrument has been designed and produced，by using the American company Ni usb-6008 data acquisition card and the LabVIEW software，and magneto rheological fluid properties testing system has been developed.This system can test the variable torque transfer properties of magneto rheological fluid at different temperatures and different magnetic field intensities.The magneto rheological fluids of different formulations can also be contrastively tested easily.

magneto rheological fluid；Lab VIEW；detecting system

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.01.011

2017-02-14

黑龙江工程学院大学生创新训练项目(201511802056)

吕德刚(1974-)，男(汉)，哈尔滨，讲师 主要研究汽车电器与电子技术。

TH12

A

1009-8984(2017)01-0046-03