一种利用电流变液检测直流电场强度的装置制造方法及图纸

一种利用电流变液的电流变效应检测直流电场强度的装置，主要包括支架、密闭容器、电流变液、内置滑轨、通孔、内置管、工作球、反光薄膜、激光发射及接收装置、导线、电磁阀。当装置处于外加电场时，电流变液的粘度、流动性等发生改变，导致在其中运动的工作球运动状态发生变化，并最终造成激光发射及接收装置输出时间不同。该输出时间传输给工控机后，与存储数据库进行t‑E匹配达到检测电流变液上所加电场强度的目的。该方法具有响应速度快、结果稳定，结构简单成本低，尺寸大小不受限制等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电流变液检测直流电场强度的装置
本专利技术涉及电场强度检测
，尤其是涉及一种利用电流变液检测直流电场强度的装置。
技术介绍
电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质，是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。电场这种物质与通常的实物不同，虽不是由分子原子等组成，但却是客观存在的。电场具有力和能量等客观属性，在电荷周围总有电场存在；同时电场对场中其他电荷发生力的作用。电场的力的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。在外电场作用下，电流变液中的固体颗粒获得电场的感应作用，从而由液态进入固态。性能良好的电流变液在电场的作用下能产生明显的电流变效应，即可在液态和类固态间进行快速可逆的转化，并保持粘度连续。即当不加电场时，电流变体为液体，黏度很小；当加上电场后，电流变体的黏度随电场的增加而增大。电流变液对电场强度的变化具有灵敏度高，状态变化迅速，可逆且能耗小，能够循环利用且重复性高等特点。因而可以利用电流变液的状态反推加载电场的数值。与之形成鲜明对比的是：目前市面上电场的测量手段或器件相对较少且存在测量不精准、设备复杂、设备或测试成本相对较高等缺点。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用电流变液检测直流电场强度的装置。本专利技术具有结构简单、成本低、响应速度快且稳定等特点。本专利技术的技术方案如下：一种电流变液检测直流电场强度的装置，包括具有底座和悬臂的支架，所述支架的底座上固定密闭容器；密闭容器内腔充满电流变液，密闭容器内部底面固定垂直于底面的内置管；所述内置管底部与顶端具有与电流变液相通的通孔，内置管中放置平行于内置管管体长度方向的内置滑轨，内置滑轨中有可以沿内置滑轨轨道运动的工作球；所述工作球的初始位置固定于内置滑轨顶部的电磁阀上；所述工作球靠近内置管顶端的部分的外表面涂有反光薄膜；所述支架的悬臂上设置正对工作球的激光发射及接收装置。所述容器为密闭容器，所用材料熔点在230℃～260℃，有透光性，透光率≥90％，颜色为无色或近似无色。所述密闭容器的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、或聚碳酸酯。所述密闭容器与支架底座接触紧密，无漏液；所述内置管底端与密闭容器底端接触紧密。所述电流变液具有良好的透光性，透光率≥80％。所述电流变液为Ca-Ti-O电流变液、Al2O3电流变液、改性TiO2电流变液、或Sm-TiO2纳米电流变液，电流变液雷诺数Re＜0.2。所述工作球为绝缘材料，其中ρ球＞ρ液，r球＜3mm；其中ρ为密度，r为半径。所述激光发射及接收装置高度可调。所述反光薄膜上表面光滑平整。所述工作球在电流变液中的运动规律符合斯托克斯定律公式：G球≥F浮+f粘滞阻力，其中G球为工作球重力，F浮为工作球所受浮力，f粘滞阻力为工作球所受粘滞阻力。本专利技术有益的技术效果在于：本专利技术电流变液电场强度检测装置响应快、重复性好、能耗小。将该装置置于不同的外加电场时，根据激光发射及接收装置输出的不同时间即可实现辨识电场强度大小的目的。通过上述技术方案，在本专利技术的电流变液电场强度检测装置的极板间外加不同的电场时，由于不同电场强度使得电流变液体发生不同程度的物理变化(主要表现为电流变液流动性、粘度、强度等的变化)，工作球受到的浮力及粘滞阻力将发生不同程度的改变，从而使工作球运动状态发生改变，并最终导致激光发射及接收装置输出的时间实时发生改变。利用工控机采集实时变化的输出时间值，并与存储数据库进行数据匹配进而可获得被测电场强度，最终达到对直流电场强度检测及监察的功能。附图说明图1为本专利技术电流变液电场强度检测装置的结构。图中：1支架，2密闭容器，3电流变液，4内置滑轨，5通孔，6内置管，7工作球，8反光薄膜，9激光发射及接收装置，10导线，11电磁阀。图2是具体实例中选用的改性TiO2电流变液粘度与纯硅油粘度随外加电场变化关系。图3为具体实例中改性TiO2电流变液不加电场与加载外电场时工作球速度v随着时间t变化关系。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进行具体描述。如图1所示，本专利技术提供的电流变液检测电场强度的装置，包括具有底座和悬臂的支架1，支架1的底座上固定密闭容器2；密闭容器2内腔充满电流变液3，密闭容器2底部垂直固定一个内置管6；内置管6底部与顶端具有与电流变液3相通的通孔5，内置管6中放置一平行于内置管6管体长度方向的内置滑轨4，内置滑轨4中有可以沿内置滑轨4轨道运动的工作球7；工作球7的初始位置在固定于内置滑轨4顶部的电磁阀11上。支架1悬臂上固定正对工作球7的激光发射及接收装置9，工作球7上端顶部为反光薄膜8。激光发射及接收装置9高度可调。反光薄膜8上表面光滑平整。激光发射及接收装置9上有导线10连接于外接供给电源。密闭容器2为立方状、柱状或其他形式，所用材料的熔点为230℃～260℃，透光性好，颜色为无色或近似无色。密闭容器2的材料优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、或聚碳酸酯。密闭容器2与支架1底座接触紧密，无漏液；内置管6底端与密闭容器2底端接触紧密。电流变液3为无色或接近无色状态。优选为Ca-Ti-O电流变液、Al2O3电流变液、改性TiO2电流变液、或Sm-TiO2纳米电流变液，电流变液3雷诺数Re<0.2。工作球7由绝缘材料制成，其中ρ球＞ρ液，r球＜3mm。工作球7所处的电流变液3运动规律符合斯托克斯定律公式：G球≥F浮+f粘滞阻力，其中G球为工作球7重力，F浮为工作球7所受浮力，f粘滞阻力为所受粘滞阻力。将该装置置于不同的外加电场时，待测电场使电流变液3的粘度、强度等发生改变，从而使工作球7运动到密闭容器2底端所需时间与未加待测电场时的时间发生变化，表现为激光发射及接收装置9输出的时间随待测电场数值不同而不同，该输出时间传输给工控机后，与存储数据库进行t-E匹配达到检测电流变液上所加电场强度的目的。具体实施例：所选电流变液3为改性TiO2电流变液，此电流变液是一种高性能的改性电流变液体。其成分如下：溶胶凝胶法制备的稀土改性TiO2固体粒子为电流变液3的分散相，以二甲基亚砜为添加剂的201#甲基硅油为电流变液3的基础液。所述装置在测试过程中处于静态，且工作球7初始时被电磁阀11固定于内置管6顶部。如果测试前工作球7没有置于顶部，可将装置整体倒置并给电磁阀11通电使其处于闭合状态即可。由于所述电流变液3雷诺数Re＜0.2，工作球7为绝缘材料且运动缓慢，故工作球7在电流变液3中的运动符合斯托克斯定律：G球≥F浮+f粘滞阻力(G球为工作球7重力，F浮为工作球7所受浮力，f粘滞阻力为工作球7所受粘滞阻力)，其中G球＝V球ρ球g(V球为工作球7的体积，根据需要可做成中空或实心，此例中为实心)，F浮＝V排ρ液g(ρ液为所选电流变液3的密度，因为本专利技术中工作球浸没在电流变液3中，故V排＝V球)，f粘滞阻力＝6πη液r球v球(其中η液为所选电流变液3的粘滞系数，r球为所选工作球7对应半径且r球＜3mm，v球为工作球7在电流变液3中的运动速度)。为了清晰展示装置的可行性，选取改性TiO2电流变液3作为工作介质的同时选取了纯硅油作为对比液体。从图2可知：纯硅油粘度不随电场强度发生改变，即在所加电场强度范围内，其粘度值始终为350mPa·s。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流变液检测电场强度的装置，其特征在于，包括具有底座和悬臂的支架，所述支架的底座上固定密闭容器；密闭容器内腔充满电流变液，密闭容器内部底面固定垂直于底面的内置管；所述内置管底部与顶端具有与电流变液相通的通孔，内置管中放置平行于内置管管体长度方向的内置滑轨，内置滑轨中有可以沿内置滑轨轨道运动的工作球；所述工作球的初始位置固定于内置滑轨顶部的电磁阀上；所述工作球靠近内置管顶端的部分的外表面涂有反光薄膜；所述支架的悬臂上设置正对工作球的激光发射及接收装置。

【技术特征摘要】
1.一种电流变液检测电场强度的装置，其特征在于，包括具有底座和悬臂的支架，所述支架的底座上固定密闭容器；密闭容器内腔充满电流变液，密闭容器内部底面固定垂直于底面的内置管；所述内置管底部与顶端具有与电流变液相通的通孔，内置管中放置平行于内置管管体长度方向的内置滑轨，内置滑轨中有可以沿内置滑轨轨道运动的工作球；所述工作球的初始位置固定于内置滑轨顶部的电磁阀上；所述工作球靠近内置管顶端的部分的外表面涂有反光薄膜；所述支架的悬臂上设置正对工作球的激光发射及接收装置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密闭容器的材料熔点在230℃～260℃，有透光性，透光率≥90％。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密闭容器的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙或聚碳酸酯。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密闭容器与支架底座接触紧密，无漏液；所述内置管底端与密闭容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王婧，钱国明，朱孔军，沈博文，万新红，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32