螺线管式磁性液体自感传感器的研究

doi:10.3901/JME.2024.22.212

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (22): 212-223.doi: 10.3901/JME.2024.22.212

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螺线管式磁性液体自感传感器的研究

郝瑞参¹, 刘华刚¹, 王尚¹, 邢斐斐¹, 李德才²

1. 北京电子科技职业学院汽车工程学院北京 100176;
2. 清华大学机械工程系北京 100084

收稿日期:2023-11-22 修回日期:2024-09-09 出版日期:2024-11-20 发布日期:2025-01-02
作者简介:郝瑞参(通信作者),女,1981年出生,博士,副教授。主要研究方向为磁性液体的理论及传感应用。E-mail:haoruican@bpi.edu.cn;刘华刚,男,1973年出生,硕士,教授。主要研究方向为机械设计及理论。E-mail:Liuhuagang999@126.com;王尚,男,1981年出生,博士,讲师。主要研究方向为材料工程学。E-mail:103049@bpi.edu.cn;邢斐斐,女,1981年出生,博士,讲师。主要研究方向为磁性液体及其应用。E-mail:xingfeifei@126.com;李德才,男,1967年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为磁性液体的理论及应用。E-mail:lidecai@tsinghua.edu.cn
基金资助:
北京市教育委员会科技面上基金资助项目(KM201910858005)。

Research on Solenoid Self-inductance Sensor with Magnetic Fluid

HAO Ruican¹, LIU Huagang¹, WANG Shang¹, XING Feifei¹, LI Decai²

1. School of Automotive Engineering, Beijing Polytechnic, Beijing 100176;
2. School of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084

Received:2023-11-22 Revised:2024-09-09 Online:2024-11-20 Published:2025-01-02
About author:10.3901/JME.2024.22.212

摘要/Abstract

摘要： 磁性液体是具有超顺磁性的液态磁性材料，在很多工业领域得到越来越多的关注和应用研究。利用磁性液体为磁芯，设计一种螺线管式自感传感器，对传感器的工作原理进行分析，通过推导计算建立了螺线管式磁性液体自感传感器的数学模型；设计传感器的结构，测量了磁性液体各参数，并选择线性工作区对磁性液体的磁化强度值进行拟合。利用试验法选定了输入电源参数，并应用正交试验法进行试验。试验结果表明，设计的传感器的输出与输入呈线性关系；试验数据与理论值高度吻合；传感器线性度也很好。通过对四种不同直径参数的线圈进行试验，发现线圈直径的大小对输出-输入结果影响不大，对其灵敏度影响也不大。所以在误差允许的范围内，可尽量减小线圈直径，以降低传感器的体积和成本。通过理论和试验研究，开发一种新型的螺线管式磁性液体自感传感器，其性能优良、体积小、成本低，具有很广阔的应用前景。

关键词: 螺线管式, 磁性液体, 自感, 传感器

Abstract: Magnetic fluid is a nanometer liquid magnetic material with superparamagnetism, which has been paid more and more attention and applied in many industrial fields. A solenoid type self-inductance sensor is designed with the magnetic fluid as a magnetic core. The working principle of the sensor is analyzed, and the mathematical model of the solenoid self-inductance sensor with magnetic fluid is established by derivation and calculation. The structure of the sensor is designed and the parameters of the magnetic fluid are measured. Linear working area of magnetic fluid in magnetic curve is selected and the magnetization value of the magnetic fluid is fit. The parameters of input power supply are selected by test. The experiments are carried out by orthogonal experiment method, and the results show that the output voltage of designed sensor is proportional to the input data. The experimental data and theoretical values are in good agreement and the linearity of the sensor is very good. Coils with four different diameters are applied in experiments and the results present that the coil diameter has little influence on the output input results and the sensitivity of sensor. Therefore, within the allowable error range, the coil diameter can be minimized to reduce the volume and cost of the sensor. By theoretical and experimental research, a new solenoid self-inductance sensor with magnetic fluid is developed, which has excellent performance, small volume, low cost and wide application prospect.

Key words: solenoid, magnetic fluid, self-inductance, sensor

中图分类号:

TP212

郝瑞参, 刘华刚, 王尚, 邢斐斐, 李德才. 螺线管式磁性液体自感传感器的研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(22): 212-223.

HAO Ruican, LIU Huagang, WANG Shang, XING Feifei, LI Decai. Research on Solenoid Self-inductance Sensor with Magnetic Fluid[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(22): 212-223.

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Research on Solenoid Self-inductance Sensor with Magnetic Fluid

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