气体对磁流体动力学传感器影响机理的探讨

由于气体和导电流体性质上的差异,导电流体中气体的存在将对磁流体动力学(MHD)传感器的输出特性产生影响。基于电磁感应理论和两相流理论,文章推导并建立了导电流体中含气体的MHD传感器VOF模型。通过ANSYS Fluent对含气体的MHD传感器输出特性进行仿真分析,同时搭建试验平台对不同气体含量MHD传感器进行试验验证。结果表明,导电流体中的气泡在低频时容易被拉伸撕裂成小气泡并随着角振动分散,同时使得流体环流场和电场产生偏移和畸变,角振动频率越低,此现象越明显;当导电流体中不含气体时角振动频率和幅值、重力加速度及偏心等外部因素对MHD传感器的输出特性无影响;当导电流体中含有气体时,MHD传感器的输出特性畸变等随气体含量、重力加速度和偏心的增大而增大,随角振动频率和幅值的增大而减小。文章研究成果能够为MHD传感器导电流体灌装工艺控制提供指导,有助于MHD传感器精度和稳定性的提升。

新型磁性液体微压差传感器的设计及耐压分析

传感器是磁性液体的重要应用领域之一。为弥补现有磁性液体微压差传感器的不足,设计了一种新型的磁性液体微压差传感器,该传感器的复合磁芯由磁导率高的1Cr13和永久磁铁构成,磁性液体被吸附在永久磁铁的端部形成环状起到润滑和密封的作用,敏感元件采用1Cr13,转换元件采用对称线圈。当磁芯进入线圈后,使得线圈电感发生变化,电桥电路输出明显的电压信号。在此基础上,提出了回复力的线性程度和磁性液体环的耐压能力决定了磁性液体微压差传感器的量程范围,并通过理论推导、仿真分析和实验研究的手段证明了磁性液体环的密封耐压能力能够满足磁性液体微压差传感器的测量要求。该传感器体积小、成本低、便于安装,具有很强的实用价值。

霍尔式磁性液体微压差传感器的设计及特性研究

磁性液体作为一种重要的功能材料,在传感器领域的应用日渐广泛。本文基于霍尔元件设计了一种霍尔式磁性液体微压差传感器,该传感器以透明玻璃管为载体,内部圆柱状永久磁铁的端部吸附有磁性液体,磁性液体形成环状起到润滑和密封的作用,使得永久磁铁在竖直方向运动时的摩擦发生在固体和液体之间,底部磁环用来提供回复力,转换元件采用霍尔元件。当永久磁铁在透明玻璃管内移动时,霍尔元件处的磁场发生变化,进而系统输出电压信号。最终优化后的传感器直径10 mm,长度80 mm,当采用3 mm磁环和50 mm永久磁铁组合时,在0~1000 Pa的测量范围内,测量精度为1 Pa,线性度误差5.8%,迟滞误差5.3%,重复性误差2.9%,该传感器体积小、成本低,具有很强的实用价值。

基于硅结构的微流体控制系统

基于硅结构的微流体控制系统 (μFCs)是微机电系统 (MEMS)中的一个重要分支 ,可广泛用于生物、医学、化工、电子等领域。主要综述了微流体控制系统中的微流体传感器、微型泵、微型阀的工作结构原理及其国内外研究现状 ,同时还探讨了集成微流体控制系统的研究现状。

微机电系统磁流体压力微传感器

由于磁流体具有磁性，如果在磁场作用下力的平衡发生变化，会因磁流体的流动而产生压力。将这种现象用到微系统中，可以获得1～1000mbar数量级的压力值。在试验装置中，用压阻式压力传感器得到了40mbar的压力。试验结果表明，磁流体和微系统的结合具有很大的潜能，为其应用于新的场合提供了研究基础。

微气流角速度传感原理及几个关键问题

研究了密闭腔内定向微流体的角速度敏感原理、驱动控制及气流效应检测.基于哥氏效应和热平衡方程建立了气体流速及热敏丝温度变化之间的关系模型,获得了输入角速度与传感检测输出电压信号间的传递关系;利用挤压膜阻尼探讨了微气流与其驱动机构的振动耦合,分析了密闭腔体结构以及热敏丝设置等对气流效应及检测的影响,结果表明,圆柱腔体及平行热敏丝可有效避免气流效应的交叉耦合.

基于Pareto磁性液体微压差传感器优化设计

设计并研究了一种量程可调式磁性液体微压差传感器。该传感器外壳为玻璃管,管内中间放置一个圆柱形永磁体,永磁体两端吸附磁性液体。两个环形永磁体固定在玻璃管内的两端,为中间永磁体提供回复力。转换元件采用霍尔元件,通过滑动支架可以改变霍尔元件的测量位置,进而实现多量程测量。对传感器各项性能参数进行了理论推导和有限元仿真分析,并基于Pareto最优解对各项参数进行了优化,结果表明优化后传感器的灵敏度和量程有所增大,而尺寸减小。对传感器在三种量程下的输出电压与待测压强关系进行了仿真和实验分析,求得传感器的灵敏度,最后对传感器的动态性能进行理论和仿真分析,结果表明优化后传感器的动态性能提升,验证了本设计的可行性。

一种基于MEMS技术的新型谐振式微流量传感器

提出了一种新颖的微机械谐振式微流量传感器。该传感器采用电磁激励方式。传感器主要由1个3μm厚H型谐振器、1个40μm厚的悬臂梁平板(2000μm×5000μm)以及连接平板和框架的2根40μm厚的支撑梁组成。谐振器采用低应力富硅氮化硅SiN制作,可以方便地使用湿法腐蚀释放谐振器,从而简化工艺流程,提高成品率。文中分析了理论模型、有限元仿真(FEA)、工艺制造和测试结果。测试结果显示,传感器在1 SLM(标准L/min)流量下,频率漂移为500 Hz,分辨率达到5/1000。但在输出(谐振器频率漂移)和输入(气体流量)间存在二次曲线关系。

微型植物工厂温湿度场分析与传感器优化布局

微型植物工厂在温湿度变化的过程中,温湿度场分布存在差异性,传感器所采集的数据会随着传感器的位置改变而变化,影响数据采集准确度。针对上述问题,本文提出一种传感器布置方案,利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真软件FLUENT对不同方案下的温湿度场进行模拟仿真,分析不同传感器布局与植物生长区温湿度变化的关系,找到传感器最佳布局方案并进行验证试验。仿真结果表明:借助计算流体力学仿真,通过比较不同布置方案的温湿度数据拟合优度等参数,可以直观分析数据采集差异性,便于最佳方案的比较和筛选。试验结果表明:温湿度实测数据同模拟数据相对误差分别保持在5. 6%和3. 2%以下,模拟效果与实验效果吻合较好,筛选出的方案能够准确跟踪植物生长区温湿度变化,验证模型的有效性。该研究对提高植物工厂的控制精度和减少作物生长的差异性具有一定参考价值。

微小尺度射流流量传感器的设计与仿真分析

在许多新型传感器和微系统中均存在微量流体自动、精确地驱动和控制问题,而这有赖于微小尺度下对流量的精确测量。基于射流振荡原理设计了一种新型的无反馈通道微小尺度流量传感器,采用计算流体动力学(CFD)方法对该流量传感器的测量特性进行了仿真研究。通过观测振荡腔内部流场,分析了振荡器内部流动形态和射流振荡过程。通过对监测点压力变化曲线的分析,获得了不同入口速度下流体振荡频率,建立了流体流速与振荡频率的函数关系。研究结果表明,该微小尺度射流振荡器振荡平稳,主射流切换灵活,在较宽的流速范围内,流速与振荡频率具有线性关系,具有0.3%的较低的相对压力损失并可达到较小的测量下限,易于加工成型。

微流量闭环控制系统的分析与研究

对微流量控制系统的组成、机理、国内外在该领域的研究状况以及系统的应用前景进行了简要介绍.而实现微流体的闭环控制是实现高精度试剂分配的重要发展趋势,鉴于压电泵在该领域的固有优势及缺陷,将微流量传感器与压电泵集成,进行流体的驱动、检测和控制一体化的设计,研制具有自检测与控制功能的高精度闭环控制微系统等方面均存在着一系列问题,需要继续研究.

微机电系统热式流量传感器计量原理的数值研究

采用计算流体力学仿真手段，根据MEMS热式流量传感器的计量原理进行机理建模，对不同流速下微机电系统传感器表面的温度场分布进行数值模拟与分析，考察了传感器温差输出信号与标准流速之间的关系，所得结论与理论相符。同时，通过与实验数据比较，验证了仿真模型的正确性。此外，通过分析热式流量传感器在不同温度和压力下的热场特性，发现其存在一定的温度和压力效应。当工作温度、压力波动较大或严重偏离标定状态时将带来较大的测量误差。

基于非绝热型微光纤的高灵敏度磁场传感器

利用熔接机电弧放电和氢气火焰加热相结合的方法,在光纤直径骤减的锥区中心位置制得非绝热型微光纤。该光纤结构具有较强的倏逝场,可以大幅增强光与物质的相互作用。将其与磁流体进行集成,基于磁流体的磁场可调谐折射率变化特性,能够实现对外界弱磁场的快速测量。研究结果表明,在0~150 Oe的磁场强度范围内,灵敏度可达193.28 pm/Oe,探测极限约为0.187 Oe,并且其灵敏度随着干涉峰波长的增大而增大。该传感器具有体积小、成本低、制作方法简单等优点,在电磁场检测领域具有良好的应用前景。

液体树脂灌注成型工艺中树脂流动前沿特性的估测和分析

近年来树脂浸泡成型工艺(RIP)越来越多地应用到了航空复合材料制造业上。作为树脂浸泡成型工艺中一种新型的有着良好运用前景的液体树脂灌注(LRI)成型工艺开始进入了人们的视野。为了增加对LRI工艺的认知和提高对其的监控能力,着重介绍如何在LRI工艺进程中监测树脂流体的流动前峰。树脂流体流动前峰的检测将依赖于一组放置在纤维层中的微型热电偶传感器来完成,通过与光纤传感器测量结果的比较,表明微型热电偶传感器可以利用测量纤维层中不同处的温度变化来监测树脂流体到达该处的时间。测量与分析结果大大提高了对LRI工艺中树脂流体在纤维层层面和沿纤维层厚度两个方向上流动特性的认识,并为将来的模拟计算和对此工艺的进一步研究奠定良好的基础。