АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 10
1.1 Анализ технического задания 10
1.2 Обзор Аналогов 10
1.3 Примеры применение магнитной жидкости в приборостроении 13
1.4 Принцип действия лабораторного стенда 15
1.5 Датчик холла KY - 003 17
1.6 Модуль датчика Холла на основе микросхемы SS49E 18
1.7 Катушка индуктивности (соленоид) 20
1.8 Формулы для расчета катушки индуктивности 22
2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 24
2.1 Движение шарика в жидкости 24
2.2 Моделирование шарика в жидкости 29
2.3 Расчет соленоида (катушки индуктивности) 31
2.4 Регулятор напряжения 34
3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА 36
3.1 Проектирование 3Э-модели 36
3.2 Разработка опоры датчиков 37
3.3 3D - модель катушки индуктивности с изоляцией 38
3.4 3D - модель сосуда 40
3.5 Разработка крепления сосуда 42
3.6 Разработка фиксаторов для подставок 42
3.7 Датчик Холла 49Е 43
3.8 Разработка корпуса Arduino 44
3.9 Разработка регулировки положения стенда 45
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 47
4.1 Эксперимент на прототипе 47
4.2 Эксперимент с магнитной жидкостью 53
4.3 Методика выполнения лабораторной работы 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Код программы для датчиков Холла 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Спецификация, сборочный чертеж 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Спецификация, сборочный чертеж 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Спецификация, сборочный чертеж 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Рабочий чертеж нижней подставки 81
ПРИЛОЖЕНИЕ E. Рабочий чертеж верхней подставки 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Рабочий чертеж уголка 83
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Рабочий чертеж опоры стержня 84
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Рабочий чертеж опоры датчиков 85
Магнитная жидкость - искусственный материал, основой которого является жидкость, содержащая взвешенные в ней микроскопические магнитные частицы, покрытые поверхностно-активным веществом [1].
Актуальность данной работы заключается в том, что магнитные жидкости имеют широкое применение в современных технологиях. Основные сферы применения в приборостроении:
• датчики угла наклона, ускорений и давлений;
• оптика (оптическое приборостроение);
• космонавтика (амортизаторы, демпферы);
• жидкостные уплотнительные элементы для вращающихся осей в жёстких дисках и др.
Различают несколько типов различных вязкостей:
• динамическая;
• кинематическая.
Динамическая (абсолютная) вязкость ц - сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии. В международной системе единиц (СИ), динамическая вязкость измеряется в Паскаль - секундах [Па-с].
Кинематическая вязкость v - отношение динамической вязкости ц к плотности жидкости р. В международной системе единиц (СИ), кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду [м2/с] [2].
Магнитные жидкости уникальны тем, что с изменением напряженности магнитного поля изменяется вязкость магнитной жидкости. В связи с этим для изучения различных технических дисциплин необходим лабораторный стенд для измерения вязкости магнитной жидкости.В данной работе разрабатывается лабораторный стенд по измерению динамической вязкости магнитной жидкости с датчиками Холла.
Цель работы: разработка лабораторного стенда для измерения динамической вязкости магнитной жидкости.
Задачи работы:
1) Обзор аналогов.
2) Моделирование движения шарика в жидкости.
3) Разработка SD-модели лабораторной установки.
4) Разработка методики проведение лабораторной работы.
После анализа технического задания определились с габаритными размерами и функционалом лабораторного стенда. В результате поиска аналогов были найдены устройства для измерения вязкости жидкости. В ходе изучения аналогов, были выявлены их недостатки и предложены методы по их устранению. Были рассмотрены примеры применения магнитных жидкостей в современных технологиях, что позволило продемонстрировать актуальность разработки. Рассмотрена теория катушек индуктивности, что позволило сконструировать данный узел. Разработана принципиальная схема разрабатываемого лабораторного стенда. Подобраны датчики Холла для точной фиксации времени прохождения расстояния шариком в жидкости.
Смоделировано движение шарика в жидкости, с учетом основных сил, что позволило понять характер движения данного объекта в исследуемой жидкости. Рассчитан регулятор напряжения. Проведен расчет катушки индуктивности с учетом заданной напряженности в техническом задании.
В программе «Компас-SD» была сформирована 3D модель лабораторного стенда, а так же спроектированы детали для повышения надежности и вандалоустойчивости лабораторного стенда.
Для проведения экспериментов была приготовлена магнитная жидкость и изготовлен прототип лабораторного стенда. Проведен эксперимент с двумя жидкостями с известными заранее вязкостями, что позволило определить относительную погрешность измерения. Был проведен эксперимент с магнитной жидкостью и построена графическая зависимость динамической вязкости магнитной жидкости от напряженности магнитного поля. Разработана методика выполнения лабораторной работы.
В процессе выполнения вкр был разработан лабораторный стенд для исследования вязкости магнитной жидкости. Все поставленные задачи и цели достигнуты.
