4 测试系统传感器选择
本次设计选用的传感器为 ZH08-H 扭矩传感器，量程为 30 ，该传感器通过弹性体以电阻应变计为转换元件进行扭矩测量。传感器由弹性体、电阻应变计、测量电桥等组成。组成测量电桥后，当弹性体受到扭力产生微小变形后，粘贴在弹性体上的应变计阻值发生相应变化，使测量电桥输出与扭矩成线性关系的电压信号。传感器参数如表 1所示。
5 测试系统仿真分析
5． 1 数学模型
测试系统测定的磁流变液的流变学力矩由两个力矩形式组成: 一是由磁流变液黏附度所影响的传动力矩，二是由磁流变液自身的磁流变效应所产生的剪切应力所形成的传动力矩。传动力矩随测试圆筒直径的大小和圆筒间隙间距的增大而增大。测试系统主要结构确定后，动力矩主要由磁流变液的最大剪切应力决定。本设计中选用哈尔滨泰达尔公司 MＲF270 /50 型磁流变液产品，根据式（5）建立剪切应力仿真模型，如图 2 所示。测试系统中磁流变液内剪切应力仿真模型如图 3 所示。根据分析过程和测试系统的基本结构构建的测试系统传动力矩的仿真模型如图 4 所示。
5． 2 仿真结果分析
磁流变液的流变学特性受到多方面因素的影响，如黏度、转速、温度、电流、磁场强度及磁芯线圈匝数。本设计所研制的测试系统由于结构尺寸均已确定，故只对电流、磁场强度的变化对磁流变液流变学特性的影响进行了仿真分析。
根据测试系统仿真得到的磁场强度与传动力矩的关系曲线如图 5 所示。从曲线变化趋势可以看出，传动力矩总体变化是随着磁场强度增强而增大，但当磁场强度达到 1． 5T 时，传动力矩的增强逐渐趋于平缓，说明磁流变液传递力矩与磁场强度的关系受到磁流变液磁饱和现象的影响。为进一步增大传动力矩，必须采用性能优越的磁流变液材料，或者提高磁流变液内磁性材料的导磁性能。
对测试系统进行仿真分析时，考虑测试腔体的间隙、磁流变液的加入量、绕磁芯线圈电流方向及磁场方向等因素的影响，内部磁场方向 N 极和 S 极同向设置的具体形式，确定在磁流变液周围产生的磁场强度最大，故仿真分析是根据这种接法进行的。测试系统输入电流与传动力矩关系仿真曲线如图 6 所示。由变化曲线可知，随着电流的增加，传递力矩也随之增加，基本呈现出先快速增加，而后逐渐趋于平缓增加的形式。当输入电流达到 15A时，传动力矩趋于平稳，不再继续增加。反映出输入电流影响磁场强度的变化，当增加到一定值时，根据线圈的结构达到了磁场强度饱和状态，致使磁流变液传动力矩不再增加，与磁场强度与传动力矩的关系变化一致。
6 结 论
本设计研究分析了磁流变液的流变学特性，构建流变学特性的本构关系，推导出了磁流变液流变学特性测试系统的数学模型，并进行了 Simulink 环境下的仿真分析，从仿真分析结果可得出以下结论:
( 1) 磁流变液流变学特性测试系统的研制要着重考虑磁路结构的设计，充分考虑磁芯所使用的磁性材料的磁饱和、最大磁通量及磁场强度等问题，选择磁性优良的材料作为磁芯材料。
( 2) 磁流变液流变学特性传动力矩与磁路的磁场强度成正比变化，但是会受到磁路磁饱和的影响，致使其传动力矩增大幅度受到一定的制约。在选择不同磁流变液研制相关产品时，一定要明确其磁饱和界限值，以免影响产品工作性能。
( 3) 磁流变液流变学特性传动力矩与磁路线圈输入电流成正比变化，随着输入电流的增大，产生的传动力矩也随之增大，但当输入电流增大到一定值时，传动力矩呈现增加缓慢直至不增加的趋势，说明一定材质的磁流变液传递力矩与输入电流关系变化存在极值点。
本论文对磁流变液的流变学特性进行了仿真研究，对于开发新型磁流变液及其产品提供了性能检测方面的探索，对研制磁流变液新型装置具有一定的理论价值和现实意义。
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