[發明專利]可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法

在審

• 申請號: 202010567498.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111665707A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 劉杰;唐洪宇;劉海亮;石謙;謝曉康;李洪亞;李政;杜卓興;李運舟;楊浩宇;徐曜冬
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G04F1/06
• 分類號: G04F1/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

一種可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法，包括沙漏本體，沙漏本體的上下兩端均設有電磁鐵線圈，沙漏本體內裝有磁流體，沙漏本體與控制盒連接，控制盒內設置有控制電路，控制電路包括電源，電源與電阻調節器、電源開關和電磁鐵線圈串聯設置。本發明通過調節電阻調節器電阻值大小，從而調節控制回路電流大小，電流大小會影響電磁鐵線圈產生的磁場強度大小，磁場強度會影響磁流體下落時間，從而完成了磁流體沙漏實驗裝置的時間可調性。

技術領域

本發明屬于沙漏領域，特別涉及一種可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法。

背景技術

普通沙漏存在的問題是：計量時間固定，無法調節計時的時間長短。中國專利文獻CN 209118083 U記載了一種“可調計時時間的沙漏”，采用了機械結構來調節沙子下料的時間，該方法調節時間不精確。

磁流體是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。是由直徑為納米量級(10納米以下)的磁性固體顆粒、基載液以及界面活性劑三者混合而成的一種穩定的膠狀液體。該流體在靜態時無磁性吸引力，當外加磁場作用時，才表現出磁性，正因如此，它才在實際中有著廣泛的應用，在理論上具有很高的學術價值。用納米金屬及合金粉末生產的磁流體性能優異，可廣泛應用于各種苛刻條件的磁性流體密封、減震、醫療器械、聲音調節、光顯示、磁流體選礦等領域。

因此，怎樣利用磁流體的特性來制造一個時間可調的沙漏是本技術方案要解決的技術問題，并且時間調節的精準性是本技術方案要克服的難題。

發明內容

鑒于背景技術所存在的技術問題，本發明所提供的可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法，通過調節電阻調節器電阻值大小，從而調節控制回路電流大小，電流大小會影響電磁鐵線圈產生的磁場強度大小，磁場強度會影響磁流體下落時間，從而完成了磁流體沙漏實驗裝置的時間可調性。

為了解決上述技術問題，本發明采取了如下技術方案來實現：

一種可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法，包括沙漏本體，沙漏本體的上下兩端均設有電磁鐵線圈，沙漏本體內裝有磁流體，沙漏本體與控制盒連接，控制盒內設置有控制電路，控制電路包括電源，電源與電阻調節器、電源開關和電磁鐵線圈串聯設置。

優選的方案中，所述的電阻調節器為旋鈕式電阻調節器，旋鈕式電阻調節器用于調節電磁鐵線圈的電流大小。

優選的方案中，所述的控制盒內設有震動提示模塊，震動提示模塊與單片機電連接，單片機分別與兩個重力傳感器電連接，兩個重力傳感器分別設置在沙漏本體兩端內壁處，重力傳感器用于檢測磁流體重量。

優選的方案中，所述的震動提示模塊用于與電源并聯設置。

優選的方案中，所述的所述的可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法，包括如下步驟：

步驟一：沙漏本體(1)中的磁流體(3)處在一個恒定磁場中，其閉合環路積分僅與環路所鏈環的傳導電流I₀有關，可通過公式①計算出不同該磁性沙漏中電磁鐵在不同電流下的磁場強度；

M＝χ_mH ③

式中χ_m為磁流體介質磁化率，M為磁化強度，μ₀是真空中的磁導率，I₀為環路所鏈環的傳導電流，μ為磁性微粒的磁導率；

步驟二：而在磁場中，磁性微粒受到的磁場力為：

式中，μ為磁性微粒的磁導率，為磁性微粒所在位置的磁場強度，ΔV為磁性微粒的體積，X_m為磁性微粒的磁化率；