負載能力量測實驗

負載量測實驗目的是量測致動器的推力與逆向抗力，推力是指磁黏滯致動 器在各行程中產生的出力；逆向抗力是將完成位移行程的致動器回復初始位置需 要的力量。圖 5.4 展示負載量測系統架構，圖 5.4(b)將荷重元固定在精密位移平 台上，調整平台高度就可以量測浮動平台產生的推力和抗力。開啟電流後透過荷 重元內的應變規的變形輸出應變電壓，經過圖5.4(a)放大器的矯正和換算即得到 浮動平台的力量。

推力的量測方法是先以固定電流啟動磁黏滯致動器，然後將荷重元慢慢調 高，浮動平台產生位移，同時也對荷重元產生推力，紀錄浮動平台在各高度時荷 重元的輸出數據。

逆向抗力的量測方法是將已完成行程的磁黏滯致動器，利用精密位移平台 上的荷重元對浮動平台緩緩下壓至初始位置。並紀錄浮動平台在各高度時荷重元 的輸出數據。

電壓放大器 精密位移平台

(b) 細部架構

圖5.4 負載量測實驗系統架構

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 位移量(mm)

力量(N)

圖5.5 致動力對致動位移之關係圖

圖5.5 展示了在工作間隙 1.5mm 和驅動電流 0.24 安培下實驗測得磁黏滯液 體MRF-122-2ED 推力和逆向抗力對致動位移之關係。依據(4.18)式當工作間隙變 小時，磁引力應呈與距離平方反比的趨勢上升。但實驗結果顯示磁黏滯致動器提

荷重元

推力

F

逆向抗力

推力Fpush(N)

機制，此種拉伸變形方式是由導磁上蓋提供磁引力使磁黏滯液體產生變形，因此 磁黏滯液體中的鏈狀結構會被拉長，同時各鏈狀結構間亦會形成許多空氣間隙，

減弱了磁迴路結構。使磁引力無法如預期會逐漸上升。

以同樣的致動機制說明逆向抗力實驗的結果，浮動平台越接近初始位置推 動可以產生較大的逆向抗力。因為當浮動平台完成移動之後，磁黏滯液體隨著磁 力線排列形成牢固的鏈狀結構，施力擠壓便會使得磁場中原本許多獨立的細微磁 黏滯液體鏈狀結構結合而產生2.2 節所提到的特黏現象[8]，此特黏現象的影響遠 大於工作間隙與磁引力的平方反比關係，而隨著擠壓的程度所產生的抗力也逐漸 變大。

(a) 推力 (b) 逆向抗力

圖5.6 磁黏滯致動器之致動力示意圖

圖5.7 顯示磁黏滯液體 MRF-122-2ED 在不同工作間隙下，驅動電流對推力 之影響在浮動平台無位移的實驗結果。在1mm 和 1.5mm 的工作間隙下，推力與 驅動電流皆呈線性關係，利於致動器的控制，若配合彈簧則可電流控制將出力轉 換成位移，控制浮動平台的高度。

除了量測上的誤差外，由於磁黏滯液體流動性和內聚力以及吸附力等之交

特黏現象 推力 逆向抗力

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31

電流大小(A)

圖5.7 實驗得推力與驅動電流之關係

工作間隙

l

l

推力Fpush(N)