专利名称：一种流体剪切力测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及材料测试领域，尤其是高分子材料流变特性测试装置。
背景技术：
在流变特性测试中，材料的流变特性曲线(即剪切应力与剪切速率的关系曲线)是测试的核心目标之一，剪切应力及剪切力是测试的关键物理量。现有的常用毛细管流变仪中，剪切力及剪切应力主要是通过压力传感器测量流体在流道中的压力差、再对其进行数学转换来求得的。在数学换算与公式推导过程中，不可避免引入了一些理论抽象与假设(例如压力传感器测量处流体压力各向同性)，导致了一定的剪切应力及剪切力测量误差。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种直接测量流体剪切力的装置，避免在传统毛细管流变仪中求解流体剪切力时的数学转换、避免引入可能与实际不相符的假设，完成流体剪切力的准确测量，从而提升材料流变特性测试的准确性。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。提供一种剪切力测量装置，适用于流体、尤其适用于高分子熔体或溶液，它包括中间测量体、前罩、后罩、前罩力传感器、后罩力传感器，其特征在于a)所述的中间测量体为一方柱形或圆柱形短杆，即中间测量体的横截面是圆形、矩形中的任意一种，所述前罩、前罩力传感器、中间测量体、后罩力传感器、后罩依次拼接形成一个长杆形整体；b)前罩和后罩具有与中间测量体相同的横截面外廓形状及尺寸，以遮挡住流向中间测量体前端面和后端面的流体，并且不妨碍中间测量体的侧面与流体的接触；c)前罩力传感器安装于前罩内，前罩与中间测量体之间通过前罩力传感器紧固连接，并且前罩与中间测量体之间只通过前罩力传感器连接、不直接接触，使得前罩力传感器测量出前罩与中间测量体之间的相互作用力；d)后罩力传感器安装于后罩内，后罩与中间测量体之间通过后罩力传感器紧固连接，并且后罩与中间测量体之间只通过后罩力传感器连接、不直接接触，使得后罩力传感器测量出后罩与中间测量体之间的相互作用力。利用本实用新型提供的剪切力测量装置进行剪切力测量，可以直接测得中间测量体对其侧面附近流体施加的剪切力大小，剪切力的测量准确可靠。
图I为本实用新型的剪切力测量装置示意图。图中1、中间测量体；2、IU罩力传感器；3、后罩力传感器；4、IU罩；5、后罩；6、流体。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式
。一种剪切力测量装置，适用于流体、尤其适用于高分子熔体或溶液，它包括中间测量体I、前罩4、后罩5、前罩力传感器2、后罩力传感器3，其特征在于a)所述中间测量体I为一根两端带有小连接结构的方柱形或圆柱形短杆，所述前罩4、前罩力传感器2、中间测量体I、后罩力传感器3、后罩5依次拼接形成一个紧固的长杆形整体；b)前罩4和后罩5具有与中间测量体I相同的横截面外廓形状及尺寸，以遮挡住流向中间测量体I前端面和后端面的流体6，并且不妨碍中间测量体I的侧面与流动流体6 的接触；c)前罩力传感器2安装于前罩4内，前罩4与中间测量体I之间通过前罩力传感器2紧固连接，并且前罩4与中间测量体I之间只通过前罩力传感器2连接、不直接接触，使得前罩力传感器2测量出前罩4与中间测量体I之间的相互作用力；d)后罩力传感器3安装于后罩5内，后罩5与中间测量体I之间通过后罩力传感器3紧固连接，并且后罩5与中间测量体I之间只通过后罩力传感器3连接、不直接接触，使得后罩力传感器3测量出后罩5与中间测量体I之间的相互作用力。使用上述剪切力测量装置进行剪切力测量时I)首先，将上述长杆形剪切力测量装置固定于流体6流道的中央，并且沿流体6流动方向放置，使得中间测量体I侧面的流体6流动方向与中间测量体I的中心线平行；流动的流体6绕过前罩4流向中间测量体I的侧面、然后紧贴中间测量体I的侧面流过、最后紧贴后罩5的侧面流走；2)然后，停止流体6的流动，记录前罩力传感器2与后罩力传感器3在剪切力测量装置周围没有流体6流动时的测量读数，作为基准力值Ffmui与Fbktl ；3)接着，驱动流体6流动，记录前罩力传感器2与后罩力传感器3在流体6流过剪切力测量装置时测量到的力值，作为实时力值Ffmt与Fbk ；4)按公式T = (Fbk-Ffrnt) - ( Fbko-Ffrnto)计算出中间测量体I侧面对流体6的剪切力大小,式中T为流体6对中间测量体I侧面的切向粘力(大小与中间测量体I侧面对流体6的剪切力相等)、Fbk为后罩力传感器3在流体6流过剪切力测量装置时测量到的力值、Ffrnt为前罩力传感器2在流体6流过剪切力测量装置时测量到的力值、Fbko为后罩力传感器3在所述的剪切力测量装置周围没有流体6流动时测量到的基准力值、Ffmttl为前罩力传感器2在所述的剪切力测量装置周围没有流体6流动时测量到的基准力值。使用前述剪切力测量装置进行剪切力测量，也可以按以下步骤具体实施I)首先，将前述剪切力测量装置固定于流体6流道的中央；2)然后，在流体6流动时，记录前罩力传感器2与后罩力传感测量到的实时力值
Ffrnt 与 Fbk ;3)接着，停止流体6的流动，记录前罩力传感器2与后罩力传感器3测量到的基准
力值 Ffrnt。与 Fbktl ；[0030]4)按前述公式计算出中间测量体I侧面对流体6的剪切力大小。使用前述剪切力测量装置进行剪切力测量，还可以按以下步骤具体实施[0032]I)首先，将前述剪切力测量装置置于静止不动的流体6中央；2)然后，记录前罩力传感器2与后罩力传感器3测量到的基准力值Ffrnta与Fbktl ；3)接着，让剪切力测量装置沿着与中间测量体I中心线平行的方向进行直线运动，并带动周围的流体6流动；4)在流体6流动时，记录前罩力传感器2与后罩力传感测量到的实时力值Ffmt与Fbk ；5)按前述公式计算出中间测量体I侧面对流体6的剪切力大小。上述3)中“剪切力测量装置沿着与中间测量体I中心线平行的方向进行直线运动”的直线运动形式，既可以是单向直线运动、也可以是小幅度(例如振幅是中间测量体I长度的1/10)的直线振动。当剪切力测量装置在流体6中直线振动时，可以测量到流体6在动态条件下的剪切力，便于实现材料流变特性的动态测试。当然，剪切力测量装置固定于流体6流道的中央不动时，流体6在外力驱动下沿着与中间测量体I中心线平行的方向作来回往复直线流动，也可以完成流体6在动态条件下的剪切力测量，实现材料流变特性的动态测试。
权利要求1.一种流体剪切力测量装置，尤其适用于高分子熔体或溶液，它包括中间测量体(I)、前罩(4)、后罩(5)、前罩力传感器(2)、后罩力传感器(3),其特征在于 a)所述的中间测量体(I)为一短杆，所述前罩(4)、前罩力传感器(2)、中间测量体(I)、后罩力传感器(3)、后罩(5)依次拼接形成一个长杆形整体； b)前罩(4)和后罩(5)具有与中间测量体(I)相同的横截面外廓形状及尺寸，以遮挡住流向中间测量体(I)前端面和后端面的流体(6)，并且不妨碍中间测量体(I)的侧面与流体(6)的接触； c)前罩力传感器(2)安装于前罩(4)内，前罩(4)与中间测量体(I)之间通过前罩力传感器(2)紧固连接，并且前罩(4)与中间测量体(I)之间只通过前罩力传感器(2)连接、不直接接触，使得前罩力传感器(2)测量出前罩(4)与中间测量体(I)之间的相互作用力； d)后罩力传感器(3)安装于后罩(5)内，后罩(5)与中间测量体(I)之间通过后罩力 传感器(3)紧固连接，并且后罩(5)与中间测量体(I)之间只通过后罩力传感器(3)连接、不直接接触，使得后罩力传感器(3)测量出后罩(5)与中间测量体(I)之间的相互作用力。
2.根据权利要求I所述的流体剪切力测量装置，其特征在于中间测量体(I)的横截面是圆形、矩形中的任意一种。
专利摘要本实用新型提供一种流体剪切力测量装置。该装置包括中间测量体、前罩、后罩、前罩力传感器、后罩力传感器，所述前罩、前罩力传感器、中间测量体、后罩力传感器、后罩依次拼接形成一长杆形整体，前罩和后罩具有与中间测量体相同的横截面外廓形状及尺寸，前/后罩与中间测量体之间只通过前/后罩力传感器连接而不直接接触。使用该装置进行剪切力测量时，将其置于流体中并使中间测量体侧面的流体流动方向与其中心线平行，根据前/后罩力传感器的读数按简单公式计算即可得出中间测量体侧面对流体的剪切力大小。本实用新型提供的剪切力测量装置可以直接测得流体的剪切力大小，剪切力的测量准确可靠。
文档编号G01N11/00GK202403996SQ20112049623
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月4日 优先权日2011年12月4日
发明者黄宇刚 申请人:黄宇刚