專利名稱：測量電流變液剪切強度的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電流變液剪切強度的測量方法，特別涉及一種極性分子型高屈服強度電流變液的剪切強度的測量方法。
背景技術：
電流變液(Electrorheological Fluids，簡稱ERF)是一種新型的智能功能材料，是由介電顆粒與絕緣液體混合而成的復雜流體。在沒有外電場作用下，電流變液呈液體狀態(tài)，當外加電場作用于電流變液時，電流變液的剪切強度隨電場的增加而變大。當電場足夠大時，電流變液轉變成類似固體物質。且這種剪切強度轉變是可逆的，響應時間為毫秒量級。由于其獨一無二的的軟硬可調的特性，使其在工業(yè)、軍事等領域有非常廣泛的應用前景。
現有測量電流變液剪切強度方法，是采用一般測量液體黏度的方法和設備改裝而成，主要改裝部分是增添施加電場的相關部分，包括電極和絕緣。所用流變儀主要是兩類，轉動平板式流變儀和圓筒流變儀。
測量電流變液剪切強度時，一般以金屬極板作為正、負電極。對于傳統(tǒng)的電流變液材料，剪切強度較低，一般不超過10kPa。同時，根據傳統(tǒng)電流變液的原理，電極表面處與電流變液體內狀態(tài)類似，用金屬為正、負電極的這些方法測量得到的流變性能基本反映了電流變液本質特性。
對于高屈服強度電流變液-極性分子型電流變液，屈服強度達數百kPa或更高，比傳統(tǒng)電流變液的高幾十倍以上。通常電極板表面處不滿足極性分子取向和作用條件，電流變液與電極板表面之間會發(fā)生“打滑”，測量得到的是電流變液與電極板之間的特征，比電流變液的實際剪切強度值低得多。因此，現有的平板或圓筒流變儀不能測量到高屈服強度電流變液-極性分子型電流變液的真實剪切強度。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠測量極性分子型電流變液本身的真實剪切強度方法。
本發(fā)明所述的電流變液剪切屈服強度的測量裝置，兩平行電極板分別安裝在絕緣板的槽內，裝配成一體，兩電極板間的槽內放置電流變液。所述的槽形狀為矩形、正方形等。制作的槽的尺寸和形狀根據不同測量要求確定。
所述的絕緣板選自尼龍、聚四氟乙烯、有機玻璃、環(huán)氧樹脂、塑料、陶瓷、玻璃、藍寶石。要求絕緣、強度高、不易變形。
本發(fā)明所述的電流變液剪切強度的一種測量方法，將上述測量裝置的其中一個安裝了電極板的絕緣板固定，另一電極板的絕緣板由步進電機驅動，力傳感器測量施加電極板上的力F，用公式τ=FS]]>計算剪切強度，其中S＝lh為剪切電流變液的面積。通過測量位移速度，計算剪切位移量。由剪切強度-位移曲線的剪切強度最大值，可得剪切屈服強度值。由剪切強度隨形變量變化(位移與電流變液樣品寬度l之比)的斜率可計算出電流變液剪切模量。
本發(fā)明所述的電流變液剪切強度的另一種測量方法，上述測量裝置的兩安裝了電極板的絕緣板保持固定不動，將剪切片插入絕緣板槽內的電流變液中，推動或拉動剪切片，測量施加在剪切片上的力F，用公式τ=F2S]]>計算剪切強度，其中S＝lh為剪切電流變液的面積。通過測量剪切片位移速度，計算剪切位移量。由剪切強度-位移曲線的剪切強度最大值，可得剪切屈服強度值。由剪切強度隨形變量變化(位移與電流變液樣品寬度l之比)的斜率可計算出電流變液剪切模量。
所述的剪切片選自尼龍、聚四氟乙烯、有機玻璃、環(huán)氧樹脂、塑料、陶瓷、玻璃、藍寶石。要求絕緣、強度高、不易變形。
通過改變安裝電極板的帶槽絕緣板或剪切片的運動速度、兩極板間距以及剪切片與極板間距，獲得不同剪切速率時的剪切強度值。
本發(fā)明所述的電流變液剪切屈服強度的測量裝置及方法，選用絕緣、強度高、不易變形的絕緣板，將電流變液安置在絕緣板的方形或矩形槽內，步進電極驅動，通過力傳感器測量施加電極板或剪切片上的力，從而可以計算電流變液的剪切強度，克服了現有技術中電流變液與電極板表面之間會發(fā)生“打滑”的現象，測量得到的是高屈服強度電流變液一極性分子型電流變液的真實剪切強度。
圖1電極板相對運動測量電流變液剪切強度方法示意圖；圖2測量裝置的解剖示意圖；圖3中間插入剪切片測量電流變液剪切屈服強度方法的示意圖；圖4三種不同形狀的剪切片示意圖；圖5電場強度為5kV/mm時，所測得的Ca-Ti-O電流變液剪切強度與位移的關系曲線圖；圖6用本方法測量得到的屈服強度和電場強度的關系曲線圖(圓點所示曲線)，以及與用普通平行板流變儀測量的屈服強度(三角形所示曲線)的比較；
圖7兩個分別安裝電極板的帶槽絕緣板固定不動，中間插入剪切片測定Ca-Ti-O電流變液屈服強度與外場的關系；圖8電場強度為4kV/mm時，Ca-Ti-O電流變液剪切強度與位移速度的關系。
附圖標記1絕緣板；2電流變液；3電極板；4力傳感器；5步進電機；6；剪切片。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，測量電流變液剪切強度裝置，電極板3為不銹鋼材料制成，絕緣板1為尼龍制成，電極板3安裝在絕緣板的槽內，電極板之間的槽內電流變液樣品2的l＝2mm，h＝7mm，電極板間距為3.3mm。
下絕緣板固定不動，上絕緣板由步進電機5驅動電動平移裝置執(zhí)行其運動，并可控制和測量位移速度或轉速，從而計算切變位移量。上絕緣板的位移速度為0.01mm/s，用懸臂式力傳感器4測量力F，可得到作用力F隨位移的變化關系，計算可得剪切強度與位移的關系。用公式τ=FS]]>計算剪切強度，其中S＝lh為剪切電流變液的面積，計算剪切強度τ，由剪切強度-位移曲線的剪切強度最大值，可獲得剪切屈服強度值τy。由剪切強度隨形變量變化(位移與電流變液樣品寬度l之比)的斜率可計算出電流變液剪切模量。
當施加電場強度為5kV/mm時，所測得的Ca-Ti-O電流變液剪切強度與位移的關系，如圖5所示，最大值為剪切屈服強度τy＝182kPa。圖6表示所測量得到該樣品的屈服強度和電場強度的關系，并與用普通平行板流變儀測量得到的屈服強度和電場強度的關系進行對比?？傻贸?，用本發(fā)明的方法測量得到的屈服強度比用普通平行板流變儀測量得到的屈服強度高約兩倍。
實施例2如圖3所示，測量電流變液剪切強度裝置，電極板3由黃銅制成，絕緣板1為聚四氟乙烯制成，電極板3安裝在絕緣板的槽內，電極板之間的槽內放置電流變液，剪切片6插入絕緣板槽內的電流變液中，剪切片6由氧化鋁陶瓷制成，電極板之間的槽內電流變液樣品(2)的l＝4mm，h＝10mm，兩電極板的間距為3.3mm，剪切片6的l＝1mm，h＝10mm。兩電極板固定不動，由步進電機5驅動絕緣剪切片6插入電流變液樣品2中運動，剪切片6的位移速度為0.01mm/s，用懸臂式力傳感器4測量力F，可得到作用力F隨位移的變化關系。在不同的外加電場作用下，Ca-Ti-O電流變液剪切屈服強度與外場的關系曲線如圖7所示。
實施例3如圖1所示的方法，測量電流變液剪切強度裝置，電極板3由黃銅材料制成，絕緣板1為有機玻璃制成，電極板3安裝在絕緣板的槽內，電流變液置于電極板之間的槽內，電流變液2樣品的l＝2mm，h＝7mm，電極板間距為3.3mm。下絕緣板固定不動，上絕緣板由步進電機5驅動電動平移裝置執(zhí)行運動，上絕緣板的位移速度由步進電機5控制，用懸臂式力傳感器4測量力F，可得到作用力F隨位移的變化關系。當施加電場強度為4kV/mm時，測得的Ca-Ti-O電流變液剪切強度與位移速度的關系如圖8所示。
權利要求
1.電流變液剪切強度的測量裝置，其特征是，兩平行電極板(3)分別安裝在絕緣板(1)的槽內，兩電極板間的槽內放置電流變液(2)。
2.根據權利要求1所述的電流變液剪切強度的測量裝置，其特征在于，所述的絕緣板(1)選自尼龍、聚四氟乙烯、有機玻璃、環(huán)氧樹脂、塑料、陶瓷、玻璃、藍寶石。
3.根據權利要求1所述的電流變液剪切強度的測量裝置，其特征在于，所述的樣品槽形狀為矩形、正方形。
4.根據權利要求1所述的電流變液剪切強度的測量裝置，其特征在于，安裝步進電機(5)驅動和力傳感器(4)。
5.一種電流變液剪切強度的測量方法，其特征是，其中一個安裝電極板(3)的絕緣板(1)固定，另一個安裝電極板(3)的絕緣板(1)由步進電機(5)驅動，力傳感器(4)測量施加電極板上的力F，用公式τ=FS]]>計算剪切屈服強度，其中S＝lh為剪切電流變液的面積。
6.一種電流變液剪切強度的測量方法，其特征是，兩安裝電極板(3)的絕緣板(1)保持固定不動，將剪切片(6)插入電流變液(2)中，推動或拉動剪切片(6)，測量施加在剪切片(6)上的力F，用公式τ=F2S]]>計算剪切強度，其中S＝lh為剪切電流變液的面積。
7.根據權利要求6所述的電流變液剪切強度的測量方法，其特征在于，所述的剪切片(6)選自尼龍、聚四氟乙烯、有機玻璃、環(huán)氧樹脂、塑料、陶瓷、玻璃、藍寶石。
8.根據權利要求5或6所述的電流變液剪切強度的測量方法，其特征在于，通過改變絕緣板或剪切片的運動速度、兩電極板間距以及剪切片與電極板間距，獲得不同剪切速率時的剪切強度值。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量電流變液剪切強度的裝置及方法，兩平行電極板分別安裝在絕緣板的槽內，兩電極板間的槽內放置電流變液，安裝步進電極驅動，通過力傳感器測量施加其中一個電極板或者安置在電流變液中的剪切片上的力，從而計算電流變液的剪切強度，克服了現有技術中電流變液與電極板表面之間會發(fā)生“打滑”的現象，測量得到的是高屈服強度電流變液—極性分子型電流變液的真實剪切強度。
文檔編號G01N11/00GK101089591SQ20061001225
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權日2006年6月15日
發(fā)明者沈容, 陸坤權, 王學昭 申請人:中國科學院物理研究所