本發(fā)明涉及材料測試領(lǐng)域，尤其是高分子材料流變特性測試方法及裝置。

背景技術(shù)：
在流變特性測試中，材料的流變特性曲線（即剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系曲線）是測試的核心目標(biāo)之一，剪切應(yīng)力及剪切力是測試的關(guān)鍵物理量?，F(xiàn)有的常用毛細(xì)管流變儀中，剪切力及剪切應(yīng)力主要是通過壓力傳感器測量流體在流道中的壓力差、再對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換來求得的。在數(shù)學(xué)換算與公式推導(dǎo)過程中，不可避免引入了一些理論抽象與假設(shè)（例如壓力傳感器測量處流體壓力各向同性），導(dǎo)致了一定的剪切應(yīng)力及剪切力測量誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種直接測量流體剪切力的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，避免在傳統(tǒng)毛細(xì)管流變儀中求解流體剪切力時(shí)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換、避免引入可能與實(shí)際不相符的假設(shè)，完成流體剪切力的準(zhǔn)確測量，從而提升材料流變特性測試的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。提供一種流體剪切力測量裝置，尤其適用于高分子熔體或溶液，它包括：中間測量體、前罩、后罩、前罩力傳感器、后罩力傳感器，其特征在于：a）所述的中間測量體為一方柱形或圓柱形短桿，即中間測量體的橫截面是圓形、矩形中的任意一種，所述前罩、前罩力傳感器、中間測量體、后罩力傳感器、后罩依次拼接形成一個(gè)長桿形整體；b）前罩和后罩具有與中間測量體相同的橫截面外廓形狀及尺寸，以遮擋住流向中間測量體前端面和后端面的流體，并且不妨礙中間測量體的側(cè)面與流體的接觸；c）前罩力傳感器安裝于前罩內(nèi)，前罩與中間測量體之間通過前罩力傳感器緊固連接，并且前罩與中間測量體之間只通過前罩力傳感器連接、不直接接觸，使得前罩力傳感器測量出前罩與中間測量體之間的相互作用力；d）后罩力傳感器安裝于后罩內(nèi)，后罩與中間測量體之間通過后罩力傳感器緊固連接，并且后罩與中間測量體之間只通過后罩力傳感器連接、不直接接觸，使得后罩力傳感器測量出后罩與中間測量體之間的相互作用力。提供一種流體剪切力的測量方法，將上述剪切力測量裝置置于流體中進(jìn)行測量，其特征在于：a）流體相對(duì)于剪切力測量裝置流動(dòng)時(shí)，中間測量體側(cè)面的流體流動(dòng)方向與中間測量體的中心線平行；b）中間測量體側(cè)面對(duì)流體的剪切力大小按公式Ft=(Fbk-Ffrnt)-(Fbk0-Ffrnt0)計(jì)算，式中Ft為流體對(duì)中間測量體側(cè)面的切向粘力（大小與中間測量體側(cè)面對(duì)流體的剪切力相等）、Fbk為后罩力傳感器在流體流過剪切力測量裝置時(shí)測量到的力值、Ffrnt為前罩力傳感器在流體流過剪切力測量裝置時(shí)測量到的力值、Fbk0為后罩力傳感器在所述的剪切力測量裝置周圍沒有流體流動(dòng)時(shí)測量到的基準(zhǔn)力值、Ffrnt0為前罩力傳感器在所述的剪切力測量裝置周圍沒有流體流動(dòng)時(shí)測量到的基準(zhǔn)力值。上述剪切力測量方法中，所述的“流體相對(duì)于剪切力測量裝置流動(dòng)”是以下流動(dòng)方式中的任意一種：a）剪切力測量裝置固定不動(dòng)，流體沿平行于中間測量體的中心線方向作直線運(yùn)動(dòng)；b）流體初始時(shí)不動(dòng)，剪切力測量裝置沿平行于中間測量體的中心線方向作直線運(yùn)動(dòng)，流體在剪切力測量裝置的帶動(dòng)下流動(dòng)。上述剪切力測量方法中，所述的“直線運(yùn)動(dòng)”是單向直線運(yùn)動(dòng)、來回往復(fù)直線振動(dòng)中的任意一種。利用本發(fā)明提供的剪切力測量裝置及方法進(jìn)行剪切力測量，可以直接測得中間測量體對(duì)其側(cè)面附近流體施加的剪切力大小，剪切力的測量準(zhǔn)確可靠。本發(fā)明提供的流體剪切力測量裝置及方法既可以實(shí)現(xiàn)壓力流場中剪切力的測量、也可以實(shí)現(xiàn)拖曳流場中剪切力的測量，既可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變測試中剪切力的測量、也可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流變測試中剪切力的測量。附圖說明圖1為本發(fā)明的流體剪切力測量裝置示意圖。圖中：1、中間測量體；2、前罩力傳感器；3、后罩力傳感器；4、前罩；5、后罩；6、流體。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。一種流體剪切力測量裝置，尤其適用于高分子熔體或溶液，它包括：中間測量體1、前罩4、后罩5、前罩力傳感器2、后罩力傳感器3，其特征在于：a)所述中間測量體1為一根兩端帶有小連接結(jié)構(gòu)的方柱形或圓柱形短桿，所述前罩4、前罩力傳感器2、中間測量體1、后罩力傳感器3、后罩5依次拼接形成一個(gè)緊固的長桿形整體；b)前罩4和后罩5具有與中間測量體1相同的橫截面外廓形狀及尺寸，以遮擋住流向中間測量體1前端面和后端面的流體6，并且不妨礙中間測量體1的側(cè)面與流動(dòng)流體6的接觸；c)前罩力傳感器2安裝于前罩4內(nèi)，前罩4與中間測量體1之間通過前罩力傳感器2緊固連接，并且前罩4與中間測量體1之間只通過前罩力傳感器2連接、不直接接觸，使得前罩力傳感器2測量出前罩4與中間測量體1之間的相互作用力；d)后罩力傳感器3安裝于后罩5內(nèi)，后罩5與中間測量體1之間通過后罩力傳感器3緊固連接，并且后罩5與中間測量體1之間只通過后罩力傳感器3連接、不直接接觸，使得后罩力傳感器3測量出后罩5與中間測量體1之間的相互作用力。一種使用上述流體剪切力測量裝置進(jìn)行剪切力測量的方法：1)首先，將上述長桿形剪切力測量裝置固定于流體6流道的中央，并且沿流體6流動(dòng)方向放置，使得中間測量體1側(cè)面的流體6流動(dòng)方向與中間測量體1的中心線平行；流動(dòng)的流體6繞過前罩4流向中間測量體1的側(cè)面、然后緊貼中間測量體1的側(cè)面流過、最后緊貼后罩5的側(cè)面流走；2)然后，停止流體6的流動(dòng)，記錄前罩力傳感器2與后罩力傳感器3在剪切力測量裝置周圍沒有流體6流動(dòng)時(shí)的測量讀數(shù)，作為基準(zhǔn)力值Ffrnt0與Fbk0；3)接著，驅(qū)動(dòng)流體6流動(dòng)，記錄前罩力傳感器2與后罩力傳感器3在流體6流過剪切力測量裝置時(shí)測量到的力值，作為實(shí)時(shí)力值Ffrnt與Fbk；4)按公式計(jì)算出中間測量體1側(cè)面對(duì)流體6的剪切力大小，式中：Ft為流體6對(duì)中間測量體1側(cè)面的切向粘力（大小與中間測量體1側(cè)面對(duì)流體6的剪切力相等）、Fbk為后罩力傳感器3在流體6流過剪切力測量裝置時(shí)測量到的力值、Ffrnt為前罩力傳感器2在流體6流過剪切力測量裝置時(shí)測量到的力值、Fbk0為后罩力傳感器3在所述的剪切力測量裝置周圍沒有流體6流動(dòng)時(shí)測量到的基準(zhǔn)力值、Ffrnt0為前罩力傳感器2在所述的剪切力測量裝置周圍沒有流體6流動(dòng)時(shí)測量到的基準(zhǔn)力值。使用前述剪切力測量裝置進(jìn)行剪切力測量，也可以按以下步驟具體實(shí)施：1)首先，將前述剪切力測量裝置固定于流體6流道的中央；2)然后，在流體6流動(dòng)時(shí)，記錄前罩力傳感器2與后罩力傳感測量到的實(shí)時(shí)力值Ffrnt與Fbk；3)接著，停止流體6的流動(dòng)，記錄前罩力傳感器2與后罩力傳感器3測量到的基準(zhǔn)力值Ffrnt0與Fbk0；4)按前述公式計(jì)算出中間測量體1側(cè)面對(duì)流體6的剪切力大小。使用前述剪切力測量裝置進(jìn)行剪切力測量，還可以按以下步驟具體實(shí)施：1)首先，將前述剪切力測量裝置置于靜止不動(dòng)的流體6中央；2)然后，記錄前罩力傳感器2與后罩力傳感器3測量到的基準(zhǔn)力值Ffrnt0與Fbk0；3)接著，讓剪切力測量裝置沿著與中間測量體1中心線平行的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)周圍的流體6流動(dòng)；4)在流體6流動(dòng)時(shí)，記錄前罩力傳感器2與后罩力傳感測量到的實(shí)時(shí)力值Ffrnt與Fbk；5)按前述公式計(jì)算出中間測量體1側(cè)面對(duì)流體6的剪切力大小。上述3)中“剪切力測量裝置沿著與中間測量體1中心線平行的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)”的直線運(yùn)動(dòng)形式，既可以是單向直線運(yùn)動(dòng)、也可以是小幅度（例如振幅是中間測量體1長度的1/10）的直線振動(dòng)。當(dāng)剪切力測量裝置在流體6中直線振動(dòng)時(shí)，可以測量到流體6在動(dòng)態(tài)條件下的剪切力，便于實(shí)現(xiàn)材料流變特性的動(dòng)態(tài)測試。當(dāng)然，剪切力測量裝置固定于流體6流道的中央不動(dòng)時(shí)，流體6在外力驅(qū)動(dòng)下沿著與中間測量體1中心線平行的方向作來回往復(fù)直線流動(dòng)，也可以完成流體6在動(dòng)態(tài)條件下的剪切力測量，實(shí)現(xiàn)材料流變特性的動(dòng)態(tài)測試。