JP5483113B2 - 粘度計 - Google Patents
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Description
また、上記の粘度計は、振動させる物体にアクチュエータと、変位センサの両方が取り付けられており、測定理論上、アクチュエータが発生した力を必要とするが、アクチュエータに発生した力は、周辺のばね構造やダンパー構造などの影響を受けるため、必ずしも明確にしがたく、誤差を発生させる要因となっていた。
本発明は、粘度のみが単独で測定でき、しかもアクチュエータが発生する力を明確にする必要がなく、誤差の少ない振動式粘度計を実現することを課題とする。
また、感力板と振動体を二重渦巻き構造とすることによりコンパクト化が図れ、さらに、MEMS加工技術を用いて作製すればより一層のコンパクト化が図れる。
図において、強制振動体をアクチュエータ(例えばピエゾなど)で振動させると、強制振動体と感力板の間の液体が動かされ、粘性応力が発生する。この粘性応力によって感力板が振動を始める。感力板の振動の運動方程式は、感力板の質量をm、粘性力をη、感力板の表面のうち粘性応力を受ける部分の面積をS、感力板と強制振動体のギャップの間隔をd、ばね定数をk1、感力体の変位をx1、振動体の変位をx2、時間をtとすると、
この感力板の振動は、粘度に比例するパラメータΓと、固有角周波数ω0によって記述されている。強制振動体を様々な周波数ωで振動させて、そのときの強制振動体の変位と、感力板の変位を測定し、理論とカーブフィットすることで、パラメータΓと固有角周波数ω0を求める。パラメータΓの粘度以外の部分は、強制振動体と感力板の構造が決まれば、一定値となるため、あらかじめ粘度の分かった校正用標準液などでキャリブレーションしておく。この装置定数を用いて、測定されたΓの値から、粘度を算出できる。
あるいは、図2に示すように、固有角周波数よりも10分の1以下程度の周波数では、感力板の振幅が粘度にほぼ比例するため、振幅と粘度の関係のグラフをあらかじめ校正用標準液などでキャリブレーションしておけば、実際の測定では、単一の周波数で振幅を調べるだけで、粘度を算出できる。
図4に、強制振動体と感力板を二重渦巻き構造にして、MEMS加工技術を用いて、シリコンウェーハ上に実現した本発明の他の実施例を示す。ここで、二重渦巻き構造の強制振動体と感力板は、渦巻きの中心軸と平行な方向に振動変位する。
Claims (5)
- 強制振動体と、強制振動体とわずかな間隙を介して設置された感力板と、振動体をアクチュエータに結合させるための構造と、強制振動体を駆動するためのアクチュエータと、強制振動体の変位を検出するための変位センサと、感力板をバネに結合させるための構造と、感力板に変位を起こさせるばね構造と、感力板の変位を検出するための変位計と、前記ばね構造、アクチュエータ、及び、変位計を固定するための支持体とを備えることを特徴とする粘度計。
- 前記強制振動体と感力板は二重渦巻き構造をなし、強制振動体と感力板は、渦巻きの中心軸と平行な方向に振動変位することを特徴とする請求項1記載の粘度計。
- 前記強制振動体と感力板はMEMS加工技術を用いて製作されたことを特徴とする請求項1又は2記載の粘度計。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の粘度計において、固有角周波数よりも10分の1以下程度の周波数で強制振動体を駆動し、感力板の振幅と粘度との関係のグラフをあらかじめ校正用標準液でキャリブレーションしておき、予め求めておいたグラフに、前記周波数で強制振動体を駆動させたときの感力板の振幅を変位計で検出し得られた振幅をあてはめて粘度を算出することを特徴とする粘度計。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の粘度計において、感力板の質量をm、粘性力をη、感力板の表面のうち粘性応力を受ける部分の面積をS、感力板と強制振動体のギャップの間隔をd、ばね定数をk1、感力体の変位をx1、振動体の変位をx2、時間をtとし、強制振動体に下記の式2の変位を与え、固有角周波数ω0が以下の式4であり、パラメータΓが以下の式6であるとき、以下の式5となることを利用して、強制振動体を様々な周波数で振動させて、そのときの強制振動体の変位と、感力板の変位を測定し、理論とカーブフィットすることで、パラメータΓと固有角周波数ω0を求め、パラメータΓの粘度以外の部分は、あらかじめ粘度の分かった校正用標準液などでキャリブレーションしておき、この装置定数を用いて、測定されたΓの値から、粘度を算出することを特徴とする粘度計。
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