JPH0328740A - 振動式粘度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に振動を活用して被測定流体の枯度を測定
する流体の粘度測定方法及び振動式粘度計に関する。

〔従来の技術］ 一般に、振動式粘度計は振動杆の下端に設けた振動子を
被測定流体中に浸漬させ、振動杆を通じて振動子に加振
装置の共振領域における所定の振動振幅を有する高精度
の正弦波振動を与えて、被測定流体の粘性抵抗により減
衰する振動子の振幅を検出する一方、検出した振動の振
幅値を標準の粘性抵抗を有する流体、例えば標準液等に
より城衰される振動子の振動減衰後の振幅値と比較して
被測定流体の粘度を求めるものである。

上記したような形式の振動式粘度計としては、例えば特
開昭５１−１５８３７号公報にて開示されたものがある
ので、この例をその模式的構成説明因の第７図を参照し
ながら以下に紹介する。

即ち、図において示す符号（１）は容器（２）に入れら
れている高温の被測定流体であり、この被測定流体（１
）には振動杆（４）の下端に設けられた振動子（３）が
浸漬されている。前記振動杆（４）は下部振動杆（４ａ
）と上部振動杆（４ｂ）とからなり、継手（５）によっ
て真直状に接合されている。これは、振動子（３）が損
傷を受けた時にこれを他の振動子と容易に交換し得るよ
うに配慮したものに他ならない。

そして、この上部振動杆（４ｂ）の上部側は収納ケス（
８）の上下方向の略中央に設けられたガイド部材（８ａ
）のガイド孔（８ｂ）に挿通されると共に、ガイド部材
（８ａ）の下側に吊着されたコイルバネ００）の下端が
前記上部振動杆（４ｂ）に設けられた鍔状のバネ受（９
）に固着されることによりこの振動杆（４）が支持され
ている。また、前記ガイド部材（８ａ）よりも上方側に
突出している上部振動杆（４ｂ）の突出部には鍔状をし
た変位検出用の基準板（６）が設けられており、この基
準板（６）の上面方向に所定間隔を隔てた位置には振動
杆（４）の変位を検出する渦流式変位検出センサ０つが
配設されている。さらに、前記上部振動杆（４ｂ）の上
端には、永久磁石または強磁性材で形威された円板状の
受振板（７）が固着されると共に、この受振板（７）の
上方の所定間隔を隔てた位置に加振コイル０１）が配設
されている。また、前記渦流式変位検出センサ０２）は
増幅器０３）に、また加振コイル（ＩＩ）は振動制御回
路０５）に各々リード線を介して接続されると共に、こ
れらの増幅器０３）と振動制御回路０５１とは何れも演
算回路Ｏａにリード線を介して入力されてなる構或にな
っている。

以下に、上記構戊になる振動式粘度別の作用を説明する
と、振動制御目路６つにより制御された所定の電力が供
給され、加振動コイル（１１）は共振領域における周波
数で振動する。この振動により受振板（７）は所定の振
動振幅の正弦波振動を受ける。

そして、加振により生じた振動は振動杆（４）を通じて
振動子（３）に伝達される。次いで、振動子（３）の振
動は被測定流体（１）の粘性抵抗を受けることにより減
衰される。さすれば、減衰された振動子（３）の振動の
振幅が振動杆（４）を通じて基準板（６）に伝達され、
次いでこの基準板（６）の振動の振幅が渦流式変位検出
センサ０２）により検出されると共に、その出力が増幅
器０３）を介して演算回路０４）に入力される。

一方、この演算回路０４）には予め同条件で振動子（３
）を空気中で振動させたときの振動の振幅値Ｅａが入力
されている。故に、この演算同路０４）により人力値と
増幅器０３）から人力された被測定流体（１）中での振
動子（３）の測定振動の振幅値Ｅを、次式ｐ　・ｕ一Ｋ
　（Ｅ／Ｅａ−１）２ に代入演算することにより被測定流体の密度ρと粘度μ
との積である物理量ρ・μが求められる。

但し、上式中に示す英文字Ｋは振動系の定数である。こ
のようにして求められるものは物理量ρ・〃であるが、
この物理量ρ・μのうちの密度ρは一般に粘度μに比べ
被測定流体（１）による変化が少ないので、この物理量
ρ・μの変化を以て被測定流体（１）の粘度の変化と見
做し得る。

しかしながら、実際には第７０年（１９８４）第９０号
Ｆ鉄と鋼」にて示されている如く、機械的インピーダン
スの抵抗分や振動子の滑りの影響等に係る理論的評価が
困難である為、次式ρ　・μ一α　（Ｅａ／Ｅ−１）β より、定数αとβとの値を各々求めている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した振動式粘度計はそれなりに有用であるが、粘度
測定精度等の観点からすると未だに以下に説明するよう
な問題点を持っている。

即ち、加振コイルには受振板が共振領域のおける振動数
の周波数で振動するような電力が供給されるが、この領
域においては加振コイルのインピダンスが変化し、振動
制御回路で供給電力を制御してもこのインピーダンスの
変化により、加振コイルに供給される電力に変化が生し
てしまう。

つまり、受振板の振動振幅が変化するので、振動子にこ
の種振動粘度計に必要不可欠である高精度の正弦波振動
を与えることができず、必ずしも満足できる高精度の被
測定流体の粘度測定が出来ないという問題点があった。

また、上記インピーダンスの変化の影響をより少なくす
る為に、バネ定数の小さなコイルバネを使用することが
できないので、特に被測定流体が低粘度の場合にはこれ
を適用することができないという問題点も生じていた。

従って、本発明は被測定流体の粘度を高精度で測定する
ことができ、しかも低粘度の被測定流体の粘度測定にも
適用できる流体の粘度測定方法及び振動式粘度計の提供
を目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は上記した問題点の解決を因る為になされたもの
であって、従って本発明の第１発明に係る流体の粘度測
定方法の要旨は、加振手段で加振される弾発体で支持し
た振動杆の遊端側に着脱自在に固着した振動子を被測定
流体に浸漬し、該振動子の振動の振幅の減衰により被測
定流体の粘度を測定する流体の粘度測定方法において、
加振手段からの振動を前記弾発体よりも小さなバネ定数
を有する中間弾発体を介して前記弾発体に伝わらせるこ
とを特徴とする。

また、本発明の第２発明に係る振動式粘度計の構或は、
弾発体で支持された真直状の振動杆の遊端側に被測定流
体に浸漬される振動子が設けられ、他端側に該振動杆を
通じて振動子を振動さセる加振手段が設けられると共に
、該振動杆を通じて振動子の振動の振幅を検出する変位
検出センサが設けられてなる振動式粘度計において、前
記加振手段が弾発体よりも小さなバネ定数を有する中間
板バネを介して該振動杆を一体的にしてなることを特徴
とする。

（作用〕 本発明では流体の粘度測定方法および振動式粘度計を以
上のようにしたので、加振手段により弾発体に伝達され
た振動は振動杆に設けられた中間弾発体に伝達されると
共に、振動杆を通じて振動子に伝達される。そして、中
間弾発体のバネ定数を、振動杆を支持する弾発体のそれ
に関わりなく変更することができ、これを被測定流体の
粘度にあわせることができるので、被測定流体の粘度が
低粘度であっても、この振動子の振動の振幅は被測定流
体の粘性抵抗によって減衰される。

しかも、この中間弾発体の振動を変えるような従来の振
動式粘度計におけるインピーダンスの変化に相当する原
因がない。

〔実施例〕

本発明になる一実施例を、その模式的構威説明図の第１
図と、中間板バネの平面図の第２因と、減衰係数比によ
る振動数比と位相差との関係線図の第３図と、被測定流
体の測定粘度説明図の第４図および第５図とに基づいて
以下に説明する。

即ち、第１図に示す符号（１）は容器（２）に入れられ
た被測定流体であり、この被測定流体（１）には振動杆
（４）の下端に設けられた振動子（３）が浸漬されてい
る。前記振動杆（４）は下部振動杆（４ａ）と上部振動
杆（４ｂ）とからなり、継手（５）によって真直状に接
合されている。これは、従来技術と同様に損傷を受けた
振動子（３）を容易に他の振動子と交換し得るように配
慮したちである。

一方、上部振動杆（４ｂ）は二つの振動杆の連結体から
なっている。詳しくは、収納ケース（８）の上部におい
てその外縁部が支持されてなる板バネ（７）の下面の中
央位置に上端が固着される第一上部振動杆（４ｃ）と、
この第−上部振動杆（４Ｃ）の下端に、外縁部が下方に
突出する突出外縁部（９ａ）を有するバネ支持体（９）
の前記突出外縁部（９ａ）に、その外縁部が固着された
中間板バネ０■の下面の中央に一端が固着される第二上
部振動杆（４ｄ）とからなり、この第二上部振動杆（４
ｄ）には鍔状の基準板（６）が設けられている。

上記中間板バネ０■の詳細は、第２図に示すように、円
板状でその中心から離れるにつれて長さが長く、かつ交
互に位置がずれると共に、外方に突出して湾曲する形状
の複数対の打抜長孔（１０ａ）を同心状に設けてなる構
或とした。

なお、外周縁付近の等間隔に設けた四つの貫通孔（１０
ｂ）は前記バネ支持体（９）の突出外縁部（９ａ）の下
面への取付孔である。つまり、板厚の変更により、ある
いは打抜長孔（１０ａ）の幅と長さとの設定により、容
易に目的とするバネ定数の中間板バネ００）を得ること
ができる。そして、板バネ（７）の上面に加振コイル（
１１）を配設し、この加振コイル（１１）の」二方の対
応位置に加振装置（１　１ａ）を配設すると共に、前記
バネ支持体（９）と基準板（６）との上方の所定間隔隔
てた位置に各々同構或の光学式変位検出センサ０のを配
設した。次いで、加振コイル０１１を増幅器（１５ａ）
と発信器０５）とを介して演算回路０褐に入力し、また
光学式変位検出センサ０ηの各々を変位計０３）を介し
て同演算回路０４）に人力ずる構戒とした。

なお、リード線を介して加振装置（Ｉｌａ）と接続され
ているものは、この加振装置（ｌｌａ）を作動させる電
源０（ｉ）である。

以下、上記実施例の作用態様を説明すると、加振装胃（
ｌｌａ）を作動すれば加振コイル（１１）を介して板バ
ネ（７）が振動し、次いで第一上部振動杆（４ｃ）が振
動し、次いで中間板バネ０ロ）の振動が第二上部振動杆
（４ｄ）、次いで下部振動杆（４ａ）を介して順次伝え
られて振動子（３）に伝達され、次いで振動子（３）が
被測定流体（］）の粘性抵抗により減衰された第一第二
上部振動杆（４ｃ）、（４ｄ）との振動の振幅が光学式
変位センサ０汎こより各々測定される。

そこで、中間板バネ０■のバネ定数をｋとし、第上部振
動杆（４ｄ）と下部振動杆（４ａ）と振動子（３）との
総合質量をｍとすると共に、被測定流体（１）の粘性抵
抗をＣとしたとすると、この下部振動系の運動方程式は
次式で表すことができる。

ｍＸｚ　＋ｃ　Ｘ２　＋　ｋ　（ｘ，　＋Ｘ２）　＝０
上式において、ＸＩ、χ２は中間板バネ００）の加振側
と振動子（３）側の振幅を、〈２は振動子（３）側の速
度を、ｉ２ば振動子（３）側の加速度を各々示す。

故に、振幅Ｘｌ−．Ｘ２とが光学式変位セジサ０２）に
よる測定で求められる。ここで、Ｘ，としてＸ＋　＝ｘ
＋ｏＳ　ｉ　ｎ　（ωｔ） の一定振幅χ１。の正弦波振動を与えれば、Ｘ２はＸｚ
　＝ＸｚｏＳ　ｉ　ｎ　（ωｔ＋δ）となり、δだけ位
相がずれた一定振幅ｘ２。の弦波振動をすることになる
。

次いで、角速度ωを順次変化させていくとある角速度の
値ω。で振動子（３）が共振し、縦軸に位相差（度）を
、横軸に振動数比（無次元数）を以て減衰係数比の相違
による関係を示す第３図のように位相のずれはδ一π／
２となる。

そこで、この共振状態を保持しつつ、Ｘ，。とωが所定
の気体中における振動子（３）の振幅をＥａ、粘度の異
なる複数種類の標準粘度液中における振動子（３）の振
幅をＥｎとして、対数ｆｆｉｏｇρ・μを縦軸に、対数
ｎｏｇ　（Ｅａ　／Ｅ　ｎ　−　１　）を横軸に採って
各々プロットすると、第４図および第５図に示す通りと
なる。

これらの因によれば、板バネの厚さによって固有振動数
が相違するが、ある粘度範囲では何れも優れた直線性を
示しており、従って粘度計として優れた機能を持ってい
ることが良く理解される。

また、これらの線図を校正図として活用して任意の被測
定流体の振幅を求めれば、逆にその被測定漆体の物理量
ρ・μを求めることができる。

因みに、これらの線図と上記した式ρ・μ一α（Ｅａ／
Ｅ−１．）ρ　とから、この式の定数αとβとを求める
と、 ■　振動子（３）の厚さが０．３ｍｍのときα−１０°
・９４、β−１．７２ ■　振動子（３）の厚さが０．６ｍｍのときα−１０２
・９０、β−１．６４ を各々得ることができる。これは、上記線図のデ夕を入
力したＣＰＵ等を活用することによっても、測定した振
幅から容易に物理量ρ・μを求めることができる。

ところで、上記したように振動子（３）に対しては極め
て高精度の正弦波振動を与える必要がある。

この点については、従来の技術になる振動式粘度計では
正弦波振動の精度を振動制御同路で確保していたが、本
発明の振動式粘度計では加振装置（ｌｌａ）による加振
精度がそれほど良くなくても、第一上部振動杆（４ｃ）
を支持する板バネ（７）により高精度の正弦波振動が容
易に得られる。

但し、両板バネ（７）と００）とのバネ定数が近接して
いる場合には、これら画板バネ（７）、００）の共振周
波数が同じになってしまうので測定不能になる。

溶融スラグによる試験結果によれば、実用的には板バネ
（７）のバネ定数を中間板バネ０■のそれの８倍より大
きいバネ定数に設定することが望ましいということが判
った。

つまり、バネ定数を相違させれば、板バネ（７）は中間
板バネ０■の共振の影響を殆ど受けることなく加振され
るからである。

このように、本実施例では中間板バネ００）を用いたの
で、従来の振動式粘度計に用いられているよ・うなコイ
ルバネのように広い設置スペースを必要とせず、しかも
そのバネ定数を板厚の変更により容易に変えることがで
きるので、粘度計のコンパクト化が可能になるのに加え
て、高粘度から低粘度までの広範聞にわたる被測定流体
の粘度の測定に容易に適用し得るようになった。

ところで、上記した実施例では同心状の湾曲した打抜長
孔（１０ａ）を有する円板状の中間板バネ００）を用い
たが、例えばその斜視図の第６図において示すように、
所定幅の帯状の板バネを縦軸長が短く横軸長が長い、い
わゆる平たい菱形状に形威すると共に、その上部には第
一上部振動杆（４ｃ）を、またその下部には第二上部振
動杆（４ｄ）を各々取付けてなる構成にすることも可能
である。

また、加振装置による仮バネ（７）の加振により、バネ
支持体（９）が高精度の正弦波振動をする一方、標準粘
度液の粘度測定および被測定流体の粘度測定中において
、板バネ（７）のバネ定数が中間板バネ（１０）のそれ
より十分大きく、かつ板バネ（７）の振動に与える中間
板バネ００）の共振の影響が無視し得るほどに小さいこ
とが判明している場合は、上記振動の変位Ｘ，の測定を
省略することも可能である。

また、本発明では板バ不を用いた例について説明したが
、これをコイルバネに置換することもできる。但し、コ
イルバネの場合にあっては振動杆に捩じり振動を与える
一方、振動杆の上向き方向への振動移動に際してこの振
動杆が横揺れすることもあって測定誤差が大きくなるの
で、粘度測定精度が若干劣るという問題が派生してくる
。

なお、上記した実施例は本発明の一具体例に過ぎず、従
ってこの実施例によって本発明の技術的思想の範囲が限
定されるものでなく、さらに本発明の技術思想を逸脱し
ない範囲内における設計変更等は自由自在である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、中間弾発体の振動を変えるような従来
の振動式粘度計におけるインピーダンスの変化に相当す
る原因がないので振動子に高精度の正弦波共振振動を与
えることができ、被測定流体の粘度を極めて高精度で測
定することができるようになった。

また、この振動式粘度計は中間弾発体のバネ定数を、振
動杆を支持する弾発体のそれに関わりなく変更すること
により被測定流体の粘度に合わせ得るので、高粘度の被
測定流体の粘度の測定は勿論のこと、従来の振動式粘度
計で測定できなかったような低粘度の被測定流体であっ
ても、これを低粘度の被測定流体の粘度測定に適用する
ことができるようになった。

このように、粘度の高低を問わず被測定流体の粘度を高
精度で測定することができるので、その汎用性の向上と
経済効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる実施例の振動式粘度計の模式的構
成説明図、第２図は本発明になる実施例の中間板バ不の
平面図、第３図は減衰係数比による振動数比と位相差の
関係線図、第４図および第５図は流体の粘度測定結果の
説明図、第６図は他の実施例の中間板バネの斜視図、第
７図は従来の振動式粘度計の模式的構威説明図である。 （１）一被測定流体、（２）一容器、（３）−振動子、
（４）一振動杆、（４ａ）−下部振動杆、（４ｂＬ一上
部振動杆、（４ｃＬ−第一上部振動杆、（４ｄ）−第二
上部振動杆、（６）一基準板、（７）一仮バネ、（９）
一バネ支持体、０［１）−〜中間板バネ、（１０ａ）−
−一打抜長孔、（Ｉ１）−加振コイル、（ｌｌａ）−−
一加振装置、０創一光学式変位検出センサ、０３）一変
位計、０４１−演算回路、０５）一発信器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加振手段で加振される弾発体で支持した振動杆の
   遊端側に着脱自在に固着した振動子を被測定流体に浸漬
   し、該振動子の振動の振幅の減衰により被測定流体の粘
   度を測定する流体の粘度測定方法において、加振手段か
   らの振動を前記弾発体よりも小さなバネ定数を有する中
   間弾発体を介して前記弾発体に伝わらせることを特徴と
   する流体の粘度測定方法。
2. （２）弾発体で支持された真直状の振動杆の遊端側に被
   測定流体に浸漬される振動子が設けられ、他端側に該振
   動杆を通じて振動子を振動させる加振手段が設けられる
   と共に、該振動杆を通じて振動子の振動の振幅を検出す
   る変位検出センサが設けられてなる振動式粘度計におい
   て、前記加振手段が弾発体よりも小さなバネ定数を有す
   る中間板バネを介して該振動杆を一体的にしてなること
   を特徴とする振動式粘度計。