JPH05149861A - 流動体の物性測定方法及び測定装置 - Google Patents

流動体の物性測定方法及び測定装置

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JPH05149861A
JPH05149861A JP29139791A JP29139791A JPH05149861A JP H05149861 A JPH05149861 A JP H05149861A JP 29139791 A JP29139791 A JP 29139791A JP 29139791 A JP29139791 A JP 29139791A JP H05149861 A JPH05149861 A JP H05149861A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非ニュートン流体を測定した場合でも同一条
件下での見掛けの粘度を求められ、又、測定した流体が
ニュートン流体であるのか非ニュートン流体であるのか
の知見も簡単に得られ、さらには複数の検量線を必要と
せず、一つの検量線でもって粘度が求められる取扱いが
簡単な技術を提供することである。 【構成】 流動体試料中に浸けられた感応部材が所定の
振幅で振動するように力を加える工程と、感応部材が所
定の振幅で振動するように印加した力を検出する工程
と、この検出された値と所定の検量線とから前記流動体
試料の物性値を求める工程とを具備する流動体の物性測
定方法、並びに流動体試料中に浸けられた感応部材が所
定の振幅で振動するように力を加える印加手段と、感応
部材が所定の振幅で振動するように印加した力を検出す
る検出手段と、この検出手段で検出された値と所定の検
量線とから前記流動体試料の物性値を算出する算出手段
とを具備する流動体の物性測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流動体の物性、特に粘
度の測定方法及び測定装置に関するものである。
【0002】
【発明の背景】物性の測定、特に流動体(液体)の粘度
の測定に関しては、従来より様々な方法が知られてい
る。例えば、毛細管式、落体式、回転式あるいは振動式
といった方法が知られている。中でも、振動式粘度測定
装置は、操作や取扱いが簡単で、しかも精度が高いとい
った特長が有る。特に、音叉型振動式粘度計が優れたも
のと言われている。この音叉型振動式粘度計は、先端に
感応板を有する一対の板バネを一定の振動数で逆位相に
強制的に共振振動させ、液体試料中に挿入された感応板
と液体試料との間に生じる剪断抵抗の相違を、板バネ
(感応板)の振幅値の変化として検出し、振幅値と粘性
抵抗との間には逆比例の関係が有ることを利用して、試
料の粘度を求めるように構成されたものである。
【0003】すなわち、板バネの振動は、音叉型振動系
の採用により反力を抑え、常時安定した正弦振動を継続
するから、1自由度の粘性減衰強制振動系として取り扱
うことができ、これは次の微分方程式により表せる。
【0004】
【数1】
【0005】ここで、慣性力と復元力は、板バネが共振
振動することから互いに釣り合い、板バネに強制振動を
与える限り、粘性減衰力に応じた振幅値の変化を伴って
振動を継続する。又、共振点における振幅値は次式の通
りであり、加振力及び振動系の固有振動数を一定とすれ
ば、振幅値と粘性減衰係数の関係は逆比例関係にあると
言える。
【0006】
【数2】
【0007】粘性減衰係数は、試料中に挿入された感応
板の面に対して直角方向の振動伝播距離が微小であると
すれば、振動速度とこれに伴う試料の歪速度とは同次元
にあると考えられ、絶対粘度と比例関係にあると言え
る。従って、粘度が既知である試料を用いて、粘度と振
幅値との関係式を求めておけば、未知の試料の粘度は振
幅値を測定することにより得ることができる。そして、
この測定方法は、精度が±2%以内と高精度であり、し
かも測定粘度範囲が約1mPa・s〜100,000m
Pa・sまで可能であるといった特長が有る。
【0008】しかしながら、このような音叉型振動式粘
度計Aを用いての上記のような粘度測定方法にも次のよ
うな問題が有ることが判って来た。 上記の測定方法は、板バネ(感応板)に印加される
加振力Fを一定にし、その時の振幅値xを測定すること
により粘度値に換算する方法である。従って、印加した
特定の加振力F0 によっては振幅値xが大きすぎること
も有り、逆に、小さすぎることも有り、振幅値xが大き
すぎたり、小さすぎたりすると測定精度に問題が起きる
から、幅広い測定粘度範囲を得るには、図7に示す如
く、設定加振力F値を複数個持たなければならない。こ
こで、測定試料がニュートン流体であれば格別なる問題
はないが、非ニュートン流体を測定する場合には、測定
レンジが異なると、つまり設定加振力F値が変化する
と、見掛け粘度が異なって現れる問題が有る。 上記の測定方法は、一つの測定レンジにおける測定
粘度範囲を、例えば10 n-1 mPa・s〜10n mPa
・sのように区切って設定しなければならないから、一
つの試料における測定点は複数の測定レンジがあっても
基本的に1点のみとなり、測定された試料がニュートン
流体であるのか非ニュートン流体であるのかの知見も得
られない。 上記の測定方法は、特定の加振力F0 下での粘性抵
抗に応じた振幅値xを測定し、この振幅値xを粘度に換
算する方法であることから、複数の測定レンジを設けた
場合には、それに対応して、図7に示す如く、複数の検
量線が必要となり、取扱いが面倒で有る。
【0009】
【発明の開示】本発明の第1の目的は、非ニュートン流
体を測定した場合でも同一条件下での見掛けの粘度を求
められる技術を提供することである。本発明の第2の目
的は、測定した流体がニュートン流体であるのか非ニュ
ートン流体であるのかの知見も簡単に得られる技術を提
供することである。
【0010】本発明の第3の目的は、複数の検量線を必
要とせず、一つの検量線でもって粘度が求められるか
ら、取扱いが簡単な技術を提供することである。上記本
発明の目的は、流動体試料中に浸けられた感応部材が所
定の振幅で振動するように力を加える工程と、感応部材
が所定の振幅で振動するように印加した力を検出する工
程と、この検出された値と所定の検量線とから前記流動
体試料の物性値を求める工程とを具備することを特徴と
する流動体の物性測定方法によって達成される。
【0011】又、流動体試料中に浸けられた感応部材が
所定の振幅で振動するように力を加える印加手段と、感
応部材が所定の振幅で振動するように印加した力を検出
する検出手段と、この検出手段で検出された値と所定の
検量線とから前記流動体試料の物性値を算出する算出手
段とを具備することを特徴とする流動体の物性測定装置
によって達成される。
【0012】すなわち、一定の加振力F0 の下で振幅値
xを測定することにより粘度を求めることが出来たので
あるが、上記〔数2〕の式によれば、一定の振幅値x0
の下での加振力Fを測定することにより粘度を求めるこ
とも可能であることが判る。ところで、従来の粘度の測
定は一定の加振力F0 の下における振幅値xを測定し、
これを粘度値に換算するものであったから、粘度が小さ
いものである場合には加振力F0 が大きくなくても振幅
値xが大きすぎることが有り、逆に、粘度が大きなもの
である場合には加振力F0 が小さくなくても振幅値xが
小さすぎることが有り、設定加振力F0 値を複数持つよ
うにしなければならないものの、上記のように一定の振
幅値x0 を得る為に必要な加振力Fを測定し、これを粘
度値に換算する本発明にあっては、前記のような欠陥が
なく、そして非ニュートン流体を測定した場合でも同一
条件下での見掛けの粘度を求められる特長が奏される。
【0013】又、従来の一定の加振力F0 による振幅値
xの測定方法では、その方式上一つの測定レンジにおけ
る測定粘度範囲を、例えば10n-1 mPa・s〜10n
mPa・sのように区切って設定しなければならないの
に対して、一定の振幅値x0 を得る為に必要な加振力F
を測定する方法では、前記のような制約は起きず、複数
の検量線を必要とせず、一つの検量線でもって粘度が求
められ、そして振幅値x0 を変えて(複数の振幅値、例
えばx01,x02,x03でもって)測定した場合には、こ
の流動体がニュートン流体であるのか非ニュートン流体
であるのかの知見も得られるといった特長も奏される。
【0014】
【実施例】図1〜図6は本発明に係る流動体の物性測定
に関するものであり、図1は流動体の物性測定装置にお
ける音叉型振動式粘度計の概略図、図2は流動体の物性
測定装置の要部のブロック図、図3は測定試料が低粘度
の場合での振幅値制御の方式を示す説明図、図4は測定
試料が高粘度の場合での振幅値制御の方式を示す説明
図、図5は振幅値制御のフローチャート、図6は検量線
のグラフである。
【0015】本発明の流動体の物性測定装置において
も、板バネ先端に一対の感応板を有する音叉型振動式粘
度計が用いられる。この音叉型振動式粘度計Aの概略を
図1に示すが、音叉型振動式粘度計が図1のものに限ら
れることはない。各図中、1a,1bは感応板、2a,
2b(2bは図示せず)は先端に感応板1a,1bを有
する一対の板バネであり、板バネ2a,2bを一定の振
動数で逆位相に強制的に共振振動させ、液体試料中に挿
入された感応板1a,1bと液体試料との間に生じる剪
断抵抗の相違を、板バネ2a,2b(感応板1a,1
b)に印加した力の変化として検出し、試料の粘度を求
めるように構成されたものである。
【0016】3は温度センサ、4は電磁コイル、5はフ
ェライト磁石であり、電磁コイル4とフェライト磁石5
とからなるムービングマグネット方式の印加手段により
板バネ2a,2b先端に設けられた感応板1a,1bが
所定の振幅値x0 で振動するように構成されている。6
は板バネ2a,2bの振幅値を測定する渦電流損検出非
接触型の変位センサ、7は液体試料が充填される容器、
8は板バネ2a,2bが固定される中央支持部材であ
り、感応板1a,1bが容器7内の液体試料中に一定の
深さでもって浸かるように構成されたものである。
【0017】9は自動減衰器、10はアンプ、11は電
流検出器、12はアンプ、13は整流器、14は比較回
路、15は制御回路、16は電流/電圧変換回路、17
はA/D変換回路である。そして、感応板1a,1bが
所定の振幅値x0 (例えば、電圧に換算して振幅値10
0mV)で振動する為に加えた加振力Fが電流検出器1
1(検出手段)で検出されるように構成されており、さ
らに電流検出器11で検出された値と所定の検量線とか
ら前記流動体試料の物性値(例えば、粘度)を算出する
ことが出来る算出手段18が設けられている。
【0018】そして、測定試料中に浸けられた感応板1
a,1bが振幅値x0 でもって振動するように、先ず、
例えば10mAの電流が印加手段の電磁コイル4に0.
5秒間通電されて加振力Fが板バネ2a,2b(感応板
1a,1b)に印加され、これによる振動特性(振幅
値)が板バネ2a,2bに対応して設けられた変位セン
サ6により検出され、検出された振幅値xの信号がアン
プ12及び整流器13を介して入力された比較回路14
で基準振幅値と比較され、基準振幅値より小さい場合に
はその程度により、例えば図3に示す如く数mA又は図
4に示す如く100mAの電流の通電による加振力が印
加されるように制御回路15から信号が出力され、アン
プ10を介して電流が電磁コイル4に通電されて加振力
が印加され、感応板が振幅値x0 (例えば、100m
V)で振動するようになるまで上記の工程が繰り返し行
われる。逆に、基準振幅値より大きい場合には自動減衰
器9により電磁コイル4に通電される電流が減少させら
れる。
【0019】このようにして、すなわち図5に示すフロ
ーチャートの過程を経て、感応板が振幅値x0 (例え
ば、100mV)で振動するようになると、その時に電
磁コイルに通電された電流値が電流検出器11により検
出され、この検出電流値が電流/電圧変換回路16及び
A/D変換回路17を介して算出手段18に入力され、
予め粘度の判った試料で作製された図6に示す如くの検
量線との比較から感応板1a,1bが浸けられた試料の
粘度が算出されるようになる。
【0020】上記のように構成させた本発明は、粘度の
測定を一定の振幅値x0 を得る為に必要な加振力Fを測
定し、すなわち振幅値制御によって粘度を求めるように
してなるから、一定の加振力F0 下における振幅値xを
測定し、すなわち加振力制御によって粘度を求める場合
の欠陥、つまり設定加振力値を複数持つようにしなけれ
ばならないといった煩雑がなくなり、一点の測定のみで
粘度が測定される。
【0021】そして、一点の測定のみで粘度が測定され
ることは、同時に、例えば10n-1 mPa・s〜10n
mPa・sのように区切って測定しなくて済むことであ
り、複数の検量線を必要とせず、一つの検量線でもって
粘度が求められるから、測定が極めて簡単に行える。さ
らには、感応板の振幅値が、例えば50mV、100m
V、150mVといったように複数の振幅値(三点に限
らない)でもって測定した場合には、この流動体がニュ
ートン流体であるか否かの知見、さらには疑塑性流体、
チキソトロピー流体、ビンガム流体、非ビンガム流体、
あるいはダイラタント流体であるかの概略知見も得られ
る。
【0022】
【効果】本発明によれば、粘度の測定を一定の振幅値を
得る為に必要な加振力を測定し、すなわち振幅値制御に
よって粘度を求めるようにしてなるから、一定の加振力
下における振幅値を測定し、すなわち加振力制御によっ
て粘度を求める場合の欠陥、つまり設定加振力値を複数
持つようにしなければならないといった煩雑がなくな
り、一点の測定のみで粘度が測定され、そして一点の測
定のみで粘度が測定されることは、同時に、例えば10
n-1 mPa・s〜10n mPa・sのように区切って測
定しなくて済むことであり、複数の検量線を必要とせ
ず、一つの検量線でもって粘度が求められるから、測定
が極めて簡単に行え、さらには感応板の振幅値が、例え
ば50mV、100mV、150mVといったように複
数の振幅値でもって測定した場合には、この流動体がニ
ュートン流体であるか否かの知見も得られるといった特
長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流動体の物性測定装置に用いられ
る音叉型振動式粘度計の概略図である。
【図2】本発明に係る流動体の物性測定装置の要部のブ
ロック図である。
【図3】本発明に係る流動体の物性測定装置における振
幅値制御の説明図である。
【図4】本発明に係る流動体の物性測定装置における振
幅値制御の説明図である。
【図5】本発明に係る流動体の物性測定装置における振
幅値制御のフローチャートである。
【図6】本発明に係る流動体の物性測定装置による粘度
算出に用いられる検量線のグラフである。
【図7】従来の流動体の物性測定装置による粘度算出に
用いられる検量線のグラフである。
【符号の説明】
A 音叉型振動式粘度計 1a,1b 感応板 2a,2b 板バネ 4 電磁コイル 5 フェライト磁石 6 渦電流損検出非接触型変位センサ 9 自動減衰器 10,12 アンプ 11 電流検出器 14 比較回路 15 制御回路 16 電流/電圧変換回路 17 A/D変換回路 18 算出手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流動体試料中に浸けられた感応部材が所
    定の振幅で振動するように力を加える工程と、感応部材
    が所定の振幅で振動するように印加した力を検出する工
    程と、この検出された値と所定の検量線とから前記流動
    体試料の物性値を求める工程とを具備することを特徴と
    する流動体の物性測定方法。
  2. 【請求項2】 流動体試料中に浸けられた感応部材が所
    定の振幅で振動するように力を加える印加手段と、感応
    部材が所定の振幅で振動するように印加した力を検出す
    る検出手段と、この検出手段で検出された値と所定の検
    量線とから前記流動体試料の物性値を算出する算出手段
    とを具備することを特徴とする流動体の物性測定装置。
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