JP2000292336A

JP2000292336A - 粘度・比重計

Info

Publication number: JP2000292336A
Application number: JP11097512A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nagarego; 繁流郷
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】液体の粘度と比重を、短時間で高精度に、しか
も、リアルタイムで遠隔測定できる粘度・比重計を提供
する。【解決手段】本発明の粘度・比重計は、測定対象の液体
によって満たされる液室(11)と、この液室内に前記液体
を流入させ、あるいはこの液室内から外部に流出させる
細孔(12)と、前記液室(11)の容積を変化させる駆動手段
(13,14) と、前記液室の前記液体中の深さを変化させる
深さ変化手段(20)と、前記液室内の圧力を検出する圧力
検出手段(15)と、この圧力検出手段(15)が検出した圧力
の前記液室の容積の変化に伴う変化量から前記液体の粘
度を検出する粘度検出手段(30)と、前記圧力検出手段(1
5)が検出した圧力と前記液室の前記液体中の深さとの関
係から前記液体の比重を検出する比重検出手段(30)とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体の粘度や比重を測
定するための装置に関するものであり、特に、液体の粘
度や比重を短時間でしかも高精度で測定できる測定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工事現場では場所打ちコンクリート杭が
作成されるが、その孔底には、泥水中に浮遊している砂
やシルトなどが時間の経過と共に沈殿堆積していく。こ
のスライムと称される沈殿堆積物は、コンクリートの杭
体の品質の劣化や先端支持力の低下を招くおそれがあ
り、このため、バケットによる底ざらいなどによって除
去される。また、堆積物の原因となる泥水中に浮遊して
いる砂やシルトなどがポンプリフトなどによって除去さ
れる。

【０００３】そして、上記泥水中の砂やシルトなどの浮
遊物の量を検出するために、種々の深さの箇所から泥水
を採取し、その比重と粘度とを測定することにより、深
さ方向への浮遊物の分布状況が測定される。従来、採取
した泥水の比重は秤を用いて測定され、その粘度は、一
定容積の泥水が一定の太さのノズルを通して滴下するの
に要した時間によって測定されてきた。

【０００４】上記従来の泥水の比重と粘度の測定方法で
は、泥水の採取と、この採取した泥水の比重と粘度の測
定に時間がかかる。このため、浮遊物の沈殿の進行に伴
って短時間で変化してゆくその分布状況の測定が不可能
になるという問題があった。そこで、最近、フロート式
重錘と称する特殊な錘をケーブルに吊り下げて泥水内を
降下させながら、任意の深さの比重と粘度とをリアルタ
イムで測定するという新たな測定方法が提案された。

【０００５】この提案によれば、重錘内に設置された浮
子に作用する浮力がこの浮子の変位量を検出することに
よって検出され、この検出された浮力から泥水の比重が
算定される。また、この重錘内に設置されたモーターに
よって回転せしめられる粘度検知円盤に作用する摩擦力
がモーターに作用する反力として検出され、この検出さ
れた摩擦力から泥水の粘度が検出される。なお、この提
案の更なる詳細については、必要に応じて、１９９８年
７月に開催された第３３回地盤工学研究発表会で発表さ
れた「フロート式重錘による場所打ちコンクリート杭の
泥水・スライム性状の推定」と題する論文を参照された
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のフロート式
重錘では、比重の測定に関しては、浮力の検出感度を高
めるうえで大型の浮子が必要になり、この結果、センサ
全体が大型になるという問題がある。また、粘度の測定
に関しては、モーターに作用する反力を発生させる摩擦
力としては、粘度検知円盤と泥水との間に作用するもの
よりも、軸受けや液密機構部で生じるものが大きくなり
がちで、この結果、検出感度が低下するおそれがある。

【０００７】従って、本発明の目的は、泥水などの液体
の粘度を短時間にかつ高精度に計測可能な粘度計を提供
することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、泥水などの液体の粘
度をリアルタイムで遠隔測定できる粘度計を提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、泥水などの液体
の比重をリアルタイムで遠隔測定できる小型の比重計を
提供することにある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、泥水などの液体
の粘度も比重も同時に測定可能な粘度・比重計を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明の粘度・比重計は、測定対象の液体によっ
て満たされる液室と、上記液体を上記液室内に流入さ
せ、あるいはこの液室内から外部に流出させる細孔と、
上記液室の容積を変化させる駆動手段と、上記液室の上
記液体中の深さを変化させる深さ変化手段と、上記液室
内の圧力を検出する圧力検出手段と、上記圧力検出手段
が検出した圧力の上記液室の容積の変化に伴う変化量か
ら上記液体の粘度を検出する粘度検出手段と、上記圧力
検出手段が検出した圧力と上記液室の液中の深さとの関
係から上記液体の比重を検出する比重検出手段とを備え
ている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記駆動手段は上記液室の容積を所定周期で反復的
に増減させる手段を備え、上記粘度検出手段は、上記検
出された圧力の振幅から上記液体の粘度を検出するよう
に構成されている。

【００１３】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、上記圧力検出手段は、検出対象の液体の圧力を電気
信号に変換して検出する変換手段を備えている。

【００１４】

【実施例】図２は、本発明の一実施例の粘度・比重計の
全体構成を示す機能ブロック図であり、１０は場所打ち
コンクリート杭の孔内に溜まった泥水中を昇降せしめら
れる重錘を兼ねたセンサ、２０はこのセンサ１０を昇降
させるための昇降装置、３０は昇降装置２０の制御とセ
ンサ１０から電気信号の形態で転送されてきた計測値を
処理して表示する制御・処理部である。センサ１０と制
御・処理部３０との間を電気的に接続するケーブルは、
このセンサ１０を泥水中に吊り下げる昇降装置２０のワ
イヤを兼ねている。

【００１５】図１は、図２中の重錘を兼ねたセンサ１０
の構成を示す断面図である。このセンサ１０は鋼などの
適宜な金属を素材とし、概ね円筒形状を呈している。こ
のセンサ１０の内部には粘度と比重を測定しようとする
泥水によって満たされる液室１１が形成されている。こ
の液室１１は、隔膜１３によってセンサ内部に形成され
た気室１６から仕切られている。液室１１の中央部の下
方には細孔１２が形成されており、この細孔１２を通し
て外部から液室１１内に測定対象の泥水が流入し、ある
いはこの液室１１内から外部に流出する。

【００１６】このセンサ１０は、更に、隔膜１３に取付
けられた動力伝達機構１４ｂと、この動力伝達機構１４
ｂを駆動するモーター１４ａとから成る駆動機構１４を
備えている。モーター１４ａは、その回転軸に固定され
た回転円盤やリンクなどを備えた動力伝達機構１４ｂを
介して隔膜１３を駆動することにより、この隔膜１３の
蛇腹（ベローズ）部分を伸縮させながらその先端部分を
上下動させる。このセンサ１０は、更に、液室１１内の
液圧を測定する圧力センサ１５を備えている。

【００１７】圧力センサ１５は、適宜な形式の高感度の
素子、例えば、電界効果トランジスタの電気特性がその
内部に発生した応力によって変化するという現象を利用
して圧力の大きさに応じた大きさの電気信号を出力する
半導体圧力センサなどから構成されている。この半導体
圧力センサは、液室１１と気室１６を仕切るダイヤフラ
ム上に接着固定されている。

【００１８】モーター１０が一定の速度で回転すると、
この回転周期と同じ周期で隔膜１３の先端部分が上下に
移動し、これに伴い液室１１の容積が同じ周期で増減す
る。液室１１内を満たしている泥水は、液室１１の容積
が減少し始めると、細孔１２を通してこのセンサの外部
に流出し始める。この細孔１２を通過する泥水の粘度が
大きくなるほどこの細孔１２を通して泥水が流出し難く
なり、液室１１内の液圧が上昇する。すなわち、このセ
ンサ１０の外部の泥水の圧力をＰｏとし、細孔１２の内
部で生じた泥水の流動に伴う摩擦損失をδｐとすれば、
液室１１の内部の泥水の圧力Ｐは、次式で与えられる。Ｐ＝Ｐｏ＋δｐ・・・（１）

【００１９】逆に、液室１１の容積が増大し始めると、
細孔１２を通してこのセンサの外部から液室１１内に泥
水が流入し始める。この細孔１２を通過する泥水の粘度
が大きくなるほどこの細孔１２を通して泥水が流入し難
くなり、液室１１内の液圧が下降する。すなわち、液室
１１の内部の泥水の圧力Ｐは、次式で与えられる。Ｐ＝Ｐｏ−δｐ・・・（２）

【００２０】上記液室１１内の液圧が圧力センサ１５で
検出され、一部だけ図示するリード線１７と図示しない
ケーブルとを介して制御・処理装置３０に転送される。
この圧力の変化の様子は、図３に例示するように、モー
ター１４ａの回転周期と同じ周期で圧力が周期的に変化
する。この圧力の時間変化の波形は、制御・処理部の表
示画面に表示されると共に、ＣＰＵによって粘度に換算
される。

【００２１】一般に、この種の技術分野では、泥水など
の粘度をストークスやポアズなどを単位とする絶対的な
値で表現する代わりに、測定方法に由来する他の単位で
表現したり、相互の比較値で表現したりすることが行わ
ていれる。例えば、前述した一定容積の泥水を一定形状
のノズルを通して滴下させ、全量が滴下するのに要した
時間をもって粘度を検出する方式では、秒を単位とする
全量滴下所要時間によって粘度が表現される。

【００２２】従って、同一流体について、本発明に従い
液圧の交番波形の振幅で表現される粘度と、従来の全量
滴下所要時間によって表現される粘度とを予め測定する
ことにより両者の換算表を作成しておき、この実施例で
得られる液圧の交番波形の振幅（peak to peak値）によ
る粘度の測定値を、従来の全量滴下所要時間に換算して
出力してもよい。あるいは、ストークスやポアズなどを
単位する絶対的な値で表現された既知の粘度のいくつか
の流体に対して本実施例に従って予め液圧の交番波形の
振幅を測定しておくことにより、両者の換算表を作成し
ておくこともできる。

【００２３】前述のように、圧力センサ１５が検出する
液室１１内の液圧ＰはＰｏ±δｐである。この液圧値Ｐ
を制御・処理部３０内に設置したローパスフィルタに通
して交番成分を除去すると、センサ１０の外部の泥水の
液圧Ｐｏが得られる。この液圧Ｐｏは、センサ１０の水
面下の深さＤに応じて変化する。いま、センサ１０の深
さＤが微小値δＤだけ増加したことに伴って、液圧Ｐｏ
が微小値δＰｏだけ変化したものとする。これより、Ｄ
＋δＤ／２の深さにおける泥水の比重ρ_Dは次式のよう
に与えられる。 ρ_D＝δＰｏ／δＤ・・・（３）

【００２４】前述したように、泥水の粘度と比重は浮遊
物の沈殿の進行に伴って短時間で変化してゆく。このた
め、粘度と比重の測定は並行して短時間で行う必要があ
る。本実施例においても、液室１１内の容積変化による
粘度の測定と、深さの変化による比重の測定とは共通の
圧力センサ１５を用いて並行してリアルタイムに行われ
る。

【００２５】上記圧力センサ１５から出力される電圧波
形は、図４に例示するようなものとなる。すなわち、こ
の電圧波形は、深度の変化に伴って緩慢に変化する平均
値（一点鎖線で示す曲線）に対して、容積変化に伴って
急激に変化する交流成分が重畳された波形となる。そし
て、上述した（３）式に従い、上記平均値の曲線傾斜が
泥水の比重を示す。

【００２６】制御・処理部３０のＣＰＵは、入出力イン
ターフェイス回路（Ｉ／Ｏ）とＡ／Ｄ変換回路とを介し
て、昇降装置２０にセンサ１０の深度に関する制御指令
を発すると共に、センサ１０にモーター制御用などの制
御指令を送信する。また、このＣＰＵは、センサ１０か
ら圧力データ等の信号を受信し、（１）乃至（３）式に
従って処理することにより、各深度における泥水の粘度
と比重とを算定する。このような処理を行うため、制御
・処理部３０内には、プログラムメモリ、データメモ
リ、画像メモリ、表示パネルなどの各種のディジタル装
置が設置されている。

【００２７】図５は、上述の手法に従ってセンサ１０を
泥水中に降下させて行く過程でリアルタイムで得られる
各深度における粘度と比重の測定値の一例を示す特性図
である。これらの測定値は、この粘度・比重計の操作者
の指令に従い、圧力値のデータと切り換られて表示パネ
ルに画面表示され、更に、必要に応じて印字出力され
る。

【００２８】以上、液室の容積を一定周期で増減させる
構成を例示した。しかしながら、この方法では、液室の
容積を増加させる際に液室内が低圧になり過ぎて気泡が
発生し、これに伴い、測定誤差が増加したり、あるい
は、液室の内壁が腐食されたりするおそれもある。そこ
で、液室の容積の減少速度に比べて、その増加速度を十
分緩慢にするなど、液室の容積の変化速度を増減方向に
関して異ならせるようにしてもよい。例えば、液室の容
積を急激に減少させ、これに伴って発生するパルス状の
圧力波形のピーク値を粘度に関する量として検出する動
作を、液室の容積を十分緩慢に元に戻す動作を介在させ
ながら、周期的に反復する構成とすることもできる。

【００２９】また、液室の隔壁をモーターで往復動させ
ることにより液室の容積を変化させる構成を例示した。
しかしながら、液室の隔壁をダイヤフラムで構成し、こ
のダイヤフラムに張り付けたバイモルフ型の圧電素子な
どによってこのダイヤフラムに撓み振動を生じさせ、こ
れによって液室の容積を変化させるなど、他の適宜な方
法を採用することができる。

【００３０】また、泥水の場合を例にとって、液体の粘
度と比重の双方を測定する構成を説明した。しかしなが
ら、本発明の装置は、液体の粘度と比重のいずれか一方
のみを測定する装置にも適用できることは明らかであ
る。

【００３１】さらに、場所打ちコンクリート杭の孔内の
泥水の粘度や比重を測定する場合を例にとって本発明を
説明した。しかしながら、本発明の粘度計は、化学工場
などにおいて、原料や処理用の各種の液体の粘度を迅速
にかつ高精度で測定する粘度計などとして利用できるこ
とも明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の粘
度・比重計は、液室の容積の変化に際して細孔を通して
出入りする液体の流動に伴う摩擦損失を圧力センサで検
出して粘度を算定する構成であるから、リアルタイムで
迅速にかつ高精度で泥水などの液体の粘度を測定できる
という利点がある。

【００３３】また、本発明の粘度・比重計は、深度の変
化に伴う圧力の変化から泥水などの液体の比重を測定す
る構成であるから、リアルタイムで迅速にかつ高精度で
泥水などの液体の比重を測定できるという利点がある。

【００３４】さらに、本発明の粘度・比重計は、粘度と
比重の測定を液室や、細孔や、圧力センサなどの共通の
部品を使用して行う構成であるから、構造が簡単・小型
で、しかも製造費用の安価な測定装置を提供できるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の粘度・比重計の全体構成を
示す機能ブロック図である。

【図２】上記実施例の粘度・比重計を構成するセンサの
構成を示す断面図である。

【図３】上記センサの液室内の液圧の時間変化の様子を
例示する波形図である。

【図４】上記センサの液室内の液圧の深度に対する変化
の様子を例示する特性曲線である。

【図５】上記実施例の粘度・比重計によって測定される
粘度と比重と深度に対する関係を例示する特性曲線であ
る。

【符号の説明】

10 重錘を兼ねるセンサ 11 液室 12 細孔 13 隔膜 14 駆動部 15 圧力センサ 16 気室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の液体によって満たされる液室
と、前記液体を前記液室内に流入させ、あるいはこの液室内
から外部に流出させる細孔と、前記液室の容積を変化させる駆動手段と、前記液室の前記液体中の深さを変化させる深さ変化手段
と、前記液室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段が検出した圧力の前記液室の容積の変
化に伴う変化量から前記液体の粘度を検出する粘度検出
手段と、前記圧力検出手段が検出した圧力と前記液室の液体中の
深さとの関係から前記液体の比重を検出する比重検出手
段とを備えたことを特徴とする粘度・比重計。
【請求項２】請求項１において、前記駆動手段は、前記液室の容積を所定周期で増減させ
る手段を備え、前記粘度検出手段は、前記検出された圧力値の振幅から
前記流体の粘度を検出することを特徴とする粘度計・比
重計。
【請求項３】前記圧力検出手段は、検出対象の液体の圧
力を電気信号に変換して検出する変換手段を備えたこと
を特徴とする粘度計。
【請求項４】測定対象の液体によって満たされる液室
と、前記液体を前記液室内に流入させ、あるいはこの液室内
から外部に流出させる細孔と、前記液室の容積を変化させる駆動手段と、前記液室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段が検出した圧力の前記液室の容積の変
化に伴う変化量から前記液体の粘度を検出する粘度検出
手段とを備えたことを特徴とする粘度計。
【請求項５】請求項４において、前記駆動手段は、前記液室の容積を所定周期で増減させ
る手段を備え、前記粘度検出手段は、前記検出された圧力値の振幅から
前記液対の粘度を検出することを特徴とする粘度計。
【請求項６】測定対象の液体によって満たされる液室
と、前記液室の前記液体中の深さを変化させる深さ変化手段
と、前記液室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出された圧力と前記液中の深さとの関係から前記
液体の比重を検出する比重検出手段とを備えたことを特
徴とする比重計。
【請求項７】請求項６において、前記比重検出手段は、前記検出された圧力を時間平均
し、この時間平均値と前記液体中の深さとの関係から前
記液体の比重を検出する手段を備えたことを特徴とする
比重計。