JP2003042924A - 粘度を測定するための方法及び装置 - Google Patents
粘度を測定するための方法及び装置Info
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Abstract
生物や高温物の粘度を測定できる方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 ピエゾ振動素子に粘性抵抗を伝達するた
めの粘性抵抗伝達部材を接合したものを粘度センサーと
して用い、該センサーの該粘性抵抗伝達部材の先端を試
料内に挿入し、この状態において該素子に対してその共
振周波数からわずかにずらした周波数の交流の電気信号
を印加するとともに、該素子から出力される電流信号を
電圧信号に変換させて測定することを特徴とする粘度の
測定方法。
Description
利用して、物質の粘度を測定するための方法及び装置に
関するものである。
計、回転粘度計、振動式粘度計又は落球粘度計で測定さ
れているため、高粘性物質の測定が困難であったり、測
定サンプルを多量に必要とする等の問題があった。その
ため少量の高粘性物の粘度を簡単に測定する方法の開発
が望まれている。しかしながら、現在のところ、このよ
うな要望に対応する測定方法は未だ開発されていない。
の粘度を測定をする方法、特に高粘性物や高温物の粘度
を測定できる方法及び装置を提供することをその課題と
する。
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至
った。即ち、本発明によれば、下記に示す粘度を側定す
るための方法及び装置が提供される。 (1)ピエゾ振動素子に粘性抵抗を伝達するための粘性
抵抗伝達部材を接合したものを粘度センサーとして用
い、該センサーの該粘性抵抗伝達部材の先端を試料内に
挿入し、この状態において該素子に対してその共振周波
数からわずかにずらした周波数の交流の電気信号を印加
するとともに、該素子から出力される電流信号を電圧信
号に変換させて測定することを特徴とする粘度の測定方
法。 (2)該粘性抵抗伝達部材が耐熱性でかつ断熱性の材料
からなり、該試料が加熱物からなる前記(1)に記載の
方法。 (3)粘性抵抗伝達部材を接合させたピエゾ振動素子
と、試料を入れる容器と、該素子に印加する交流電気信
号を発生する装置と、該素子から出力される電流信号を
電圧信号に変換させて測定する装置を備えていることを
特徴とする粘度測定装置。
(圧電振動素子)(以下、単に素子とも言う)は、一般
には、圧電ブザーや、スピーカーの代用(通信機用圧電
レシーバ)等に用いられているものである。この素子は
交流の電気信号を入力信号として印加すると、その入力
信号に応じた電流信号を出力信号として出力させること
ができる。また、この電流信号は、出力抵抗によって電
圧信号に変換することができる。この素子に交流信号を
入力信号として印加し、その素子から出力信号を電流信
号として出力させ、これを電圧信号に変換させた場合、
その出力電圧は、素子に印加する電気信号の周波数によ
って変化し、その電気信号の周波数が、その素子に固有
の共振周波数(共鳴周波数)に近づくにつれて急激に低
下し、その共振周波数と一致する周波数の電気信号を印
加したときに、その出力電圧は最小となる。一方、その
電気信号の周波数が、その素子に固有の共振周波数から
遠ざかるにつれて急激に上昇して行く。この場合、その
素子の表面に加重(力)を加えると、その共振周波数は
高周波数側にシフトし、そのシフト幅(シフト周波数)
はその加重に対応して変化し、その加重量が大きくなる
につれてより高周波数側にシフトする。
Hz)と、出力信号の電圧(mV)との関係の1例を示
す。図1において、実線は素子に粘性抵抗加重を加えな
い場合の入力信号の周波数と出力の電圧との関係を示
し、□点は素子に粘性抵抗加重を加えた場合の入力信号
の周波数と出力信号の電圧との関係を示す。
においては、素子に粘性抵抗の加重を加えた場合の出力
電圧と、素子に加重を加えない場合の出力電圧との間に
大きな差異を得ることができる。例えば、共振周波数の
近傍の周波数 4.20KHzでは、両者の最大差異
は、約400mVとなる。
力電圧aと、その出力電圧aと粘性加重を加えない場合
の出力電圧bとの差(ΔmV)を表1に示す。
波数は、通常、2.7〜6.5KHz、好ましくは4.
1〜4.3KHzである。また、その素子に加える交流
電気信号においては、その電圧は100mV〜1000
mV、好ましくは500〜700mVである。素子の直
径は、通常、20〜35mm程度である。
周波数fは、未加重素子の共振周波数foの近傍であれ
ば良く、通常、その共振周波数foよりも0.01〜
0.06KHz高い周波数(f=fo+[0.01〜
0.06]KHz)、好ましくは0.016KHz高い
周波数である。
板」(太陽誘電株式会社製)等として市販されており、
本発明では、これらの製品を好ましく用いることができ
る。
す。図2において、1は素子、2は粘性抵抗伝達部材、
3は試料を入れた容器、4は交流電気信号発生装置、5
はその交流電気信号の周波数をカウトするカウター、6
は電流を電圧に変換する回路、7は検波増幅器(交流/
直流変換アンプ)、8は電圧計、9は電流調節回路を示
す。粘性抵抗伝達部材2を表面に接合した素子は、物質
(試料)の粘性抵抗やその変化を測定するセンサーを構
成し、物質の粘性抵抗やその変化を加重や加重変化とし
てその素子の表面に粘性抵抗伝達部材2を介して加える
ことにより、電流や電流変化に変換させる機能を有す
る。また、前記電気回路6で得られる交流出力電圧信号
は、これを検波増幅器(交流直流変換アンプ)7で増幅
し、電圧計8において、信号記録計で記録したり、信号
表示装置で表示する。
明図示す。図3に示したように、測定センサーは、測定
センサー固定架台の高さ調整用のノブによって、常に一
定の進入深さになるように調整できるようになってい
る。また、サンプルの温度を一定にするためにサンプル
固定部に恒温槽を設けてある。
的振動をその試料に伝達し得る材料であればよく、その
材質は、金属、プラスチック、ガラス、セラミックス等
であることができ、特に、金属、セラミックの使用が好
ましい。その形状は、棒状、線状、帯状、筒体状、角柱
状等の形状であることができ、その大きさは、その断面
積が0.2〜20mm2、特に0.8〜3mm2程度であ
ればよい。その長さは20〜100mm、特に40〜6
0mm程度である。棒状体の場合、その直径は0.5〜
5mm、好ましくは1〜2mmである。
には、その粘性抵抗伝達部材2として、その試料温度に
対して耐熱性でかつ断熱性のものを用いることにより、
その高温状態の試料の粘度を測定することができる。該
部材2の断熱性としては、その熱伝導率が0.3cal
/cm・deg・sec以下、好ましくは0.2cal
/cm・deg・sec以下であればよい。このような
耐熱性・断熱性材料としては、例えば、タンタル、チタ
ン、タングステン、ジルコニウム、石英等が挙げられ
る。耐熱性でかつ断熱性の部材2は、このような材料を
線状体(直径0.5〜5mm、好ましくは1〜2mm)
に成形することにより得ることができる。
ンター5、電流/電圧変換回路6、検波増幅器7、電圧
計8等としては、市販品を用いることができる。
による試料の粘度を測定する方法について詳述すると、
先ず、交流電気信号発生装置4を起動させて、所定周波
数の交流電気信号を発生させ、これをライン10を介し
て素子1に印加し、素子を振動させる。次に、試料を容
器3に入れ、この容器中の試料内部に素子に接合した粘
性抵抗伝達部材2の先端を挿入する。該素子1の振動
は、部材2を介して容器3中の試料に伝達され、試料を
振動させる。このようにして試料を振動させるときに
は、試料2の振動の反作用としての力(粘性抵抗荷重)
がその部材2を介して素子1に加えられる。そして、そ
の素子1に加えられる力に対応した交流電流信号が素子
1から得られる。この電流はライン11を介して電流/
電圧変換回路6に送られ、ここで電圧に変換され、検波
増幅器7を介して電圧計8に送られ、表示される。この
電圧計8に表示された電圧は、その試料の粘度に対応す
るものである。従って、あらかじめ、その粘度と電圧と
の関係を求めておくことにより、その電圧を粘度に換算
することができる。
000cp、好ましくは1000〜150,000cp
の範囲の粘度を簡便に測定することができる。本発明で
用いる試料の量は非常に少ない量でよく、例えば、0.
2mLの試料でも粘度測定に供することができる。
明する。
5」を用いて、図2及び図3に示す構成の粘度測定装置
を製作した。この装置において、その交流発信機4か
ら、その素子1の共振周波数fo(fo=4.19KH
z)近傍の周波数(f=4.20KHz)の交流電圧6
00mVを電気信号として発信させ、これをその素子1
に印加した。この状態において、素子の表面に接合した
粘性抵抗伝達部材(ニクロム金属、長さ:50mm、直
径:1mmφ)2の先端を容器(エッペンドルフ試験
管)3に入れた0.15mLの試料の中に、10mm沈
めて粘性液の粘度に対応する粘性抵抗分を加重変化とし
て加えるとともに、その出力電圧を測定した。この場
合、得られた粘性液の粘度と出力の関係は、前記表1に
示した通りである。また、図4に、高粘性液の粘性抵抗
分を加重として加えた場合の素子からの出力電圧と加重
を加えない場合の素子からの出力電圧との差(ΔmV)
と、粘度との関係を示す。次に、素子の表面に接続した
粘性抵抗伝達部材2の耐熱性のロッドをオイルサンドの
タールを各温度に調整して、測定サンプル用のエッペン
ドルフ試験管に0.2mL入れ、装置にセットして測定
をした。この場合のオイルサンドタールの温度と、素子
からの粘性抵抗分の出力電圧との関係を図5に示した。
図5から各温度におけるオイルサンドタールの粘度の測
定が可能であることがわかる。
性液の粘度を少量の試料でかつ簡易に測定することがで
き、その産業的意義は多大である。
z)と、出力信号の電圧(mV)との関係の1例を示
す。
図を示す。
の素子からの出力電圧と加重を加えない場合の素子から
の出力電圧との差(ΔmV)と、粘度との関係を示す。
からの出力電圧との関係を示す。
Claims (3)
- 【請求項1】 ピエゾ振動素子に粘性抵抗を伝達するた
めの粘性抵抗伝達部材を接合したものを粘度センサーと
して用い、該センサーの該粘性抵抗伝達部材の先端を試
料内に挿入し、この状態において該素子に対してその共
振周波数からわずかにずらした周波数の交流の電気信号
を印加するとともに、該素子から出力される電流信号を
電圧信号に変換させて測定することを特徴とする粘度の
測定方法。 - 【請求項2】 該粘性抵抗伝達部材が耐熱性でかつ断熱
性の材料からなり、該試料が加熱物からなる請求項1に
記載の方法。 - 【請求項3】 粘性抵抗伝達部材を接合させたピエゾ振
動素子と、試料を入れる容器と、該素子に印加する交流
電気信号を発生する装置と、該素子から出力される電流
信号を電圧信号に変換させて測定する装置を備えている
ことを特徴とする粘度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001232082A JP2003042924A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 粘度を測定するための方法及び装置 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=19064053
Family Applications (1)
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JP2001232082A Pending JP2003042924A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 粘度を測定するための方法及び装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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