JP2004361300A - 粘度計 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度変化の誤差の補償
【解決手段】粘度計は、測定対象物中に浸漬される感応板１８と、測定対象物中で感応板１８を電磁振動させる電磁駆動部２３と、電磁駆動部２３に供給する駆動電流を測定する電流検出器４４と、感応板１８を支持するとともに、電磁駆動部２３が設けられた駆動機後部１２と、駆動機構部１２の温度を測定する温度センサ２８と、感応板１８の振動を検出する変位センサ２４と、感応板１８を所定の振幅で振動させたときの駆動電流から測定対象物の粘度を求める演算処理部とを備えている。演算処理部は、温度センサ２８の検出温度に基づいて、測定した粘度を補正する。
【選択図】 図１
【解決手段】粘度計は、測定対象物中に浸漬される感応板１８と、測定対象物中で感応板１８を電磁振動させる電磁駆動部２３と、電磁駆動部２３に供給する駆動電流を測定する電流検出器４４と、感応板１８を支持するとともに、電磁駆動部２３が設けられた駆動機後部１２と、駆動機構部１２の温度を測定する温度センサ２８と、感応板１８の振動を検出する変位センサ２４と、感応板１８を所定の振幅で振動させたときの駆動電流から測定対象物の粘度を求める演算処理部とを備えている。演算処理部は、温度センサ２８の検出温度に基づいて、測定した粘度を補正する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粘度計に関し、特に、感応板を測定対象物中で振動させる方式の粘度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体の粘度を測定し、品質管理などに利用する粘度計は、例えば、食品生産の際などに広く利用されている。このような用途に用いられる粘度計の一種として、例えば、特許文献１に開示されているような、振動式の粘度計がある。
【０００３】
この特許文献１に開示されている粘度計は、一対の感応板を粘度測定対象物中に浸漬し、感応板を電磁振動により、逆位相で共振振動させ、所定の振幅で感応板を振動させたときの駆動電流値から測定対象物の粘度を測定する。
【０００４】
このような構成の粘度計は、感応板を振動させるために、マグネットとコイルを使用した電磁駆動部があり、振幅を検出するための変位センサを備えている。また、加振力は、コイルへ供給する駆動電流とマグネット磁束の積に比例することから、駆動電流値から換算している。
【０００５】
しかしながら、このような従来の粘度計には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５３４１７３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した構成の粘度計では、電磁駆動部のマグネットの温度係数に基づいて、粘度測定結果に誤差が発生する。マグネットは、磁束を発生させているが、この磁束は、温度により変化する。
【０００８】
例えば、マグネットがネオジウムの場合には、約−１３００ｐｐｍ／℃の感度があって、マグネットの温度が＋１０℃変化した場合には、マグネットが発生する磁束は、約−１３００ｐｐｍ／℃×１０℃＝−１．３％となり、その結果、磁束が１．３％弱くなるので、感応板を一定振幅で振動させるための駆動電流は、１．３％余分に供給される。
【０００９】
このことは、加振力を駆動電流から換算する粘度計では、例えば、２０℃の環境下で粘度が１００．０ｍＰａ・ｓと測定されたものが、３０℃の環境下になると１０１．３ｍＰａ・ｓと測定されることになり、かなり大きな測定誤差になる。
【００１０】
このようなマグネットの温度条件の変化には、コイルに電流を流した際の自己発熱も加わり、これも誤差要因となり、特に、高粘性の試料を長時間測定する場合には、その影響が大きくなる。
【００１１】
温度変化に対する誤差要因としては、これ以外に、変位センサの温度に対する感度要因と、感応板を支持している板バネの伸縮に伴う特性変化がある。この場合、振幅変位を渦電流式の変位センサで検出していると、内部インダクタンスなどによる影響があって、本来、感応板の振幅は、一定に保たれるはずであるが、温度変化により、感応板の振幅が微妙に変化し、その結果、駆動電流の変化の度合いと同様に、測定値に誤差が発生する。
【００１２】
また、温度変化により板バネが伸縮すると、感応板の共振点がズレれ、その結果、感応板の振幅を一定にするための余分な電流供給が行われ、粘度測定の誤差となる。
【００１３】
さらに、実際の測定では、試料温度を変化させながら粘度測定を行う場合もあり、このような測定の場合には、試料近傍に設置される駆動機構部は、試料温度の影響を受ける。
【００１４】
さらに、駆動機構部の近傍には、変位センサなどの制御を行う電気回路が配置されていて、周囲温度や試料温度の影響により、回路の特性が変化し、これも測定誤差の要因となる。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償して、高精度の測定を可能にする粘度の測定方法および粘度計を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、測定対象物中に浸漬される感応板と、前記測定対象物中で前記感応板を電磁振動させる電磁駆動部と、前記電磁駆動部に供給する駆動電流を測定する電流検出器と、前記感応板を支持するとともに、前記電磁駆動部が設けられた駆動機構部と、前記駆動機構部の温度を測定する温度センサと、前記感応板の振動を検出する変位センサと、前記感応板を所定の振幅で振動させたときの前記駆動電流から前記測定対象物の粘度を求める演算処理部とを備えた粘度計であって、前記演算処理部は、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記粘度を補正するようにした。
【００１７】
このように構成した粘度計によれば、演算処理部は、温度センサの検出温度に基づいて、粘度を補正するが、温度センサは、駆動機構部の温度を測定しており、駆動機構部の温度データには、駆動機構部のマグネットやコイルの自己発熱などの温度変化が含まれており、温度センサの検出値に基づいて粘度を補正すると、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定精度を補償することができる。
【００１８】
前記演算処理部は、粘度が既知の対象物中に前記感応板を浸漬して、前記既知粘度を求めた際に、前記粘度と前記駆動電流値との比例関係に基づいて、前記既知粘度を前記駆動電流で除算した粘度の傾きを求め、前記粘度の傾きが前記温度センサの測定値と比例関係あるものとして、前記補正値を算出することができる。
【００１９】
より具体的には、前記演算処理部は、既知粘度（ηＬ，ηＨ）を有する少なくとも２つの測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）中に、前記感応板をそれぞれ浸漬して粘度測定を行い、各粘度測定の際に、前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）と前記温度センサの検出温度値（ｔＬ，ｔＨ）とをそれぞれ取得し、取得したデータから、前記既知粘度（ηＬ，ηＨ）と前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）とが比例関係にあるものとして、各測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）の粘度の傾き（ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ）を求め、前記測定対象物（Ｘ）の粘度（ηＸ）を測定した際の、前記温度センサの検出した温度データがｔＸで、前記電流検出器の検出した駆動電流がｉＸであったときに、
【００２０】
前記粘度の傾き（式▲１▼．ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ）と前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）とが比例関係にあるものとして、
式▲２▼．ａＸ＝１／（ｔＨ−ｔＬ）×｛（ａＨ−ａＬ）×ｔＸ＋（ａＬ×ｔＨ−ａＨ×ｔＬ）｝
により前記温度データｔＸおける粘度の傾きａＸを求め、
前記対象物の粘度（ηＸ）を、式▲３▼．ηＸ＝ａＸ×ｉＸ
として算出することができる。
【００２１】
また、本発明では、前記既知粘度（ηＬ，ηＨ）を有する少なくとも２つの測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）は、一方の測定対象物（ＡＬ）が１０°程度の低温での既知粘度（ηＬ）を有し、他方の測定対象物（ＡＨ）が３０°程度の高温での既知粘度（ηＨ）を有するもので構成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図５は、本発明にかかる粘度計の一実施例を示している。
【００２３】
図１は、粘度計１０の駆動機構部１２の構造図であり、駆動機構部１２は、断面が概略逆凸形のフレーム１４を有している。フレーム１４の上端側側面には、同一形状の板バネ１６がそれぞれ固設されている。
【００２４】
各板バネ１６の下端側には、粘度測定対象物Ｘ中に浸漬される同一形状の一対の感応板１８がそれぞれ固設されている。各感応板１８は、平板状の板材から形成され、先端に円形状の拡大部が設けられ、一対の感応板１８は、厚み方向の中心軸が対象物Ａ中で同一平面上になるように配置される。
【００２５】
また、各感応板１８の上端側の支持部には、フレーム１４側に突出するマグネット２０が固設されている。このマグネット２０は、フレーム１４の側面に支持された空心コイル２２の内側に一端側が挿入されていて、このマグネット２０とコイル２２とで、感応板１８を電磁振動させる電磁駆動部２３を構成している。一対の感応板１８は、電磁駆動部２３により相互に逆位相で、共振状態で電磁振動により駆動される。
【００２６】
フレーム１４には、一方のコイル２２の上方側に、変位センサ２４が設けられていて、この変位センサ２４は、感応板１８の支持部に近接配置されていて、感応板１８が電磁振動した際の振幅を検出する。
【００２７】
また、フレーム１４の中心には、測定対象物Ａ中に浸漬されて、その温度を測定する試料温度センサ２６が設けられている。さらに、フレーム１４には、他方のコイル２２の上方に設置され、駆動機構部１２の温度を測定する温度センサ２８が設けられている。
【００２８】
図２は、本実施例にかかる粘度計１０の制御駆動系のブロック図であり、駆動機構部１２の変位センサ２４の出力信号が入力されるアンプ３０，整流器３２，時定数設定回路３４、および、整流器３２からの出力と基準振幅値が入力される比較器３６とを備えている。
【００２９】
また、比較器３６の出力信号を受けて、その値に応じて制御信号を自動減衰器３８に出力する制御器４０を有している。自動減衰器３８には、常時一定の駆動信号、例えば、３０Ｈｚの共振駆動信号が入力され、自動減衰器３８では、この駆動信号を制御器４０から送出される制御信号でコントロールして、アンプ４２介して、電磁駆動部２３の各コイル２２に供給している。
【００３０】
この際の駆動電流は、電流検出器４４で検出され、Ｉ／Ｖ変換器４６およびＡ／Ｄ変換器４８を介して、マイコン（演算処理部）５０に入力される。また、駆動機構部１２の温度センサ２８と試料温度センサ２６の入力信号は、マイコン５０で制御される入力選択器５２と、Ａ／Ｄ変換器５４とを介してマイコン５０に入力されている。
【００３１】
入力選択器５２は、マイコン５０からの制御信号により、温度センサ２８と試料温度センサ２６との出力信号を一定時間毎に切り替えて入力するように制御することができ、このような構成を採用すると、Ａ／Ｄ変換器５４は、試料温度センサ２６と、駆動機構部１２の温度センサ２８と兼用しているので、温度センサ２８を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。
【００３２】
マイコン５０には、メモリ５６，表示部５８，キースイッチ部６０が接続されている。以上の構成を備えた粘度計１０では、感応板１８を所定の振幅値で共振振動させた際の、電磁駆動部２３のコイル２２への駆動電流が電流検出器４４で測定される。そして、得られた駆動電流の値と所定の検量線とから、マイコン（演算処理部）５０で粘度測定対象物Ａの粘度を求めることができる。
【００３３】
このような粘度計としての基本的な構成は、従来のこの種の粘度計と同じであるが、本実施例の粘度計１０には、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００３４】
すなわち、本実施例の粘度計１０では、マイコン（演算処理部）５０は、温度センサ２８の検出温度に基づいて、粘度を補正することを基本構成としている。このような補正を行うと、温度センサ２８は、駆動機構部１２の温度を測定しており、駆動機構部１２の温度データには、駆動機構部１２のマグネット２０やコイル２２の自己発熱などの温度変化が含まれており、温度センサ２８の検出値に基づいて粘度を補正すると、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償することができる。
【００３５】
マイコン（演算処理部）５０で行う補正のより具体的な内容について説明する。温度センサ２８の検出値に基づいて補正をする際には、まず、製造直後などに以下の条件で予備的な粘度測定が行われる。図３には、このとき実行される粘度測定の手順が示されている。
【００３６】
予備的な粘度測定では、異なる２点の温度環境下にて、粘度が既知の測定試料ＡＬ，ＡＨを少なくとも２種類準備して、粘度の測定が行われる。予備的な粘度測定では、手順がスタートすると、準備した試料ＡＬ中に感応板１８を浸漬して、粘度の測定が行われる。
【００３７】
この際に用いる試料ＡＬは、低温、例えば、１０℃で既知粘度値（ηＬ）を有しおり、この温度に合わせるために低温（１０℃）の環境下で、十分放置される（ステップ１）。
【００３８】
この粘度測定において、既知粘度値（ηＬ）を測定したときの、電流検出器４４の検出値を駆動電流値（ｉＬ）としてメモリ５６に記憶させる。また、このときの駆動機構部１２の温度データ（ｔＬ）を、温度センサ２８を介して取得し、これと既知粘度値（ηＬ）とをメモリ５６に記憶させる（ステップ２）。
【００３９】
次に、試料ＡＨ中に感応板１８を浸漬して、粘度の測定が行われる。試料ＡＨは、高温、例えば、３０℃で既知粘度値（ηＨ）を有しており、この温度に合わせるために高温（３０℃）の環境下で、十分放置される（ステップ３）。
【００４０】
この粘度測定において、既知粘度値（ηＨ）を測定したときの、電流検出器４４の検出値を駆動電流値（ｉＨ）としてメモリ５６に記憶させる。また、このときの駆動機構部１２の温度データ（ｔＨ）を、温度センサ２８を介して取得し、これと既知粘度値（ηＨ）とをメモリ５６に記憶させる（ステップ４）。
【００４１】
以上の粘度測定により、２つの試料ＡＬ，ＡＨに関する粘度測定が終了し、粘度測定情報｛既知粘度（ηＬ，ηＨ），駆動電流（ｉＬ，ｉＨ），温度データ（ｔＬ，ｔＨ）｝が得られ、これらが相互に関連つけられた状態でメモリ５６に記憶される。
【００４２】
なお、このような粘度測定情報の取得には、予め粘度値がわかっている試料が必要になり、温度が変化しても粘度値が変わらない試料を作成するのは、実際には非常に困難であり、温度と粘度値との関係が明確に定義されている１種類の標準液などを使用し、粘度計が持つ試料温度センサ２６により、粘度計自身が（ηＬ，ηＨ）を算出するのが現実的である。
【００４３】
ここで、駆動電流値と粘度値とが比例する場合には、粘度測定情報｛既知粘度（ηＬ，ηＨ），駆動電流（ｉＬ，ｉＨ），温度データ（ｔＬ，ｔＨ）｝は、図５に示す関係になっていると考えられる。
【００４４】
本実施例では、このような推定の下に、以下の手順により実際に粘度測定を行うことになる。図４は、実際に粘度を測定する際の手順が示されている。粘度値（ηＸ）が不明な測定対象物の粘度を測定する際には、対象物中に感応板１８を浸漬して、これを共振駆動させた際の、電流検出器４４の検出値である駆動電流値（ｉＸ）と、そのときの駆動機構部１２の温度データ（ｔＸ）とが検出され、マイコン５０（演算処理部）に取り込まれる（ステップ１０）。
【００４５】
マイコン（演算処理部）５０では、メモリ５６に記憶されている先の粘度測定情報｛既知粘度（ηＬ，ηＨ），駆動電流（ｉＬ，ｉＨ），温度データ（ｔＬ，ｔＨ）｝に基づいて、
式▲１▼．ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ
式▲２▼．ａＸ＝１／（ｔＨ−ｔＬ）×｛（ａＨ−ａＬ）×ｔＸ＋（ａＬ×ｔＨ−ａＨ×ｔＬ）｝
を使用して、温度データ（ｔＸ）おける粘度の傾き（ａＸ）が演算される（ステップ１１）。
【００４６】
この場合、式▲２▼．は、以下の関係に基づいて導き出すことができる。まず、駆動機構部１２の温度と、駆動電流から粘度を算出するときの粘度の傾き（ａＸ）が比例関係にあるものとすれば、２つの試料ＡＬ，ＡＨにおける駆動電流と粘度の傾きとの関係は、図６に示すようになる。
【００４７】
このような関係から、駆動機構部１２が温度（ｔＸ）の場合における粘度の傾き（ａＸ）は、ａＸ＝Ｆ×ｔＸ＋Ｇ
と表される。また、図６においては、
ａＨ＝Ｆ×ｔＨ＋Ｇ、ａＬ＝Ｆ×ｔＬ＋Ｇの関係も成り立ち、この２式から、
Ｆ＝（ａＨ−ａＬ）／（ｔＨ−ｔＬ）が得られ、これをａＨ＝Ｆ×ｔＨ＋Ｇ式に代入すると、
Ｇ＝（ａＬ×ｔＨ−ｔＨ×ｔＬ）／（ｔＨ−ｔＬ）が得られ、この式と、Ｆ＝（ａＨ−ａＬ）／（ｔＨ−ｔＬ）式とをａＸ＝Ｆ×ｔＸ＋Ｇに代入すると式▲２▼．が得られる。
【００４８】
次に、駆動電流値（ｉＸ）と粘度の傾き（ａＸ）とから対象物の粘度値（ηＸ）が、
式▲３▼．ηＸ＝ａＸ×ｉＸ
により求められる（ステップ１２）。
【００４９】
そして、求められた粘度値（ηＸ）は、表示部５８に表示され、これにより粘度測定が終了する。
【００５０】
なお、本実施例の場合、温度による特性変化が直線の１次式で近似できるものとして取扱い、異なる２点の温度環境下（例えば、１０℃と３０℃）にて、粘度測定を行ったが、１次式での近似ができず、２次式での近似になる場合には、もう１点の別の温度環境下（例えば、２０℃）での粘度測定を行い、同様に粘度の傾き（ａＸ）を温度（ｔＸ）の２次式で求める。
【００５１】
以上のように構成された粘度計１０によれば、駆動機構部１２の温度データ（ｔＸ）と、予備測定情報に基づいて求められた粘度の傾き（ａＸ）とにより対象物の粘度（ηＸ）を算出し、この場合、駆動機構部１２の温度データ（ｔＸ）は、駆動機構部１２のマグネット２０やコイル２２の自己発熱などの温度変化が含まれているので、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる粘度の測定方法および粘度計によれば、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償して、高精度の測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる粘度計の機械的構成の側面図である。
【図２】図１に示した粘度計の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１，２に示した粘度計の予め行う粘度測定の手順を示すフローチャート図である。
【図４】図１，２に示した粘度計で実際に粘度を測定する際の手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の粘度計における粘度と駆動電流との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の粘度計における粘度の傾きと駆動電流との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 粘度計
１２ 駆動機構部
１４ フレーム
１６ 板バネ
１８ 感応板
２０ マグネット
２２ コイル
２４ 変位センサ
２６ 試料温度センサ
２８ 温度センサ
４４ 電流検出器
５０ マイコン（演算処理部）
５６ メモリ
【発明の属する技術分野】
この発明は、粘度計に関し、特に、感応板を測定対象物中で振動させる方式の粘度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体の粘度を測定し、品質管理などに利用する粘度計は、例えば、食品生産の際などに広く利用されている。このような用途に用いられる粘度計の一種として、例えば、特許文献１に開示されているような、振動式の粘度計がある。
【０００３】
この特許文献１に開示されている粘度計は、一対の感応板を粘度測定対象物中に浸漬し、感応板を電磁振動により、逆位相で共振振動させ、所定の振幅で感応板を振動させたときの駆動電流値から測定対象物の粘度を測定する。
【０００４】
このような構成の粘度計は、感応板を振動させるために、マグネットとコイルを使用した電磁駆動部があり、振幅を検出するための変位センサを備えている。また、加振力は、コイルへ供給する駆動電流とマグネット磁束の積に比例することから、駆動電流値から換算している。
【０００５】
しかしながら、このような従来の粘度計には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２５３４１７３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した構成の粘度計では、電磁駆動部のマグネットの温度係数に基づいて、粘度測定結果に誤差が発生する。マグネットは、磁束を発生させているが、この磁束は、温度により変化する。
【０００８】
例えば、マグネットがネオジウムの場合には、約−１３００ｐｐｍ／℃の感度があって、マグネットの温度が＋１０℃変化した場合には、マグネットが発生する磁束は、約−１３００ｐｐｍ／℃×１０℃＝−１．３％となり、その結果、磁束が１．３％弱くなるので、感応板を一定振幅で振動させるための駆動電流は、１．３％余分に供給される。
【０００９】
このことは、加振力を駆動電流から換算する粘度計では、例えば、２０℃の環境下で粘度が１００．０ｍＰａ・ｓと測定されたものが、３０℃の環境下になると１０１．３ｍＰａ・ｓと測定されることになり、かなり大きな測定誤差になる。
【００１０】
このようなマグネットの温度条件の変化には、コイルに電流を流した際の自己発熱も加わり、これも誤差要因となり、特に、高粘性の試料を長時間測定する場合には、その影響が大きくなる。
【００１１】
温度変化に対する誤差要因としては、これ以外に、変位センサの温度に対する感度要因と、感応板を支持している板バネの伸縮に伴う特性変化がある。この場合、振幅変位を渦電流式の変位センサで検出していると、内部インダクタンスなどによる影響があって、本来、感応板の振幅は、一定に保たれるはずであるが、温度変化により、感応板の振幅が微妙に変化し、その結果、駆動電流の変化の度合いと同様に、測定値に誤差が発生する。
【００１２】
また、温度変化により板バネが伸縮すると、感応板の共振点がズレれ、その結果、感応板の振幅を一定にするための余分な電流供給が行われ、粘度測定の誤差となる。
【００１３】
さらに、実際の測定では、試料温度を変化させながら粘度測定を行う場合もあり、このような測定の場合には、試料近傍に設置される駆動機構部は、試料温度の影響を受ける。
【００１４】
さらに、駆動機構部の近傍には、変位センサなどの制御を行う電気回路が配置されていて、周囲温度や試料温度の影響により、回路の特性が変化し、これも測定誤差の要因となる。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償して、高精度の測定を可能にする粘度の測定方法および粘度計を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、測定対象物中に浸漬される感応板と、前記測定対象物中で前記感応板を電磁振動させる電磁駆動部と、前記電磁駆動部に供給する駆動電流を測定する電流検出器と、前記感応板を支持するとともに、前記電磁駆動部が設けられた駆動機構部と、前記駆動機構部の温度を測定する温度センサと、前記感応板の振動を検出する変位センサと、前記感応板を所定の振幅で振動させたときの前記駆動電流から前記測定対象物の粘度を求める演算処理部とを備えた粘度計であって、前記演算処理部は、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記粘度を補正するようにした。
【００１７】
このように構成した粘度計によれば、演算処理部は、温度センサの検出温度に基づいて、粘度を補正するが、温度センサは、駆動機構部の温度を測定しており、駆動機構部の温度データには、駆動機構部のマグネットやコイルの自己発熱などの温度変化が含まれており、温度センサの検出値に基づいて粘度を補正すると、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定精度を補償することができる。
【００１８】
前記演算処理部は、粘度が既知の対象物中に前記感応板を浸漬して、前記既知粘度を求めた際に、前記粘度と前記駆動電流値との比例関係に基づいて、前記既知粘度を前記駆動電流で除算した粘度の傾きを求め、前記粘度の傾きが前記温度センサの測定値と比例関係あるものとして、前記補正値を算出することができる。
【００１９】
より具体的には、前記演算処理部は、既知粘度（ηＬ，ηＨ）を有する少なくとも２つの測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）中に、前記感応板をそれぞれ浸漬して粘度測定を行い、各粘度測定の際に、前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）と前記温度センサの検出温度値（ｔＬ，ｔＨ）とをそれぞれ取得し、取得したデータから、前記既知粘度（ηＬ，ηＨ）と前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）とが比例関係にあるものとして、各測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）の粘度の傾き（ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ）を求め、前記測定対象物（Ｘ）の粘度（ηＸ）を測定した際の、前記温度センサの検出した温度データがｔＸで、前記電流検出器の検出した駆動電流がｉＸであったときに、
【００２０】
前記粘度の傾き（式▲１▼．ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ）と前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）とが比例関係にあるものとして、
式▲２▼．ａＸ＝１／（ｔＨ−ｔＬ）×｛（ａＨ−ａＬ）×ｔＸ＋（ａＬ×ｔＨ−ａＨ×ｔＬ）｝
により前記温度データｔＸおける粘度の傾きａＸを求め、
前記対象物の粘度（ηＸ）を、式▲３▼．ηＸ＝ａＸ×ｉＸ
として算出することができる。
【００２１】
また、本発明では、前記既知粘度（ηＬ，ηＨ）を有する少なくとも２つの測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）は、一方の測定対象物（ＡＬ）が１０°程度の低温での既知粘度（ηＬ）を有し、他方の測定対象物（ＡＨ）が３０°程度の高温での既知粘度（ηＨ）を有するもので構成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図５は、本発明にかかる粘度計の一実施例を示している。
【００２３】
図１は、粘度計１０の駆動機構部１２の構造図であり、駆動機構部１２は、断面が概略逆凸形のフレーム１４を有している。フレーム１４の上端側側面には、同一形状の板バネ１６がそれぞれ固設されている。
【００２４】
各板バネ１６の下端側には、粘度測定対象物Ｘ中に浸漬される同一形状の一対の感応板１８がそれぞれ固設されている。各感応板１８は、平板状の板材から形成され、先端に円形状の拡大部が設けられ、一対の感応板１８は、厚み方向の中心軸が対象物Ａ中で同一平面上になるように配置される。
【００２５】
また、各感応板１８の上端側の支持部には、フレーム１４側に突出するマグネット２０が固設されている。このマグネット２０は、フレーム１４の側面に支持された空心コイル２２の内側に一端側が挿入されていて、このマグネット２０とコイル２２とで、感応板１８を電磁振動させる電磁駆動部２３を構成している。一対の感応板１８は、電磁駆動部２３により相互に逆位相で、共振状態で電磁振動により駆動される。
【００２６】
フレーム１４には、一方のコイル２２の上方側に、変位センサ２４が設けられていて、この変位センサ２４は、感応板１８の支持部に近接配置されていて、感応板１８が電磁振動した際の振幅を検出する。
【００２７】
また、フレーム１４の中心には、測定対象物Ａ中に浸漬されて、その温度を測定する試料温度センサ２６が設けられている。さらに、フレーム１４には、他方のコイル２２の上方に設置され、駆動機構部１２の温度を測定する温度センサ２８が設けられている。
【００２８】
図２は、本実施例にかかる粘度計１０の制御駆動系のブロック図であり、駆動機構部１２の変位センサ２４の出力信号が入力されるアンプ３０，整流器３２，時定数設定回路３４、および、整流器３２からの出力と基準振幅値が入力される比較器３６とを備えている。
【００２９】
また、比較器３６の出力信号を受けて、その値に応じて制御信号を自動減衰器３８に出力する制御器４０を有している。自動減衰器３８には、常時一定の駆動信号、例えば、３０Ｈｚの共振駆動信号が入力され、自動減衰器３８では、この駆動信号を制御器４０から送出される制御信号でコントロールして、アンプ４２介して、電磁駆動部２３の各コイル２２に供給している。
【００３０】
この際の駆動電流は、電流検出器４４で検出され、Ｉ／Ｖ変換器４６およびＡ／Ｄ変換器４８を介して、マイコン（演算処理部）５０に入力される。また、駆動機構部１２の温度センサ２８と試料温度センサ２６の入力信号は、マイコン５０で制御される入力選択器５２と、Ａ／Ｄ変換器５４とを介してマイコン５０に入力されている。
【００３１】
入力選択器５２は、マイコン５０からの制御信号により、温度センサ２８と試料温度センサ２６との出力信号を一定時間毎に切り替えて入力するように制御することができ、このような構成を採用すると、Ａ／Ｄ変換器５４は、試料温度センサ２６と、駆動機構部１２の温度センサ２８と兼用しているので、温度センサ２８を追加することによるコストアップを最小限に抑えることができる。
【００３２】
マイコン５０には、メモリ５６，表示部５８，キースイッチ部６０が接続されている。以上の構成を備えた粘度計１０では、感応板１８を所定の振幅値で共振振動させた際の、電磁駆動部２３のコイル２２への駆動電流が電流検出器４４で測定される。そして、得られた駆動電流の値と所定の検量線とから、マイコン（演算処理部）５０で粘度測定対象物Ａの粘度を求めることができる。
【００３３】
このような粘度計としての基本的な構成は、従来のこの種の粘度計と同じであるが、本実施例の粘度計１０には、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００３４】
すなわち、本実施例の粘度計１０では、マイコン（演算処理部）５０は、温度センサ２８の検出温度に基づいて、粘度を補正することを基本構成としている。このような補正を行うと、温度センサ２８は、駆動機構部１２の温度を測定しており、駆動機構部１２の温度データには、駆動機構部１２のマグネット２０やコイル２２の自己発熱などの温度変化が含まれており、温度センサ２８の検出値に基づいて粘度を補正すると、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償することができる。
【００３５】
マイコン（演算処理部）５０で行う補正のより具体的な内容について説明する。温度センサ２８の検出値に基づいて補正をする際には、まず、製造直後などに以下の条件で予備的な粘度測定が行われる。図３には、このとき実行される粘度測定の手順が示されている。
【００３６】
予備的な粘度測定では、異なる２点の温度環境下にて、粘度が既知の測定試料ＡＬ，ＡＨを少なくとも２種類準備して、粘度の測定が行われる。予備的な粘度測定では、手順がスタートすると、準備した試料ＡＬ中に感応板１８を浸漬して、粘度の測定が行われる。
【００３７】
この際に用いる試料ＡＬは、低温、例えば、１０℃で既知粘度値（ηＬ）を有しおり、この温度に合わせるために低温（１０℃）の環境下で、十分放置される（ステップ１）。
【００３８】
この粘度測定において、既知粘度値（ηＬ）を測定したときの、電流検出器４４の検出値を駆動電流値（ｉＬ）としてメモリ５６に記憶させる。また、このときの駆動機構部１２の温度データ（ｔＬ）を、温度センサ２８を介して取得し、これと既知粘度値（ηＬ）とをメモリ５６に記憶させる（ステップ２）。
【００３９】
次に、試料ＡＨ中に感応板１８を浸漬して、粘度の測定が行われる。試料ＡＨは、高温、例えば、３０℃で既知粘度値（ηＨ）を有しており、この温度に合わせるために高温（３０℃）の環境下で、十分放置される（ステップ３）。
【００４０】
この粘度測定において、既知粘度値（ηＨ）を測定したときの、電流検出器４４の検出値を駆動電流値（ｉＨ）としてメモリ５６に記憶させる。また、このときの駆動機構部１２の温度データ（ｔＨ）を、温度センサ２８を介して取得し、これと既知粘度値（ηＨ）とをメモリ５６に記憶させる（ステップ４）。
【００４１】
以上の粘度測定により、２つの試料ＡＬ，ＡＨに関する粘度測定が終了し、粘度測定情報｛既知粘度（ηＬ，ηＨ），駆動電流（ｉＬ，ｉＨ），温度データ（ｔＬ，ｔＨ）｝が得られ、これらが相互に関連つけられた状態でメモリ５６に記憶される。
【００４２】
なお、このような粘度測定情報の取得には、予め粘度値がわかっている試料が必要になり、温度が変化しても粘度値が変わらない試料を作成するのは、実際には非常に困難であり、温度と粘度値との関係が明確に定義されている１種類の標準液などを使用し、粘度計が持つ試料温度センサ２６により、粘度計自身が（ηＬ，ηＨ）を算出するのが現実的である。
【００４３】
ここで、駆動電流値と粘度値とが比例する場合には、粘度測定情報｛既知粘度（ηＬ，ηＨ），駆動電流（ｉＬ，ｉＨ），温度データ（ｔＬ，ｔＨ）｝は、図５に示す関係になっていると考えられる。
【００４４】
本実施例では、このような推定の下に、以下の手順により実際に粘度測定を行うことになる。図４は、実際に粘度を測定する際の手順が示されている。粘度値（ηＸ）が不明な測定対象物の粘度を測定する際には、対象物中に感応板１８を浸漬して、これを共振駆動させた際の、電流検出器４４の検出値である駆動電流値（ｉＸ）と、そのときの駆動機構部１２の温度データ（ｔＸ）とが検出され、マイコン５０（演算処理部）に取り込まれる（ステップ１０）。
【００４５】
マイコン（演算処理部）５０では、メモリ５６に記憶されている先の粘度測定情報｛既知粘度（ηＬ，ηＨ），駆動電流（ｉＬ，ｉＨ），温度データ（ｔＬ，ｔＨ）｝に基づいて、
式▲１▼．ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ
式▲２▼．ａＸ＝１／（ｔＨ−ｔＬ）×｛（ａＨ−ａＬ）×ｔＸ＋（ａＬ×ｔＨ−ａＨ×ｔＬ）｝
を使用して、温度データ（ｔＸ）おける粘度の傾き（ａＸ）が演算される（ステップ１１）。
【００４６】
この場合、式▲２▼．は、以下の関係に基づいて導き出すことができる。まず、駆動機構部１２の温度と、駆動電流から粘度を算出するときの粘度の傾き（ａＸ）が比例関係にあるものとすれば、２つの試料ＡＬ，ＡＨにおける駆動電流と粘度の傾きとの関係は、図６に示すようになる。
【００４７】
このような関係から、駆動機構部１２が温度（ｔＸ）の場合における粘度の傾き（ａＸ）は、ａＸ＝Ｆ×ｔＸ＋Ｇ
と表される。また、図６においては、
ａＨ＝Ｆ×ｔＨ＋Ｇ、ａＬ＝Ｆ×ｔＬ＋Ｇの関係も成り立ち、この２式から、
Ｆ＝（ａＨ−ａＬ）／（ｔＨ−ｔＬ）が得られ、これをａＨ＝Ｆ×ｔＨ＋Ｇ式に代入すると、
Ｇ＝（ａＬ×ｔＨ−ｔＨ×ｔＬ）／（ｔＨ−ｔＬ）が得られ、この式と、Ｆ＝（ａＨ−ａＬ）／（ｔＨ−ｔＬ）式とをａＸ＝Ｆ×ｔＸ＋Ｇに代入すると式▲２▼．が得られる。
【００４８】
次に、駆動電流値（ｉＸ）と粘度の傾き（ａＸ）とから対象物の粘度値（ηＸ）が、
式▲３▼．ηＸ＝ａＸ×ｉＸ
により求められる（ステップ１２）。
【００４９】
そして、求められた粘度値（ηＸ）は、表示部５８に表示され、これにより粘度測定が終了する。
【００５０】
なお、本実施例の場合、温度による特性変化が直線の１次式で近似できるものとして取扱い、異なる２点の温度環境下（例えば、１０℃と３０℃）にて、粘度測定を行ったが、１次式での近似ができず、２次式での近似になる場合には、もう１点の別の温度環境下（例えば、２０℃）での粘度測定を行い、同様に粘度の傾き（ａＸ）を温度（ｔＸ）の２次式で求める。
【００５１】
以上のように構成された粘度計１０によれば、駆動機構部１２の温度データ（ｔＸ）と、予備測定情報に基づいて求められた粘度の傾き（ａＸ）とにより対象物の粘度（ηＸ）を算出し、この場合、駆動機構部１２の温度データ（ｔＸ）は、駆動機構部１２のマグネット２０やコイル２２の自己発熱などの温度変化が含まれているので、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる粘度の測定方法および粘度計によれば、多種類の要因に基づく温度変化に対する測定誤差を補償して、高精度の測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる粘度計の機械的構成の側面図である。
【図２】図１に示した粘度計の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１，２に示した粘度計の予め行う粘度測定の手順を示すフローチャート図である。
【図４】図１，２に示した粘度計で実際に粘度を測定する際の手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の粘度計における粘度と駆動電流との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の粘度計における粘度の傾きと駆動電流との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 粘度計
１２ 駆動機構部
１４ フレーム
１６ 板バネ
１８ 感応板
２０ マグネット
２２ コイル
２４ 変位センサ
２６ 試料温度センサ
２８ 温度センサ
４４ 電流検出器
５０ マイコン（演算処理部）
５６ メモリ
Claims (4)
- 測定対象物中に浸漬される感応板と、
前記測定対象物中で前記感応板を電磁振動させる電磁駆動部と、
前記電磁駆動部に供給する駆動電流を測定する電流検出器と、
前記感応板を支持するとともに、前記電磁駆動部が設けられた駆動機構部と、
前記駆動機構部の温度を測定する温度センサと、
前記感応板の振動を検出する変位センサと、
前記感応板を所定の振幅で振動させたときの前記駆動電流から前記測定対象物の粘度を求める演算処理部とを備えた粘度計であって、
前記演算処理部は、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記粘度を補正することを特徴とする粘度計。 - 前記演算処理部は、粘度が既知の対象物中に前記感応板を浸漬して、前記既知粘度を求めた際に、前記粘度と前記駆動電流値との比例関係に基づいて、前記既知粘度を前記駆動電流で除算した粘度の傾きを求め、前記粘度の傾きが前記温度センサの測定値と比例関係あるものとして、前記補正値を算出することを特徴とする請求項１記載の粘度計。
- 前記演算処理部は、既知粘度（ηＬ，ηＨ）を有する少なくとも２つの測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）中に、前記感応板をそれぞれ浸漬して粘度測定を行い、各粘度測定の際に、前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）と前記温度センサの検出温度値（ｔＬ，ｔＨ）とをそれぞれ取得し、
取得したデータから、前記既知粘度（ηＬ，ηＨ）と前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）とが比例関係にあるものとして、各測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）の粘度の傾き（ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ）を求め、
前記測定対象物（Ｘ）の粘度（ηＸ）を測定した際の、前記温度センサの検出した温度データがｔＸで、前記電流検出器の検出した駆動電流がｉＸであったときに、
前記粘度の傾き（式▲１▼．ａＬ＝ηＬ／ｉＬ，ａＨ＝ηＨ／ｉＨ）と前記駆動電流値（ｉＬ，ｉＨ）とが比例関係にあるものとして、
式▲２▼．ａＸ＝１／（ｔＨ−ｔＬ）×｛（ａＨ−ａＬ）×ｔＸ＋（ａＬ×ｔＨ−ａＨ×ｔＬ）｝
により前記温度データｔＸおける粘度の傾きａＸを求め、
前記対象物の粘度（ηＸ）を、
式▲３▼．ηＸ＝ａＸ×ｉＸ
として算出することを特徴とする請求項１または２記載の粘度計。 - 前記既知粘度（ηＬ，ηＨ）を有する少なくとも２つの測定対象物（ＡＬ，ＡＨ）は、一方の測定対象物（ＡＬ）が１０°程度の低温での既知粘度（ηＬ）を有し、他方の測定対象物（ＡＨ）が３０°程度の高温での既知粘度（ηＨ）を有するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の粘度計。
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|---|---|---|---|
| JP2003161549A JP2004361300A (ja) | 2003-06-06 | 2003-06-06 | 粘度計 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101089610B1 (ko) * | 2008-12-18 | 2011-12-05 | 한국건설기술연구원 | 전자기력을 통해 진동하는 고체상 미세추출장치 |
| US8893544B2 (en) | 2010-01-18 | 2014-11-25 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Viscosity measuring device and viscosity measuring method |
| US10180382B2 (en) | 2012-01-27 | 2019-01-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Viscoelasticity measurement method and viscoelasticity measurement device |
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2003
- 2003-06-06 JP JP2003161549A patent/JP2004361300A/ja active Pending
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