JP2010522886A - 動的往復運動ボブ流量測定 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2007年3月27日付けで提出された「動的往復ボブ流量測定(代理人事件番号:CAY-002.01)」と題された次の米国特許出願第11/691554号の優先権を主張し、その全体はここに引用して援用する。
流体のレオロジー的特性は1世紀以上にわたり研究対象となっており、新たに開発又は発見された流体の特性がそれとほぼ同期間にわたり実験室で測定されてきた。この目的で使用される機器は、通常は、対象となる流体に剪断作用を及ぼすためにある種の回転円柱部材を使用し、様々な円柱速度におけるこうした剪断作用への当該流体の抵抗から様々なレオロジー的性質を推定する。こうした機器が測定する特性の例としては、流体がニュートン流体かどうか、流体の剪断感度、剪断応力と剪断速度との間における流体の関係、流体の降伏応力、流体の粘性が長時間の剪断への曝露によりドリフトするという意味においてその流体が複雑かどうかなどがある。
は剪断速度で、nはいわゆる感度係数である。感度係数nが1であれば、流体はニュートン流体である。0 < n
< 1であれば、流体は剪断減粘性すなわち擬塑性である。n > 1であれば、流体は剪断増粘性すなわちダイラテントである。
Claims (40)
- 流体特性判断方法であって、
A) 第1コイル内に電流を駆動させて、試料流体を充填したボブ通路に沿って強磁性ボブを磁気的に駆動させると共に、該ボブ通路に沿った該ボブの位置により決まる検出コイル信号を相互インダクタンスによって第2コイル内に誘導させる段階と、
B} 前記ボブ通路の一回の通過中に複数の時刻で、前記検出コイル信号の値を測定する段階と、
C) こうして測定された前記検出コイル信号の値からそれぞれのボブ位置を求める段階と、
D) こうして求められた複数の前記ボブ位置から前記試料流体のレオロジー的特性を算出する段階と、
E) こうして算出された前記レオロジー的特性を示す特性判断出力信号を生成する段階とを含む、方法。 - 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、前記試料流体の粘度を計算する段階を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、前記試料流体の慣性作用を軽減する段階を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、前記試料流体の粘度を計算する段階と、その際に慣性作用を軽減する段階とを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、
A} 前記求められたボブ位置から複数の速度値を計算する段階と、
B} 一回の通過で順番に得られた測定値を、連続的な前記速度値の比較に従って加速状況と終端速度状況とに分類する段階と、
C) 前記加速状況で得られた前記測定値を用いることなく、前記終端速度状況で得られた前記測定値から前記レオロジー的特性の算出を基づかせる段階を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記レオロジー的特性の前記算出が、前記加速状況で得られた前記測定値を用いることなく、前記終端速度状況で得られた前記測定値から前記試料流体の粘度を計算する段階を含む、請求項5に記載の方法。
- A) 前記方法が、第2コイル内に電流を駆動させて、前記ボブ通路内で前記強磁性ボブを磁気的にもとの方向に駆動させると共に、前記ボブ通路内の前記ボブの位置により決まる検出コイル信号を相互インダクタンスによって前記第1コイル内に誘導させる段階をさらに含み、
B) 前記ボブ位置が、前記ボブが前記ボブ通路内でもとの方向に駆動される際に、複数の時刻で測定される前記検出信号の値から付加的に算出される、請求項1に記載の方法。 - 前記特性判断出力信号が前記試料流体がニュートン流体かどうかを示す、請求項1に記載の方法。
- 前記特性判断出力信号が前記試料流体がニュートン流体でないことを示す場合は、前記特性判断出力信号は、前記流体が剪断減粘性か剪断増粘性かどうかも示す、請求項8に記載の方法。
- 特性判断出力が、前記試料流体の粘度の剪断速度に対する感度を表す、請求項1に記載の方法。
- 前記特性判断出力は、前記試料流体が受ける剪断の関数として前記試料流体に対する剪断応力を表す、請求項1に記載の方法。
- A) 前記強磁性ボブの前記ボブ通路内での前記駆動が、測定期間全体で繰り返し行われ、
B) 前記特性判断出力信号が、前記ボブが前記流体内で繰り返し駆動された期間の関数として、前記試料流体の粘度を表す、請求項1に記載の方法。 - A} 強磁性ボブ式機器であって、
i) 試料縦穴と、
ii) 前記試料縦穴の中に配置され、ボブ通路に沿ってその内部を第1及び第2方向に往復運動する強磁性ボブと、
iii} 第1及び第2コイルであって、それらの前記試料縦穴に対する配置によって、該第1コイル内を駆動される電流が、前記ボブを前記第1方向に駆動する傾向がある磁界強度を生じさせ、該第2コイル内を駆動される電流が、前記ボブを前記第2方向に駆動する傾向がある磁界強度を生じさせ、さらに、該コイル間の相互インダクタンスが前記ボブの位置に依存する、第1及び第2コイルとを含む、強磁性ボブ式機器と、
B) 制御回路であって、
i) 少なくとも前記第1コイル内に交流成分を含む電流を駆動するためのドライバ回路であって、前記試料縦穴に収容された流体内で前記ボブを少なくとも前記第1方向に駆動する、ドライバ回路と、
ii) 前記コイルの一方内で駆動される前記交流成分が前記コイルの他方内に相互インダクタンスにより発生させる信号を感知するためのセンサー回路であって、それを表すセンサー出力を生成するセンサー回路と、
iii) 計算回路であって、
a) 前記流体の降伏応力と、
b) 前記流体が受ける剪断の関数としての前記流体に対する剪断応力と、
c) 前記流体がニュートン流体かどうかと、
d) 前記流体の粘度の剪断速度に対する感度と、
前記ボブが前記流体内で駆動された期間の関数としての前記流体の粘度と、
のうち少なくとも1つを示す特性判断出力を前記センサー出力から生成するための計算回路とを含む、
流体特性判断装置。 - 前記特性判断出力が前記流体の降伏応力を表す、請求項13に記載の流体特性判断装置。
- 前記特性判断出力は、前記流体が受ける剪断の関数として前記流体に対する剪断応力を表す、請求項13に記載の流体特性判断装置。
- 前記特性判断出力は、前記流体がニュートン流体かどうかを示す、請求項13に記載の流体特性判断装置。
- 前記流体がニュートン流体でない場合は、前記特性判断出力は、前記流体が剪断減粘性か剪断増粘性かどうかを示す、請求項16に記載の流体特性判断装置。
- 前記特性判断出力が、前記流体の粘度の剪断速度に対する感度を表す、請求項13に記載の流体特性判断装置。
- 前記特性判断出力は、前記ボブが前記流体内で駆動された期間の関数として、前記流体の粘度を表す、請求項13に記載の流体特性判断装置。
- 前記ドライバ回路が、前記試料縦穴に収容された流体内で前記ボブを前記第1及び第2方向に交互に駆動するように、前記第1及び第2コイルを含み電流を駆動する、請求項13に記載の流体特性判断装置。
- A} 強磁性ボブ式機器であって、
i) 試料縦穴と、
ii) 前記試料縦穴の中に配置され、ボブ通路に沿ってその内部を第1及び第2方向に往復運動する強磁性ボブと、
iii) 第1及び第2コイルであって、それらの前記試料縦穴に対する配置によって、該第1コイル内を駆動される電流が、前記ボブを前記第1方向に駆動する傾向がある磁界強度を生じさせ、該第2コイル内を駆動される電流が、前記ボブを前記第2方向に駆動する傾向がある磁界強度を生じさせ、さらに、該コイル間の相互インダクタンスが前記ボブの位置に依存する、第1及び第2コイルとを含む、強磁性ボブ式機器と、
B) 制御回路であって、
i) 前記第1及び第2コイル内に交流成分を含む電流を駆動するためのドライバ回路であって、前記試料縦穴に収容された試料流体内で前記ボブを少なくとも前記第1方向に駆動する、ドライバ回路と、
ii} 前記コイルの一方内で駆動される前記交流成分が、前記コイルの他方内に相互インダクタンスにより発生させる検出コイル信号の値を、前記ボブ通路の一回の通過期間に複数の時刻で測定するためのセンサー回路であって、それを表すセンサー出力を生成するセンサー回路と、
iii) 計算回路であって、
a) こうして測定された前記検出コイル信号の値からそれぞれのボブ位置を求め、
b) こうして求められた複数の前記ボブ位置から前記試料流体のレオロジー的特性を算出し、
c} こうして算出された前記レオロジー的特性を示す特性判断出力信号を生成する計算回路と、
を含む、流体特性判断装置。 - 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、前記試料流体の粘度を計算する段階を含む、請求項21に記載の流体特性判断装置。
- 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、慣性作用を軽減する段階を含む、請求項21に記載の流体特性判断装置。
- 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、前記試料流体の粘度を計算する段階と、その際に慣性作用を軽減する段階とを含む、請求項23に記載の流体特性判断装置。
- 前記レオロジー的特性を算出する前記段階が、
A} 前記求められたボブ位置から複数の速度値を計算する段階と、
B} 一回の通過で順番に得られた測定値を、連続した前記速度値の比較に従って加速状況と終端速度状況とに分類する段階と、
C) 前記加速状況で得られた前記測定値を用いることなく、前記終端速度状況で得られた前記測定値から前記レオロジー的特性の算出を基づかせる段階を含む、請求項21に記載の流体特性判断装置。 - 前記レオロジー的特性の前記算出が、前記加速状況で得られた前記測定値を用いることなく、前記終端速度状況で得られた前記測定値から前記試料流体の粘度を計算する段階を含む、請求項25に記載の流体特性判断装置。
- A) 前記ドライバ回路が、第2コイル内に電流を駆動させて、前記ボブ通路に沿って前記強磁性ボブを磁気的にもとの方向に駆動させると共に、該ボブ通路に沿った前記ボブの位置により決まる検出コイル信号を相互インダクタンスによって前記第1コイル内に誘導させ、
B) 前記計算回路が、前記ボブが前記ボブ通路内でもとの方向に駆動される際に、複数の時刻で測定される前記検出信号の値から前記ボブの位置をさらに求める、請求項21に記載の流体特性判断装置。 - 前記特性判断出力信号が、前記流体がニュートン流体かどうかを示す、請求項21に記載の流体特性判断装置。
- 前記特性判断出力信号が前記試料流体がニュートン流体でないことを示す場合は、前記特性判断出力信号は、前記流体が剪断減粘性か剪断増粘性かどうかも示す、請求項28に記載の流体特性判断装置。
- 特性判断出力が、前記試料流体の粘度の剪断速度に対する感度を表す、請求項21に記載の流体特性判断装置。
- 前記特性判断出力は、前記試料流体が受ける剪断の関数として前記試料流体に対する剪断応力を表す、請求項21に記載の流体特性判断装置。
- A) 前記強磁性ボブの前記ボブ通路内での前記駆動が、測定期間全体で繰り返し行われ、
B) 前記特徴出力信号は、前記ボブが前記流体内で繰り返し駆動された期間の関数として、前記試料流体の粘度を表す、請求項21に記載の流体特性判断装置。 - 流体特性判断方法であって、
A} 強磁性ボブ式機器を提供する段階であって、該機器が、
i) 試料縦穴と、
ii) 前記試料縦穴の中に配置され、ボブ通路に沿ってその内部を第1及び第2方向に往復運動する強磁性ボブと、
iii} 第1及び第2コイルであって、それらの前記試料縦穴に対する配置によって、該第1コイル内を駆動される電流が、前記ボブを前記第1方向に駆動する傾向がある磁界強度を生じさせ、該第2コイル内を駆動される電流が、前記ボブを前記第2方向に駆動する傾向がある磁界強度を生じさせ、さらに、該コイル間の相互インダクタンスが前記ボブの位置に依存する、第1及び第2コイルとを含む、強磁性ボブ式機器を提供する段階と、
B) 前記第1及び第2コイル内に交流成分を含む電流を駆動する段階であって、前記試料縦穴に収容された流体内で前記ボブを少なくとも前記第1方向に駆動する、電流を駆動する段階と、
C) 前記コイルの一方内で駆動される前記交流成分が前記コイルの他方内に相互インダクタンスにより発生させる信号を感知する段階と、
D) それを表すセンサー出力を生成する段階と、
E) 前記センサー出力から、
i) 前記流体の降伏応力と、
ii) 前記流体が受ける剪断の関数としての前記流体に対する剪断応力と、
iii) 前記流体がニュートン流体かどうかと、
iv) 前記流体の粘度の剪断速度に対する感度と、
v) 前記ボブが前記流体内で駆動された期間の関数としての前記流体の粘度と、
のうち少なくとも1つを示す特性判断出力を生成する段階とを含む、
流体特性判断方法。 - 前記特性判断出力が前記流体の降伏応力を表す、請求項33に記載の方法。
- 前記特性判断出力は、前記流体が受ける剪断の関数として前記流体に対する剪断応力を表す、請求項33に記載の方法。
- 前記特性判断出力信号が、前記試料流体がニュートン流体かどうかを示す、請求項33に記載の方法。
- 前記流体がニュートン流体でない場合は、前記特性判断出力は、前記流体が剪断減粘性か剪断増粘性かどうかを示す、請求項36に記載の方法。
- 前記特性判断出力が、前記試料流体の粘度の剪断速度に対する感度を示す、請求項33に記載の方法。
- 前記特性判断出力は、前記ボブが前記流体内で駆動された期間の関数として、前記流体の粘度を表す、請求項33に記載の方法。
- 前記試料縦穴に収容された流体内で前記ボブを前記第1及び第2方向に交互に駆動するように、電流が前記第1及び第2コイル内で駆動される、請求項33に記載の方法。
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