JP2975284B2 - 粘度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明は、流体が通る管の所定２
点間の差圧から該流体の粘度を測定する粘度測定装置に
関し、特に流体が液状の食品あるいは医薬品である場合
により適した粘度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より流体の粘度を測定する装置とし
て回転粘度計、熱流式粘度計、細管式粘度計など種々の
ものが知られている。このうち、細管式粘度計に関する
公知技術としては、特公昭４７−１７４８５、特開昭４
８−３８８５、特開昭６０−１００７３９、特開昭６２
−９３６３３、特開昭６２−２１１５４２等がある。し
かしながら、これらの従来技術を液状の食品あるいは医
薬品について用いるには考慮すべき種々の問題がある。

【０００３】特公昭４７−１７４８５には、オリフィス
を設けた流路と細管とを直列に配置し、オリフィスの両
側の差圧と細管の両端の差圧とに基づいて流体の粘度を
測定する装置が提案されている。しかし、このようにオ
リフィスを設けてその前後の差圧を検知する方式では、
流体が非ニュ−トン流体でしかもチキソトロピ−性の複
雑な挙動をする液状食品のような場合には、オリフィス
を通過する際に粘度が変化してしまい、その流体の粘度
の正しい測定は困難である。

【０００４】特開昭４８−３８８５には、測定細管の両
端間に一定の差圧が保たれるように細管の両端に接続さ
れた一対のタンクの液レベル（流体量）の差を一定に保
ち、細管中の流速変動を電磁流量計で測定する粘度計が
提案されている。この装置は構造的に内部の洗浄が容易
でなく、流体が衛生の管理が要求される液状の食品や医
薬品である場合には適していない。また測定条件の変更
を行う場合には、タンクやパイプを変更することが必要
となり不便である。

【０００５】特開昭６０−１００７３９には、細管部流
路の上流下流間の差圧と流体の流量及び温度を測定し、
これらの測定値に基づいて差圧と流量が一定になるよう
に可変速電動機で駆動される液送ポンプの回転をインバ
−タ−で制御すると共に、制御回路において規定温度に
換算された粘度値を演算する装置が開示されている。し
かし、この装置は、配管構造が複雑であり、また差圧測
定用細管とその前後に接続された配管、それにこれら両
者間に位置する圧力検出部のそれぞれが異なる外径及び
内径寸法で構成されている。このため、管外には何の使
用にも供することができずに装置の全体寸法をいたずら
に大きくするだけのデッドスペ−スを有するとともに、
管内にも管路の拡大部と縮小部とによる流体が滞留する
デッドスペ−スが多く存在し、液状の食品や医薬品につ
いて使用するにはこうした管内に滞留した流体の微生物
汚染あるいは品質劣化など衛生上の問題がある。

【０００６】特開昭６２−９３６３３には、測定用細管
の所定２点間の差圧が一定になるように液送用可変速回
転ポンプの回転速度を制御し、このポンプの回転速度か
ら演算して流体の粘度を測定する装置が開示されてい
る。この装置は流体の流量でなく流体速度を制御するポ
ンプの回転数に基づいて粘度を算出する方式であるた
め、流量によって粘度が変化する液状食品については正
確な粘度を測定することができない。

【０００７】特開昭６２−２１１５４２には、測定細管
部を渦巻き状にすることにより細管の長さを長くしてよ
り精度の高い測定を可能とした装置が示されている。し
かし、測定用細管とその前後に接続された配管、これら
両者間に位置する圧力検出部のそれぞれが異なる外径及
び内径寸法で構成されており、特開昭６０−１００７３
９と同様に装置の大型化の問題と、装置を液状の食品や
医薬品について使用した場合の管路の凹凸による衛生上
の問題とを有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の粘度測定装置は、いずれも液状の食品あるいは医薬品
に用いた場合の衛生上及び測定精度に関する問題、また
は配管構造の複雑さ、装置の大きさに関する問題等を有
している。

【０００９】本発明は、これらの点に鑑み、とくに液状
食品あるいは液状医薬品の粘度を測定するにあたり、衛
生上問題がなく、かつ精度が高く、しかも装置全体の構
造が単純で小型化が図れる粘度測定装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の粘度測定装置
は、流体入口と流体出口を有し、流体入口の近傍に定量
ポンプと流量計を備えた管と、この管の２点間の差圧を
検知する差圧センサとからなり、検知した差圧に基づい
て管を通る流体の粘度を測定する粘度測定装置におい
て、前記管が流体入口から線状に延びる第１線状部と、
流体出口に向かって線状に延びる第２線状部と、該第１
線状部と第２線状部とを連通する折り返し部とを有し、
該管の前記第１線状部、前記第２線状部及び前記折り返
し部を同一外径及び内径寸法の円管で構成した。

【００１１】前記差圧センサは前記第１線状部と前記第
２線状部との間に設けられることが好ましい。

【００１２】前記差圧センサは、差圧を測定する本体
と、該本体の一側において前記管の第１線状部の流体圧
を検知する第１感圧部と、前記本体の他側において前記
管の第２線状部の流体圧を検知する第２感圧部とにより
一体に構成されることが好ましい。

【００１３】前記管は上記第１線状部及び第２線状部と
前記差圧センサの第１感圧部及び第２感圧部とを連通す
る連結管を有している。

【００１４】前記連結管は前記管の第１線状部、第２線
状部及び折り返し部と同一外径及び内径寸法の円管で構
成されることが好ましい。

【００１５】前記連結管は端部フランジを有し、前記差
圧センサは前記第１及び第２感圧部に前記連結管との接
続部を有し、前記連結管の前記端部フランジと前記差圧
センサの前記接続部とは外径寸法が同一であることが好
ましい。

【００１６】前記連結管の長さはその外径寸法以下であ
ることが好ましい。

【００１７】前記管の外径寸法はサニタリ−規格１．５
インチ（３８．１ｍｍ）以下であることが好ましい。

【００１８】前記管は上記折り返し部を略Ｕ字形状とす
ることが好ましい。

【００１９】

【作用】本発明の粘度測定装置においては、被測定流体
の流路となる管全体が同一外径及び内径寸法の円管で構
成されている。このため、管内に流体が溜まるようなデ
ッドスペ−スが存在しないので流体は物理的ストレスを
受けることなく円滑に流れ、また管外においても凹凸が
ないので管周りにデッドスペ−スとなる所が生じない。

【００２０】

【実施例】以下に、添付図面を参照しつつ本発明に係る
粘度測定装置の好適実施例について説明する。図１は本
発明に係る粘度測定装置の一実施例の概略平面図であ
る。

【００２１】図１において、液状食品の製造装置の一部
をなす配管５０の内部には流体が矢印の方向に流れる。
全体としてＵ字形状を有する粘度測定用の管１は流体の
入口となる開口１１と流体の出口となる開口１２を介し
て配管５０と接続されている。管は流体入口１１から線
状に延びる第１線状部１３、流体出口１２に向かって線
状に延びる第２線状部１４、及びこれら２つの線状部１
３、１４を相互に連通せしめるＵ字形状ないし円弧状の
折り返し部１５を有している。

【００２２】第１線状部１３と第２線状部１４との間に
は差圧センサ２０が配置されている。差圧センサ２０
は、図４から明らかなように、差圧を測定する本体２１
と、該本体の一側において管１の第１線状部１３の流体
圧を検知する第１感圧部２２と、前記本体２１の他側に
おいて管１の第２線状部１４の流体圧を検知する第２感
圧部２３とが一体に構成されている。第１感圧部２２は
短い連結管１７を介して第１線状部１３に連通してお
り、第２感圧部２３は短い連結管１８を介して第２線状
部１４に連通している。連結管１７、１８の長さは、衛
生上及び測定感度の問題を考慮して、洗浄の容易性、液
置換性を良好にするために、管１の外径寸法以下である
ことが好ましい。

【００２３】管１を以上のように、第１線状部１３と第
２線状部１４とを折り返し部１５を介して連通させ、全
体としてＵ字形状を有する構成とする。測定管の中間部
に折り返し部を設けることにより、直線的な測定細管を
用いた場合に比べて大きな差圧が得られるため、測定精
度をより高くすることができる。例えは、長さ１ｍのＵ
字管では長さ１．７３ｍの直管に相当する差圧が得られ
る。

【００２４】また、差圧センサ２０を以上のように２つ
の線状部の間に配置したことにより、従来の細管式粘度
測定装置の圧力検知部から差圧センサまで導圧管を長く
延ばした構成と比べて装置の全体をよりコンパクトにま
とめることができる。

【００２５】管１を構成する第１及び第２線状部１３、
１４、折り返し部１５、それに２つの連結管１７、１８
は全て同一の外径及び内径寸法を有している。管１が連
結管１７、１８を含めて同一の外径及び内径寸法を有す
ることにより、管の洗浄が容易であり、かつ管内での流
体の滞留量を最少にすることができる。これまでの細管
式粘度測定装置では、測定細管内や圧力測定部から差圧
センサに至る細い導圧管内に流体が滞留し、洗浄が容易
でなく、衛生上液状の食品や医薬品には使用できないと
いった不具合があったが、この装置ではそうした点が大
幅に改善されている。

【００２６】管１の寸法は、酪農、食品工業などに用い
るステンレス鋼サニタリ−管の寸法としてＪＩＳ規格に
定められた管外径寸法のうち２５．４ｍｍ（１イン
チ）、３１．８ｍｍ（１．２５インチ）または３８．１
ｍｍ（１．５インチ）、のいずれかの管外径寸法を有す
ることが好ましい。これは、ＪＩＳ規格では管の端部フ
ランジの外径寸法も規定しており、上記３つの管外径寸
法を有するサニタリ−管は端部フランジの外径寸法が同
一であることによる。

【００２７】差圧センサ２０は感圧部２２、２３の感圧
面２４に拡散型の半導体ダイアフラムを使用している。
これにより、図４に示すように、差圧センサ２０の外径
寸法は、連結管１７、１８の端部フランジ１７ａ、１８
ａの外径寸法と略同一に抑えられている。特に、感圧部
２２、２３の接続部２２ａ、２３ａと連結管１７、１８
の端部フランジ１７ａ、１８ａとは外径寸法が同一であ
る。前述のように、上記３つの管外径寸法を有するサニ
タリ−管はどれも端部フランジの外径寸法が同一である
ため、差圧センサ２０は上記３つの管外径寸法を有する
どの管１にもリデュ−サ−などの接続補助部品を必要と
せずに直接接続できる。差圧センサ２０と連結管１７、
１８とはシ−ル材２５を介して図５に示すクランプ２７
により結合される。

【００２８】図１に示した例では、管１の第１及び第２
線状部１３、１４は略全長にわたり平行にかつ直線状に
延びているが、必ずしもそうでなくともよい。図２は第
１及び第２線状部１１３、１１４を同一方向に屈曲させ
て形成した管１０１を示し、図３は第１及び第２線状部
２１３、２１４を反対方向に屈曲させて形成した管２０
１を示している。この図３の例は特に管１の流体入口を
貯留タンク（図示していない）に接続してそこから流体
を抜き出す場合に適している。

【００２９】また、折り返し部１５は第１線状部１３と
第２線状部１４とを滑らかな曲線で連通する形状であれ
ばよく、例えば一巻き形状又は渦巻き形状でもよい。そ
うした形状は管長をより長くしたのと同様の効果を生
じ、より大きな差圧を得ることが可能になる。

【００３０】図１に戻り粘度測定装置の構成について説
明する。管１の第１線状部１３には流体入口１１の近く
に定量ポンプ２が取り付けられており、流体を一定の流
量で配管５０から粘度測定管１に取入れる。定量ポンプ
２は回転数が可変の可変速電動機３１で駆動され、電動
機３１の回転数は、例えばインバ−タ−からなる周波数
変換器３２からの信号により制御される。定量ポンプ２
の隣の管１上には電磁流量計３が並設されており、電磁
流量計３により検出された管１の流量は変換器３３でア
ナログ信号（４〜２０Ａｍ／１〜５Ｖ）に変換されて定
量ポンプ制御器３５に入力される。制御器３５には予め
粘度測定に適した流量値が設定されており、検出された
流量が設定流量値と異なるときにはこれを同じにするた
めの制御信号が周波数変換器３２に送られてポンプ２の
回転数を制御する。

【００３１】一方、差圧センサ２０により測定された差
圧信号は変換器４１で増幅されてアナログ信号として出
力される。このアナログ信号はＡ／Ｄ変換器４３により
デジタル信号に変換され、パソコン４５の演算部４６に
入力される。演算部４６では圧力損失を計算する数式１
から数式２を導いて流体の粘度を算出する。その値はパ
ソコン４５の表示装置４７に出力されて画面に表示され
る。

【００３２】

【数１】

【００３３】

【数２】

【００３４】上記数式１及び数式２において、△Ｐは差
圧（Ｐａ）、ｌは管長（ｍ）、ｕは平均流速（ｍ／
ｓ）、ηは粘度（Ｐａ・ｓ）、ｄは管の内径（ｍ）であ
る。

【００３５】尚、この実施例においては、流体の温度が
２０℃の状態で上記の差圧測定を行い、その測定値に基
づいて粘度値を得るが、粘度は温度により変化するた
め、これを標準温度での粘度値として計算する場合に
は、差圧センサ２０の感圧部２２、２３の近傍に温度検
出器を設けて流体温度を検出し、例えば特開昭６０−１
００７３９の第４ペ−ジ右下欄に示されるような公知の
数式を用いて粘度値を補正する必要がある。

【００３６】また、この実施例では、流体を非ニュ−ト
ン流体でしかもチキソトロピ−性の複雑な挙動をする液
状食品として設定しており、この様な流体は流量を変化
させることにより粘度も変化してしまうため、一定流量
での差圧測定が必要であり、測定された差圧に基づいて
流量を変化させることはしていない。そこで、この装置
をニュ−トン流体の粘度測定に用いるときは、差圧信号
を流量信号とともにポンプ制御器３５に入力することに
より、測定された差圧に応じて流体の流量を変化させて
使用するとよい。

【００３７】また、上記図１の実施例では、粘度測定管
１内への流体の取入れ先を、液状食品の製造装置の配管
として説明したが、これに限らす、管の形状を例えば図
３のような形状として、流体入口を液状食品の貯蔵タン
クに接続してそこから流体を取入れるようにしてもよ
い。

【００３８】

【測定例】トマトケチャップ製造装置の配管５０からケ
チャップを定量ポンプ２で１００リットル／時の流量で
測定管１に取り入れ、差圧測定部１３、１４、１５に送
液した。管１は外径２５．４ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ、内
径２３ｍｍのサニタリ−管を使用し、線状部１３、１４
は、長さ１ｍの直管、折り返し部１５はＵ字管で構成し
た。ケチャップの温度を２０℃に維持して差圧を測定し
たところ、３．０５×１０４（Ｐａ）であった。この差
圧値をパソコン演算部４６に入力し、数式１と２を用い
て計算した粘度は２．０２（Ｐａ・ｓ）であった。

【００３９】上記測定と同時に抜き出したトマトケチャ
ップを別に回転粘度計で測定したところ、粘度は２．０
５（Ｐａ・ｓ）であった。これにより本発明に係る粘度
測定装置による測定値は回転粘度計の測定値とほぼ良好
に一致することが確認された。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したごとく、粘度測
定管の全体を同一外径及び内径寸法の円管で構成したた
め、管内に流体が溜まるようなデッドスペ−スが存在し
ないので、被測定流体の微生物汚染や品質劣化など従来
認められた衛生上の問題を解消することができ、特に食
品あるいは医薬品などの粘度測定には特に有利である。
また、管内を流れる被測定流体に与える物理的ストレス
を最少にすることができるので、流体が非ニュ−トン流
体でしかもチキソトロピ−性を有するものであっても測
定中の粘度変化が極めて少なく、従来の装置に比してよ
り精度の高い測定を行うことができる。

【００４１】更に、管が第１線状部と、第２線状部と、
該第１線状部と第２線状部とを連通する折り返し部とを
有し、管の端部フランジとほぼ同寸法の外径を有する差
圧センサを第１及び第２線状部の間に設けたため、装置
全体の小型化と構造の単純化を図ることができる。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る粘度測定装置の一実施例の概略平
面図である。

【図２】粘度測定管の変更例を示す図である。

【図３】粘度測定管の他の変更例を示す図である。

【図４】差圧センサと連結管との接続関係を示す図であ
る。

【図５】差圧センサと連結管との接続を保持するための
クランプの正面図である。

【符号の説明】

１ 粘度測定用の管 ２ 定量ポンプ ３ 電磁流量計 １１ 流体入口 １２ 流体出口 １３ 第１線状部 １４ 第２線状部 １５ 折り返し部 １７、１８ 連結管 ２０ 差圧センサ ２１ 差圧センサ本体 ２２、２３ 感圧部

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体入口と流体出口を有し、流体入口の
   近傍に定量ポンプと流量計を備えた管と、この管の２点
   間の差圧を検知する差圧センサとからなり、検知した差
   圧に基づいて管を通る流体の粘度を測定する粘度測定装
   置において、前記管が流体入口から線状に延びる第１線
   状部と、流体出口に向かって線状に延びる第２線状部
   と、該第１線状部と第２線状部とを連通する折り返し部
   とを有し、該管の前記第１線状部、前記第２線状部及び
   前記折り返し部を同一の外径及び内径寸法の円管で構成
   したことを特徴とする粘度測定装置。
2. 【請求項２】 前記差圧センサを前記管の前記第１線状
   部と前記第２線状部との間に設けたことを特徴とする請
   求項１の粘度測定装置。
3. 【請求項３】 前記差圧センサは、差圧を測定する本体
   と、該本体の一側において前記管の前記第１線状部の流
   体圧を検知する第１感圧部と、前記本体の他側において
   前記管の前記第２線状部の流体圧を検知する第２感圧部
   とにより一体に構成されることを特徴とする請求項２の
   粘度測定装置。
4. 【請求項４】 前記管は、前記第１線状部及び前記第２
   線状部と前記差圧センサの前記第１感圧部及び前記第２
   感圧部とを連通する連結管を有することを特徴とする請
   求項３の粘度測定装置。
5. 【請求項５】 前記連結管を、前記管の前記第１線状
   部、前記第２線状部及び前記折り返し部と同一外径及び
   内径寸法の円管で構成したことを特徴とする請求項４の
   粘度測定装置。
6. 【請求項６】 前記連結管は端部フランジを有し、前記
   差圧センサは前記第１及び第２感圧部に前記連結管との
   接続部を有し、前記連結管の前記端部フランジと前記差
   圧センサの前記接続部とは外径寸法が同一であることを
   特徴とする請求項４又は５の粘度測定装置。
7. 【請求項７】 前記連結管の長さをその外径寸法以下に
   したことを特徴とする請求項４、５又は６の粘度測定装
   置。
8. 【請求項８】 前記管の外径寸法はサニタリ−規格１．
   ５インチ（３８．１ｍｍ）以下であることを特徴とする
   請求項１、６、７又は８の粘度測定装置。
9. 【請求項９】 前記管は前記折り返し部を略Ｕ字形状と
   したことを特徴とする請求項１の粘度測定装置。