JP6527342B2 - Liquid measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、液体物の粘性に関連した値を測定する液体物測定装置に関する。 The present invention relates to a liquid measurement apparatus that measures a value related to the viscosity of a liquid.
たとえば、特許文献1には、差圧検出用細管の上流側に、差圧検出用細管の流路断面積より大きな流路断面積を有する流れ制御室を設けた細管式粘度計が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、回転する軸に接続された可動辺と、互いに平行な複数の変形辺と、各変形辺の一端を可動辺に接続するヒンジと、各変形辺の多端を固定部に接続するヒンジとからなる平行バネリンクを少なくとも2つ備えた回転軸保持機構を用いた回転粘度計が開示されている。 Further, in Patent Document 2, a movable side connected to a rotating shaft, a plurality of deformation sides parallel to each other, a hinge connecting one end of each deformation side to the movable side, and a multiend of each deformation side are fixed portions There is disclosed a rotational viscometer using a rotary shaft holding mechanism provided with at least two parallel spring links consisting of hinges connected to.
また、特許文献3には、攪拌槽に予め用意した被処理液を抽入し、次に、サーボモータを駆動し、攪拌翼を所定の回転周期で回転させ、攪拌翼の1周期の回転において、最も高い圧力と最も低い圧力との圧力差と、予め事前実験により導き出された相関式とに基づいて、攪拌槽内に貯留された被処理液の現在の粘度を算出するように構成した攪拌装置の粘度計測方法が開示されている。 Further, according to Patent Document 3, a liquid to be treated prepared in advance in a stirring tank is extracted, and then a servomotor is driven to rotate the stirring blade at a predetermined rotation cycle, thereby rotating the stirring blade in one cycle. Stirring configured to calculate the current viscosity of the liquid to be treated stored in the stirring tank on the basis of the pressure difference between the highest pressure and the lowest pressure and the correlation equation previously derived by experiments in advance. A device viscosity measurement method is disclosed.
また、特許文献4には、駆動用振動子及び検出用振動子を有するバイモルフ振動子と、駆動用振動子に駆動電圧を与える発振器と、駆動電圧と検出用振動子からの出力電圧との位相差を検出する位相差検出器と、を備え、検出用振動子の先端に、測定対象流体内に浸漬される針状部が配されるとともに、バイモルフ振動子の出力と並列になるように調整コンデンサが接続される振動型粘度計が開示されている。 Further, in Patent Document 4, a bimorph vibrator having a drive vibrator and a detection vibrator, an oscillator for applying a drive voltage to the drive vibrator, and a position between the drive voltage and an output voltage from the detection vibrator. A phase difference detector for detecting a phase difference, and a needle-like portion to be immersed in the fluid to be measured is disposed at the tip of the detection vibrator, and is adjusted in parallel with the output of the bimorph vibrator A vibratory viscometer to which a condenser is connected is disclosed.
なお、特許文献5には、容器に一時的な衝撃を与えて容器内の液体に初期挙動を生じさせ、その挙動の経時変化を、当該液体の誘電率を測定する誘電率測定手段に現れる誘電率信号の経時変化を観察することにより、当該液体の種別を判別する容器内の液体種別を判別する方法が開示され、特許文献6には、被測定対象液体物の近傍に設置されて、該被測定対象液体物の静電容量値を測定し、該静電容量値から前記被測定対象物に固有の誘電率を求める静電容量センサと、前記被測定対象液体物に表面波を発生させて、前記表面波の遥動の時間的な減衰特性から該被測定対象液体物の流体粘度を推定する流体粘度推定手段とを備え、前記静電容量センサが求めた前記誘電率と流体粘度推定手段が推定した流体粘度とに基づいて前記被測定対象液体物を同定する液体物検査装置が開示されている。 In Patent Document 5, a temporary impact is applied to the container to cause the liquid in the container to have an initial behavior, and the change over time of the behavior appears in the dielectric constant measuring means for measuring the dielectric constant of the liquid. A method of determining the type of liquid in a container for determining the type of the liquid by observing the change with time of the rate signal is disclosed, and in Patent Document 6, the method is installed in the vicinity of the liquid to be measured. A capacitance sensor for measuring a capacitance value of the liquid to be measured and obtaining a dielectric constant specific to the object to be measured from the capacitance, and generating a surface wave on the liquid to be measured The fluid viscosity estimating means for estimating the fluid viscosity of the liquid to be measured from the temporal attenuation characteristics of the oscillation of the surface wave, and the dielectric constant and the fluid viscosity estimated by the capacitance sensor The object to be measured based on the fluid viscosity estimated by the means Liquid product detection unit is disclosed of identifying a body thereof.
非特許文献1には、液体表面の振動が、数1に示すような二階線形微分方程式の機械振動系モデルで表すことができ、機械振動系モデルにおける機械抵抗r、スティフネスsおよび質量mが、液体表面振動における粘性部、表面張力および試供液体の密度にそれぞれあたることが記載されている。
液体物の粘度を計測する方法は、上記したように、液体を撹拌する時の抵抗の大きさを測定する方法、細管を通過する時間を計測する方法等が知られている。しかし、いずれの方法も計測対象に直接接触する必要があり、再度計測を行う場合は器具を洗浄する必要がある。そのため、液体物の経時的な粘性変化を測定する際には、測定と洗浄を繰り返す必要があり、粘性の変化を連続的に計測しようとしても、測定間隔を短くするには限界があった。 As a method of measuring the viscosity of a liquid, as described above, a method of measuring the magnitude of resistance when stirring a liquid, a method of measuring a time of passing through a thin tube, and the like are known. However, in any method, it is necessary to directly contact the object to be measured, and in the case of performing measurement again, it is necessary to clean the device. Therefore, when measuring the viscosity change of the liquid material over time, it is necessary to repeat the measurement and the washing, and there is a limit to shortening the measurement interval even if the change in viscosity is continuously measured.
本発明の目的は、液体物の粘性測定を、簡便かつ連続的に行うことが可能な技術を提供することにある。また、本発明の目的は、液体物の粘性測定を、小型な装置で実現し、かつ、広い測定レンジで測定できる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of performing viscosity measurement of a liquid easily and continuously. Another object of the present invention is to provide a technique capable of realizing viscosity measurement of a liquid with a compact device and measuring in a wide measurement range.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、液体物の粘性に関連した値を測定する液体物測定装置であって、前記液体物が流入する流入口および前記液体物が流出する流出口、または、前記液体物が流入し流出する流入出口を有する容器と、前記容器内の前記液体物の表面に振動を付加する加振機構と、前記容器に隣接して配置され、電気容量の変化に応じた信号を出力する容量センサと、前記容量センサからの前記信号に基づく測定値を生成する測定値生成部と、を有する液体物測定装置を提供する。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid measurement apparatus for measuring a value related to viscosity of a liquid, wherein the inlet through which the liquid flows and the liquid are A container having an outlet for outflow or an inlet / outlet for outflow of the liquid, an oscillating mechanism for applying vibration to the surface of the liquid in the container, and an adjacent to the container, Provided is a liquid substance measuring device having a capacitance sensor that outputs a signal according to a change in capacitance, and a measurement value generation unit that generates a measurement value based on the signal from the capacitance sensor.
前記容器内の前記液体物の全部または一部が、前記流入口および前記流出口を介して、または、前記流入出口を介して入れ替えられつつ、前記測定値生成部により前記測定値が生成されてもよい。前記加振機構が、前記容器に振動を加える容器振動機構であってもよい。あるいは、前記加振機構が、前記流入口から前記液体物を前記表面に滴下する機構であってもよい。あるいは、前記加振機構が、前記液体物の流入または流出における流量を時間的に変化させる機構であってもよい。あるいは、前記加振機構が、前記液体物の流入または流出において脈流を発生させる機構であってもよい。 The measurement value generation unit generates the measurement value while all or part of the liquid substance in the container is replaced via the inlet and the outlet, or via the inlet and outlet. It is also good. The vibrating mechanism may be a container vibrating mechanism that vibrates the container. Alternatively, the vibration mechanism may be a mechanism that drops the liquid substance onto the surface from the inlet. Alternatively, the vibration mechanism may be a mechanism that temporally changes the flow rate at the inflow or the outflow of the liquid substance. Alternatively, the vibration mechanism may be a mechanism that generates a pulsating flow in the inflow or outflow of the liquid material.
前記測定値生成部が、前記信号の交流成分を所定周期について積分した値を前記測定値として生成してもよい。あるいは、前記測定値生成部が、前記信号の振幅を前記測定値として生成してもよい。 The measurement value generation unit may generate, as the measurement value, a value obtained by integrating an alternating current component of the signal for a predetermined cycle. Alternatively, the measurement value generation unit may generate the amplitude of the signal as the measurement value.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 Note that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a subcombination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through the embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Moreover, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention.
図1は、液体物測定装置100の概要を示す概念図である。液体物測定装置100は、液体物200の粘性に関連した値を測定する。液体物測定装置100は、筺体102を有し、筺体102の内部に、容器ホルダ104、容器106、加振機構112、容量センサ116および測定値生成部120を有する。
FIG. 1 is a conceptual view showing an outline of a liquid
筺体102は、液体物測定装置100の土台であり、後に説明する変位や動きに対し固定され、接地電位を与える存在として機能する。このため、筺体102は、振動によって動かない程度の質量を有し、導電体であることが好ましい。また、容量センサ116による静電容量の測定では外乱電界の影響を最小限に抑えることが好ましい。この観点から、筺体102の全体を導電体で構成し、液体物測定装置100の全体を囲む構成とすることが好ましい。導電体からなる筺体102によって電気的シールドを構成し、容量センサ116による静電容量の測定精度を向上することができる。
The
容器ホルダ104は、容器106を保持し、加振機構112からの振動を容器106に伝える。容器ホルダ104は、容器106に振動を伝える必要性から、筺体102に対し、少なくとも上下方向に運動の自由度を有する必要があり、左右や前後についても自由度を有することが好ましい。また、後に説明する容量センサ116を容器ホルダ104の外側に配置する場合、容器ホルダ104を透して静電容量が測定できるよう、容器ホルダ104を誘電体で構成する必要がある。容器ホルダ104が容量測定に影響を与るものではない場合、容器ホルダ104の材質は特に制限されない。なお、容器106に直接振動を与えるような場合、あるいは、容器106に振動を与える以外の方法で液体物200の表面202に振動を与える場合は、容器ホルダ104は必須ではない。
The
容器106は、内部に液体物200を保持する。液体物200は、粘性測定の対象物である。容器106は、液体物200を保持できる程度の化学的安定性および機械的強度を有するものである必要がある。また、容器106を透して静電容量を測定する必要があることから、容器106は、誘電体である必要がある。容器106は、液体物200が流入する流入口108および液体物200が流出する流出口110を有する。ここでは、流入口108および流出口110を別々に有する例を示すが、流入口108および流出口110は、液体物200を流入し流出する一つの流入出口に代えてもよい。なお、容器106には、容器内部の圧力を調整する圧力調整口を設けてもよい。たとえば、容器外の圧力と容器内の圧力を同じにする開口を圧力調整口として備えてもよい。この場合、開口には塵等の混入を防止するフィルタを備えることができる。また、圧力調整用の開口と、液体物200の流出入口とを兼ねることもできる。
The
加振機構112は、容器106の内部にある液体物200の表面202に振動を付加する。加振機構112として、容器106に振動を加える容器振動機構が例示できる。容器振動機構として、図1に示すような、偏心カムを用いた機構のほか、公知の振動発生機構を用いることができる。図1に示す加振機構112(偏心カム)においては、スピードコントローラ114によって、振動周期を変化させることができる。
The
加振機構112として、上記した容器振動機構の外、流入口108から液体物200を表面202に滴下する機構が例示できる。この場合、容器106自体を振動させる必要はなく、容器106はもとより、装置全体を小型化することが可能になる。また、加振機構112として、液体物200の流入または流出における流量を時間的に変化させる機構を例示することができる。この場合も液体物200を滴下する機構と同様、装置を小型化することができる。また、加振機構112として、液体物200の流入または流出において脈流を発生させる機構を例示することができる。同様に装置を小型化することができる。
As the
容量センサ116は、容器106に隣接して配置され、電気容量の変化に応じた信号を出力する。容器106の内部にある液体物200の表面202が振動によって波打つと、表面波の状態、たとえば波高に応じた静電容量の変化が発生する。容量センサ116は、この静電容量の変化を検知するものであり、容量センサ116から出力される信号は、液体物200の表面202の波動(波高)を反映したものとなる。液体表面の振動は、背景技術欄の数1に関連して述べた通り、粘性部、表面張力、密度をパラメータとして二階線形微分方程式でモデル化することが可能であり、表面張力および密度が変化しない条件においては、液体表面の振動は粘性部に依存することになる。よって、静電容量の変化によって液体物200の表面202の振動を測定すれば、粘性部を推定することが可能になる。なお、容量センサ116の背面には、接地電極118を配置することができる。接地電極118を配置することで、容量センサ116の浮遊容量を安定化し、容量センサ116からの出力信号に含まれる浮遊容量の影響を小さくすることができる。
The
測定値生成部120は、容量センサ116からの信号に基づく測定値を生成する。本実施形態では、測定値生成部120として、容量−周波数変換回路122、周波数−電圧変換回路124、バンドパスフィルタ126および積分回路128からなる測定値生成部120を例示する。当該測定値生成部120は、あくまで例示であり、これに限られるものではない。
The measurement
容量−周波数変換回路122は、容量が変化を周波数の変化として出力する回路である。一般的なLC共振回路とNOT論理回路を適切に組み合わせて構成することができる。周波数に変換された容量の変化値は、周波数−電圧変換回路124で電圧に変換される。電圧に変換された信号は、バンドパスフィルタ126を通して直流成分が除去され、積分回路128によって、交流成分を所定周期について積分した値が出力される。バンドパスフィルタ126により、浮遊容量等の影響が除去され、表面202の振動に起因する信号を抽出することができる。積分回路128により、微小信号が効率よく抽出され、あるいは複数の周波数を含んだ信号が適正に抽出される。積分回路128の出力は、表示部130に表示することができる。
The capacitance-
本実施形態の液体物測定装置100では、容器106内の液体物200の全部または一部が、流入口108および流出口110を介して、または、流入出口を介して入れ替えられつつ、測定値生成部120により測定値が生成される。よって、容器106を洗浄等することなく、液体物200の粘性を連続的に測定することができる。
In the liquid
また、本実施形態の液体物測定装置100では、液体物200の表面202における波動を静電容量の変化により測定し粘度を推定する。液体物表面が大きく波打つような状況においても静電容量の変化は適正に測定できることから、本液体物測定装置100の測定のダイナミックレンジは相当に広い。また、液体物200の全体について静電容量を計測することになるから、液体物200の局所的な粘性ではなく、液体物200の全体を包括的に測定することができる。
Further, in the liquid
図2は、粘度が異なる液体物にいて図1のa点における信号の時間変化を示したグラフである。図2において、上から順に粘度が2048cP、741cP、349cP、139cP、42cPの液体物における信号を示す。図2から、振動に応じた交流信号が発生していることがわかり、粘度が小さいほど信号振幅が大きいことがわかる。これは粘度が小さいほど液体物表面の表面波波高が高く、これが静電容量の変化の大きさに反映されていると推察できる。 FIG. 2 is a graph showing the time change of the signal at point a in FIG. 1 in the liquid substance having different viscosity. In FIG. 2, the signals in the liquid having viscosities of 2048 cP, 741 cP, 349 cP, 139 cP and 42 cP are shown sequentially from the top. It can be seen from FIG. 2 that an AC signal corresponding to the vibration is generated, and it can be seen that the smaller the viscosity, the larger the signal amplitude. It can be inferred that the lower the viscosity, the higher the surface wave height on the surface of the liquid, which is reflected in the magnitude of the change in capacitance.
図3は、積分信号(積分回路128の出力)の値と粘度との関係を示した相関図である。図3から明らかな通り、粘度と積分信号との間には、強い負の相関関係があることがわかる。これは、粘度既知の液体物の信号を用いて装置を校正すれば、表示部130の表示を粘度として表示することが可能であることを意味する。
FIG. 3 is a correlation diagram showing the relationship between the value of the integration signal (the output of the integration circuit 128) and the viscosity. As apparent from FIG. 3, it can be seen that there is a strong negative correlation between the viscosity and the integral signal. This means that the display of the
図4は、いくつかの液体物についての測定値を示すグラフである。水、シュガーシロップ、オリーブ油、とんかつソースについて測定値を示した。感覚的ではあるものの、かなり粘り気のある液体についても粘性測定が可能であることが伺える。 FIG. 4 is a graph showing measurements for several liquids. Measured values are shown for water, sugar syrup, olive oil, pork and sauce. It can be said that it is possible to measure viscosity even with a sensory, but rather viscous liquid.
以上、実施の形態では、本願発明を液体物測定装置として説明したが、本発明の液体物測定装置は、液体物測定方法、そのような装置もしくは方法または機能を実現するプログラムとして把握することも可能である。 As described above, in the embodiment, the present invention has been described as the liquid substance measuring apparatus, but the liquid substance measuring apparatus of the present invention may be understood as a liquid substance measuring method and a program for realizing such an apparatus or method or function. It is possible.
また、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。たとえば、測定値生成部120は、信号の振幅を測定値として生成することも可能である。
Further, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be added to the above embodiment. It is also apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such alterations or improvements can be included in the technical scope of the present invention. For example, the measurement
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラムおよび方法における動作、手順、ステップおよび段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書および図面中の動作フローに関して便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps and steps in the devices, systems, programs and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly “before”, “before”, etc. It should be noted that it can be realized in any order as long as the output of the previous process is not used in the later process. Even if it is described using “first”, “next” and the like for convenience regarding the operation flow in the claims, the specification and the drawings, it does not mean that it is essential to carry out in this order.
100…液体物測定装置、102…筺体、104…容器ホルダ、106…容器、108…流入口、110…流出口、112…加振機構、114…スピードコントローラ、116…容量センサ、118…接地電極、120…測定値生成部、122…容量−周波数変換回路、124…周波数−電圧変換回路、126…バンドパスフィルタ、128…積分回路、130…表示部、200…液体物、202…表面。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記液体物が流入する流入口および前記液体物が流出する流出口を有する容器と、
前記容器内の前記液体物の表面に振動を付加する加振機構と、
前記容器に隣接して配置され、電気容量の変化に応じた信号を出力する容量センサと、
前記容量センサからの前記信号に基づく測定値を生成する測定値生成部と、
を有し、
前記加振機構が、前記流入口から前記液体物を前記表面に滴下する機構である
液体物測定装置。 A liquid measuring device for measuring a value related to viscosity of a liquid, comprising
A container having an inlet through which the liquid flows and an outlet through which the liquid flows out;
An excitation mechanism for applying vibration to the surface of the liquid in the container;
A capacitive sensor disposed adjacent to the container and outputting a signal according to a change in electrical capacity;
A measurement value generator that generates a measurement value based on the signal from the capacitive sensor;
Have
A liquid measurement apparatus, wherein the vibration mechanism is a mechanism for dropping the liquid onto the surface from the inlet.
請求項1に記載の液体物測定装置。 The liquid measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement value generation unit generates a value obtained by integrating an alternating current component of the signal for a predetermined cycle as the measurement value.
請求項1または請求項2に記載の液体物測定装置。 The liquid measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement value generation unit generates an amplitude of the signal as the measurement value.
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