JPH02291942A - 粘性率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、流体の粘性率の測定に関わり、特に非導電
性の気体、液体の粘性率測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

流体の粘性率を測定するためには、被測定対象に応じて
、種々な方法が利用されているが、低圧で小密度の場合
から、高圧で大密度の場合にわたる領域での気体ならび
に液体の粘性率を簡便にかつ精度よく測定する方法とし
て、ネジリ振動子をセンサとして用いる方法がある。

このネジリ振動子は水晶などのピエゾ効果を有する結晶
を円柱状に加工し、表面に金などの金属を蒸着して電極
を分割形成させたものが使用され、測定に際しては前記
電極に交流電圧を印加し、結晶の圧電効果を利用して円
柱にねじれ振動を発生させ、これを測定流体中において
その振動特性値を測定して被測定流体の粘性率を算出す
る。

この計算に必要な特性値としてネジリ振動子の測定時の
共振周波数、測定時ならびにネジリ振動子を真空中にお
いて振動させた場合の共振抵抗値および測定流体中のネ
ジリ振動子の電気的等価回路の半値幅などがあり、各々
正確に測定値を得る必要がある。

前記半値幅△ｆはネジリ振動子の電気的等価回路に対し
、直列共振時に流れる電流値をＩ１とした場合にこの共
振周波数ｆ，の前後で電流値■，／１２が流れるような
周波数ｆ，，ｆ２の差、すなわちΔｆ”ｆｚｆ＋で表わ
される周波数幅である。一般にｆ，を中心とした共振時
の電流曲線は左右非対称に存在するために周波数ｆ，お
よびｆ２を個別に測定する必要がある。

ネジリ振動子に交流電場を印加して振動させた場合のネ
ジリ振動子の電気的等価回路は、直列接続の抵抗Ｒ、キ
ャパシタンスＣおよびインダクタンスＬと、これに並列
接続されたキャパシタンスＣ′で構成されるが、ここに
Ｃ′はセンサを支持するハウジングによるキャパシタン
スであって、ネジリ振動子を取り巻く流体の密度温度な
どの影響を受ける。前記等価回路の抵抗Ｒ、キャバシタ
ンスＣの値はネジリ振動子の固有抵抗値Ｒ。と、ネジリ
振動子が流体中で振動することによって発生する抵抗Ｒ
′とに依存するものであるが、このＲ，Ｃの測定は一般
的な誘電体損失の測定に使用される交流ブリッヂと駆動
電源としてシンセサイザを組合せて行なわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕 従来の技術においてネジリ振動子を利用して粘性率を測
定する場合に、種々の形状の不ジリ振動子とこれを支持
するハウジングの組合せでハウジングのキャバシタンス
Ｃ′の値が変動し、その取扱いが明確でなかった。

また前記半値幅の測定方法は、一般的に確定したものが
ないが、従来の技術においては、ネジリ振動子の電気的
等価回路の直列抵抗値が、測定流体中での共振抵抗値の
２倍値となるようにブリッヂ抵抗を設定して、駆動する
周波数とセンサに組合わされたブリッヂ回路、すなわち
誘電体損測定器などのキャバシタンスとを交互に変化さ
せて周波数ｆ，，ｆ２を決定する。

前記周波数ｆ，，ｆ．を決定する際にハウジングがもた
らすキャバシタンスの値が適切でない場合、半値幅測定
時に非常に大きなキャバシタンスかあるいはマイナスの
キャパシタンスを誘電体損測定器に準備する必要を生じ
、これは通常市販されている測定器で対応することは困
難であり、ひいては半値幅の測定を不可能とするもので
あった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたも
ので、ハウジングによって生ずるキャバシタンスの影響
を除き、半値幅測定時にセンサに並列にキャパシタンス
を接続するとともに、ブリッヂのキャバシタンスの零位
置を予め任意に移動させることにより、通常の市販され
ている誘電体損測定器を利用して粘性率の測定が可能な
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る粘性係数測定装置は、ハウジングに接地
用の配線を設け、これを誘電体損測定器のブリッヂ側の
アース端子に接続する“ゼロ静電容量方弐゜゛の構成に
よってハウジングの構造によるキャバシタンスの影響を
取り除いている。またセンサと並列に可変コンデンサを
接続し、このキャパシタンス値を調節することによって
、測定流体の温度、密度、圧力に適切に対応した誘電体
損測定器のキャバシタンスの零位置の移動を任意に行う
ことを可能とした。これにより半値幅測定時に必要なマ
イナスのキャバシタンスを実質上誘電体損測定器で実現
することができる゛可変型方弐゜”を構成した。

［作　　用］ この発明において、ハウジングの接地はハウジングのキ
ャバシタンスの影響を取り除く効果をもたらし、センサ
に並列に可変コンデンサを接続することによるブリッヂ
側のキャバシタンス零位置の移動は、測定時において誘
電体損測定器に実質上マイナスのキャパシタンスを準備
させることになり、これは正確な半値幅測定を可能にす
るものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例による非導電性流体の粘性
率測定装置の全体構成を示す接続配置図であり、第２図
は第１図に示したネジリ振動子の側面図、第３図は第２
図のＩ［［−ＩＩＩ線断面図、第４図はハウジングにネ
ジリ振動子を取り付けた様子を示す斜視図である。

第１図において、ネジリ振動子１は、ハウジング２によ
って試料流体セル３の中に保持され、試料流体セル３の
内部には被測定流体が満たされている。水晶振動子の表
面に設けた電極（図示せず）は誘電体損測定器４の測定
ブリッヂ端子と導線５によって接続されており、また周
波数入力を与えるシンセサイザ６およびブリッヂの平衡
を検知する平衡ディテクタ７が誘電体損測定器４のそれ
ぞれ対応した端子に接続されている。

ハウジング２は、導線８によってブリッヂのアース端子
に接地され、測定に際してのハウジングの影響を除いて
いる。ネジリ振動子１に対して並列に接続される零位置
移動可変コンデンサ９が用意され、半値幅の測定に際し
てこの零位置｛多動可変コンデンサ９の容量を選ぶこと
によって、これに対応した誘電体損測定器のキャバシタ
ンスの零位置を任意に選ぶことが可能なようになってい
る。

？なわち半値幅測定時に必要なブリッヂ側での調整が対
象の測定流体の温度，密度，圧力などの条件に対応して
、実質上マイナスのキャバシタンスまでの十分な領域に
わたって可能なように零位置の移動を行うことができる
。

次に第２図〜第４図によって本実施例に使用したネジリ
振動子１及びハウジング２から成るセンサ部の概要を説
明する。図においてネジリ振動子１は、直径５ｍｍφＸ
６ｈｍの円柱状に加工した水晶１０の周方向に４等分割
した、金メッキ電極１２１，　１２２．　１２ｉ，　１
２４によって形成したものである。そして４本の直径０
．１５ｍｍφのリン青銅から成るリード線ｌ４は、各電
極１２１，　１２■，　１２３，　１２．の中央部に、
銀ペースト処理してから銀含有ハンダ１３にて取り付け
、該ネジリ振動子１の保持を兼ねて取り付けた構造のも
のである。

以上説明したネジリ振動子１を保持するハウジング２は
、第４図に示すように、資料流体セル３に挿入・固定す
るガイド１６（２個）の四角形のセラミック製固定ブロ
ック１８に取り付けた４？の金属板ストリップ２０から
成るものであり、ネジリ振動子１の前記リード線１４は
、前記ストリップ２０の中央部に開けた絶縁スリーブを
持つ貫通穴２２を通じて固定端子２５．２６に固定され
る。

そして、ネジリ振動個ｌにシンセサイザー６かろの交番
電圧を端子２５．２６を通じて電極１２．，１２■，１
２３，　１２４（第３図）に与え、同時に測定信号はブ
リッジで検出する。

以上説明した測定部は、従来例のものを使用したもので
あり、その等価回路は、第５図に示すとおり直列接続の
抵抗Ｒ、キャパシタンスＣおよびインダクタンスＬと、
これに並列接続したキャパシタンスＣ′で構成され、こ
れに並列接続した零位置移動可変コンデンサ９のキャパ
シタンスＣ　Ｉ１によってこの実施例の測定部の等価回
路が形成される。

次にこの実施例でしめず装置を用い、被測定流体を窒素
ガスとした時の測定例について述べると、まず本発明に
よるハウジング接地用導線８を接地して零位置移動可変
コンデンサ９を１４６７　（ＰＦ）に調整しておき、誘
電体損測定器４の平衡状態におけるキャバシタンスをＯ
　（ＰＦ）より１４００　（ＰＦ）近傍に移動させてお
く．これは誘電体損測定器において、測定流体に対応す
べきマイナスのキャバシタンスが準儒されたこととなる
。

被測定流体の窒素ガスの圧力を増減して密度を変化させ
、それぞれの密度において半値幅、半値幅測定時のキャ
バシタンス共振周波数、共振抵抗等の測定を行って得ら
れた結果を第１表に示す． Ｃｆｆｌ素力゛ス温１ｆ：４０．３９　’Ｃ）いま粘性
率をη、半幅値をΔｆ、共振周波数をｆ、密度をρ、ｒ
は水晶円柱の半径、ｌは同長さ、Ｒ０は真空時の共振抵
抗値よびＲは測定時の共振抵抗値をそれぞれで表すと、 から粘性率ηを求めることができる。

前記式を用いて前記第１表の結果から粘性率ηを計算し
た結果を第２表に示す。なお第２表には窒素ガスについ
ての既知の標準粘性率との偏差率を求めた結果を表示し
た。前記偏差率は第２表に示すとおり偏差率は一〇，８
％ないし＋２．９％の狭い範囲に入り、本実施例の粘性
率測定装置は、簡単な構成および測定手段によって極め
て高い精度で測定できることを示している。

（　本頁以下余白　） 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明の粘性率測定装置を構成した
ので、本発明によって通常使用されている誘電体損測定
器の簡単な改造を行うだけで、粘性率の測定を簡便にか
つ正確に行うことが可能であるという効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による粘性率測定装置の全
体構成をしめず接続配置図、第２図は第１図に示したネ
ジリ振動子の側面図、第３図は第２図の■一■線断面図
、第４図はハウジングにネジリ振動子を取り付けた様子
を示す斜視図、第５図は第１図に示す装置の測定部の等
価回路である。 １・・・ネジリ振動子、２・・・ハウジング、３・・・
試料流体セル、４・・・誘電体損測定器、６・・・シン
セサイザ、７・・・平衡ディテクタ、９・・・零位置移
動可変コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被測定流体中にハウジングによって支持されたねじり
   振動子と、前記ハウジングを接地接続する回路と、前記
   ねじり振動子の正負電極に並列に接続された可変コンデ
   ンサと、前記ねじり振動子をブリッヂの一辺として接続
   された誘電体損測定器と、前記誘電体損測定器の駆動電
   源と前記誘電体損測定器の平衡を検知する平衡ディテク
   タとで成る粘性率測定装置。