JPH032543A - 密度および粘度計 - 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】 肢術分」 本発明は、被測定流体中において振幅を一定として共振
原動される円筒状振動子の共振周波数および駆動電流か
ら流体の密度および粘度をＭ］測する密度および粘度計
に関する。

膨沃技性 第２図は、被測定流体が内外壁面を流通するように、該
流体内に配設した中空円筒体を円筒振動し、この円筒振
動の振動数が共振周波数である場合、流体密度は共振周
波数の関数であることを利用した振動式の流体密度測定
装置をしめすもので特公昭５１−１６７９４号公報に記
載されたものを主要な構成要素で図示したものである。

図において、１は被測定流体の流通する配管に介装され
る非磁性材からなる管体で、直径上の対向した管体壁に
凹陥部１ａ、ｌｂが穿設されている。該管体１内には中
空円筒体である円筒共振子２が同軸に配置されている。

該円筒共振子２は弾性係数の温度変化の小さいニッケル
スパンＣ等の薄肉の磁性体であり、一端外周に設けられ
た固定フランジ２ａの外周部で管体１に固着されている
。円筒共振子２の他端は自由端となっており自由端フラ
ンジ２ｂを有している。これら固定フランジ２ａおよび
自由端フランジ２ｂの円周上には複数の流通孔２ｃが穿
孔され、被測定流体は該流通孔２Ｃから円筒共振子２の
外壁部に流通され、円筒共振子２の内外壁に同質の流体
が均等に流通するようにしている。３はコイル等からな
る励振手段であり、凹陥部１ａ内に埋設されており、対
向する凹陥部］、ｂ内に埋設された円筒共振子２の振動
を電磁変換して得られた振動検出信号を増幅器５により
増幅して得られた駆動出力により励振される。即ち、円
筒共振子２−振動検出手段４−増幅器５−励振手段３−
流体でしめず循環路により円筒共振子２は円筒共振駆動
される。この場合、振動数と密度との間には の関係がある。

但し、ｆＤ：密度りにおける円筒共振子振動数ｆｏ：真
空中における円筒共振子振動数Ｄ　＝密度 Ｋ　：円筒共振子２の壁の直径および 厚さにより決まる定数 月−一□咋 叙上における従来技術は、被ｔ１す定流体中において円
筒共振子２を共振邸動した場合における共振周波数と密
度との関係から流体密度を求めるものであるが、該共振
駆動系の循環回路においては共振周波数を簡易に検出す
るため振動振幅を特別に制御していない。しかし共振駆
動においては円筒共振子２に作用する流体の粘性抗力に
応じたエネルギ消費が行われる。

本出願人は叙」―の関係に鑑み、円筒共振子２の駆動振
幅を一定とする駆動における駆動電流から粘度をも算出
することに着目し、流体の密度および粘度を同時に検知
することを目的としたもので、その要旨とするものは、
被測定流体が管壁内外部を流通する円筒共振子と、該円
筒共振子を共振周波数で振動させる駆動手段と、前記円
筒共振子の振動を検出する検出手段と、該検出手段の信
号を人力するとともに前記円筒共振子の振動振幅が一定
となるように前記駆動手段に励振信号を与える増幅器と
、前記円筒共振子の共振周波数を計数する手段と、励振
電流を計８１りする手段とを具備し、前記円筒共振子の
共振周波より被測定流体の密度を、励振電流より粘度を
算出する密度および粘度計である。

実施」 第１図は、本発明の密度および粘度測定装置の実施例の
構成をしめずブロック図で、主要な構成は第２図におけ
る密度計と共通する。従って第２図と同一の構成要素は
同一の符号を付し説明を省く。図において、Ｓｌは増幅
器で増幅機能としては増幅器５と等価であるが、振動検
出手段４がら出力される検出信号ｅを一定とするような
比較増幅作用を有する点において増幅器５とは異なる。

振動検出手段４はコイルで、円筒共振子２の振動周波数
と振幅とに応じた出力が得られるが、所定流体中におい
ては振動周波数は一定であるから検出信号ｅを一定とす
ることにより円筒共振子２の振幅を一定にする。抵抗Ｒ
は励振手段３を駆動する駆動電流ｉを検出する電流検出
抵抗で、励振手段３と増幅器５１との導線５１ａ又は５
１ｂ間に直列に接続されている。７は粘度演算表示器で
、後述する原理に基づいて粘度を励振手段３の駆動電流
］と円筒共振子２の振動周波数ｆの逆数とに比例した形
で検知する。

以下、粘度測定の原理について述べる。一般に振動系に
おいて物体が固有振動数で振動を′ａ続する場合は外力
Ｐと抗力とが等価となる条件が必要である。運動が粘性
流体中で行われる場合も同様で外力Ｐが角速度ωとした
正弦波とし、運動体が外力ＰによりＸ方向に変位すると
き、粘性減衰係数をＣとし の関係が得られる。変位Ｘの時間微分は速度Ｖであるか
ら、変位Ｘを余弦関数であられし振幅をａとすると Ｐ＝−Ｃａ　ω＝−Ｃｖ　　　　（２）となる。

一方、粘性係数をμとし、流体のせん断応力をτとする
と 一５＝ ｄ　ｕ　　　　　　　　＜　３） で−μｄｙ 但し、ｄｕ：流体２面間の速度差 ｄｙ：流体２面間の距離 であるから、せん断応力でか面積Ａの作用したときの粘
性抗力Ｆは（４）式であられされる。

Ｆ＝Ａで　　　　　　　　　（４） いま、外周がＱで軸長さが無限大の円筒共振子２を無限
大の容積の容器中で振動した場合、無限大の長さのデメ
ンジョンは消去され、 Ｆ＝μＱ　ｖ　　　　　　　　　（５）が得られる。（
２）式は外力Ｐを（５）式の粘性抗力Ｆと等しくするも
のであるから（２）、（５）式から Ｃ＝−μＱ　　　　　　　　（６） （６）式を（１）式に代入し変位Ｘの余弦関数を代入し
て整理すると、 μ−一。ａＷ　　　　　　（７） となり、振＠ａを一定とする円筒共振子２の長さａは定
められているので（７）式は、 μ−り上＝膓ヱ　　　（８） ｗ　　　　　　　　ｆ 但し、Ｋ　ｔ−１−−１５− Ｑａ　　・Ｋｚ　　２ｘ となる。

外力Ｐは励振手段３である駆動コイルの電磁力で与えら
れるが、該電磁力は駆動コイルの磁界Ｈと該磁界Ｈによ
り円筒共振子２に生ずる磁極ｍの積であられされ、また
、磁界Ｈは駆動コイルに流れる電流工に比例するので（
８）式は ■ μ＝に３了　　　　　　（９） 但し、Ｒ３はに２とコイル形状により定められる定数 となる。

叙上の如く自励振動周波数ｆから密度を求めるという従
来技術に加えて円筒共振子２の振幅ａを一定に制御する
ことにより励振手段３の駆動電流に比例し、自動振動周
波数ｆに逆比例した粘度μが算出できる。尚、前記にお
いては振幅検出の振動検出手段４を空心コイルとして生
じた電圧ｅにより求めたが、励振手段３に磁気的な影響
を及ぼさない程度の微小な永久磁石をコイル内に挿嵌し
た方式でもよい。

効　　　果 」二連のように、本発明の密度および粘度計によれば、
従来円筒共振子２の円筒振動を被測流体での固有振動数
とすることにより、該固有振動数の関数として求めてい
た密度の他に固有振動数で振動する振動振幅を一定とす
るという自励振動制御ループを形成するｆｆｆｆ車な方
法により励振手段３の電流に比例した粘度を算出できる
ので、応用範囲も倍加される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の密度および粘度計の構成ブロック図
、第２図は、従来の密度計の構成ブロック図である。 １・・・管体、２・・・円筒共振子、３・・・励振手段
、４・・振動検出手段、５・・・増幅器、５１・・・振
幅制御増幅器、６・・・密度演算表示器、７・・・粘度
演算表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定流体が管壁内外部を流通する円筒共振子と、
   該円筒共振子を共振周波数で振動させる駆動手段と、前
   記円筒共振子の振動を検出する検出手段と、該検出手段
   の信号を入力するとともに前記円筒共振子の振動振幅が
   一定となるように前記駆動手段に励振信号を与える増幅
   器と、前記円筒共振子の共振周波数を計数する手段と、
   励振電流を計測する手段とを具備し、前記円筒共振子の
   共振周波より被測定流体の密度を、励振電流より粘度を
   算出することを特徴とする密度および粘度計。