JPH0572101A - 流体粘度測定装置及び流体力検出装置 - Google Patents
流体粘度測定装置及び流体力検出装置Info
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- JPH0572101A JPH0572101A JP23474091A JP23474091A JPH0572101A JP H0572101 A JPH0572101 A JP H0572101A JP 23474091 A JP23474091 A JP 23474091A JP 23474091 A JP23474091 A JP 23474091A JP H0572101 A JPH0572101 A JP H0572101A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定流体の速度を自由に変えて測定でき、
ニュートン流体はもちろん非ニュートン流体の粘度特性
をも測定することができる装置を提供する。 【構成】 断面円形状の外管１４と、外管内に同心状に
設定された軸線方向で可動とされた内管１２と、内管と
外管内との間の環状流路１６に導入するための流体入口
１８と、環状流路を通された被測定流体を排出する流体
出口２０と、被測定流体によって内管の外側周面にかけ
られる軸線方向力を検出するための検出手段２２と、検
出手段によって検出された軸線方向力の値に基づき当該
被測定流体の粘度を算出するためのデータ処理手段２６
とを有する。
ニュートン流体はもちろん非ニュートン流体の粘度特性
をも測定することができる装置を提供する。 【構成】 断面円形状の外管１４と、外管内に同心状に
設定された軸線方向で可動とされた内管１２と、内管と
外管内との間の環状流路１６に導入するための流体入口
１８と、環状流路を通された被測定流体を排出する流体
出口２０と、被測定流体によって内管の外側周面にかけ
られる軸線方向力を検出するための検出手段２２と、検
出手段によって検出された軸線方向力の値に基づき当該
被測定流体の粘度を算出するためのデータ処理手段２６
とを有する。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、流体の粘度測定装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】従来より流体の粘度測定には
幾つかの方法が考案・実用化されており、それらの代表
的なものとして細管式、回転式、落体式、振動式、熱線
式等がある。それらの測定原理と問題点は次の通り。
幾つかの方法が考案・実用化されており、それらの代表
的なものとして細管式、回転式、落体式、振動式、熱線
式等がある。それらの測定原理と問題点は次の通り。
【０００３】細管式： オストワルド粘度計に代表され
る重力流下方式の測定方式は、高粘度流体には不向きで
あり、また、ずり速度を変化させられないので非ニュー
トン流体の流動特性は測定できず、更に、オンライン粘
度計としては使えないといった問題点がある。
る重力流下方式の測定方式は、高粘度流体には不向きで
あり、また、ずり速度を変化させられないので非ニュー
トン流体の流動特性は測定できず、更に、オンライン粘
度計としては使えないといった問題点がある。
【０００４】流体を強制的に細管の中を流し、そのとき
の流量と差圧から粘度を求める方式は、精度の良い粘度
測定が行えるが、流体の性質によっては差圧測定管内で
の閉塞が起こり差圧を正確に測定できない場合があり、
特に懸濁液の測定では細管の直径や管長を大きく取らな
ければ精度の良い粘度測定が行えないなどの問題があ
る。
の流量と差圧から粘度を求める方式は、精度の良い粘度
測定が行えるが、流体の性質によっては差圧測定管内で
の閉塞が起こり差圧を正確に測定できない場合があり、
特に懸濁液の測定では細管の直径や管長を大きく取らな
ければ精度の良い粘度測定が行えないなどの問題があ
る。
【０００５】回転式： 被測定液の中で円柱などの回転
体を回転させ、そのとき回転体に受けるずり応力から粘
度を求める方式のもので、回転体の形状や応力の測定方
法により幾つかの型が考案されている。小型で簡便であ
るが回転トルクの測定部に過負荷を与えないようにする
ために取り扱いには細心の注意が必要である上、絶対粘
度の測定精度では細管式より劣る。特に懸濁液の測定で
は、回転体表面付近に固形分濃度の低い部分（濃度分
極）が生じて測定誤差の原因となる。
体を回転させ、そのとき回転体に受けるずり応力から粘
度を求める方式のもので、回転体の形状や応力の測定方
法により幾つかの型が考案されている。小型で簡便であ
るが回転トルクの測定部に過負荷を与えないようにする
ために取り扱いには細心の注意が必要である上、絶対粘
度の測定精度では細管式より劣る。特に懸濁液の測定で
は、回転体表面付近に固形分濃度の低い部分（濃度分
極）が生じて測定誤差の原因となる。
【０００６】落体式： 被測定液の中を球又は円柱等が
落下する際の落下速度から粘度を求める方式のもので、
測定は簡単であるが、限定されたずり応力での粘度しか
測定できず、非ニュートン流体の流動特性を測定するに
は不向きである。
落下する際の落下速度から粘度を求める方式のもので、
測定は簡単であるが、限定されたずり応力での粘度しか
測定できず、非ニュートン流体の流動特性を測定するに
は不向きである。
【０００７】振動式：被測定液の中に微振動体を入れ、
振動波の位相差から粘度を求める方式のもので、均一な
溶液上材料の測定には簡便な方式であるが、振動体の近
傍で濃度分極が起こるような例えば懸濁液の測定では粘
度を低く見積もるなどの測定誤差は避けられない。
振動波の位相差から粘度を求める方式のもので、均一な
溶液上材料の測定には簡便な方式であるが、振動体の近
傍で濃度分極が起こるような例えば懸濁液の測定では粘
度を低く見積もるなどの測定誤差は避けられない。
【０００８】熱線式： 被測定液の中に熱線を浸した場
合、熱線近傍での液の対流強度と温度勾配は粘度を含む
液の物性に依存することから液の粘度を推算する方式
で、粘度の相対的変化は測定できるが、絶対粘度の測定
には不向きである。
合、熱線近傍での液の対流強度と温度勾配は粘度を含む
液の物性に依存することから液の粘度を推算する方式
で、粘度の相対的変化は測定できるが、絶対粘度の測定
には不向きである。
【０００９】以上、公知の粘度測定法では、いずれも一
長一短があり、被測定液の性状や測定目的により測定法
を選択しなければならない不便さがある。また、食品材
料のように衛生上及び品質管理上の観点から特に厳しい
サニタリー性が要求される場合には、測定精度に加えて
測定装置の構造が簡素で堅牢でなければならない。加え
て、ずり応力およびずり速度の広い範囲にわたり多様な
性状の流体の粘度と流動特製を精度良く測定することは
従来の技術では難しい。
長一短があり、被測定液の性状や測定目的により測定法
を選択しなければならない不便さがある。また、食品材
料のように衛生上及び品質管理上の観点から特に厳しい
サニタリー性が要求される場合には、測定精度に加えて
測定装置の構造が簡素で堅牢でなければならない。加え
て、ずり応力およびずり速度の広い範囲にわたり多様な
性状の流体の粘度と流動特製を精度良く測定することは
従来の技術では難しい。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点を解消し、適正な粘度測定の行える
装置を提供することを目的としている。
な従来技術の問題点を解消し、適正な粘度測定の行える
装置を提供することを目的としている。
【００１１】すなわち、本発明に係る装置は、断面円形
状の内管と、断面円形状で内管より大きい直径の外管
と、内管を外管内に同心状に配置して軸線方向で移動可
能なるように支持する手段と、被測定流体を内管と外管
内との間に導入するための流体入口と、内管と外管との
間に形成される環状流路を軸線方向に通された上記被測
定流体を外部へ排出する流体出口と、上記環状流路を通
される被測定流体によって内管の外側周面にかけられる
軸線方向力を検出するための検出手段と、該検出手段に
よって検出された上記軸線方向力の値に基づき当該被測
定流体の粘度を算出する手段と、を有することを特徴と
する。
状の内管と、断面円形状で内管より大きい直径の外管
と、内管を外管内に同心状に配置して軸線方向で移動可
能なるように支持する手段と、被測定流体を内管と外管
内との間に導入するための流体入口と、内管と外管との
間に形成される環状流路を軸線方向に通された上記被測
定流体を外部へ排出する流体出口と、上記環状流路を通
される被測定流体によって内管の外側周面にかけられる
軸線方向力を検出するための検出手段と、該検出手段に
よって検出された上記軸線方向力の値に基づき当該被測
定流体の粘度を算出する手段と、を有することを特徴と
する。
【００１２】本発明に係る上記装置は、下記の原理に基
づくものである。
づくものである。
【００１３】すなわち、同心状に設定された円形断面の
外管と内管との間に形成される環状流路に粘度μ（Pa.
s）の流体を流す場合、長さＬ（m）の内管周面に作用す
る力Ｆｉ（N）と流量Ｑ（m3/s）との間には理論的に次
の関係式が成り立つ。
外管と内管との間に形成される環状流路に粘度μ（Pa.
s）の流体を流す場合、長さＬ（m）の内管周面に作用す
る力Ｆｉ（N）と流量Ｑ（m3/s）との間には理論的に次
の関係式が成り立つ。
【００１４】 ここで、Ｒは外管の内半径（m）であり、ａは内管の外
半径とＲの比であり、０から１までの値を取る。この式
を用いれば、Ｆｉが測定できればＱとの関係から環状流
路を流れている流体の粘度μを求めることが可能にな
る。
半径とＲの比であり、０から１までの値を取る。この式
を用いれば、Ｆｉが測定できればＱとの関係から環状流
路を流れている流体の粘度μを求めることが可能にな
る。
【００１５】
【実施例】図１には本発明の実施例に係る粘度測定装置
１０の全体の概要が、また、図２には同装置の要部をな
す流体力測定装置２４が示されている。
１０の全体の概要が、また、図２には同装置の要部をな
す流体力測定装置２４が示されている。
【００１６】図示のように、粘度測定装置１０は垂直に
設定された断面円形状の内管１２と、断面円形状で内管
１２より長く且つ大きい直径の外管１４と、被測定流体
を内管と外管内との間に形成された環状流路１６に導入
するため外管の下端に設けられた流体入口１８と、環状
流路１６を軸線方向に通された上記被測定流体を外部へ
排出するために外管の上端に設けられた流体出口２０
と、上記環状流路を通される被測定流体によって内管１
２の外側周面にかけられる軸線方向力すなわち“ずり応
力”を検出するための検出手段２２とからなる流体力検
出装置２４、並びに、該検出装置によって検出された上
記軸線方向力の値に基づき当該被測定流体の粘度を算出
するためのデータ処理装置すなわちコンピュータ２６と
を有しており、被測定流体はポンプ２８によって流体タ
ンク３０から流体入口１８を通して環状流路１６に供給
され、流体出口２０を介して流体タンク３０へ戻される
ようになっている。図示の実施例においては、外管１４
の周りに恒温水ジャケット３２が取りつけられており、
該ジャケットには、流体タンク３０の周りに設定された
恒温水タンク３３から恒温水が当該ジャケットの下端に
ある入口を介して供給され、同ジャケットの上端にある
出口３４から排出されるようになっている。
設定された断面円形状の内管１２と、断面円形状で内管
１２より長く且つ大きい直径の外管１４と、被測定流体
を内管と外管内との間に形成された環状流路１６に導入
するため外管の下端に設けられた流体入口１８と、環状
流路１６を軸線方向に通された上記被測定流体を外部へ
排出するために外管の上端に設けられた流体出口２０
と、上記環状流路を通される被測定流体によって内管１
２の外側周面にかけられる軸線方向力すなわち“ずり応
力”を検出するための検出手段２２とからなる流体力検
出装置２４、並びに、該検出装置によって検出された上
記軸線方向力の値に基づき当該被測定流体の粘度を算出
するためのデータ処理装置すなわちコンピュータ２６と
を有しており、被測定流体はポンプ２８によって流体タ
ンク３０から流体入口１８を通して環状流路１６に供給
され、流体出口２０を介して流体タンク３０へ戻される
ようになっている。図示の実施例においては、外管１４
の周りに恒温水ジャケット３２が取りつけられており、
該ジャケットには、流体タンク３０の周りに設定された
恒温水タンク３３から恒温水が当該ジャケットの下端に
ある入口を介して供給され、同ジャケットの上端にある
出口３４から排出されるようになっている。
【００１７】流体力測定装置２４は、外管１４の下端に
基台３６を有しており、該基台上には円柱状の内管支持
部材３８が設定されており、測定が行われず流体が供給
されない状態では図２に示す如く、内管１２が内管支持
部材３８上に載置されるようになっている。内管１２は
その両端が閉じられた中空の部材とされており、流体が
当該流体力測定装置内に供給されると、内管支持部材３
８から浮き上がるようになっている。
基台３６を有しており、該基台上には円柱状の内管支持
部材３８が設定されており、測定が行われず流体が供給
されない状態では図２に示す如く、内管１２が内管支持
部材３８上に載置されるようになっている。内管１２は
その両端が閉じられた中空の部材とされており、流体が
当該流体力測定装置内に供給されると、内管支持部材３
８から浮き上がるようになっている。
【００１８】検出手段２２は、外管１４の内側で同外管
の上端に固定され、内管１２の上方に該内管と軸線方向
で整合された支持管４０と、取付部材４２によって該支
持管の下端に固定された感圧素子４４とを有している。
取付部材４２は感圧素子４４を収納する上部凹所４６
と、内管１２の上端壁の中心部分に形成された上方突出
部４８を緩く収納する下部凹所５０とを有しており、こ
れら凹所の間の隔壁５２には、内管の突出部４８から感
圧素子４４の近接位置まで伸長している力伝達ピン５４
を通す貫通孔５６が設けられている。
の上端に固定され、内管１２の上方に該内管と軸線方向
で整合された支持管４０と、取付部材４２によって該支
持管の下端に固定された感圧素子４４とを有している。
取付部材４２は感圧素子４４を収納する上部凹所４６
と、内管１２の上端壁の中心部分に形成された上方突出
部４８を緩く収納する下部凹所５０とを有しており、こ
れら凹所の間の隔壁５２には、内管の突出部４８から感
圧素子４４の近接位置まで伸長している力伝達ピン５４
を通す貫通孔５６が設けられている。
【００１９】内管１２の下端壁の中心には、下方に伸び
る案内ピン６０が設けられており、内管支持部材３８の
上端面の中心には該案内ピンを緩く受け入れる案内孔６
２が形成されている。これら案内ピン６０と案内孔６２
との組合せは、内管上端の突出部４８と下部凹所５０と
の組合せとともに、内管が流体によって上方へ動かされ
るときに、当該内管を軸線方向に案内する。
る案内ピン６０が設けられており、内管支持部材３８の
上端面の中心には該案内ピンを緩く受け入れる案内孔６
２が形成されている。これら案内ピン６０と案内孔６２
との組合せは、内管上端の突出部４８と下部凹所５０と
の組合せとともに、内管が流体によって上方へ動かされ
るときに、当該内管を軸線方向に案内する。
【００２０】粘度測定にあたっては、流体をタンク３０
から流体入口１８、環状流路１６、流体出口２０、タン
ク３０の順に連続的に循環させる。
から流体入口１８、環状流路１６、流体出口２０、タン
ク３０の順に連続的に循環させる。
【００２１】前述の如く、流体が環状流路内に充填され
ると、内管１２はその浮力によって上方へ浮き上がり、
力伝達ピン５４の上端が感圧素子４４に当接する。更
に、流体が上記の如く循環されると、環状流路１６を通
される流体のずり応力が内管１２の外側周面に作用し当
該内管に上向きの軸線方向力をかける。従って力伝達部
材５４は、その軸線方向力を感圧素子４４へ伝達する。
該感圧素子によって検知された軸線方向力は、コンピュ
ータ２６へ伝達され、当該流体の粘度が算出される。
ると、内管１２はその浮力によって上方へ浮き上がり、
力伝達ピン５４の上端が感圧素子４４に当接する。更
に、流体が上記の如く循環されると、環状流路１６を通
される流体のずり応力が内管１２の外側周面に作用し当
該内管に上向きの軸線方向力をかける。従って力伝達部
材５４は、その軸線方向力を感圧素子４４へ伝達する。
該感圧素子によって検知された軸線方向力は、コンピュ
ータ２６へ伝達され、当該流体の粘度が算出される。
【００２２】この算出は、前述の通り次ぎの関係式に基
づき行われるものである。
づき行われるものである。
【００２３】 ここで、Ｌは内管外面の軸線方向長さ、 Ｆｉは外面に
作用する軸線方向力、Ｑは流量、Ｒは外管の内半径、ａ
は内管の外半径とＲの比であり、Ｆｉ及びその他のＱ等
のパラメータが分かれば流体の粘度μを求められる。
作用する軸線方向力、Ｑは流量、Ｒは外管の内半径、ａ
は内管の外半径とＲの比であり、Ｆｉ及びその他のＱ等
のパラメータが分かれば流体の粘度μを求められる。
【００２４】正確な測定を行うためには、環状流路１６
内を流体を均一に流動させる必要があり、その為には、
流体入口１８から内管１２の下端までの距離を、流体の
性状に応じて環状流路の幅（すなわち、外管内周面半径
と内管外周面半径との差）の数倍から１００倍程度が必
要である。
内を流体を均一に流動させる必要があり、その為には、
流体入口１８から内管１２の下端までの距離を、流体の
性状に応じて環状流路の幅（すなわち、外管内周面半径
と内管外周面半径との差）の数倍から１００倍程度が必
要である。
【００２５】また、感圧素子４４が実際に検知する力
は、内管外周面に作用するずり応力Ｆｉの外に、感圧素
子に直接作用する被測定流体の静圧Ｐ及び内管１２の上
端と下端の横断面に作用する静圧力の差△Ｆが含まれる
ので、これらの値を補正する必要がある。Ｐの値は各流
量に対して測定し、また、△Ｆの値は理論的に次式で求
められる。
は、内管外周面に作用するずり応力Ｆｉの外に、感圧素
子に直接作用する被測定流体の静圧Ｐ及び内管１２の上
端と下端の横断面に作用する静圧力の差△Ｆが含まれる
ので、これらの値を補正する必要がある。Ｐの値は各流
量に対して測定し、また、△Ｆの値は理論的に次式で求
められる。
【００２６】 また、前述の通り、流体が流体力測定装置内に導入され
た状態で、内管１２に浮力が生じているので、流体の循
環を止めた状態で感圧素子４４にかかる浮力を測定する
などして、補正をする必要がある。
た状態で、内管１２に浮力が生じているので、流体の循
環を止めた状態で感圧素子４４にかかる浮力を測定する
などして、補正をする必要がある。
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る装置は、上記の如き構成並
びに作用を有するものであり、従って、前述した従来測
定法における問題点、すなわち、流体速度を変化できな
いので非ニュートン流体の流動特性が測定できない、流
体の閉塞が起こって正確な測定ができない、絶対粘度が
測定できない等の問題点を解消し、適正な測定を行うこ
とができる。
びに作用を有するものであり、従って、前述した従来測
定法における問題点、すなわち、流体速度を変化できな
いので非ニュートン流体の流動特性が測定できない、流
体の閉塞が起こって正確な測定ができない、絶対粘度が
測定できない等の問題点を解消し、適正な測定を行うこ
とができる。
【図１】本発明の実施例に係る粘度測定装置の概要を示
す図。
す図。
【図２】同装置の要部である流体力測定装置を示す断面
図。
図。
１２−−−内管、１４−−−外管、１６−−−環状流
路、１８−−−流体入口、２０−−−流体出口、２２−
−−力検出手段、２６−−−データ処理手段。
路、１８−−−流体入口、２０−−−流体出口、２２−
−−力検出手段、２６−−−データ処理手段。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年９月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】
Claims (4)
- 【請求項１】 断面円形状の内管と、 断面円形状で内管より大きい直径の外管と、 内管を外管内に同心状に配置して軸線方向で移動可能な
るように支持する手段と、 被測定流体を内管と外管内との間に形成される環状流路
に導入するための流体入口と、 上記環状流路を軸線方向に通された上記被測定流体を外
部へ排出する流体出口と、 上記環状流路を通される被測定流体によって内管の外側
周面にかけられる軸線方向力を検出するための検出手段
と、 該検出手段によって検出された上記軸線方向力の値に基
づき当該被測定流体の粘度を算出するためのデータ処理
手段と、 を有することを特徴とする粘度測定装置。 - 【請求項２】 断面円形状の内管と、 断面円形状で内管より大きい直径の外管と、 内管を外管内に同心状に配置して軸線方向で移動可能な
るように支持する手段と、 被測定流体を内管と外管内との間に形成される環状流路
に導入するための流体入口と、 上記環状流路を軸線方向に通された上記被測定流体を外
部へ排出する流体出口と、 上記環状流路を通される被測定流体によって内管の外側
周面にかけられる軸線方向力を検出するための検出手段
と、 を有することを特徴とする流体力検出装置。 - 【請求項３】 上記軸線方向が垂直方向に設定され、上
記流体入口及び流体出口を上記外管のそれぞれ下端及び
上端に設けて被測定流体を該下端から上端へ向けて流す
ようにされており、上記測定手段が上記内管の上方位置
に設定された感圧素子とされ、上記内管の上端には当該
内管が上記軸線方向力を受けて上方へ変位する際に該感
圧素子に当接して上記軸線方向力を伝達するための伝達
部材が設けられてなる請求項２の流体力検出装置。 - 【請求項４】 内管が外管よりも短く、該内管の両端が
外管の両端より軸線方向で内側に設定され、上記流体入
口が外管の一端に形成され、該流体入口から内管の対応
する一端までの距離が、内管と外管との間に形成される
環状流路の幅の数倍から約１００倍程度とされている請
求項２若しくは３の流体測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234740A JP2559174B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 流体粘度測定装置及び流体力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234740A JP2559174B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 流体粘度測定装置及び流体力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572101A true JPH0572101A (ja) | 1993-03-23 |
| JP2559174B2 JP2559174B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=16975619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3234740A Expired - Fee Related JP2559174B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 流体粘度測定装置及び流体力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559174B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007024845A (ja) * | 2004-07-30 | 2007-02-01 | Rikogaku Shinkokai | 圧力微分計 |
| WO2007099687A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Nagaoka University Of Technology | 流体解析方法及び流体解析装置 |
| WO2007099686A1 (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-07 | Nagaoka University Of Technology | 平面伸張粘度測定方法及び平面伸張粘度測定装置 |
-
1991
- 1991-09-13 JP JP3234740A patent/JP2559174B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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