JPH0670609B2 - 振動式粘度計の振動片浸漬方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に振動片を被測定流体に所定深さだけ浸漬
し得るようにした振動式粘度計の振動片浸漬方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、振動式粘度計は振動桿の下端に設けた振動片を
被測定流体中に浸漬し、振動桿を通じて振動片に加振装
置の共振領域における所定の振動振幅を有する高精度の
正弦波振動を与えて、被測定流体の粘性抵抗により減衰
する振動片の振幅を検出する一方、検出した振動の振幅
値を標準の粘性抵抗を有する流体、例えば標準液等によ
り減衰される振動片の振動減衰後の振幅値と比較して被
測定流体の粘度を求めるものである。

上記形式の振動式粘度計には、例えば特開昭59−15837
号公報にて開示されたものがある。

この振動式粘度計の例を、その模式的構成説明図の第６
図を参照しながら以下に紹介する。

即ち、図において示す符号（１）は試料容器（２）に入
れられている高温の被測定流体であり、この被測定流体
（１）には振動桿（４）の下端に設けられた振動片
（３）が浸漬されている。前記振動桿（４）は下部振動
桿（4a）と上部振動桿（4b）とからなり、継手（５）に
よって真直状に接合されている。これは、振動片（３）
が損傷を受けた時にこれを他の振動片と容易に交換し得
るように配慮したものである。

また、上部振動桿（4b）の上部側は収納ケース（８）の
上下方向の略中央に設けられたガイド部材（8a）のガイ
ド孔（8b）に挿通されると共に、ガイド部材（8a）の下
側に吊着されたコイルバネ（10）の下端が上部振動桿
（4b）に設けられた鍔状のバネ受（９）に固着されてこ
の振動桿（４）が支持されている。

そして、ガイド部材（8a）よりも上方側に突出している
上部振動桿（4b）の突出部には鍔状をした変位検出用の
基準板（６）が設けられており、この基準板（６）の上
面方向に所定間隔を隔てた位置には振動桿（４）の変位
を検出する渦流式変位検出センサ（12）が配設されてい
る。さらに、前記上部振動桿（4b）の上端には、永久磁
石または強磁性材で形成されてなる円板状の受振板
（７）が固着されると共に、この受振板（７）の上方の
所定間隔を隔てた位置には加振コイル（11a）が配設さ
れている。また、前記渦流式変位検出センサ（12）は増
幅器（13）に、さらに加振コイル（11a）は振動制御回
路（15）に各々リード線を介して接続されると共に、こ
れらの増幅器（13）と増動制御回路（15）とは何れも演
算回路（14）にリード線を介して入力される構成になっ
ている。

以下、上記構成になる振動式粘度計の作用態様を説明す
ると、振動制御回路（15）により制御された所定の電力
が供給され、加振コイル（11a）は共振領域における周
波数で振動する。この振動により受振板（７）は所定の
振動振幅の正弦波振動を受ける。

そして、加振により生じた振動は振動桿（４）を通じて
振動片（３）に伝達される。次いで、振動片（３）の振
動は被測定流体（１）の粘性抵抗を受けることにより減
衰される。さすれば、減衰された振動片（３）の振動の
振幅が振動桿（４）を通じて基準板（６）に伝達され、
次いでこの基準板（６）の振動の振幅が渦流式変位検出
センサ（12）により検出されると共に、その出力が振幅
器（13）を介して演算回路（14）に入力される。

一方、この演算回路（14）には予め同条件で振動片
（３）を空気中で振動させたときの振動の振幅値Eaが入
力されている。故に、この演算回路（14）により入力値
と増幅器（13）から入力された被測定流体（１）中での
振動片（３）の測定振動の振幅値Ｅを、次式 ρ・μ＝Ｋ（Ｅ／Ea−１）^２ に代入演算することにより被測定流体の密度ρと粘度μ
との積である物理量ρ・μが求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したような構成になる振動式粘度計を用いて被測定
流体の粘度を高精度で測定するには、振動片に高精度の
正弦波振動を付与することは当然重要であるが、被測定
流体への振動片の浸漬深さを常に一定に保持することも
極めて重要である。

つまり、この振動片の浸漬深さが常に一定でないと、粘
度測定精度に誤差が生じるからである。

例えば、標準粘度液を入れた容器や被測定流体を入れた
試料容器内のそれらのレベルが全て同一レベルであれ
ば、振動式粘度計とこれらの容器の何れか一方を一定距
離だけ昇降させれば良い。

しかしながら、複数種類の標準粘度液のそれぞれの液面
を測定の都度同一にすることも面倒であるし、また被測
定流体がスラグを溶融させたものであるような場合に
は、粉末状あるいは不定形状のスラグを溶融させるため
事前にそれらの体積を求めることが難しく、故に電気炉
に収容された状態の試料容器としての坩堝内の溶融スラ
グの流体面を正確に測定すると共に、これを標準粘度液
の液面と同一レベルに合わせなければならない。

このような作業は、溶融スラグが1400℃以上もの高温で
あることもあって極めて危険であるし、また溶融スラグ
の流体面を±1mmの範囲内の精度で測定することも無理
であった。

従って、本発明は被測定流体に振動片を常に一定の深さ
に浸漬することのできる振動式粘度計の振動片の浸漬方
法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記した問題点の解決を図る為になされたも
のであって、従って本発明に係る振動式粘度計の振動片
浸漬方法の要旨は、加振手段で加振される弾発体で支持
した振動桿の遊端側に着脱自在に固着されてなる振動片
を被測定流体に浸漬し、該振動片の振動の振幅の減衰に
より被測定流体の粘度を測定する振動式粘度計の振動片
浸漬方法において、前記振動式粘度計と被測定流体のう
ちの何れか一方を昇降手段により一定速度で昇降させな
がら、振動片の下端が被測定流体の流体面に触れたとき
の該振動片の振幅の減少を検出し、該振幅の減少を検出
した時から、所定時間経過後に振動式粘度計と被測定流
体のうちの何れか一方の昇降を停止させることを特徴と
する。

〔作用〕

本発明によれば、加振手段により振動桿を介して所定の
振幅で振動させながら昇降手段により振動式粘度計と被
測定流体のうちの何れか一方を一定速度で昇降させ続
け、振動片の下端が被測定流体の流体面に触れると、こ
の振動片は被測定流体の抵抗を受けてその振幅が瞬時に
減少する。

この振幅の減少が検出された時点から一定時間経過後に
上記振動式粘度計と被測定流体のうちの何れか一方の昇
降が停止されるので、被測定流体の流体面が如何なるレ
ベルであっても、常に振動片は被測定流体中に所定深さ
だけ浸漬される。

しかも、この浸漬方法を被測定流体以外の他の流体にも
適用することができる。

〔実施例〕

本発明になる一実施例を、その模式的構成説明図の第１
図と、振動片と被測定流体の位置関係図の第２図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と、振動片と被測定流
体の位置に対する振動片の振幅変化説明図の第３図と、
振動変化検出手段の説明図の第４図と、上昇手段を示す
模式的構成説明図の第５図とを参照しながら以下に説明
する。

即ち、本実施例になる振動式粘度計自体の構成は、本出
願人の出願になる特願平１−164874（特開平３−28740
号）と同構成であって、第１図に示すように、符号
（１）は試料容器（２）に入れられた被測定流体であ
り、この被測定流体（１）には振動桿（４）の下端に設
けられた振動片（３）が浸漬されている。前記振動桿
（４）は下部振動桿（4a）と上部振動桿（4b）とからな
り、継手（５）によって真直状に接合されている。これ
は、従来技術と同様に損傷を受けた振動片（３）を容易
に他の振動片と交換し得るように配慮したものである。

一方、上記振動桿（4b）は二つの振動桿の連結体からな
っている。

より詳しくは、収納ケース（８）の上部においてその外
縁部が支持されてなる板バネ（７）の下面の中央位置に
上端が固着される第一上部振動桿（4c）と、この第一上
部振動桿（4c）の下端に、外縁部が下方に突出する突出
外縁部（9a）を有するバネ支持体（９）の前記突出外縁
部（9a）に、その外縁部が固着された中間板バネ（10）
の下面の中央に一端が固着される第二上部振動桿（4d）
とからなり、この第二上部振動桿（4d）には鍔状の基準
板（６）が設けられている。

この基準板（６）の振動による変位は、光学式変位検出
センサ（12）のそれぞれを変位変換器（13）を介して演
算回路（14）に入力される。

なお、リード線を介して加振装置（11）と接続されてい
るのは、この加振装置（11）に内設されてなる加振コイ
ル（11a）を作動させるための発振器（15）と増幅器（1
6）である。

従って、昇降手段によって振動式粘度計と被測定流体
（１）の何れか一方が一定速度で昇降され、振動片
（３）が第２図（ａ）の状態からその下端が、第２図
（ｂ）に示すように、被測定流体（１）の流体面に触れ
ると、第３図の（ｂ）部位に示すように、振動片（３）
の振幅に乱れが生じて瞬時に減少するが、この振幅の減
少の検出は以下の通りにして行われる。

即ち、上記光学式変位検出センサ（12）、変位変換器
（13）で基準板（６）を介して検出される振動片（３）
の振幅は、第４図に示すように、両波整流され、この振
幅の比Ｄ／Daが演算回路（14）によって常にモニタされ
ている。そして、上記振幅の比Ｄ／Da＝0.98以下になっ
たときを以て、振動片（３）の下端が流体面に触れたも
のとして検知される。

ところで、外乱によっても振動片（３）の振幅が減少し
たりすることも考えられるので、これを回避するために
波形の２山が連続して２％以上減少した時点を以て昇降
制御に入るようにしている。

この場合、例えば共振周波数を16Hzとすると、最大限１
／16秒の誤差で振幅の減少を検出することができる。

この実施例では２％以上の振幅の減少を以て、この振動
片（３）の下端が比測定流体の流体面に触れたものと判
断するソフトを前記演算回路（14）に組込んだが、２％
以上とした理由は標準粘度液として良く使用される粘性
の低い水のようなものであっても、振幅の減少を瞬時に
検出するためである。

そして、振動片（３）の振幅の減少が検出された後は、
昇降手段の昇降速度が一定速度であるためこの振動片
（３）の浸漬深さに伴って振幅が減少（第３図の（ｃ）
部位）し、タイマにより一定時間経過後に昇降を停止さ
せた位置（第３図の（ｄ）部位）では振動片（３）の振
幅は一定となる。このように、比測定流体（１）の流体
面のレベルの如何を問わず、タイマにより被測定流体
（１）への振動片（３）の浸漬深さを容易に一定に制御
することができる。

次に、昇降手段としての被測定流体（１）を上昇させる
上昇装置の構成の詳細を説明する。

即ち、この上昇装置は、第５図に示すように、振動式粘
度計の振動片（３）の直下位置に、先端に受座（23）を
有すると共に、上下方向に伸縮するロッド（22）を備え
たブレーキ付電動シリンダ（21）を作業床Ｌに立設して
なる構成とした。なお、上記受座（23）の上に載置され
ているものは上部が開口してなる電気炉（17）であり、
この電気炉（17）内には被測定流体（１）が入れられた
坩堝（２）が収容されている。

従って、ブレーキ付電動シリンダ（21）が作動され、ロ
ッド（22）の伸長によりこの電気炉（17）が上昇される
と、被測定流体（１）の流体面に振動片（３）の下端が
触れ、そしてこの時点から所定時間経過後、タイマによ
りロッド（22）の伸長が停止されて電気炉（17）の上昇
が停止されるので、触動片（３）は被測定流体（１）の
流体面レベルの如何を問わず、常に所定の一定深さだけ
浸漬されることになる。

上記ブレーキ付電動シリンダ（21）のロッド（22）の伸
縮速度を3mm／秒とし、振動片（３）の下端が被測定流
体（１）の流体面に振れてから12秒後にロッド（22）の
伸長を停止させるように制御した。

故に、上記したように検出精度を１／16秒としたので、
振動片（３）が被測定流体（１）の流体面に触れたてか
らロッド（22）の伸長が停止されるまでの、このロッド
（22）の停止位置精度は、 3mm／秒×（１／16）≒0.2mm となり、極めて均一性の優れた振動片（３）の浸漬深さ
の確保が可能になり、被測定流体（１）の粘度を高精度
で測定することができる。

因みに、高さ寸法が30mmの振動片（３）についてある被
測定流体（１）への浸漬試験を５回行って、この振動片
（３）の振動を停止させた状態にて測定した浸漬深さｈ
（単位;mm）のデータを下記第１表において示す。

この振動片（３）の浸漬深さｈのばらつきは、上記した
第１表から良く理解されるように誤差範囲内、つまり＋
0.4〜＋0.6mmの範囲内であって、振動片（３）の浸漬深
さｈが極めて優れた均一性を示していることが良く判
る。

なお、浸漬深ｈの精度は上記したように計算結果によれ
ば、0.2mm程度になるはずであるが、上記試験により生
じた誤差はブレーキ付電動シリンダ（21）のロッド（2
2）の伸縮速度の誤差、ブレーキの停止遅れ誤差、測定
時の人的測定誤差等の相乗誤差に基づくものと理解する
ことができる。

一方、上記振動片（３）を被測定流体（１）の粘度測定
に際して用いる標準粘度液に浸漬する場合には、受座
（23）に載置されている電気炉（17）を標準粘度液が入
れられた容器に載替えれば良く、これにより標準粘度液
の粘度を正確に測定することができる。

ところで、以上では被測定流体（１）が入れられている
試料容器（２）を上昇させて、振動片（３）をこの被測
定流体（１）に浸漬させる場合を説明したが、逆に振動
式粘度計自体を下降させても同効果を得ることができる
し、またこの技術的思想を従来の振動式粘度計に対して
適用し得ることは当然である。

なお、上記した実施例は本発明の一具体例に過ぎず、従
ってこの実施例によって本発明の技術的思想の範囲が限
定されるものではない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加振手段により振動桿を介して所定の
振幅で振動させながら昇降手段により振動式粘度計と被
測定流体のうちの何れか一方を一定速度で昇降させ続
け、振動片の下端が被測定流体の流体面に触れると、こ
の振動片は被測定流体の抵抗を受けてその振動の振幅が
瞬時に減少する。

この振幅の変化が検出された時点から一定時間経過後は
上記振動式粘度計と被測定流体のうちの何れか一方の昇
降が停止させるので、被測定流体の流体面が如何なるレ
ベルであっても、常に振動片は被測定流体中に所定深さ
だけ浸漬されるから、振動片に高精度の正弦波振動を付
与しさえすれば、被測定流体の粘度を極めて容易、かつ
高精度で測定することができる。

さらに、従来では被測定流体の流体面や標準粘度液の液
面のレベル調整に極めて長時間を要したが、少なくとも
流体面や液面のレベル調整作業が不要になった結果、被
測定流体の粘度測定時間の大幅な短縮が可能になり、粘
度測定精度の向上と測定作業能率の向上にとってその益
するところは極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例になる振動式粘度計の模式的構
成説明図、第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は振
動片と被測定流体の位置関係図、第３図は振動片と被測
定流体の位置に対する振動片の振幅変化説明図、第４図
は振動変化検出手段の説明図、第５図は昇降手段の構成
説明図、第６図は従来の振動式粘度計の模式的構成説明
図である。 （１）……被測定流体、（２）……坩堝、（３）……振
動片、（４）……振動桿、（６）……基準板、（７）…
…板バネ、（10）……中間板バネ、（11）……加振装
置、（12）……光学式変位センサ、（13）……変位変換
器、（14）……演算回路、（15）……発振器、（16）…
…増幅器、（17）……電気炉、（21）……ブレーキ付電
動シリンダ、（22）……ロッド、（23）……受座。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹原 茂樹 兵庫県神戸市東灘区本山南町８丁目５番６ ―215号 (56)参考文献 特開 昭64−29732（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加振手段で加振される弾発体で支持した振
   動桿の遊端側に着脱自在に固着されてなる振動片を被測
   定流体に浸漬し、該振動片の振動の振幅の減衰により被
   測定流体の粘度を測定する振動式粘度計の振動片浸漬方
   法において、前記振動式粘度計と被測定流体のうちの何
   れか一方を昇降手段により一定速度で昇降させながら、
   振動片の下端が被測定流体の流体面に触れたときの該振
   動片の振幅の減少を検出し、該振幅の減少を検出した時
   から、所定時間経過後に振動式粘度計と被測定流体のう
   ちの何れか一方の昇降を停止させることを特徴とする振
   動式粘度計の振動片浸漬方法。