JPH07504032A - 液体の粘弾性特性判定装置およびその使用法 - 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】 発明の名称　液体の粘弾性特性判定用装置およびその使用法且豆立ｉ見 本発明は液体薄膜の挙動を分析するための流量計に関するものであり、より具体 的には、液体の粘弾性特性を測定するための流量計に関するものである。

液体が応力下でどのように振る舞うかを予測する場合、粘弾性特性は非常に重要 な意味を持っている。液体製品におけるポリマー添加剤の工業的使用が開始され ると共に、これらの特性を知ることは益々重要になってきている。

流量計は、一般的には、液体試料をプレート間で剪断することによってその粘弾 性特性の判定を行う。ひとつのプレートは滑動または回転によって他方のプレー トに対して移動する。本発明は、粘弾性特性を判定するために、平行に配置され たプレートの間での試料の振動を利用する。こうした方式は幅広い範囲での粘性 を有する液体の正確な特徴付けを可能にする。こうした手法は、従来の流量計と 比較してかなり低いコストで、しかも簡単に実施できる。

且豆五１旦 本発明のひとつの目的は、通常、２つの平行に配置された円形プレート間の小さ な液体試料を振動させることによって、安価で、より簡単に、そして正確に液体 の粘弾性を測定することである。

本発明のもうひとつの目的は、Ｇ′およびＧ′、粘弾性流体の蓄積および損失係 数を測定することである。

上に述べた目的を達成するために液体薄膜を受け入れるための平行な第１および 第２プレートと、第１プレートに取りつけられた電気振動性シェーカー・モータ ーと、上記シェーカー・モータに供給される電流を測定するための手段で構成さ れ、これらのモーターおよび手段が振動の力を電流出力の関数として測定できる ように較正され、さらに、第１プレートの振動変位を測定するための手段を含み 、液体薄膜の挙動を分析するための振動性筒どう流量計が開示されている。

また上記の目的を達成するために液体を平行に配置されたプレート間でそれらと 接触するように液体を円形的に流動させるステップと、それらプレートのひとつ を他のプレートに対して垂直な方向に正弦曲線的に振動させるステップと、流体 サークルの半径を測定するステップと、振動の力を測定するステップと、移動プ レートの変位を測定するステップと、それらプレート間の平均距離を測定するス テップと、振動の周波数を測定するステップと、そして、これらの測定結果に基 づいて液体特性を判定するステップとで、構成される流体の粘弾性特性を判定す るための方法が開示されている。

また、上記の目的を達成するために液体を平行に配置されたプレート間でそれら と接触するように液体を円形的に流動させるステップと、上記流体サークスの半 径を測定するステップと、それらプレート間の平均距離を測定するステップと、 それらプレートのひとつに対して正弦曲線的に変動し、一定の力強度と周波数を 持っている力を他のプレートに対して垂直な方向に加えるステップと、その周波 数を測定するステップと、移動プレートの変位量を測定するステップと、移動プ レートと力変動間の位相遅れを測定するステップと、そして、これらの測定結果 に基づいて蓄積係数Ｇ′と損失係数Ｇ′とを判定するステップとで構成される、 蓄積係数Ｇ′と損失係数Ｇ′とを判定するステップとで構成される、非ニユート ン流体の蓄積係数Ｇ′と損失係数Ｇ′を判定する方法が開示されている。

旦ｊム１飼亙」」【更 図１は、本発明のひとつの典型的実施例の、一部所面形状を示す立面図である。

図２は、本発明のふたつのプレートの拡大断面図である。

図３は、本発明を用いたシステムの概略立面図である。

しい　の 図１で流量計ｌＯはこの特許請求発明の典型的実施例を示している。温度制御プ レート１は可動基板２に取りつけられる。

この温度制御プレートｌは、液体の属性を安定化させるために、流体の温度を保 持することが望まれる。可動基板２は、その基板が振動応力下にある場合、その 基板の垂直方向の動きを制限するためのリング４を有する空気直線操作部３上に 取りつけられる。温度制御板１の高さはアクチュエーター３のエア・シリンダー ５および空気供給系統６を通りで空気を吸いあげたり解放したりすることによっ て制御される。振動プレート７はシェーカー・モーター８に接続され、そこから 温度制御板１と平行な位置関係で延びている。非接触変位センサー９はシェーカ ー・モーター８に取りつけられている。

温度制御プレートｌと振動プレート７との間の平均距離り。

はモーター８に対する直流オフセット量を調節することによって制御される。平 均距離り、は間隙を特定の位置に固定するためのスペーサー板を用いて判定され る。制御プレート１と振動プレート７とは円形である。

図２は本発明で想定されるフロー図形を示している。上部プレート７は半径Ｒを 有している。このプレートは以下の式を満たす強度Ｆ、および周波数ωの正弦曲 線的に変動する力Ｆに応答して移動する。

Ｆ（ｔ）　＝　Ｆｏｓｉｎ（ωｔ）　（１）結果として生じる間隙を平均値り、 と付加振動ｘ（ｔ）との関係で示すと、以下のようになる。

ｈ（ｔ）＝　ｈｏ＋　ｘ（ｔ）　（２）この動作により一定粘度μと密度ρを有 する流体が、上部プレート上に、以下の式で示される力Ｆを負荷する。

蓄積係数をＧ′および損失係数をＧ′とすると、粘弾性流体に関して、同様の式 が得られる。

上の式では、負荷振動の振幅が平均間隙と比較して小さく、この平均間隙もプレ ート半径と比較して小さいこと（ｘくくり、＜＜Ｒ）が前提となっている。なお 、式３はＧ′＝０、およびμ＝Ｇ’／ωとした場合の式（４）の特別な場合であ る。

シェーカー・モーター８と取りつけたプレート７とは、二次システムとしてモデ ル化される。このシステムの、間隙内に流体がない場合の応答は、以下の式で示 される。

ここで、ω１は自然周波数、ζはダンピング率、モしてｍは有効質量、つまり、 モーターの可動部分に関連したようなシステム・イナーシャに相当する量である 。パラメータ″ｎ。

ζ、およびｍは当業者には公知であり、判定は容易である。

２つのプレート間の間隙内に流体が存在していると、システム応答に関する上の 式に別の力負荷条件が加わる。粘弾性流体に対してこの式は以下のようになる。

以下余白 式ｘ＝ｘ、５ｉｎ（ωｔ−ψ）の解を式（７）に代入する。この解は負荷された 力に関する振幅Ｘ、と位相遅れによって表わされる。蓄積および損失係数が以下 の式で示されるとすると、忍足される解は有効である。

図３はこの特許請求発明を用いた典型的な機器配列を示している。コンピュータ １７はアナログ振動電圧信号１１をモニターし、その信号を増幅器１６に送る。

この電圧信号１１は増幅器１６によって振動電流信号１２に変換される。したが って、振動電流１２はコンピュータ１７を介して容易に調節することができる。

流量計１０はコンピュータ１７に対して振動電流１２を示すアナログ電圧信号１ ３をモーター８に送る。信号１３は周波数ωで正弦曲線的に振動する。この信号 １３の振幅は振動プレート７の力の強度Ｆ、と比例している。力の強度Ｆ、は信 号１３から実験的に較正することが可能である。

流量計ｌＯはまたコンピュータ１７に対して変位センサー９から振動電圧１４を 送る。この振動電圧Ｉ４は変位量Ｘ、と比例している。変位量Ｘ、は振動電圧１ ４から実験的に較正することが可能である。

コンピュータ１７はＦと変位Ｘとの間の位相遅れψを判定する。ψおよび他の上 記に情報から、コンピュータはＧ′とＧ′を容易に計算する。

好ましい振動手段は、磁界によって支えられている移動コイル組み立てにより構 成されるシェーカー・モーターであり、これはリング　ダイナミック　システム ズ社が製造している。

プレートの変位を測定する好ましい手段は、例えば、メカニカル　テクノロジー 社が製造している光子センサーなどの非接触センサーである。しかしながら、モ ーターに内蔵されている容量センサーも有効に用いることができる。シェーカー ・モーターによって負荷される力を測定するための好ましい手段は、抵抗器を通 じての電圧降下をモニターする方法である。

この力は、この電圧の関数として較正される。特許請求される流量計の好ましい 実施例は、下側のプレートを上下するためのウルトラメイション社製熱電プレー トを含んでいる。図４に示されているような機器制御およびデータ獲得のための 好ましい手段は、ナショナル　インスツルメンツ社製のハードウェアおよびソフ トウェア装備アップル　マツキントラシュ　ｎコンピュータである。

当業者なら、本発明が上記の目的やそれらと本質的に関連している目的の実施に 適していることが容易に理解できるであろう。上記の方法、手順、および手法は 現在の時点での好ましい実施例を代表するものであり、本発明の範囲を限定する ことを意図したものではない。本発明の精神を逸脱せず、あるいは特許請求の範 囲を逸脱しないで、変更や他の使用法が可能なことは当業者には明らかであろう 。

１曹（，１ 補正の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年４月２０日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．平行なプレート間にそれらプレートと接触するように液体を円形に配置する ステップと、 プレートのひとつを他のプレートと垂直な方向で、正弦曲線的に振動させるステ ップと、 上記流体サークルの半径を測定するステップと、振動の力を測定するステップと 、 移動プレートの変位を測定するステップと、プレート間の平均距離を測定するス テップと、振動の周波数を測定するステップと、そしてこれらの測定結果に基づ いて流体属性を判定するステップとで構成される液体の粘弾性特性を判定する方 法。
2. ２．下側プレートの温度を制御することによって上記流体の温度を一定に保つ追 加ステップを有する請求項１の方法。
3. ３．流体薄膜を受け入れるための平行な第１及び第２プレートと、 第１プレートに取りつけられており、そして、第１プレートを第２プレートに垂 直な方向に正弦曲線的に振動させる電気振動性シェーカー・モーターと、上記シ ェーカー・モーターに供給される電流を手段で、前記モーターと共に、振動の力 が電流出力の関数として測定できるように較正される手段と、そして第１プレー トの振動変位を測定する手段で構成されている、流体薄膜の挙動を分析するため の振動性可とう流量計。
4. ４．振動変位を測定するための手段が、シェーカー・モーターに取りつけられた 非接触変位センサーである請求項３の流量計。
5. ５．振動変位を測定するための手段が、モーターに組み込まれた容量センサーで ある請求項３の流量計。
6. ６．プレート間の間隙を調節するための直流オフセットを有する請求項４の流量 計。
7. ７．平行なプレート間にそれと接触する形で液体を円形に配置するステップと、 流体サークルの半径を測定するステップと、プレート間の平均距離を測定するス テップと、上記プレートのひとつに他のプレートと垂直な方向で、一定の強度と 周波数を有する振動力を加えるステップと、力の強度を測定するステップと 周波数を測定するステップと 移動プレートの変位強度を測定するステップと移動プレートの変位と力振動間の 位相遅れを測定するステップと、そして これら測定結果について蓄積係数Ｇ′と損失係数Ｇ′′を測定するステップ とで構成される、非ニュートン流体の蓄積係数Ｇ′および損失係数Ｇ′′を判定 する方法。
8. ８．振動性の力が流量計により加えられ、さらに、自然の周波数、ダンピング比 、そして流量計の有効質量を計算する追加ステップとで構成される請求項７の方 法。
9. ９．Ｇ′とＧ′′が、上記測定結果を以下の式に適用して、周波数の関数として 判定される請求項８の方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼