JPH08152395A - 粘度計 - Google Patents
粘度計Info
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- JPH08152395A JPH08152395A JP7108800A JP10880095A JPH08152395A JP H08152395 A JPH08152395 A JP H08152395A JP 7108800 A JP7108800 A JP 7108800A JP 10880095 A JP10880095 A JP 10880095A JP H08152395 A JPH08152395 A JP H08152395A
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Abstract
作用が生じ、僅か少量の鉄粒子の付着ですら測定結果に
大きな影響を及ぼす従来技術の欠点を解決し、特に保守
が容易となる粘度計を提供する。 【構成】 測定する流体8の流れるキャビティを有する
容器1と、容器に強固に連結された支持部材2と、一端
で支持部材に強固に取り付けられ、他端に振動体4を有
する振動装置3と、振動体を振動させてその振動を保持
するための交流電流で付勢される振動駆動コイル6およ
び一定磁界を発生する一定磁界装置5と、振動体の振動
を検出する検出装置11とを含む粘度計において、一定
磁界装置が測定する流体と接触することなく、且つ発生
する磁力線が振動体4へ向くように配置され、振動駆動
コイル6は中心線が一定磁界の磁力線に対して小さな角
度をなして振動体4の内部に収容されたことを特徴とす
る。
Description
キャビティを備えた容器と、前記容器に強固に連結され
た支持部材と、一端で支持部材に強固に取り付けられ且
つ他端に振動体を有する振動装置と、該振動体を振動さ
せてその振動を保持するための交流電流で付勢される振
動駆動コイルおよび一定磁界を発生する一定磁界装置
と、振動体の振動を検出する検出装置とを含み、流体の
粘性変数を電気信号に変換する変換器を備えた粘度計に
関する。この形式の粘度計は米国特許第4005599
号明細書に開示されている。
壁に対して横方向に支持部材が強固に取り付けられたハ
ウジングを含んでいる。捩り装置はこのハウジング内に
配置されており、この装置は振動体および捩りストリッ
プで構成され、振動体は一端にてこの捩りストリップで
支持部材に連結されている。振動体の他端は自由に動け
るようになされている。永久磁石が振動体の内部に配置
され、この磁石の磁力線は計器ハウジングの側壁に対し
て横方向に走っている。少なくとも永久磁石の位置にお
いてハウジングは非磁性材料で作られ、その永久磁石の
磁力線がハウジングの外部に延在するようになされる。
振動駆動コイルが永久磁石の高さ位置で且つ永久磁石の
N−S方向に対して小さな角度をなして計器ハウジング
の外部に配置されている。交流電流を振動駆動コイルに
接続することにより、振動体は振動駆動コイルと永久磁
石との相互作用によって本質的に捩り振動を生じる。
周知の粘度計に備えられている。粘性変数は特に検出結
果から決定される。
含有することが知られている。この関係において、この
周知の装置は測定する流体から鉄粒子が振動体に付着し
て集積し、その結果として付加的な減衰が生じるという
欠点を有している。僅か少量の鉄粒子の付着ですら測定
結果に大きな影響を及ぼすことが見出された。この結
果、粘度計は頻繁に洗浄されねばならない。更に、永久
磁石の引きつけ作用の結果として、振動体の洗浄は簡単
でない。
き、特に保守が容易な冒頭に記載した形式の粘度計を提
供することである。
置が測定する流体と接触することなく保持されるととも
に、該一定磁界装置で発生される磁力線が振動体へ向く
ように前記一定磁界装置が配置され、また振動駆動コイ
ルは中心線が一定磁界の磁力線に対して小さな角度をな
すように振動体の内部に収容されたことを特徴とする本
発明によって達成される。
ることはなく、この結果頻繁な洗浄は明らかに削減でき
る。
装置は少なくとも1つの永久磁石で構成され、この永久
磁石は測定する流体のためのキャビティの外側で振動体
に隣接させて配置される。永久磁石を取り外すことで、
粘度計は容易に洗浄できる。
実施例では、一定磁界装置は直流電流で付勢される少な
くとも1つのコイルを含んでなり、このコイルは中心線
を振動体へ向けて、測定する流体のためのキャビティの
外側で振動体に隣接させて配置される。この構造による
と、洗浄のためには、電流供給のスイッチを切ることだ
けが必要とされ、交流電流をこの一定磁界コイルに接続
することができる。
度計であり、粘性変数はその加速度計が出力する信号の
振幅および振動駆動コイルに付与される信号の振幅で決
定される。
されている粘度計では、振動体の捩り振動を保持するた
めにフィードバックが行われており、振動体の振動を検
出するための圧電結晶を含んでなる検出装置は一端に配
置され、振動駆動コイルはフィードバックループの他端
に配置されている。
相の信号をフィードバックして発生される2つの周波数
が測定される。したがって、切換により新しい平衡状態
が達成されねばならず、この状態が測定の応答速度を低
下させる。とにかく、一方の周波数における測定は、切
換現象を低く抑えるために十分に長い時間とされねばな
らない。更に、フィードバックループが複雑であり、ま
た永久磁石の周知の使用および適用によって、測定する
流体からの強磁性汚染物が粘度計のシリンダに付着して
測定に直接的な影響を及ぼす。
ことである。この簡単化は、本発明の1つの実施例にお
いて加速度計が移相器を経て振動駆動コイルに接続され
ることで達成される。この方法により、振動は格段に簡
単化された回路で自動的に保持される。本発明による粘
度計の場合、周波数測定に代えて振幅測定が使用され、
この結果として回路の簡単化が可能とされるだけでな
く、良好な分解能での測定が可能となる。
は、加速度計は2つの圧電ストリップで構成され、それ
らのストリップは互いに平行に且つ振動体の振動方向と
平行に延在する平面内に配向され、各ストリップの一端
は振動体に強固に取り付けられるとともにその取り付け
箇所は直径方向の反対両側に互いに配置される一方、他
端は振動体の振動方向に自由に運動できるようにされる
とともに反対方向へ向けられ、また圧電ストリップの出
力部は計装増幅器のそれぞれの入力部に接続され、その
出力部は移相器に接続される。この方法により、振動体
の並進振動(translational vibra
tion)の影響は排除される。
米国特許第4905499号明細書により知られた粘度
計では、圧電検出装置が使用されている。
97032号明細書では減衰を決定するために位相差の
測定が記載されている。移相はその関数として周波数シ
フトを決定するために使用される。しかしながら、本発
明では90゜の移相が共鳴周波数の制御を得るために使
用される。
よび検出装置は液体で減衰されないロッドに連結され
る。ロッドのまわりに配置されるチューブが液体による
減衰作用を受ける。チューブおよびロッドの剛性の相違
により、本発明と対照的に2つの振動系の連結が生じ、
一方の振動系だけが有効とされる。ロッドの剛性をチュ
ーブの剛性よりも十分に大きくすることは実際に不可能
である。
粘度計はフロースルー(flow−through)セ
ンサーとして使用することはできない。何故なら、振動
系を得るために別の質量体が使用されるからである。し
かしながら本発明によれば、単一質量体のばね装置を実
現するために質量体、駆動装置および検出装置が測定ヘ
ッドに配置されたセンサーが達成される。
説明される。
作用、特に減衰作用を及ぼすという識見に基づいてい
る。フィードバック装置は、粘性および他の固有の機械
的および電気的な損失を補償するようにエネルギーを付
与されることによって、振動部材を機械的な振動状態に
保持することに使用できる。これはフィードバック装置
の増幅器により達成される。例えば、複雑なせん断粘性
は振動部材の共鳴周波数およびその減衰を測定すること
で決定できる。
発明による粘度計は例えば流体の粘性変数を電気信号に
変換する変換器を備える。この変換器は計器ハウジング
1およびこれに強固に連結された支持部材すなわちベー
スプレート2を含んでいる。振動装置はこのベースプレ
ート2で支持されており、この振動装置はベースプレー
ト2に剛性的に直角に連結された捩りロッド3と、この
捩りロッド3の自由端部に一端で強固に連結されている
円筒形質量体4に形成された振動体4とを含んでなる。
捩りロッド3および円筒形質量体4は捩りモードの振動
を生じてその振動を保持する。このために、励振装置が
使用されており、この励振装置は磁石5と、駆動コイル
6とを含んでなる。図1に見られるように、駆動コイル
6は円筒形質量体4の内部に収容される一方、磁石5は
ハウジング1の外部に配置される。永久磁石5および駆
動コイル6の相互の配向は、駆動コイルの中心線が永久
磁石の磁力線に対して小さな角度をなすようにされる。
第2の磁石7を使用することが好ましい。
ジング1の外部に配置されるが、この磁石を完全または
部分的にハウジング内に埋没するように受け入れること
もできる。この磁石のいわゆる埋没位置では、流体が磁
石と接触されることのないこと、換言すれば測定する流
体のためのキャビティの外側に磁石が配置されて、その
磁石がキャビティから隔絶されることを保証する備えを
なすべきことが、好ましい。磁石の隔絶した配置は図6
および図7に示されている。
ベースプレート2と例えば円筒形の壁とで境界されるキ
ャビティ内に存在する流体すなわち液体8の中に沈めら
れている。この粘度計はスルーフローメータとして好適
であり、測定する液体は例えばベースプレート2の開口
9を通して給送されて、捩りロッド3および円筒形質量
体4に沿って流れて、ハウジング1の頂部開口から排出
されるすなわち逆送されることができる。内部に振動体
4を収容したハウジング1は、1本または複数本のパイ
プ装置に一体的に備えられて、そのパイプ装置を通して
流れる流体すなわち液体の粘性変数を連続的にまたは何
れかの望ましい時点で測定するようになされることがで
きる。静的測定のために、ハウジングの頂部開口は閉じ
ることができる。
イル6の供給導線12を経て、交流電流とされる励起信
号が駆動コイル6に付与される。この励起信号は、例え
ば周波数発生装置で発生できる。励起信号の周波数およ
び強度はマイクロプロセッサで制御できる。駆動コイル
6に励起信号を付与することで、円筒形質量体4は駆動
コイル6と永久磁石5,7との相互作用の結果として捩
り振動を生じる。この場合、片側における永久磁石の磁
力線と、他側における駆動コイル6の磁力線とは小さな
角度を描かねばならない。
る。検出装置11からの検出出力信号は、ロッド3を通
して送られている出力導線12を経て外部に導き出され
る。固定された励起信号に関して、検出信号は円筒形質
量体が沈められている液体の粘性の測定値であり、図示
されていないが増幅され、帯域フィルタでフィルタさ
れ、電圧計に送られてマイクロプロセッサで読みとられ
るようになされることができる。
石として示され、そのコイルに対して直流電流の信号が
付与される。
効果の生じることも可能である。しかしながら、測定に
対する影響は磁界の乱れによってのみ引き起こされる。
保守できることである。何故なら、永久磁石が振動体4
の内部に収容される結果として鉄粒子および他の磁性不
純物が振動体に捕集される周知装置の場合に較べて、洗
浄の頻度が格段に少なくされるからである。更に、この
粘度計は永久磁石5を取り外すか、または永久電磁石の
コイルに付与する直流電流信号のスイッチを切ること
で、容易に洗浄できる。捕集された鉄粒子はその後で磁
気引きつけ作用に邪魔されない洗浄流体で容易に排除で
きる。したがって、この粘度計はパイプ装置に一体的に
備えることが特に好適である。何故なら、この粘度計は
振動体4を取り外して別個に洗浄するのに装置から取り
外す必要がないからである。ともかく、粘度計を装置か
ら取り外すことなくそのハウジング1を通して洗浄流体
を給送することができる。洗浄時には、供給導線12に
給送される交流電流信号および永久電磁石のコイルに供
給される直流電流信号の両方のスイッチは切ることがで
きる。洗浄はその後に特に簡単且つ完全に行えることが
見出されている。
の壁の間の最小距離は、せん断波が壁13に達したとき
に垂直方向に消滅せねばならないという要求条件によっ
て決定される。ニュートン液体に関しては、せん断波の
振幅は100mPaの粘度および400Hzの周波数に
おいて2mmの距離にわたり1000の係数で減衰され
る。
による振動体を示している。図2の横断面において、コ
イルおよび検出装置の供給および戻り導線は図示されて
いない。振動体4は非磁性すなわち磁化不能材料で作ら
れる。非常に適当な材料は、ステンレス鋼316のよう
なオーステナイト構造のステンレス鋼である。ある種の
応用例では、プラスチックが適当とされる。振動体4は
頂部および底部で閉じられる。捩りロッド3の一端は底
部構造15に強固に連結され、またその他端はベースプ
レート2に強固に連結される。ハウジング内には、駆動
コイル6がねじ13,14(図2および図3)によって
取り付けられるように、検出装置11が底部構造15の
上方でハウジングに強固に連結される。
ある。使用するのに好適な加速度計の実施例は図4に更
に明確に見られる。この加速度計は2つの支持部材1
6,17を含んでなり、これらの支持部材16および1
7は片側にそれぞれ圧電ストリップ18,19を支持し
ている。圧電ストリップ18,19の他端は自由に動け
るようになされており、それぞれ錘20,21を備えて
いる。
して生じる振動体4の前後の回転振動時に、振動体4は
例えば矢印Rの方向に回転して、それぞれ力K1,K2
が圧電ストリップ18,19の慣性、特にその自由端に
取り付けられた錘20,21の結果として圧電ストリッ
プに作用する。圧電ストリップ18,19は力K1,K
2により曲げられ、その結果として検出出力信号が圧電
ストリップにより発生されて出力されることができる。
したがって粘性変数が検出出力信号の振幅および振動駆
動コイルに付与される信号の振幅から決定できる。
的フィードバック回路が駆動コイル6と圧電ストリップ
18,19で構成された検出装置との間に接続でき、こ
の結果として振動装置の捩りモードの振動が自動的に保
持されるのであり、測定する流体すなわち液体の粘度
を、例えばマイクロプロセッサにより、駆動コイル6に
供給された励起信号振幅に対する検出信号振幅の比率か
ら決定することが可能となる。本発明による粘度計の測
定回路におけるこのフィードバック回路が図5に示され
ている。
が圧電部材として図解的に示され、P1およびP2で示
されている。圧電部材P1,P2は、並列レジスターR
1,R2を経て計装増幅器IAに接続されている。極性
はそこに示されている。使用するのが好ましいとされた
図5に示されている回路線図の場合、フィードバック回
路は計装増幅器IA、フィルタF1、移相器FD、自動
利得制御器AGCおよび増幅器V1を含んでなる。駆動
コイル6は増幅器V1の出力部に接続される。圧電部材
P1,P2、フィードバック回路および駆動コイル6が
直列に接続される結果として、図1、図2、図3および
図4に示された振動体4は捩り振動を生じてその振動を
保持される。
増幅器V1と自動利得制御器AGCとの間の接続部に現
れる信号は、それぞれマイクロプロセッサμPの入力部
I2,I3に送られ、マイクロプロセッサμPはそれら
の信号振幅の比率に基づいて粘度の出力信号を導きだ
し、この出力信号が出力部O2へ送られる。マイクロプ
ロセッサμPの出力部O2の粘度信号とマイクロプロセ
ッサに供給された信号との間には関係が存在し、この関
係は経験的に決定されるか、演算することができる。図
示されていないが振動体の近くに配置される温度センサ
ーによって発生される信号は、増幅器V2に送られ、こ
の増幅器からの出力信号はマイクロプロセッサμPの入
力部I1へ送られる。温度信号はマイクロプロセッサの
出力部O1に現れる。温度センサーから発生される信号
は温度補償を行うためにマイクロプロセッサμPで使用
できる。
ベースプレート2との間の機械的な連結部をできるだけ
小さく維持するために、ベースプレート2の慣性モーメ
ントは捩り質量体の慣性モーメントと比較して大きくな
るように選択される。
置、支持部材、ハウジング1の壁、振動体4の壁および
全ての支持部材のような全ての構造部材は、例えばステ
ンレス鋼316のようなオーステナイトステンレス鋼、
またはプラスチックのような非磁性材料で作られる。更
に、エディー電流効果の結果として振動質量体の減衰が
できるだけ小さくなるように、材料はできるだけ導電性
の小さいものが選ばれることが好ましい。
点は、振動装置の共鳴周波数に対する温度関連性が非常
に小さく、測定温度によってマイクロプロセッサは温度
補償を容易に実行できるということである。
少数の部材しか含んでいない。
表示に容易に保守できる(洗浄頻度が少ない)こと、お
よびこの粘度計がハウジング内部および振動体の洗浄の
ために一端構成された装置から取り外す必要がないとい
うことである。
図を使用する結果として、本発明による粘度計は振動体
の並進運動が補償されるという利点を有する。
場合、圧電ストリップ18,19は反対方向へ移動し
て、計装増幅器IAに送られる電圧は出力における変化
を生じない。
動の場合、発生される電圧は付加され、それ故に増幅器
IAの出力における作用が検出可能となる。
プの彎曲部すなわちニー部(knee)22に一体的に
備えられた本発明の実施例を示しており、このパイプ彎
曲部はそれをパイプライン装置に装着するための固定フ
ランジ23,24を備えている。図解のために、この彎
曲部22は粘度計の箇所で切断して開かれている。振動
体4は捩りロッド3を経てベースプレート2に連結され
ている。捩りロッド3およびベースプレート2は中空
で、振動体4に収容されている駆動コイルおよび圧電ス
トリップに対して供給ワイヤーおよび戻りワイヤーを経
て供給できるようになされている。ベースプレート2
は、ブランキング(blanking)部材25で彎曲
部22に強固に連結されている。ブランキング部材25
は彎曲部22の穴26の内部に収容され、前記開口を境
界付けしているフランジに対してねじで強固にねじ止め
される。ベースプレート2はブランキング部材25の中
央穴28の中に収容され、保持ナット29で強固に保持
される。ベースプレート2から与えられる供給ワイヤー
および戻りワイヤーはハウジング31の内部に組み入れ
られた粘度計の電気回路へ向けて延在されている。ハウ
ジング31は、フランジを備えた円筒形の連結部材32
を経てブランキング部材25に、ねじ33および34で
ねじ止めされる。更に、温度センサー35もブランキン
グ部材25の内部に固定され、接続ワイヤー36でハウ
ジング31内に収容されている組み付け回路に接続され
ている(図7参照)。各側で振動体4に隣接配置された
電磁石5,7は図6に更に明確に見ることができる。電
磁石5の磁化可能な材料で作られたコアー37および組
み合うコイル38はハウジング39内に収容され、これ
らの部材はユニットとしてハウジング39の穴40内に
着脱可能に固定される。固定は、蓋41により組み合う
ねじ42で行われる。直流電流コイルのための接続ワイ
ヤーは、保護チューブ43によりハウジング31内の組
み合う電源へ導かれる。
に示す概略図。
の横断面図。
施例の、部分的に横断面とした前面図。
施例の、部分的に横断面とした側面図。
Claims (6)
- 【請求項1】 測定する流体のためのキャビティを備え
た容器と、前記容器に強固に連結された支持部材と、一
端で支持部材に強固に取り付けられ且つ他端に振動体を
有する振動装置と、該振動体を振動させてその振動を保
持するための交流電流で付勢される振動駆動コイルおよ
び一定磁界を発生する一定磁界装置と、振動体の振動を
検出する検出装置とを含み、流体の粘性変数を電気信号
に変換する変換器を備えた粘度計であって、一定磁界装
置は測定する流体と接触することなく保持されるととも
に、該一定磁界装置で発生される磁力線が振動体へ向く
ように前記一定磁界装置が配置され、また振動駆動コイ
ルは中心線が一定磁界の磁力線に対して小さな角度をな
すように振動体の内部に収容されたことを特徴とする粘
度計。 - 【請求項2】 請求項1に記載の粘度計であって、一定
磁界装置が少なくとも1つの永久磁石で構成され、該永
久磁石は測定する流体のためのキャビティの外側で振動
体に隣接させて配置されたことを特徴とする粘度計。 - 【請求項3】 請求項1に記載の粘度計であって、一定
磁界装置が直流電流で付勢される少なくとも1つのコイ
ルを含んでなり、該コイルは中心線を振動体へ向けて、
測定する流体のためのキャビティの外側で振動体に隣接
させて配置されたことを特徴とする粘度計。 - 【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3に記
載の粘度計であって、検出装置は加速度計であり、粘性
変数は前記加速度計が出力する信号の振幅および振動駆
動コイルに付与される信号の振幅で決定されることを特
徴とする粘度計。 - 【請求項5】 請求項4に記載の粘度計であって、加速
度計が移相器を経て振動駆動コイルに接続されたことを
特徴とする粘度計。 - 【請求項6】 請求項5に記載の粘度計であって、加速
度計が2つの圧電ストリップで構成されていて、該スト
リップは互いに平行に且つ振動体の振動方向と平行に延
在する平面内に配向され、各ストリップの一端は振動体
に強固に取り付けられるとともに該取り付け箇所は直径
方向の反対両側に互いに配置され、一方、他端は振動体
の振動方向に自由に運動できるようにされるとともに反
対方向へ向けられたこと、および圧電ストリップの出力
部は計装増幅器のそれぞれの入力部に接続され、その出
力部は移相器に接続されたことを特徴とする粘度計。
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