JPH11173967A - 液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置 - Google Patents
液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置Info
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- JPH11173967A JPH11173967A JP34342597A JP34342597A JPH11173967A JP H11173967 A JPH11173967 A JP H11173967A JP 34342597 A JP34342597 A JP 34342597A JP 34342597 A JP34342597 A JP 34342597A JP H11173967 A JPH11173967 A JP H11173967A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広範囲に温度が変化する液体の粘度を長期間
連続的にかつ正確に測定する。 【解決手段】 振動子（３）及び振動センサ（４）を取
り付けた振動体（２）を液体中に浸漬し、振動子（３）
に振動電圧を印加して振動体（２）を共振周波数
（ｆ1）で振動させ、振動体（２）が共振周波数（ｆ1）
で振動するときの振動子（３）と振動センサ（４）との
位相差（Ｐ1）を検出して、振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）と予め測定した粘度（η）と
の関係により液体の粘度（η）を測定する。液体中に浸
漬した状態で、振動体（２）の振動子（３）に振動電圧
を印加して振動体（２）を共振周波数（ｆ1）で振動さ
せ、振動子（３）と振動センサ（４）との位相差
（Ｐ1）を測定する。位相差（Ｐ1）と液体の粘度（η）
との間には一定の関係が存在するから、位相差（Ｐ1）
から液体の粘度（η）を算出することができる。
連続的にかつ正確に測定する。 【解決手段】 振動子（３）及び振動センサ（４）を取
り付けた振動体（２）を液体中に浸漬し、振動子（３）
に振動電圧を印加して振動体（２）を共振周波数
（ｆ1）で振動させ、振動体（２）が共振周波数（ｆ1）
で振動するときの振動子（３）と振動センサ（４）との
位相差（Ｐ1）を検出して、振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）と予め測定した粘度（η）と
の関係により液体の粘度（η）を測定する。液体中に浸
漬した状態で、振動体（２）の振動子（３）に振動電圧
を印加して振動体（２）を共振周波数（ｆ1）で振動さ
せ、振動子（３）と振動センサ（４）との位相差
（Ｐ1）を測定する。位相差（Ｐ1）と液体の粘度（η）
との間には一定の関係が存在するから、位相差（Ｐ1）
から液体の粘度（η）を算出することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体の粘度を検出
する粘度測定技術、特に、良好な温度特性と長期にわた
る安定性を有し、広い温度範囲での液体粘度の長期間連
続測定に利用できる粘度測定方法及び装置に関連する。
する粘度測定技術、特に、良好な温度特性と長期にわた
る安定性を有し、広い温度範囲での液体粘度の長期間連
続測定に利用できる粘度測定方法及び装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン
等の燃料油や潤滑油の粘度測定方法、及びその他の液体
の粘度測定のために、従来より、回転式、カップ式、落
球式、機械振動式等各種の方式を用いる液体粘度測定装
置が開発されてきた。しかしながら、粘度測定装置の多
くは、計測部が大型でかつ数１００ｍｌの被検液体を必
要とし、据置型の測定値表示部も大型であった。他面、
昨今、多くの分野で測定システムの自動化が進み、様々
な場所での多様な物性値を測定するセンサ素子が開発さ
れ、小型、軽量、安価な液体の粘度計測センサ素子の需
要が高まりつつある。
等の燃料油や潤滑油の粘度測定方法、及びその他の液体
の粘度測定のために、従来より、回転式、カップ式、落
球式、機械振動式等各種の方式を用いる液体粘度測定装
置が開発されてきた。しかしながら、粘度測定装置の多
くは、計測部が大型でかつ数１００ｍｌの被検液体を必
要とし、据置型の測定値表示部も大型であった。他面、
昨今、多くの分野で測定システムの自動化が進み、様々
な場所での多様な物性値を測定するセンサ素子が開発さ
れ、小型、軽量、安価な液体の粘度計測センサ素子の需
要が高まりつつある。
【０００３】圧電材料を用いる超音波振動子、弾性表面
波素子等を小型の粘度センサに応用して共振周波数を検
出する方式の粘度センサを得ることができるが、空気中
での粘度センサ自体の周波数温度特性が液体中での測定
周波数にも影響を及ぼす不具合があった。その結果、広
い温度範囲にわたり粘度を測定する場合には、粘度セン
サの温度特性を補正する手段が別途必要になった。更
に、周波数温度特性の個体差も大きい事から、粘度セン
サ毎の個別の補正が必要になる等の問題も抱えていた。
波素子等を小型の粘度センサに応用して共振周波数を検
出する方式の粘度センサを得ることができるが、空気中
での粘度センサ自体の周波数温度特性が液体中での測定
周波数にも影響を及ぼす不具合があった。その結果、広
い温度範囲にわたり粘度を測定する場合には、粘度セン
サの温度特性を補正する手段が別途必要になった。更
に、周波数温度特性の個体差も大きい事から、粘度セン
サ毎の個別の補正が必要になる等の問題も抱えていた。
【０００４】他面、水晶振動子を用い周波数温度特性が
良好な従来の小型の粘度センサ素子は、例えば、特開昭
６４−４７９３２号公報及び特開昭６４−４７９３４公
報により知られているが、良好な温度特性を実現するた
めには、振動子の切り出し角度にコスト高の要因となる
高度に正確なカットアングルが要求される。また、一般
に、小さい検出面積に対し相対的に大きな検出感度で設
計される小型のセンサ素子の多くは、検出面に僅かな汚
れが付着しても測定精度に影響を受け易い欠点があっ
た。従って、粘度の測定前には、センサの検出面を洗浄
すると共に、標準粘度液によって出力値を補正する必要
があった。また、長期間の連続的な粘度の測定で、セン
サの検出面が汚れてしまう場合には、出力値が変化して
しまうという不具合があった。
良好な従来の小型の粘度センサ素子は、例えば、特開昭
６４−４７９３２号公報及び特開昭６４−４７９３４公
報により知られているが、良好な温度特性を実現するた
めには、振動子の切り出し角度にコスト高の要因となる
高度に正確なカットアングルが要求される。また、一般
に、小さい検出面積に対し相対的に大きな検出感度で設
計される小型のセンサ素子の多くは、検出面に僅かな汚
れが付着しても測定精度に影響を受け易い欠点があっ
た。従って、粘度の測定前には、センサの検出面を洗浄
すると共に、標準粘度液によって出力値を補正する必要
があった。また、長期間の連続的な粘度の測定で、セン
サの検出面が汚れてしまう場合には、出力値が変化して
しまうという不具合があった。
【０００５】また、水晶振動子を用いた粘度センサで
は、温度特性が良好な出力としては共振先鋭度Ｑがあ
り、この出力から液体の粘度を測定する方法も考えられ
る。しかし、共振先鋭度Ｑの測定では、先の共振周波数
ｆ測定の場合と同様に汚れの影響が無視できない。例え
ば、長期の連続使用では、被検液体の粘度・密度が同じ
でもセンサに堆積した付着物（汚れ）の増加によって共
振先鋭度Ｑの出力は低下して、液体の粘度を正確に検出
することができない。
は、温度特性が良好な出力としては共振先鋭度Ｑがあ
り、この出力から液体の粘度を測定する方法も考えられ
る。しかし、共振先鋭度Ｑの測定では、先の共振周波数
ｆ測定の場合と同様に汚れの影響が無視できない。例え
ば、長期の連続使用では、被検液体の粘度・密度が同じ
でもセンサに堆積した付着物（汚れ）の増加によって共
振先鋭度Ｑの出力は低下して、液体の粘度を正確に検出
することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】最近開発された水晶振
動子、圧電振動子、表面弾性波素子等を用いたを用いた
小型の液体性状センサのセンサ素子をディーゼルエンジ
ン、ガソリンエンジン等の内燃機関及び産業機器のイン
ライン内部に設置する場合には、以下の未解決の問題が
存在する。
動子、圧電振動子、表面弾性波素子等を用いたを用いた
小型の液体性状センサのセンサ素子をディーゼルエンジ
ン、ガソリンエンジン等の内燃機関及び産業機器のイン
ライン内部に設置する場合には、以下の未解決の問題が
存在する。
【０００７】第一に、液体性状センサは、自己の持つ周
波数温度特性が粘度を測定する共振周波数ｆに影響する
欠点を有する。例えば、音叉は一般に、自己の周波数温
度特性を少なくするため、エルコロイ合金、Ｎｉスパン
Ｃ等の恒弾性材料を用いて作製されるが、完全に０温度
係数を持つ音叉を量産することは不可能であり、空気中
で、０〜１００℃の温度範囲では、周波数が数Ｈｚから
数１０Ｈｚ変化することが多い。このような音叉を粘度
センサとして液体中に浸漬し、液体の温度を変化させる
場合には、液体の温度変化に伴う液体の粘度・密度の変
化による周波数変化分に加えて、温度変化自体による周
波数の変化分も加わって、周波数変化がセンサ出力とし
て取り出される。従って、広い温度範囲での粘度測定に
は、液体の温度変化による周波数変化分を取り除いて評
価を行う必要、即ち、個々のセンサが有する周波数温度
特性に適合して別途出力を補正する必要がある。
波数温度特性が粘度を測定する共振周波数ｆに影響する
欠点を有する。例えば、音叉は一般に、自己の周波数温
度特性を少なくするため、エルコロイ合金、Ｎｉスパン
Ｃ等の恒弾性材料を用いて作製されるが、完全に０温度
係数を持つ音叉を量産することは不可能であり、空気中
で、０〜１００℃の温度範囲では、周波数が数Ｈｚから
数１０Ｈｚ変化することが多い。このような音叉を粘度
センサとして液体中に浸漬し、液体の温度を変化させる
場合には、液体の温度変化に伴う液体の粘度・密度の変
化による周波数変化分に加えて、温度変化自体による周
波数の変化分も加わって、周波数変化がセンサ出力とし
て取り出される。従って、広い温度範囲での粘度測定に
は、液体の温度変化による周波数変化分を取り除いて評
価を行う必要、即ち、個々のセンサが有する周波数温度
特性に適合して別途出力を補正する必要がある。
【０００８】第二に、粘度を測定する分野では、低温か
ら高温まで広い温度範囲にわたって粘度センサが作動す
る必要がある。センサ素子には固有の温度特性があり、
比較的良好な周波数温度特性を有する水晶振動子を製造
する場合、特殊なカットアングルで水晶を切り出す工程
が必要となる。水晶の切り出し工程は高価で熟練を要す
るため、容易かつ安価にセンサ素子を製造することがで
きなかた。
ら高温まで広い温度範囲にわたって粘度センサが作動す
る必要がある。センサ素子には固有の温度特性があり、
比較的良好な周波数温度特性を有する水晶振動子を製造
する場合、特殊なカットアングルで水晶を切り出す工程
が必要となる。水晶の切り出し工程は高価で熟練を要す
るため、容易かつ安価にセンサ素子を製造することがで
きなかた。
【０００９】第三に、小型のセンサ素子は自己の表面積
に対して高感度であり、センサを長期間液体中に浸漬し
て連続的に測定するとき、センサ素子に汚れが付着し
て、汚れ付着物の影響も過敏に受けやすく、このため長
期間連続して使用するときは、センサ出力が経時的に変
化する欠陥があった。一般に、高感度の粘度センサは、
検出面での汚れ付着物による大きな影響を受けるため、
定期的にセンサを洗浄する必要があり、コストアップを
招来していた。
に対して高感度であり、センサを長期間液体中に浸漬し
て連続的に測定するとき、センサ素子に汚れが付着し
て、汚れ付着物の影響も過敏に受けやすく、このため長
期間連続して使用するときは、センサ出力が経時的に変
化する欠陥があった。一般に、高感度の粘度センサは、
検出面での汚れ付着物による大きな影響を受けるため、
定期的にセンサを洗浄する必要があり、コストアップを
招来していた。
【００１０】そこで、本発明は、液体の粘度を正確に測
定できる液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置を提供
することを目的とする。また、本発明は、広い温度範囲
でかつ長時間にわたり連続測定できる液体粘度測定方法
及び液体粘度測定装置を提供することを目的とする。更
に、本発明は、空気中での温度特性が良好でかつ液体中
で汚れ付着物等の異物による影響を受けにくい液体粘度
測定方法及び液体粘度測定装置を提供することを目的と
する。
定できる液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置を提供
することを目的とする。また、本発明は、広い温度範囲
でかつ長時間にわたり連続測定できる液体粘度測定方法
及び液体粘度測定装置を提供することを目的とする。更
に、本発明は、空気中での温度特性が良好でかつ液体中
で汚れ付着物等の異物による影響を受けにくい液体粘度
測定方法及び液体粘度測定装置を提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による液体粘度測
定方法は、振動子（３）及び振動センサ（４）を取り付
けた振動体（２）を液体中に浸漬する過程と、振動子
（３）に振動電圧を印加して振動体（２）を共振周波数
（ｆ1）で振動させる過程と、振動体（２）が共振周波
数（ｆ1）で振動するときの振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）を検出する過程と、振動子
（３）と振動センサ（４）との位相差（Ｐ1）と予め測
定した粘度（η）との関係により液体の粘度（η）を測
定する過程とを含む。
定方法は、振動子（３）及び振動センサ（４）を取り付
けた振動体（２）を液体中に浸漬する過程と、振動子
（３）に振動電圧を印加して振動体（２）を共振周波数
（ｆ1）で振動させる過程と、振動体（２）が共振周波
数（ｆ1）で振動するときの振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）を検出する過程と、振動子
（３）と振動センサ（４）との位相差（Ｐ1）と予め測
定した粘度（η）との関係により液体の粘度（η）を測
定する過程とを含む。
【００１２】液体中に浸漬した状態で、振動体（２）の
振動子（３）に振動電圧を印加して振動体（２）を共振
周波数（ｆ1）で振動させ、振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）を測定する。位相差（Ｐ1）と
液体の粘度（η）との間には一定の関係が存在するか
ら、位相差（Ｐ1）から液体の粘度（η）を算出するこ
とができる。
振動子（３）に振動電圧を印加して振動体（２）を共振
周波数（ｆ1）で振動させ、振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）を測定する。位相差（Ｐ1）と
液体の粘度（η）との間には一定の関係が存在するか
ら、位相差（Ｐ1）から液体の粘度（η）を算出するこ
とができる。
【００１３】本発明の実施の形態では、振動子（３）に
振動電圧を印加するとき、入力信号を（ＶI）、振動セ
ンサ（４）の出力信号を（Ｖ0）とすると、電圧ゲイン
（Ｇ）は下式： Ｇ＝２０log10（Ｖ0／ＶI） で表され、共振周波数（ｆ1）で、電圧ゲイン（Ｇ）の
ピークゲイン（Ｇ1）が得られる。位相差をＰ1、液体の
粘度をη、液体の密度をρ、ａ、ｂ、ｋ及びαを定数と
すると、位相差Ｐ1と液体の粘度ηとの間に下記の関
係： Ｐ1 ＝ｋηaρb＋α が存在する。
振動電圧を印加するとき、入力信号を（ＶI）、振動セ
ンサ（４）の出力信号を（Ｖ0）とすると、電圧ゲイン
（Ｇ）は下式： Ｇ＝２０log10（Ｖ0／ＶI） で表され、共振周波数（ｆ1）で、電圧ゲイン（Ｇ）の
ピークゲイン（Ｇ1）が得られる。位相差をＰ1、液体の
粘度をη、液体の密度をρ、ａ、ｂ、ｋ及びαを定数と
すると、位相差Ｐ1と液体の粘度ηとの間に下記の関
係： Ｐ1 ＝ｋηaρb＋α が存在する。
【００１４】本発明による液体粘度測定装置は、一対の
カンチレバー部（２ａ、２ｂ）を有しかつ液体中に浸漬
される音叉型振動体（２）と、音叉型振動体（２）の一
方のカンチレバー部（２ａ）に取り付けられた振動子
（３）と、振動子（３）に振動電圧を印加する発振器
（５）と、音叉型振動体（２）の他方のカンチレバー部
（２ｂ）に取り付けられた振動センサ（４）と、液体の
粘度（η）を測定する粘度演算装置（６）とを備えてい
る。粘度演算装置（６）は、振動子（３）に振動電圧を
印加することにより音叉型振動体（２）を共振周波数
（ｆ1）で振動させ、音叉型振動体（２）が共振周波数
（ｆ1）で振動するときの振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）を検出し、振動子（３）と振
動センサ（４）との位相差（Ｐ1）と予め測定した粘度
（η）との関係により液体の粘度（η）を測定する。
カンチレバー部（２ａ、２ｂ）を有しかつ液体中に浸漬
される音叉型振動体（２）と、音叉型振動体（２）の一
方のカンチレバー部（２ａ）に取り付けられた振動子
（３）と、振動子（３）に振動電圧を印加する発振器
（５）と、音叉型振動体（２）の他方のカンチレバー部
（２ｂ）に取り付けられた振動センサ（４）と、液体の
粘度（η）を測定する粘度演算装置（６）とを備えてい
る。粘度演算装置（６）は、振動子（３）に振動電圧を
印加することにより音叉型振動体（２）を共振周波数
（ｆ1）で振動させ、音叉型振動体（２）が共振周波数
（ｆ1）で振動するときの振動子（３）と振動センサ
（４）との位相差（Ｐ1）を検出し、振動子（３）と振
動センサ（４）との位相差（Ｐ1）と予め測定した粘度
（η）との関係により液体の粘度（η）を測定する。
【００１５】空気中で温度が変化しても位相差（Ｐ1）
は約９０度で一定であり、フラットな温度特性を有す
る。従って、液体中に浸漬した音叉型振動体（２）の温
度が変化しても位相差（Ｐ1）の変化は非常に少なく、
広範囲に変化する温度の液体中でも実質的に液体の粘度
及び密度の変化のみに依存する出力を振動センサ（４）
から得ることができる。更に、位相差（Ｐ1）を測定す
るとき、長期間連続して使用しても、汚れ等の異物の付
着による振動センサ（４）の出力の経時変化が極めて小
さいことが実験上判明した。
は約９０度で一定であり、フラットな温度特性を有す
る。従って、液体中に浸漬した音叉型振動体（２）の温
度が変化しても位相差（Ｐ1）の変化は非常に少なく、
広範囲に変化する温度の液体中でも実質的に液体の粘度
及び密度の変化のみに依存する出力を振動センサ（４）
から得ることができる。更に、位相差（Ｐ1）を測定す
るとき、長期間連続して使用しても、汚れ等の異物の付
着による振動センサ（４）の出力の経時変化が極めて小
さいことが実験上判明した。
【００１６】振動子（３）及び振動センサ（４）は、チ
タン酸ジルコニウム酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、
チタン酸バリウム（ＴｉＢａＯ3）、複合ペロブスカイ
ト（Ａ（Ｂ1，ＢH）Ｏ3−ＰＺＴ）、チタン酸鉛（Ｐｂ
ＴｉＯ3）等のバルク圧電体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）等の薄膜圧電体又はポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンとトリフ
ルオロエチレンの共重合体等の有機物圧電体のいずれか
である。
タン酸ジルコニウム酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、
チタン酸バリウム（ＴｉＢａＯ3）、複合ペロブスカイ
ト（Ａ（Ｂ1，ＢH）Ｏ3−ＰＺＴ）、チタン酸鉛（Ｐｂ
ＴｉＯ3）等のバルク圧電体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）等の薄膜圧電体又はポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンとトリフ
ルオロエチレンの共重合体等の有機物圧電体のいずれか
である。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明による液体粘度測定方法及
び液体粘度測定装置の実施の形態を図１〜図７について
以下に説明する。
び液体粘度測定装置の実施の形態を図１〜図７について
以下に説明する。
【００１８】図１は本発明による液体粘度測定装置とし
ての音叉型粘度センサ１の斜視図を示す。音叉型粘度セ
ンサ１は、一対のカンチレバー部２ａ、２ｂを有する音
叉型振動体２と、音叉型振動体２の一方のカンチレバー
部２ａに固定された振動子３と、音叉型振動体２の他方
のカンチレバー部２ｂに固定された振動センサ４とを備
えている。音叉型振動体２は、温度変化に対してよりフ
ラットな周波数位相差特性を得るために、エリンバー合
金、エルコロイ合金、ＮｉスパンＣ等の恒弾性材料によ
って作製することが望ましい。発振器５から発振パルス
が印加される振動子３は、音叉型振動体２を共振周波数
ｆ1で振動させる圧電振動子であり、振動センサ４は音
叉型振動体２の振動を検出する振動センサであり、粘度
演算装置６に接続される。粘度演算装置６は、振動子３
に振動電圧を印加して音叉型振動体２を共振周波数ｆ1
で振動させ、音叉型振動体２が共振周波数ｆ1で振動す
るときの振動子３と振動センサ４との位相差Ｐ1を検出
し、振動子３と振動センサ４との位相差Ｐ1と予め測定
した粘度ηとの関係により液体の粘度ηを測定する。振
動子３、振動センサ４は、チタン酸ジルコニウム酸鉛
（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、チタン酸バリウム（Ｔｉ
ＢａＯ3）、複合ペロブスカイト（Ａ（Ｂ1，ＢH）Ｏ3−
ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等のバルク圧電
体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
等の薄膜圧電体又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重
合体等の有機物圧電体のいずれかである。
ての音叉型粘度センサ１の斜視図を示す。音叉型粘度セ
ンサ１は、一対のカンチレバー部２ａ、２ｂを有する音
叉型振動体２と、音叉型振動体２の一方のカンチレバー
部２ａに固定された振動子３と、音叉型振動体２の他方
のカンチレバー部２ｂに固定された振動センサ４とを備
えている。音叉型振動体２は、温度変化に対してよりフ
ラットな周波数位相差特性を得るために、エリンバー合
金、エルコロイ合金、ＮｉスパンＣ等の恒弾性材料によ
って作製することが望ましい。発振器５から発振パルス
が印加される振動子３は、音叉型振動体２を共振周波数
ｆ1で振動させる圧電振動子であり、振動センサ４は音
叉型振動体２の振動を検出する振動センサであり、粘度
演算装置６に接続される。粘度演算装置６は、振動子３
に振動電圧を印加して音叉型振動体２を共振周波数ｆ1
で振動させ、音叉型振動体２が共振周波数ｆ1で振動す
るときの振動子３と振動センサ４との位相差Ｐ1を検出
し、振動子３と振動センサ４との位相差Ｐ1と予め測定
した粘度ηとの関係により液体の粘度ηを測定する。振
動子３、振動センサ４は、チタン酸ジルコニウム酸鉛
（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、チタン酸バリウム（Ｔｉ
ＢａＯ3）、複合ペロブスカイト（Ａ（Ｂ1，ＢH）Ｏ3−
ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）等のバルク圧電
体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
等の薄膜圧電体又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重
合体等の有機物圧電体のいずれかである。
【００１９】音叉型粘度センサ１の使用の際に、音叉型
振動体２を液体中に浸漬し、発振器から振動子３に入力
するパルス信号は、電気振動から機械振動に変換され
て、音叉型振動体２に機械振動を発生させる。音叉型振
動体２の機械振動は、振動センサによって電気振動に変
換されて出力信号として取り出される。液体の粘度は、
振動子３の入力信号の位相と振動センサの出力信号の位
相との位相差Ｐ1に基づいて検出される。音叉型振動体
２の共振周波数ｆ1のパルス信号が振動子３に入力され
ると、ここで電気振動から変換された機械振動は音叉型
振動体２内でより大きな機械振動に増幅され、この機械
振動に対応する電気信号を振動センサから取り出すこと
ができる。この場合、本発明による位相差検知方式の粘
度感度は、軽油等の低粘度液体の測定に充分でありなが
ら、共振周波数ｆを検知する方式や、共振先鋭度Ｑを検
知する方式、さらには水晶振動子を用いる場合等に比べ
ると、汚れ等による経時変化が小さく、改善されたセン
サの作製が可能となる。
振動体２を液体中に浸漬し、発振器から振動子３に入力
するパルス信号は、電気振動から機械振動に変換され
て、音叉型振動体２に機械振動を発生させる。音叉型振
動体２の機械振動は、振動センサによって電気振動に変
換されて出力信号として取り出される。液体の粘度は、
振動子３の入力信号の位相と振動センサの出力信号の位
相との位相差Ｐ1に基づいて検出される。音叉型振動体
２の共振周波数ｆ1のパルス信号が振動子３に入力され
ると、ここで電気振動から変換された機械振動は音叉型
振動体２内でより大きな機械振動に増幅され、この機械
振動に対応する電気信号を振動センサから取り出すこと
ができる。この場合、本発明による位相差検知方式の粘
度感度は、軽油等の低粘度液体の測定に充分でありなが
ら、共振周波数ｆを検知する方式や、共振先鋭度Ｑを検
知する方式、さらには水晶振動子を用いる場合等に比べ
ると、汚れ等による経時変化が小さく、改善されたセン
サの作製が可能となる。
【００２０】図２は、２０℃の空気中で一定範囲の周波
数（Ｈｚ）で音叉型振動体２を振動させたときの電圧ゲ
インと位相差の特性を音叉型粘度センサ１の入出力比特
性として示すグラフである。電圧ゲインＧ（ｄＢ／デシ
ベル）は、振動子３への入力信号をＶI（ボルト）、振
動センサ４の出力信号をＶ0（ボルト）とすると、下式
で表される。 Ｇ＝２０log10（Ｖ0／ＶI） 電圧ゲインＧは低周波側から共振周波数ｆ1に近づくに
つれて増加し、共振周波数ｆ1で最大値となった後に減
少する。また、共振周波数ｆ1での電圧ゲインＧのピー
ク値をピークゲインＧ1とし、ピークゲインＧ1から３ｄ
Ｂ下がった位置での周波数幅（バンド幅）をΔｆとする
と、共振特性の共振先鋭度Ｑは、Ｑ＝ｆ1／Δｆにより
求められる。
数（Ｈｚ）で音叉型振動体２を振動させたときの電圧ゲ
インと位相差の特性を音叉型粘度センサ１の入出力比特
性として示すグラフである。電圧ゲインＧ（ｄＢ／デシ
ベル）は、振動子３への入力信号をＶI（ボルト）、振
動センサ４の出力信号をＶ0（ボルト）とすると、下式
で表される。 Ｇ＝２０log10（Ｖ0／ＶI） 電圧ゲインＧは低周波側から共振周波数ｆ1に近づくに
つれて増加し、共振周波数ｆ1で最大値となった後に減
少する。また、共振周波数ｆ1での電圧ゲインＧのピー
ク値をピークゲインＧ1とし、ピークゲインＧ1から３ｄ
Ｂ下がった位置での周波数幅（バンド幅）をΔｆとする
と、共振特性の共振先鋭度Ｑは、Ｑ＝ｆ1／Δｆにより
求められる。
【００２１】次に、周波数の変化に対する位相差Ｐ
1（度）は、共振周波数ｆ1より低周波側では約１８０度
の位相差であるが、高周波側では約０度の位相差とな
る。音叉型粘度センサ１を液体中に浸漬して振動させた
ときの共振周波数ｆ1での位相差Ｐ１は、液体の粘度及
び密度に依存して変化する。図３は、軽油、灯油、トリ
クロロエチレン、イソプロピルアルコール、フロリナー
トの中に音叉型粘度センサ１で測定した場合での位相差
Ｐ１を示す。図３では、位相差Ｐ1は、粘度ηのａ乗と
密度ρのｂ乗との積に比例して変化することが明らかで
ある。即ち、ａ、ｂ、ｋ及びαを定数とすると、 Ｐ1＝ｋηaρb＋α ξ＝ηaρb で表される。粘度η、密度ρの指数ａ、ｂは、最も相関
が良くなる条件から数値解析により求められる。位相差
Ｐ1はξに対して直線的比例関係にあるから、密度ρが
既知のとき、位相差Ｐ1の測定結果より液体の粘度ηを
計算することができる。
1（度）は、共振周波数ｆ1より低周波側では約１８０度
の位相差であるが、高周波側では約０度の位相差とな
る。音叉型粘度センサ１を液体中に浸漬して振動させた
ときの共振周波数ｆ1での位相差Ｐ１は、液体の粘度及
び密度に依存して変化する。図３は、軽油、灯油、トリ
クロロエチレン、イソプロピルアルコール、フロリナー
トの中に音叉型粘度センサ１で測定した場合での位相差
Ｐ１を示す。図３では、位相差Ｐ1は、粘度ηのａ乗と
密度ρのｂ乗との積に比例して変化することが明らかで
ある。即ち、ａ、ｂ、ｋ及びαを定数とすると、 Ｐ1＝ｋηaρb＋α ξ＝ηaρb で表される。粘度η、密度ρの指数ａ、ｂは、最も相関
が良くなる条件から数値解析により求められる。位相差
Ｐ1はξに対して直線的比例関係にあるから、密度ρが
既知のとき、位相差Ｐ1の測定結果より液体の粘度ηを
計算することができる。
【００２２】周辺空気の温度を変化させながら温度と共
に共振周波数ｆ1及び共振周波数ｆ1での入出力位相差Ｐ
1を測定して、音叉型粘度センサ１の位相差の温度特性
を測定した。図４は、温度変化に対する５個の試料の位
相差の測定データを示すが、個々の位相差の測定値では
多少ばらつきはあるものの、０〜８５℃の温度変化に対
してほぼ一定の（フラットな）位相差Ｐ1を示す。
に共振周波数ｆ1及び共振周波数ｆ1での入出力位相差Ｐ
1を測定して、音叉型粘度センサ１の位相差の温度特性
を測定した。図４は、温度変化に対する５個の試料の位
相差の測定データを示すが、個々の位相差の測定値では
多少ばらつきはあるものの、０〜８５℃の温度変化に対
してほぼ一定の（フラットな）位相差Ｐ1を示す。
【００２３】また、被検液体としての軽油中に音叉型粘
度センサ１を浸漬し、軽油中で長期間連続して音叉型粘
度センサ１を駆動しながら軽油の温度を０〜８０度で変
化させて共振周波数ｆ1及び位相差Ｐ1の経時変化量を駆
動前後で測定した。軽油の粘度及び密度は温度の変化に
よって大きく変化するため、対応して共振周波数ｆ1、
位相差Ｐ1が変化する。これより共振周波数ｆ1及び位相
差Ｐ1の粘度・密度感度特性が求められる。ここで、経
時変化量の評価に際しては、まず音叉型粘度センサ１を
軽油中に浸漬し、軽油温度を約−１０℃から約８５℃の
範囲内で変化させ、共振周波数ｆ1及び位相差Ｐ1を測定
し、その後、音叉型粘度センサ１を軽油中に浸漬した状
態で４時間を１温度サイクルとする−１０〜８５℃の温
度サイクルを２００時間連続して加え、その後再度軽油
中の音叉型粘度センサ１の共振周波数ｆ1及び位相差Ｐ1
を上記と同様に軽油温度−１０〜８５℃で測定して、両
者の差から共振周波数ｆ1、位相差Ｐ1の経時変化量を評
価した。
度センサ１を浸漬し、軽油中で長期間連続して音叉型粘
度センサ１を駆動しながら軽油の温度を０〜８０度で変
化させて共振周波数ｆ1及び位相差Ｐ1の経時変化量を駆
動前後で測定した。軽油の粘度及び密度は温度の変化に
よって大きく変化するため、対応して共振周波数ｆ1、
位相差Ｐ1が変化する。これより共振周波数ｆ1及び位相
差Ｐ1の粘度・密度感度特性が求められる。ここで、経
時変化量の評価に際しては、まず音叉型粘度センサ１を
軽油中に浸漬し、軽油温度を約−１０℃から約８５℃の
範囲内で変化させ、共振周波数ｆ1及び位相差Ｐ1を測定
し、その後、音叉型粘度センサ１を軽油中に浸漬した状
態で４時間を１温度サイクルとする−１０〜８５℃の温
度サイクルを２００時間連続して加え、その後再度軽油
中の音叉型粘度センサ１の共振周波数ｆ1及び位相差Ｐ1
を上記と同様に軽油温度−１０〜８５℃で測定して、両
者の差から共振周波数ｆ1、位相差Ｐ1の経時変化量を評
価した。
【００２４】図５は２００時間の温度サイクル試験を実
施するサイクル前及びサイクル後で軽油の温度変化に対
する音叉型粘度センサ１の位相差Ｐ1の変化をそれぞれ
白丸及び黒丸で示す。両者共に軽油の温度上昇に伴って
位相差が増加する傾向を示しているが、これは、軽油の
粘度及び密度が温度の上昇と共に減少することによる変
化である。そして、図５に示される更に重要な実験結果
は、温度サイクル前後では位相差Ｐ1の経時変化は実質
的に観測されていない事である。また、軽油の温度変化
に対する共振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑも同時に測定
した。図６及び図７に共振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑ
の経時変化の結果を示すが、ここに見られるように、共
振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑは、経時変化によって測
定値が明らかに低下する現象が認められる。このよう
に、共振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑの測定結果との比
較からも位相差Ｐ1の測定値の安定性を理解できよう。
施するサイクル前及びサイクル後で軽油の温度変化に対
する音叉型粘度センサ１の位相差Ｐ1の変化をそれぞれ
白丸及び黒丸で示す。両者共に軽油の温度上昇に伴って
位相差が増加する傾向を示しているが、これは、軽油の
粘度及び密度が温度の上昇と共に減少することによる変
化である。そして、図５に示される更に重要な実験結果
は、温度サイクル前後では位相差Ｐ1の経時変化は実質
的に観測されていない事である。また、軽油の温度変化
に対する共振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑも同時に測定
した。図６及び図７に共振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑ
の経時変化の結果を示すが、ここに見られるように、共
振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑは、経時変化によって測
定値が明らかに低下する現象が認められる。このよう
に、共振周波数ｆ1及び共振先鋭度Ｑの測定結果との比
較からも位相差Ｐ1の測定値の安定性を理解できよう。
【００２５】本発明の実施の形態では、下記の作用効果
が得られる。 ［１］ 空気中で音叉型粘度センサ１の温度が変化して
も、位相差Ｐ1は約９０度で一定であり、フラットで良
好な温度特性を有する。 ［２］ 音叉型粘度センサ１を液体中に浸漬して、液体
の温度を広範囲に変化させた場合でも、実質的に液体の
粘度・密度のみに依存する出力が振動センサ４から得ら
れる。 ［３］ 長期間連続して使用しても、共振周波数ｆ及び
共振先鋭度Ｑに比べて、位相差Ｐ1は被検液体からの汚
れによる出力の経時変化が非常に小さい。 ［４］ 低周波振動子を用いることができるため、感度
が過大にならず、適度な感度の粘度センサが得られる。 ［５］ 温度に対する補正をせずに広い温度範囲で粘度
を測定できる。
が得られる。 ［１］ 空気中で音叉型粘度センサ１の温度が変化して
も、位相差Ｐ1は約９０度で一定であり、フラットで良
好な温度特性を有する。 ［２］ 音叉型粘度センサ１を液体中に浸漬して、液体
の温度を広範囲に変化させた場合でも、実質的に液体の
粘度・密度のみに依存する出力が振動センサ４から得ら
れる。 ［３］ 長期間連続して使用しても、共振周波数ｆ及び
共振先鋭度Ｑに比べて、位相差Ｐ1は被検液体からの汚
れによる出力の経時変化が非常に小さい。 ［４］ 低周波振動子を用いることができるため、感度
が過大にならず、適度な感度の粘度センサが得られる。 ［５］ 温度に対する補正をせずに広い温度範囲で粘度
を測定できる。
【００２６】本発明の実施の形態は前記の例に限定され
ず、変更が可能である。例えば、音叉型振動体を使用す
る代わりに、カンチレバー（片持ち梁）型等他の形状に
形成することができる。
ず、変更が可能である。例えば、音叉型振動体を使用す
る代わりに、カンチレバー（片持ち梁）型等他の形状に
形成することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明では、広範囲に温度が変化する液
体中で長期間正確な液体の粘度を検出することができ
る。従って、長期間連続的に使用される車載用エンジン
又はプラント内で粘度を正確に測定することができる。
体中で長期間正確な液体の粘度を検出することができ
る。従って、長期間連続的に使用される車載用エンジン
又はプラント内で粘度を正確に測定することができる。
【図１】 本発明による液体粘度測定装置の斜視図
【図２】 本発明による液体粘度測定装置の周波数変化
に対するゲイン及び位相差の変化を示すグラフ
に対するゲイン及び位相差の変化を示すグラフ
【図３】 液体の粘度、密度及び共振周波数での位相差
との関係を示すグラフ
との関係を示すグラフ
【図４】 液体粘度測定装置の位相差の温度特性を示す
グラフ
グラフ
【図５】 液体粘度測定装置の２００時間の連続使用前
後での位相差の変化を示すグラフ
後での位相差の変化を示すグラフ
【図６】 液体粘度測定装置の２００時間の連続使用前
後での周波数の変化を示すグラフ
後での周波数の変化を示すグラフ
【図７】 液体粘度測定装置の２００時間の連続使用前
後での共振先鋭度Ｑ値の変化を示すグラフ
後での共振先鋭度Ｑ値の変化を示すグラフ
１・・音叉型粘度センサ（液体粘度測定装置）、 ２・
・音叉型振動体、 ３・・振動子、 ４・・振動セン
サ、 ５・・発振器、 ６・・粘度演算装置、
・音叉型振動体、 ３・・振動子、 ４・・振動セン
サ、 ５・・発振器、 ６・・粘度演算装置、
Claims (7)
- 【請求項１】 振動子及び振動センサを取り付けた振動
体を液体中に浸漬する過程と、 振動子に振動電圧を印加して振動体を共振周波数
（ｆ1）で振動させる過程と、 振動体が共振周波数（ｆ1）で振動するときの振動子と
振動センサとの位相差（Ｐ1）を検出する過程と、 振動子と振動センサとの位相差（Ｐ1）と予め測定した
粘度（η）との関係により液体の粘度（η）を測定する
過程とを含むことを特徴とする液体粘度測定方法。 - 【請求項２】 振動子に振動電圧を印加するとき、入力
信号を（ＶI）、振動センサの出力信号を（Ｖ0）とする
と、電圧ゲイン（Ｇ）は下式： Ｇ＝２０log10（Ｖ0／ＶI） で表され、共振周波数（ｆ1）での電圧ゲイン（Ｇ）の
ピークゲイン（Ｇ1）が得られる請求項１に記載の液体
粘度測定方法。 - 【請求項３】 位相差をＰ1、液体の粘度をη、液体の
密度をρ、ａ、ｂ、ｋ及びαを定数とすると、位相差Ｐ
1と液体の粘度ηとの間に下記の関係： Ｐ1＝ｋηaρb＋α が存在する請求項１に記載の液体粘度測定方法。 - 【請求項４】 一対のカンチレバー部を有しかつ液体中
に浸漬される音叉型振動体と、 音叉型振動体の一方のカンチレバー部に取り付けられた
振動子と、 振動子に振動電圧を印加する発振器と、 音叉型振動体の他方のカンチレバー部に取り付けられた
振動センサと、 液体の粘度（η）を測定する粘度演算装置を備え、 粘度演算装置は、振動子に振動電圧を印加することによ
り音叉型振動体を共振周波数（ｆ1）で振動させ、音叉
型振動体が共振周波数（ｆ1）で振動するときの振動子
と振動センサとの位相差（Ｐ1）を検出し、振動子と振
動センサとの位相差（Ｐ1）と予め測定した粘度（η）
との関係により液体の粘度（η）を測定することを特徴
とする液体粘度測定装置。 - 【請求項５】 振動子に振動電圧を印加するとき、入力
信号を（ＶI）、振動センサの出力信号を（Ｖ0）とする
と、電圧ゲイン（Ｇ）は下式： Ｇ＝２０log10（Ｖ0／ＶI） で表され、共振周波数（ｆ1）での電圧ゲイン（Ｇ）の
ピークゲイン（Ｇ1）が得られる請求項４に記載の液体
粘度測定装置。 - 【請求項６】 位相差をＰ1、液体の粘度をη、液体の
密度をρ、ａ、ｂ、ｋ及びαを定数とすると、位相差Ｐ
1と液体の粘度ηとの間に下記の関係： Ｐ1＝ｋηaρb＋α が存在する請求項４に記載の液体粘度測定装置。 - 【請求項７】 振動子及び振動センサは、チタン酸ジル
コニウム酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、チタン酸バ
リウム（ＴｉＢａＯ3）、複合ペロブスカイト（Ａ
（Ｂ1，ＢH）Ｏ3−ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏ3）等のバルク圧電体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）等の薄膜圧電体又はポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンとトリフルオ
ロエチレンの共重合体等の有機物圧電体のいずれかであ
る請求項４に記載の液体粘度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34342597A JPH11173967A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34342597A JPH11173967A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11173967A true JPH11173967A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18361423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34342597A Pending JPH11173967A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 液体粘度測定方法及び液体粘度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11173967A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001099070A (ja) * | 1999-09-30 | 2001-04-10 | Hitachi Ltd | 冷凍空調圧縮機 |
| JP2007198804A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Shimadzu Corp | 粒子を用いた粘度測定装置 |
| EP2188610A1 (de) * | 2007-09-13 | 2010-05-26 | Endress + Hauser GmbH + Co. KG | Verfahren zur bestimmung und/oder überwachung der viskosität und entsprechende vorrichtung |
| RU2495408C1 (ru) * | 2012-03-19 | 2013-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Способ определения температуры кристаллизации парафинов в нефти |
| WO2021130970A1 (ja) * | 2019-12-26 | 2021-07-01 | 株式会社 エー・アンド・デイ | 粘弾性測定方法および粘弾性測定装置 |
-
1997
- 1997-12-12 JP JP34342597A patent/JPH11173967A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001099070A (ja) * | 1999-09-30 | 2001-04-10 | Hitachi Ltd | 冷凍空調圧縮機 |
| JP2007198804A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Shimadzu Corp | 粒子を用いた粘度測定装置 |
| JP4513982B2 (ja) * | 2006-01-24 | 2010-07-28 | 株式会社島津製作所 | 粒子を用いた粘度測定装置 |
| EP2188610A1 (de) * | 2007-09-13 | 2010-05-26 | Endress + Hauser GmbH + Co. KG | Verfahren zur bestimmung und/oder überwachung der viskosität und entsprechende vorrichtung |
| RU2495408C1 (ru) * | 2012-03-19 | 2013-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Способ определения температуры кристаллизации парафинов в нефти |
| WO2021130970A1 (ja) * | 2019-12-26 | 2021-07-01 | 株式会社 エー・アンド・デイ | 粘弾性測定方法および粘弾性測定装置 |
| GB2606875A (en) * | 2019-12-26 | 2022-11-23 | A&D Co Ltd | Viscoelasticity measurement method and viscoelasticity measurement device |
| GB2606875B (en) * | 2019-12-26 | 2023-08-09 | A&D Co Ltd | Viscoelasticity measurement method and viscoelasticity measuring device |
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