JPS5828649A - 基準流体の粘性に対する試料流体の粘性を定める方法及び装置 - 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】 この発明は、基準流体の粘性に対して試料流体の粘性を
決定するだめの方法及び装置に関する。

従来技術の粘性計は、通常、毛細管粘性計又は回転する
円錐又は円筒粘性針である。

毛細管粘性計は、管内の粘性層流のノ・−ゲンーポアズ
イユの法則に基づいているが、よく知られているもので
ある。かかる粘性計は△Ｐ＝３２Ｌμｖ／ｄ２ という事実に基づいており、ここでＬは、粘性を測定す
べき試料が通過する管の長さであり、ｄは管の内径であ
り、 △Ｐは長さしに沿っての圧力損失であり、μは管を通る
流れの粘度であり、そして、■は流体の容積速度（ｂｕ
ｌｋ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　）であって、ここでＶ　＝　
４　Ｑ／ｄ”π、Ｑは容積流量である。

このように、流れが層流のままであるとすると、μ＝Δ
Ｐ　ｄ”／３２　ＬＶである。　ψを流体密度として、
レイノルズ数Ｒｅ＝Ｖｄψ／μ（２０００とすると流れ
は層流のままである。゛ ｄは、確実に層流を得るためと、できる限シ大ぎな値の
ΔＰを得て、ΔＰが相当の長さしの管で測定し得るよう
にするために小さくする必要があるという理由で、かか
る粘性計は毛細管を用いる必要がある。

このように、かかる毛細管粘性針では、絶対粘度μの値
を決定するには、２つの一定値し及びｄを決定すること
と、２．つの変量ΔＰ及びＶ（又はＱ）を測定すること
が必要である。

ΔＰを一定としＶのみを測定するか、又はＶを一定とし
ΔＰのみを測定するような制御を採用することが普通に
行なわれている。しかしながら、いずれの場合も、制御
には測定装置を協動することが必要であシ、その結果と
して測定すべき又は制御すべき変量の数は減少すること
がない。

さらに、たいていの流体の粘性は流体温度Ｔによってか
なりの影響を受ける。このように絶対粘性針については
、流体温度を制御又は測定することもまた必要であり、
その結果変量の数は５に増加することになる。その上、
毛細管を使用するのは、層流を有するニュートン流体に
とってのみ適しており、毛細管の小さな内径ではスラリ
ーや汚物流体の□粘性を測定す、るのにこの管を用いる
ことができない。毛細管の内壁に少しでも摩滅や被覆が
あれば管の有効径が変化し、容積流量Ｑが測定され袴に
μαｄ４であるために有効径の変化の４倍の大きさのオ
ーダーで粘性測度に誤差を生じることになるであろう。

粘性を測定すべき流体内に剪断を誘起することとなる毛
細管を採用するのに代えて、回転する円錐又は円筒の粘
性計を用いる場合には、かかる剪断は回転部材と静止部
材との間の微少間隙に流体を通すことによって誘起され
る。しかしながら、かかる微少間隙を使うことには毛細
管を使うことに関連して上述したような不都合な点があ
り、かかる回転する円錐又は円筒の粘性計の場合には、
トルク、速度及び温度の絶対測定をすることが必要であ
る。さらに、試料の自己発熱は、測定した粘性に大きな
変化をもたらすことになる。

本発明の一つの観点に従えば、それゆえ、試料流体と基
準流体とを粘性感知手段に交互に流すこと、前記交互の
流れと同期して、共通のセンサを交互に用いて粘性感知
手段を通るそれぞれの流体に関するパラメータの測定値
を得ること、そして前記測定値を比較することから成る
基準流体の粘性に対する試料流体の粘性を決定するため
の方法が提供される。

もし基準流体の粘性が既知であれば、測定値が比較され
て試料流体の粘性を決定することができる。それとは反
対に、又は付加的に、測定値を比較することは制御を行
なうことに用いることができる。このように、前記の測
定値の比較は、一定量の水の表面から一定量の油を汲み
出して、油ポンプを水中において汲み出すのを防止する
ように油ポンプの作動を制御するのに用いることができ
る。

試料流体と基準流体の両方として同じ流体を用いて、こ
の方法によって得られた結果が正確であることを証明す
ることができる。

本発明の別の観点に従えば、流体を通して流し得る粘性
感知手段、試料流体及び基準流体を粘性感知手段へ交互
の流れとして供給するための供給手段、粘性感知手段を
通るそれぞれの流れに関するパラメータの測定値を得る
だめの共通のセンサ、前記測定値を得るために前記交互
の流れと同期してセンサを作動させる手段、及び前記測
定値を比較するための比較手段とから成る基準流体の粘
性に対して試料流体の粘性を決定するための装置が提供
される。

前記供給手段は、ポンプ手段から成ることができ、共通
のセンサはポンプパラメータを測定するように設定され
る。

ポンプ手段は、該ポンプ手段を通る流れと無関係に実質
的に一定の吐出圧力を生じるように設定することができ
、前記ポンプパラメータは一定の容量の流体を吐出する
のにポンプが必要とする時間である。

それに代えて、ポンプ手段は、試料流体及び基準流体を
交互に一定の長さの時間の間ポンプで送るようにして、
前記ポンプパラメータをポンプの吐出圧力とすることも
できる。いずれの場合も、ポンプ手段は圧力流体で作動
するダイヤフラムポンプとすることができる。

このように、ダイヤフラムポンプは、それぞれ第１及び
第２の相互連結されたダイヤフラムで境界づけられた、
それぞれ基準流体及び試料流体のための室と、前記ダイ
ヤフラムの基準波交互に送り込む手段とから成る複動ポ
ンプとすることができる。

本発明の一実施例においては、ポンプ手段は、該ポンプ
手段から吐出された流体に、該流体の圧力とは無関係に
実質的に一定の流量速度を生じさせるよ゛うになされて
おシ、前記ポンプパラメータは吐出圧力となっている。

このようにポンプ手段は少なくとも一つのピストンポン
プから成ることができる。

粘性感知装置は、粘性強調管から成ることができる。絞
管は、毛細管の内側断面積より少なくとも２０倍大きい
内側断面積を有することができる。この管は螺旋又はコ
イルの形状とすることができる。

本発明の一つの実施例では５、粘性感知装置はポンプで
あって、共通するセンサはポンプに加えられるボ／プト
ル、り又は動力を測定するようになっている。このよう
にポンプは歯車ポンプとすることができる。

ポンプ手段は、水没可能であってもよく、且つフロート
によって担持されてフロートが浮遊している流体の表面
以下の予め定められた水位に配置され得るものであって
よい。

本発明は、単に例をもってしたにすぎないが添付図面内
に図示されている。

“左”、“右”、“上側”及び“下側”のような以下の
記述の中で用いられている用語は、添付図面に見られる
方向を指しているものと解すべきである。

第１図には、試料流体と基準流体の相対粘性を決定する
ための本発明による装置のブロックダイヤグラムが図示
されており、第１図のブロックダイヤグラムは本発明の
原理を図示している。第１図の装置では、容器１０内の
基準流体、例えば水と、容器１１内の試料流体、例えば
油が、ポンプ装置１２によって粘性感知装置１６（例え
ば第２図に示されている粘性強調器）を介して交互に汲
み出される。

もし、ポンプ装置１２が、該ポンプ装置を通る流量と無
関係に実質的に一定の吐出圧力を生じさせるようになっ
ていれば、その時は粘性感知装置１３を通して流れる同
じ容量の基準流体及び試料流体を汲み出すのにポンプ装
置が必要とする時間の長さが試料流体及び基準流体の相
対粘性に依存する。同様に、もし、ポンプ装置１２が決
まった長さの時間だけ交互に試料流体及び基準流体を汲
み出すようになっていれば、その時は粘性感知装置１６
を通る試料流体及び基準流体の交互の流れがある間のポ
ンプ装置１２の相対吐出圧力が同様に前記相対粘性に依
存することになるであろう。さらに、もしポンプ装置１
２と粘性感知装置１３が一つの単一部材、例えば歯車ポ
ンプによって構成されているならば、その時は前記交互
の流れが生じている間の歯車ポンプの相対トルクが同様
に前記相対粘性に依存することになるであろう。このよ
うに全ての場合において、基準流体の粘性に対する試料
流体の粘性は、それぞれの流れに対するパラメータ（例
えば前記時間、圧力又はトルク）の測定値を得て、前記
流れと同期して取られたかかる測定値を比較することに
よって決定することができる。

このことは、第１図のブロックダイヤグラムにおいて、
パラメータ信号、例えば前記時間、圧力又はトルク信号
を同期検知器１４に送ることによって図示されている。

同期検知器は、試料流体及び基準流体の交互の流れと同
期して、関連するパラメータを測定する同期センサ１５
がら成っている。同期センサ１５がらの出力は、一方を
他方から差し引いたり又は一方で他方を割る減算器又は
除算器１６に伝達されて両者間の比較が行なわれる。減
算器又は除算器１６からの出力は目盛器又は計数器１７
へ、そしてさらに表示器及び／又は制御器１８へ伝達さ
れる。

理解されるように、時間、圧力又はトルクを測定する代
わりに同期セ／す１５は多くの他のパラメータ、例えば
音響波の吸収及び機械的振動の減衰を測定することもで
きる。

第２図には、基準流体の粘性に対する試料流体の粘性を
決定するための実際上の装置が図示されている。この装
置は複動ダイヤフラムポンプ２０を含んでおり、このポ
ンプは該ポンプを通って流れる流量と無関係に実質的に
一定の吐出圧力を生じさせるようになっている。ダイヤ
フラムポンプ２０は２つの凸形ハウジング２１．２２を
有している。ハウジング２１はダイヤフラム２５によっ
て室２３　、２４に分割され、一方ノ・ウジング２２は
ダイヤフラム２８によって室２６　、２７に分割されて
いる。室２４　、２７にはそれぞれポート２９　、３０
が設けられている。ダイヤフラム２５゜２８はロッド３
１によって相互連結されている。

室２６は、基準流体、例えば水のだめの容器６３内へ伸
びる流入導管３２と連通している。　　。

室２６は、試料流体、例えば油のだめの容器３５内へ伸
びる流入導管３４と連通している。流入導管３２　、３
４にはそれぞれ逆止弁６６　、３７が設けられている。

室２３　、２６はそれぞれ流出導管４０　、４１と連通
しており、これら導管４０　、４１はそれぞれ逆止弁４
２　、４３を含んでいる。両流出導管４０　、４１は、
吐出口４６を有する粘性強調器４５の流入口４４と連通
している。

粘性強調器４５からの流出口４６は、基準及び試料流体
を容器３３　、３５へ戻すようにすることもできるし、
又これら流体を棄て去るようにすることもできる。

粘性強調器４５は螺旋形又はコイルの形状をした小さな
穴のあいた長い管であるが、その内側断面積はしかしな
がら毛細管の内側断面積よりも少なくとも２０倍は大き
い。これに代えて、もし望むなら、粘性強調器は高い試
料流量を得るために複数個の管を平行に配置するように
してもよい。

流体作動による時間コンパレータ５０は導管５１゜５２
によって室２４．２７に接続されて、圧力ＰｒとＰｓが
それぞれ室内で存在する時間の長さを比較する。

センサ５９ハ、時間コンパレータ５０を含んでいるが、
デジタル又はアナログとすることができ、そして電気式
又は空気式とすることができる。

圧縮空気、又は他の圧力流体の供給源（図示せず）から
の供給は、一定の圧力で、供給導管４７及び圧力調節器
５６を介して３路の機械的シャトル弁５４へ、そしてそ
の次に導管５５・、５６へ送られる。弁５４は、空気を
前記供給源から導管５５へそして導管５６から排出口へ
と流すことのできる第１の位置と、空気を前記供給源か
ら導管５６そして導管５５から排出口へと流すことので
きる第２の位置へと両方設定可能である。この弁はそれ
ぞれ室２４　、２７と連通してダイヤフラム２５　、２
８の基準流体及び試料流体から遠い方の側に交互に圧力
流体を通すことができる。

作動において、弁５４が最初その第１の位置にあって室
２４を供給導管４７と連通させていたとすると、ダイヤ
フラム２５は左へ撓んで室２３内の基準流体を一定の吐
出圧力で流出導管４０を経てそして粘性強調器４５を経
て強制的に押し出す。

ダイヤフラム２５が左へ撓むことによって、ダイヤフラ
ム２５，２８がロッド６１によって相互に連結されてい
るためにダイヤフラム２８がこれに応じて撓むことにな
る。このことは空気を室２７から排出させ、そして試料
流体を室２６内へ吸い寄せることになる。

ダイヤフラムポンプ２０の左方への行程の終りにおいて
、弁５４はその第２の位置へ動かされ、その結果室２７
の内部が供給導管４７と連通ずるに至る。それゆえ空気
は室２４かも強制的に押し出され、試料流体が流出導管
４１を経て、そして粘性強調器４５を経て押し出される
ことになる。

ポンプの各行程の間、Ｐｒ　、　Ｐｓの圧力の一方は供
給圧力であって、他方の圧力は排出又はゼロ圧力であり
、両圧力は各行程の終了で反転する。時間コンパレータ
５０はこれらの圧力に関する信号を受信し、各圧力Ｐｒ
　、　Ｐｓが存在する時間の長さを測定し、そしてこれ
らの測定値を比較する。これらの時間はもちろん基準流
体及び試料流体の粘性に関連している。

このように試料流体及び基準流体はダイヤフラムポンプ
２０によって粘性強調器４５へとこの強調器を通過させ
るために交互に供給される。

２つの流体が粘性強調器４５を通過するのにかかる時間
の長さは明らかにこれらの相対的な粘性に依存し、その
結果基準流体及び試料流体の一定容量を吐出するのにダ
イヤフラムポンプが費す時間の長さも同様に前記相対粘
性に依存するであろう。

時間コンパレータ５０へ供給される信号は時間コンパレ
ータ５０の一部で比較され、そしてかかる比較によって
信号間の差を得ることになるか、又はそれらの信号の商
又は比を得ることができる。この比較の結果は時間コン
パレータ５０の一部を形成すると共に、適当な目盛を付
した信号をメータ又は表示器６０へ供給することができ
る目盛器及び計数器へ供給され、その結果、もし基準流
体の粘性が既知であれば、メータ６０は目盛シを付され
て試料流体の粘性をアナログ又はディジタルで表示する
ことができる。加えて、又はこれに代えて、時間コンパ
レータ５０内で行°なわれる測定値の比較は制御、例え
ばプロセス制御又は第４図の実施例と関連して以下に記
述されるような制電を行なうのに採用することができる
。

理解されるように、室２４　、２７は、粘性強調器４５
を通過する試料流体及び基準流体の交互の流れと同期し
て交互に圧力が加えられる。その結果、センサ５９は、
パラメータ、即ち前記流れニ関する圧力Ｐｒ　、　Ｐｓ
が存在する時間の測定値を得るだめの共通のセンサを構
成しているが。

同様に前記流れと同期して作動させられる。

上で言及した同期化は、第２図の実施例では圧力Ｐｒを
基準流体の流れと、そして圧力Ｐｓを試料流体と同期さ
せることによって達成される。

しかしながら、これに代えて、センサ５９は２つの流体
経路間で交互に用いることもできる。

ダイヤフラムポンプ２０は、望むなら、ピストンポンプ
に置換えてもよい。

第２図の装置は、試料流体を基準流体と比較するのに同
じ装置及びセンサが用いられているために、試料流体の
粘性を評価するには高価でない装置を構成している。そ
の上、試料及び基準の両流体の測定値が同じ条件の下で
同じ装置によって取られるので、これらの測定値の比較
、例えばこれらの測定値の比を取ることによって、粘性
以外の全ての変量、例えば△Ｐ、Ｔ、Ｖ、Ｌ。

ｄを打ち消し合う効果を有している。さらに、同じセン
サ５９を用いるために、このセンサの絶対精度は重要で
なく、長期にわたるドリフト効果も大幅に減少される。

粘性強調器４５は、毛細管の内側断面積の少なくとも２
０倍の内側断面積を持つ小さな内径の管によって構成さ
れているから、ニュートン流体及び非ニユートン流体の
どちらの流体でも層流又は乱流とすることができ、それ
によって第２図の装置は、普通の粘性計では扱えないよ
うなスラリー、泥水、エマルジョン及び汚水流体を取り
扱うことができる。もし、試料流体がポンプで汲み上げ
可能であれば、第２図に示された装置はその粘性を測定
するのに使用することができる。

第３Ａ図の上側のグラフは、室２４内の圧力Ｐｒの時間
による変化を示すものであって、第３Ａ図の下側のグラ
フは室２７内の圧力Ｐｓの時間による変化を示している
。試料流体の粘性が基準流体の粘性と同じであれば、第
３Ａ図の上側及び下側に示された波形は、もちろん位相
がずれてはいるが、同一のものとなる。

第３Ｂ図には、縦軸が速興を表わし、横軸が時間を表わ
すグラフが示されている。上側のグラフは、基準流体が
試料流体の粘性μ、よりも小さい粘性μ、を有する時の
、基準サイクル時間中性強調器４５を通過する基準流体
の波形を示している。第３Ｂ図の下側のグラフは同じサ
イクル中に粘性強調器４５を通過する試料流体の波形を
示している。容積りは、 Ｄ　”　Ｖｒ　ｔｒ　＝　Ｖｓ　ｂとなる。

粘性の高い流体が狭い空間を通る程同じ容積を吐出する
のに多くの時間が必要となるから、試料流体に対するサ
イクル時間は基準流体のサイクル時間より長くなってい
るのに気が付くであろう。そして、 μ、／μｒ＝ｔａ／ｌ’ｒが成立する。

ここでｌｒ　、、ｊｓはそれぞれ圧力Ｐｒ　、　Ｐｓが
存在している時間を示す。

第４図には、第２図の装置と類似した装置を協働させて
いる本発明の実施例を示している。

それゆえこの装置は再び詳細に記述はしないが、第２図
の装置の部品に対応する第４図の構造の部品には、添字
ａ又はｂを付した同じ轡照数字が与えられている。しか
しながら、第４図の構造の場合には、前記装置は試料の
粘性の表示を与えるのに使用されているのではなく、池
から、池の水面上に浮いている油か又は油／氷のエマル
ジョンを、その下の汚染されていない水は汲み出さずに
、ポンプで汲み上げるのに用いられる時の油ポンプの作
動を制御する境界面検知器として用いられている。

圧縮空気又は他の圧力流体の供給源６１が生ポンプ導管
６２に、゛そして従って油ポンプとして作動するダイヤ
フラムポンプ２０ｂの弁５４ｂへ供給されているが、こ
のダイヤ７ラムボンプ２０ｂの構造は、その室２３ｂ　
、　２６ｂが、それぞれ基準流体及び試料流体と連通す
冷のではなくて、両方とも池の表面６４より下に伸びて
いる油吸引管６６と連通している点以外は、第２図のダ
イヤフラムポンプ２０の構造と概して類似している。従
って、ダイヤフラムポンプ２０ｂが作動している時には
、油は室２ろｂ又は室２６ｂへ交互に吸引されそして他
の室を介して油吐出管６５へ吐出されることになる。こ
の型式のポンプは、アメリカ合衆国、オハイオ州マンス
フイールド所在のワーレン　ラップ　カ／パ＝　−（Ｗ
ａｒｒｅｎ　Ｒｕｐｐ　Ｃｏｍｐａｎｙ　）によって製
造されている。

主ポンプ導管６２はまた分岐導管６６とも連通していて
、圧縮空気をダイヤフラムポンプ２０ａの弁５４ａに供
給することができる。圧力調節器６７　、６８が分岐導
管６６と主ポンプ導管６２とにそれぞれ設けられている
。分岐導管６６はまた弁７１を含んでいる。

ダイヤフラムポンプ２０ａの室２６ａは水の流入導管７
２と連通していて、この導管７２は表面６４の下に伸び
ていると共に油吸引管６３の底部よりも充分下の１位置
にまで伸びていて、室２６ａに流入する水を確実に油で
は汚染されていないものとしている。

粘性強調器４５ａの流出口４６ａは吐出管７６と連通し
ており、この吐出管７６は表面６４の下に伸、　　びて
いて、粘性強調器４５ａを通過した流体を池に戻してい
る。

室２３ａは、２位置弁７５へと伸びる導管７４と連通し
ている。弁７５のピストンは制御装置５０ａによって制
御される。弁７５は、導管７４と第１又は下側の油取入
口アロとを連通可能とする第１の位置と、導管７４と第
２又は上側の油取入ロア７とを連通可能とする第２の位
置との間で移動可能である。両油取入ロアロ　、　７７
とも、油吸引管６６の取入口端部以下に位置している。

以上記述した構造は、固定の構造体（図示せず）か又は
表面６４上に浮いている共通のフロート（図示せず）に
よって支持されている。

作動において、油の量が第１の取入ロアロを覆うような
量である時は、ダイヤフラムポンプ２０ｂはスイッチが
オンとなって、同時に弁７５は第２の油取式ロア７が導
管７４と連通する位置に置かれる。従って、油は第２の
油取式ロア７を介して吸い出される。油のレベルが第２
の油取式ロア７のところに達すると、ダイヤフラムポン
プ２０ｂ輪スイッチが切れて、同時に弁７５は、第１の
油取入口アロが導管７４と連通する位置へ戻るようにス
イッチが切換ゎる。油の吸引は、室２３ａ。

２６ａ内の流体の粘性が同じになるまで続くようになっ
ているが、このことは水が第２の油取式ロア７に到達し
た時に生じる。このことが生じた時は、制御装置５０ａ
はダイヤ７ラムポンプ２０ｂをスイッチオフとさせる。

ダイヤフラムポンプ２０ｂの流量速度は、全空気流量速
度の例えば列、Ａ及び棒のように、双体形に配列された
３つの異なる大きさの流量制御弁の組立体８ｏによって
制御することができる。

組立体８０は主ポンプ導管６２に配置されていて、ここ
を通る流量を制御している。

制御装置５０ａは電気的に作動することができるが、図
示されているように、また導管８１を経て供給源６１か
ら供給されるエアによって空気的に作動することもでき
る。

第４図に図示した構造は、海面上のある量の油をすくい
取りそして油を水面に浮遊している開放底の容器内に集
めるすくい取り器（図示せず）と共に用いることができ
る。第４図の構造は油のみを汲み出して容器からは水を
汲み出さないようにして用いられるであろう。゛第５図
には、第４図の実施例に概して類似した本発明の実施例
が示されているが、その理由によシ詳細に記述すること
はしない。第４図の部品に類似している第５図の構造の
部品には、同じ参照数字が与えられているが、添字Ｃが
付されでいる。

第５図の実施例は、タンク、深い池、又は海で用いるた
めに図ったものである。ダイヤフラムポンプ２０ｃ、粘
性強調器４５ｃ１弁７５ｃ１水取入ロア２Ｃ１及び油取
入口アロＣ、７７Ｃは全て海中に没していて、海面８２
に漂うフロート８１によって担持されている。フロート
８１には空気排気口８３が設けられていて、この排気口
８６を介してダイヤフラムポンプ２０Ｃから吐出された
圧縮空気が大気へ放出される。

第５図の装置はまた、空気排気口８６を有するフロート
８５によって担持される海中に没する・・ウジング８４
を有している。ノ・ウジング８４は遠心ポンプを含んで
いて、この遠心ポンプは油を海から吸い上げて吐出導管
８７へ送るのに用いられている。空気供給源８８からの
圧縮空気は、圧力調節器８９を含むラインによってダイ
ヤ７ラムポンプ２０Ｃと前記遠心ポンプとに送られる。

遠心ポンプへの空気の供給は、パイロット弁７８によっ
て制御され、パイロット弁７８はと言えば制御部７９に
よって制御され、こ、の制御部自体は、第４図の構造の
ようにダイヤフラムポンプ２０Ｃから受信する粘性信号
によって制御される。

第４図及び第５図の両実施例かられかるように、本発明
は、エマルジョンとベースの流体との間に比重量、電気
伝導度、透磁率、熱伝導度等の差異が小さくても、如何
なるエマルジョン（例えば油／水）の境界面の検知を可
能とするものである。境界面の検知は、ポンプ、弁、又
は堰を自動的に制御するのに用いることができ、そして
沈澱タンクから水を排出したりＡＰＩ　（アメリカンベ
トローレム　インステイテユート）セパレータにおける
かす取り堰のレベルを調節するのにも用いられる。

第６図には、第２図の装置に概して類似した装置が示さ
れており、詳細な説明はこの理由によりしないこととす
る。第２図の構造の部品に対応する第６図の構造の部品
には同じ参照数字が付けられているが、添字ｄが付され
ている。

第６図の構造では、しかしながら、単一の粘性強調器４
５を用いるのに代えて、互いに同一であるか又は相対的
な特性が知られている２つの独立した粘性強調器９０　
、９１が利用されている。

粘性強調器９０は流出導管４０ｄと連通していて、そし
て基準流体を容器３３ｄへ戻すだめの吐出管９２を有し
ている。粘性強調器９１は流出導管４１ｄと連通してい
て、試料流体を、この試料流体が流れる試料導管９４へ
戻すための流出部９３を有している。室２６ｄへの流入
導管３４ｄはまた試料導管９４と連通している。

それゆえ、第６図の配置では、一方の流体が他方の流体
で汚染することが全くあり得ない。

第７図の実施例は、第２図の実施例と実質的に同一であ
って、同じ部品には同じ参照数字が付けられるが添字ｅ
が付は加えられている。しかしながら、ダイヤフラムポ
ンプ２０ｅは、一定の圧力の吐出を生じさせているのに
代えて、このポンプから吐出される流体にはこれらの流
体の圧力とは無関係に実質的に一定の流量速度を生じる
ように設定されている。第７図の実施例はこのように、
空気室２４ｅ　、　２７ｅへ一定の空気流の供給を行な
うために流量調節器５３ｅを含んでいる。基準及び試料
のサイクル間に生じる圧力は、それゆえ、流体の粘性間
の差異に対応するように互いに異なることになる。ポン
プ出力の圧力は単一の圧カドランスデューサ９５によっ
て測定され、このトランスデユーサからの信号は、圧力
コンパレータ５０ｅの一部（手段としては図示せず）を
形成している試料及び基準チャネル９６　、９７へと交
互に送られる。圧力コンパレータ５０ｅは、時間コンパ
レータに置き換わるものであって、点線９８で示されて
いるように、スイッチ９９の位置を制御する同期信号に
よって空気室２４ｅの作動と同期させられている。圧力
コンパレータ５０ｅは試料サイクルの時の圧力を基準サ
イクルの時の圧力と比較するものである。

第８図に示された上側の波形は、基準流体ｒと試料流体
Ｓが同一の粘性を有する時の粘性強調器４５ｅの上流で
の流体の波形である。

第８図の下側の波形は、試料流体Ｓが基準流体ｒよりも
粘性が高い時の粘性強調器４５ｅの上流側の流体の波形
である。この場合、粘性が高い程、一定の流量速度を維
持するにはより高い圧力を必要とし、次の式が成り立つ
。

μＩ／μｒ＝　Ｐｓ／Ｐｒ 第９図には、基準流体の粘性に対する試料流体の粘性を
決定するための本発明による装置の別の実施例が示され
ている。第９図の構造では、いずれも能動的な容積形ポ
ンプであるが、基準流体ポンプ１００と試料流体ポンプ
１０１とが共通の電気モータ１０２によって同じ速度で
回転されるように配置されている。基準流体ポンプ１０
０は基準流体のための流入管１０３と流出管′１０４と
を有しており、流出管１０４を通る流れはシャトル弁１
０５によって制御される。試料流体ポンプ１０１は試料
流体のための流入管１０６と流出管１０７゜とを有して
おり、流出管１０７を通る流れもまたシャトル弁１０５
によって制御される。ポンプ流出管１０４　、１０７は
、第１図の構造の粘性強調器４５に相当する粘性強調器
１１１へと伸びる共通の導管１１０と連通している。共
通の導管１１０内の圧力は単一の圧力センサ１１２によ
って感知され、このセンサからの信号はスイッチ１１６
によって制御回路１１６の基準チャネル１１４と試料チ
ャネル１１５へと交互に伝達される。スイッチ１１３は
非安定マルチバイブレータ１１７によって駆動される。

シャトル弁１０５は４路のンレノイド弁であって、この
弁は（図示しない手段によって）非安定マルチバイブレ
ータ１１７によってスイッチ１１３の振動器による動き
と同期して駆動される。

制御回路１１６は、基準チャネル１１４及び試料チャネ
ル１１５を通して受信された信号を、例えば、一方の信
号から他方の信号を差し引くことにより又は一方の信号
の他方の信号に対する比を得ることによって比較し、そ
の結果に目盛を付けてそれを例えばディジタル形式で表
示する。

本発明の上述の全ての実施例では、少なくとも一つの粘
性強調器が用いられていて、ポンプが粘性強調器を通し
て流体を送り込むように設けられている。しかしながら
１、本発明は粘性感知装置を含まなければならないが、
このことは、もしポンプが、例えば歯車ポンプであれば
、ポンプ自身によって構成され得るものである。この場
合、ポンプに加えられるトルク又は動力供給は、このポ
ンプを通過する流体の粘性に依存して変化し、従って、
このトルク又は動力の測定値が前記粘性を表わすもので
ある。

第１０図には、それゆえ、同期電動機１２１によって駆
動される単一の歯車ポンプ１２０を有する本発明の実施
例が示されている。歯車ポンプ１２０は流入導管１２２
を有していて、この導管は３路のソレノイド弁によって
構成されているシャトル弁１２３から伸びている。シャ
トル弁１２６は、基準流体の供給源１２４と試料流体の
供給源１２５が流入導管１２２と連通ずるようにもたら
される位置において交互に設定可能である。歯車ポンプ
１２０は、それゆえ作動において、供給源１２４から基
準流体をそして供給源１２５から試料流体を交互に引き
込み、これらの流体を吐出導管１２６を経て吐出するこ
とになる。

電気モータ１２１への入力電流はメータ１２７によって
測定され、メータ１２７からの信号はスイッチ１６０を
経て、制御回路１６６の基準チャネル１′６１と試料チ
ャネル１６２とへ交互に伝達される。

スイッチ１６０はフリーランニング多重振動器１３４に
よって２つの位置間で動かされ、このスイッチからの信
号は（図示しない手段によって）シャトル弁１２３へ伝
達されるので、供給源１２４からの基準流体がシャトル
弁１２３を経て歯車ポンプ１２０へ通るような位置にシ
ャトル弁１２３がある時には、電気モータ１２１へ供給
される電力を代表する信号が基準チャネル１３１へ伝達
されることになる。同様に、供給源１２５からの試料流
体が歯車ポンプへと送られて、通り抜は得るような位置
にシャトル弁１２６がある時には、メータ１２７からの
信号は試料チャネル１３２へ伝達される。

制御回路１６３は、減算又は除算回路及び目盛付は回路
から成っていて、試料流体の粘性値をアナログ又はディ
ジタルで表示する。

上記の全ての装置の場合に見られるように、本発明の装
置は、装置の基準及び試料の両方のサイドに同じ流体を
通すことによって試験をし、この装置が満足に機能する
ことを確かめることができる。

上のことについてはｍ１２図と関連して時間コンパレー
タ５０が参照された。コンパレータ５０は本質的にはア
ップ／ダウンカウンタから成っている。室２４内の圧力
はポート２９を介して伝達されて、基準体体が粘性強調
器４５を通って流れている藺は時計をカウントアツプし
始め、室２７内の圧力がポート６０を通って伝達される
と、試料流体が粘性強調器４５を通って流れている間は
時計をカウントダウンさせる。カウンタ上の正味の読み
（アップからダウンを引く）は、基準又は試料流体の流
れのどちらが長くそれゆえどちらの流体がより粘性が高
いかを示すことになる。各アップ／ダウンのカウントの
後で、カウンタはゼロにリセットされ、装置が再びスタ
ートする。

時間コンパレータ５０の構造が第１１図に示されている
。基準シリンダ１６５及び試料シリンダ１３６はそれぞ
れ復動ピストン１３７　、１３８を有している。水圧流
体（例えば油）がそれぞれ導管１４１　、１４２を経て
、ピストン１ｔ７　、１３８の上側に供給することがで
き、ビス）　ｙ　１３７　、１３８の下側は、後で記述
するように大気圧に供給されている。導管１４１　、１
４２は共に導管１４６に連通されているが、この導管１
４６はシリンダ１４４に対してその内部にある復動ピス
トン１４５の上側に伸びている。このように水圧液体は
ビス）　７１４５の上側に供給され得て、その下側は以
下に記述されるように大気圧に開放されている。導管１
４１゜１４２内の逆止弁１４６　、１４７によってこれ
らの導管を通ってシリンダ１３５　、１３６へのみ向か
う流れが確実になる。以下に記述されるように、ピスト
ン１４５の作動によってピストン１３７　、１３８を基
本又はゼロ位置へ休止させる。

導管１４１　、１４２は導管１５０と連通しているが、
この導管１５０は両導管１４１　、　ｆ４２の間を伸び
ていて、その内部には流路１５３へと向かう方向にのみ
流れることを許容する逆止弁１５１　、１５２が配置さ
れている。導管１５０は流路１５６を介して導管１４３
と連通していて、この流路を通る流れは、タイミング制
限器として作用する単一のニードル弁によって制御され
ている。逆止弁１４６゜１４７　、１５１　、１５２と
共に導管１４１−１４３及び１５６の配列は水圧的なグ
ラッツ　ブリッジを構成している。

ピストン１３７　、１３８はそれぞれピストンロッド１
５５　、１５６を有していて、各ロッドの伸びは時間に
比例すると共に、ピストンロッド１５６に取り付けられ
た間隙センサ１５７によシ感知される。

時間コンパレータ５０は、フリップ−フロップ１６０　
、１６１　、１６２、発振器又は微分器１６３　、１６
５、抑止器１６４　、１６６及びＡＮＤゲート１６７　
、１６８から成る空気作動式の論理回路によって制御さ
れている。フリップ−フロップ１６０は室２４　、２７
　内の圧力Ｐｒ　、　Ｐｓにそれぞれ開放された入力ａ
。

ｂによって制御される。フリップ−フロップ１６０は、
圧力調節器１７０からの一定の空気圧力をピストン１３
７　、１３８の下側に交互にスイッチで振り分けるよう
に作動する。前記空気圧力は捷だ、フリップ−フロップ
１６１　、１６２へ、そして圧力調節器１６９を介して
間隙センサ１５７へと供給される。

時間コンパレータ内では、ピストン１３７　、１３８は
、ニードル弁１５４によって構成される共通の制限器を
介して油を押し出すように作動される。

ピストンロッド１５５　、１５６の変位はそれぞれ時間
ｔｒ、　、　ｔｓ　（第３Ｂ図）の測定値となる。

このように基準流体が粘性強調器４５を通って流れる時
間を通して、空気はピストン１３７の下の空間に供給さ
れてピストンを移動させ、そしてその結果、油は導管１
４１、逆止弁１５１、ニードル弁１５４、及び導管１４
３を経てピストン１４５の上のシリンダ内空間へと流れ
る。同様に、試料流体が粘性強調器４５を通って流れる
時間を通。

して、空気はピストン１６８の下の空間に供給されてピ
ストン１３８を移動させ、そしてその結果、油は導管１
４２、逆止弁１５２、ニードル弁１５４、及び導管１４
３を経てピストン１４５の上のシリンダ内空間へと流れ
る。空気がピストン１４５の下の空間に供給されてビス
）　７１４５を動かす時は、油は導管１４３、逆止弁１
４６　、１４７及び導管１４１゜１４２を経て、それぞ
れピストン１３７　、１３８の上のシリンダ１３５　、
１３６内の空間へと流れて、各ピストンをその基準又は
ゼロ位置へ休止させる。

シリンダ１３５　、１３６へ供給される空気圧力は同じ
空気圧力である、即ち圧力調節器１７０によって調節さ
れた圧力であシ、そしてシリンダ１３５゜１６６からの
油は同じニードル弁１５４を通って流れるので、ピスト
ン１３７　、１３８の動きのタイミングは同一である。

第１１Ａ図に示されているように、抑止器１６４は入力
ａ、ｂ及び出力Ｃを有している。出力Ｃは、もし入力ａ
がＯＦＦであり人力すがＯＮの場合のみＯＮとなる。出
力Ｃは、ａがＯＮ又はｂがＯＦＦなら、ＯＦＦである。

抑止器１６４はピストン１３７の下側への空気の供給を
制御し、その機能は、抑止器１６４の入力にａの信号が
ある時間中となるピストン１４５の休止行程中は空気の
供給を遮断することである。抑止器１６６は抑止器１６
４と同様の方法で作動し、フリップ−フロップ１６０が
圧力Ｐｒによって制御される時力・ら圧力Ｐｓによって
制御される時までの切換え時間中は曖昧さが全くないこ
とを確実にすることになる。

発振器１６３，１６５は、入力が入力期間に無頓着とな
った時に短かい出力を出す。発振器１６３がピストン１
４５にリセットノくルスを与えるように用いられる。発
振器１６５は各試料流体サイクルの開始点においてフリ
ップ−フロップ１６１をリセツ）ｄとするように用いら
れる。

作動において、もし試料流体が基準流体よりも粘性が高
いとすると、ｔ、は１ｒよりも大きくなり、そしてピス
トンロッド１５６に取り付けられた間隙センサ１５７が
ピストンロッド１５５から離れてＡＮＤゲート１６７上
の入力ａに信号を与える。ＡＮＤゲート１６７上の入力
すにおける信号は圧力Ｐｓに依存する。このように圧力
Ｐｓと間隙センサ１５７との両方がＯＮの時のみ、Ｃに
おいて出力があって？リップーフロップ１６１へ伝達が
あることになる。ＡＮＤゲート１６７を用意することで
、間隙センサ１５７は、ピストン１３７　、１３８の戻
り行程の間では、この期間中に圧力Ｐｓが存在しないの
で、フリップ−フロップ１６１に誤信号を与えることを
確実にできなくする。

フリップ−フロップ１６１のＣにおける出力は、試料流
体の粘性が基準粘性よりも大きいかどうかを表示するの
に必要な出力である。゛しかしながら、フリップ−フロ
ップ１６１は各サイクルでリセットされるが、これはフ
リップ−フロップ１６′２及びＡＮＤゲート１６８を設
けた理由による。

フリップ−フロップ１６２上のＣでめ出力は必要とされ
る出力であって、フリップ−フロップ１６１が各サイク
ルでのＣで出力を有している限りあり続けることになる
。フリップ−フロップ１６２はＡＮＤゲート１６８によ
って、即ち間隙センサ１５７からは何も信号がない時に
リセットされ得るだけである。フリップ−フロップ１６
２のＣからのこの出力は第４図の構造においてポンプ２
０ｂにスイッチ作動をするのに用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を図示するブロックダイヤグラム
である。、 第２図は試料流体と基準流体の相対粘性を決定するだめ
の本発明による装置の概略図である。 第３Ａ図は第２図の装置の一部を形成するダイヤフラム
ポンプの基準及び試料室に存在する圧力の圧力／時間関
係のグラフである。 第３Ｂ図は第２図の装置の一部を形成する粘性強調器を
通って流れる流体の粘性／時間関係のグラフである。 第４図及び第５図はそれぞれ第２図の装置と協働する本
発明の２つの異なる実施例の概略図である。 第６図及び第７図は本発明による装置のさらに２つの実
施例を示しており、これらの実施例は第２図に示された
装置を変更した構造を示す図である。 第８図は第７図の装置の一部を形成する粘性強調器の上
流での流体の圧力波形を示す図である。 第９図、第１０図及び第１１図は、本発明による装置の
さらに別の実施例を示す概略図である。 第１１Ａ図は、第１１図の構成要素のダイヤグラムを示
す図である。 １２・・・ポンプ装置、１３・・・粘性感知装置、１４
・・・同期検知器、１５　・・・同期センサ、２０　、
２０ａ　、　２０ｂ　。 ２Ｊ］ｃ　、　２０ｅ　・・−複動ダイヤフラムポンプ
、２３　、２４　。 ２６、２．７・・・室、２５．２ｇ・・・ダイヤフラム
、６１・・・ロッド、４５　、４５ａ　、　４５Ｃ、４
５ｅ　、　９０　、９１　・・・粘性強調器、５０・・
・時間コンパレータ、６０４６０ｄ。 ６０ｅ・・・表示器。 代理人　弁理士　小　川　信　− 弁理士　野　口　賢　照 弁理士　斎　下　和　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　試料流体と基準流体とを粘性感知手段に交互に流
   し、前記交互の流れと同期して、共通のセンサを交互に
   用いて粘性感知手段を通るそれぞれの流体に関するパラ
   、メータを測定し、そして前記測定値を比較することか
   ら成る基準流体の粘性に対する試料流体の粘性を決定す
   るための方法。 ２　基準流体の粘性は既知であって、測定値は試料流体
   の粘性を決定するように比較される特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、　測定値の比較を採用することで一つの制御を行な
   う特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４、　前記比較を用いることで、油ポンプの作動を制御
   し、ある量の水の表面からある量の油を汲み出して油ポ
   ンプが水中で汲み上げるのを防止した特許請求の範囲第
   ３項記載の方法。 ５、　ポンプは、試料及び基準流体を粘性感知手段を介
   して汲み出すように用いられ、前記測定値はポンプパラ
   メータの測定値である特許請求の範囲第１〜４項のいず
   れか一項に記載の方法。 ６、　ポンプは、該ポンプを通る流れと無関係に実質的
   に一定の吐出圧力を生じており、一定体積の流体を吐出
   するのにポンプに必要な時間が測定される特許請求の範
   囲第５項記載の方法。 ７、　ポンプは、該ポンプから吐出される流体に、該流
   体の圧力とは無関係に実質的に一定の流量を生じさせて
   おり、ポンプ出力の圧力が測定される特許請求の範囲第
   ５項記載の方法。 ８、　粘性感知手段はポンプであって、該ポンプに加え
   られるトルク又は動力が測定される特許請求の範囲第１
   〜４項記載の方法。。 ９、　本方法によって得られる結果が正確であることを
   証明するために、試料流体及び基準流体共に同じ流体が
   用いられる特許請求の範囲第１〜８項記載の方法。 １０、流体が通して流される粘性感知手段、試料流体及
   び基準流体を粘性感知手段へ交互の流れとして供給する
   だめの供給手段、粘性感知手段を通るそれぞれの流れに
   関するパラメータの測定値を得るための共通のセンサ、
   前記測定値を得るために前記交互の流れと同期してセン
   サを作動させる手段、及び前記測定値を比較するだめの
   比較手段から成る基準流体の粘性に対して試料流体の粘
   性を定める装置。 １１、供給手段はポンプ手段から成っていて、共通のセ
   、ンサがポンプパラメータを測定するようになっている
   特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２　　ポンプは、該ポンプを通る流れとは無関係に実
   質的に一定の吐出圧力を生じるように設定してあって、
   前記ポンプパラメータは一定体積の流体を吐出するため
   にポンプが必要とする時間である特許請求の範囲第１１
   項記載の装置。 １３、ポンプ手段は、一定長さの時間交互に試料及び基
   準流体を汲み出すように設定してあって、前記ポンプパ
   ラメータはポンプ手段の吐出圧力である特許請求の範囲
   第１１項記載の装置。 １４、　　ポンプ手段は圧力流体で駆動されるダイヤフ
   ラムポンプである特許請求の範囲第１１．１２又は１３
   項記載の装置。 １５、ダイヤフラムポンプは、基準流体及び試料流体の
   だめのそれぞれの室であって第１及び第２の相互連結さ
   れたダイヤフラムによってそれぞれ境界づけられている
   室と、前記ダイヤフラムの基準及び試料流体から遠い方
   の側部へ圧力流体を交互に送り込むだめの手段とから成
   る複動ポンプである特許請求の範囲第１４項記載の装置
   。 １６、ポンプ手段は、該ポンプ手段から吐出される流体
   に、該流体の圧力と無関係に実質的に一定な流量を生じ
   させるように設定してあり、前記ポンプパラメータは吐
   出圧力である特許請求の範囲第１１項記載の装置。 １７、ポンプ手段は少なくとも一つのピストンポンプか
   ら成っている特許請求の範囲第１１．１２又は１６項記
   載の装置。 １＆　ポンプ手段は、共通のモータによシ同じ速度で駆
   動される容積型ポンプである基準流体ポンプ及び試料流
   体ポンプから成っていて、ポンプ吐出口はシャトル弁を
   経て共通の導管へ接続しており、ポンプパラメータは前
   記導管内の圧力である特許請求の範囲第１１項記載の装
   置。 １９、粘性感知手段は少なくとも一つの粘性強調管から
   成っている特許請求の範囲第１１〜１８項のいずれか一
   項記載の装置。 ２０、一つの又は各々の前記管は毛細管の内側断面積よ
   り少なくとも２０倍大、きい内側断面積を有している特
   許請求の範囲第１９項記載の装置。 ２１、一つ又は各々の前記管は螺旋又はコイルの形をし
   ている特許請求の範囲第１９項又は第２０項記載の装置
   。 ２２　　粘性感知装置はポンプであり、共通のセンサは
   該ポンプに加えられるポンプトルク又は動力を測定する
   ように設定されている特許請求の範囲第１０項記載の装
   置。 ２３、ポレプは歯車ポンプである特許請求の範囲第２２
   項記載の装置。 ２４、ポンプ手段は水没可能であり且つフロートに担持
   され、フロートが浮遊している流体の表面より下の予め
   定められた水位に配置し得るようになっている特許請求
   の範囲第１１項記載の装置。