JPS59155740A - 粘度測定装置 - 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】 この発明は溶液の粘度の測定の用に供される粘度測定装
置に関するものである。

従来、溶液の粘度を計測する代表的な装置として、トル
ク検出器を用いた回転円筒式のものと差圧検出器を用い
た細管式のものがある。たとえば広く知られている細管
式のものは、細管部をニュートン流体が通過したときの
該細管部の前後に発生する差圧を差圧検出器で検出して
、その値から所定の関係式に基づいて演算して粘度値を
求めろものである。

ところで、溶液の粘度測定にあっては、広範囲の粘度に
精確に対応できることが要求されろ、しかるに、上記従
来のものはいずれにおいても、溶液の粘度に対しての適
用範囲に眼界があり、その使用にあたり下記のような測
定条件に制約され、使い勝手が悪い欠点がある。

（Ｊ）、測定範囲は１：１０稈度である。

その理由は、回転円筒式のものにおいては、トルり検出
器が、また細管式のものにおいては、差圧検出器の精度
がそれぞれ±０．５％くらいであるから、フルスケール
の１／１０以Ｆでは、測定値に対する誤差が±５％以上
となってＬｔうからである。また細管式のものにおいて
は、ギヤポンプの定電性が重要であるが、このギヤポン
プの容積効率（寸粘度の低Ｆとともに低ドすることを測
定範囲の下限を含める要因の一つになっている。

（２）、スラリー状溶液には使えない。

回転円筒式のものにおける円外部間のギャップおよび細
管式のものにおける軸管径は通常２〜４−程度であるた
め、スラリー状溶液では詰りか発生するおそれがある。

、また、そのために別途ろ過器を設置すると、このろ過
器をひんばんに洗滌あるいは交換しなければならなくな
る。

（３）、溶液の温度はほぼ一定であること。

粘度測定にとって温度の影響はきわめて重要なポイント
であるため、従来から装置を恒温槽に入れたり、溶液温
度を測定して電子回路によって補正することが行なわれ
ている。しかしｆｆがら溶液の温度が広９囲に変化し、
かつ被測定液の７品度を変えることが許されない場合に
は、従来のものでは対応できないことがある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、細管式の
ものを基本構成とし、溶液の測定流路をメイン流路と特
定のバイパス流路とに分けて差圧を自動的に制御し・さ
らに基準温度に換算した粘度値を惇出するように構成す
ることにより、従来のものでは対処し得なかった測定条
件にも対応できる精度の高い粘度計測装置を提供するこ
とを目的としている。

この発明におけろ粘度計測装置は細管式のものに適用さ
れる下記の式が基本式となっている。

但し、Ｐα・・・　差　圧　　（Ｋｑ／ｉ　）Ｑ・・・
　　流　　量　　　（ｉ／寅）ｖ　−・・　　粘　　度
　　　　ｒｐｏｉｓｅ）Ｌ・・・　細管部　　（ｃｒｎ
） Ｒ・・・　雌管半径　（ｃｍ　） Ｄ・・・　　密　　度　　　　’ｇ／ｃｎ）ｇ・・・　
重力加速度：　９８０　（ｃｍ／１ｗ’　）上記（１）
式において、第１項が粘性によるものであり、第２項は
溶液の運動エネルギーにもとずく補正項であるが、設計
上第２項を第１＠ｏこ比べて十分に小さく選定できるの
で、通常は無視して考えてよい。

第１項のｎＲけ管端補正と呼ばれており、ＲをＬに比べ
て相当小さくしないと、無視できない補正項である。な
お、通常ｎ＝１．ｍ＝０．５で計算する。

以下、この発明の一実施例を図面にしたがって説明する
。

第１図〜第４図はこの発明（２係る粘度測定装置の一例
における装置本体部を示すものである。

同図において、１は上部測定室、２は下部測定室、３は
岐測定溶液Ｍを上記上部測定室１へ供給する入口配管、
４は送液ポンプである。送液ホ゛ンブ４の回転軸５は減
速機付電動機のような回転駆動装置Ｃ図示せず）の出力
軸６に連結されている。

７は上記上部測定室１と下部測定室２とを連通させるメ
イン流路であり、いわゆる細管式のものの細管部を構成
している６８は上記メイン流路７に設けられた電磁流量
計であり、メイン流路７を流れる被測定用溶液Ｍの流量
を測定するものである。

この流量計８における管路内は単なる直管であり、かつ
その内接面は滑面化されている。これにより流入した被
測定用溶液Ｍが層流条件を損なうことなく細管部を流通
できるようになっている。

上記上部測定室１と下部測定室２との間には上記メイン
流路７に対するバイパス流路９を構成する曲管が設けら
れており、このバイパス流路９には流量調整用の調節弁
、たとえば高粘度のスラリー伏流体に適した構音を有す
るアンプル形状またはバタフライ形状の分割弁１０が設
置されている。

１１は下部測定室２に接続された溶液出口配管である。

１２．１３は隔膜式圧力検出器で、それぞれ上部測定室
１およびＦ部測定室２に設けられており、これら面圧力
検出器１２．１３の出力はキャピラＩＪ　１４　、１４
を介して差圧伝送器１５に接続されている。差圧伝送器
１５は上記圧力検出器１２゜１３などとともに、メイン
流路７の上流側と下流側との間に発生する差圧測定して
電気信号を出力する差圧測定手段１６を構成しており、
上記電磁流量計８などとともに第６図に示す支柱１７に
対して、たとえばＵ字形ボルト１８．１９で堅固に取り
付けられている。

２０．２１は温度検知器、たとえば白金抵抗体のような
測温抵抗体であり、それぞれ上部測定室１および下部測
定室２に取り付けられて、後述する温度変換器とともに
、メイン流路７に流れる被測定用溶液Ｍの温度を計測す
る溶液温度検出手段２２を構成している。なお、上部お
よびＦ部測定室１．２、電磁流量弁８、バイパス流路９
などは保温材（図示せず）などにより外気としゃ断され
ている。

つぎに、この発明の装置の回路を第５図とともに説明す
る。

第５図において、２３は前記調整弁１０の駆動手段であ
り、たとえば電空変換器、２４は前記差圧伝送器１５に
接続されたディストリビュータ、２５は電磁流量計８に
接続された流量変換器、２６は測温抵抗体２０．２１に
接続された温度変換器、２７は被測定用溶液Ｍの固有の
パラメータを設定するための手動設定器であり、上記デ
ィストリビュータ２４、流量変換器２５、温度変換器２
６および手動設定器２７はそれぞれの信号を漂準電圧信
号に変換して制御回路２８に入力するようになっている
。

上記制御回路２８は、たとえばアナログ入力４点、アナ
ログ出力２点をもったマイクロプロセッサ等を有するも
ので、その構成けつどのようである。すなわち、２９は
前記差圧を設定するパラメータ設定器、６０けパラメー
タ設定器２９と前記ディストリビュータ２４に接続され
た減算器、３１け減算器６０に接続された増巾器で、増
巾器３１の出力はリミッタ３２を介して前記電空変換器
２３に入力されるように構成されている。、３３はディ
ストリビュータ２４の出力と流量変換器２５との／Ｈ力
とが印加される除算器である。

３４は演算回路であり、上記温度変換器２６からの出力
と手動設定器２７からの出力とを受けて粘度換算用基準
温度との関係値を演算するものである。３５は演算回路
３４に接続された指数函数演算器、３６は除算器３６の
出力と指数函数演算器３５からの出力により基準温度に
換算した粘度値を得るための乗算器、３７は補正用パラ
メータ設定器、６８は上記パラメータ設定器３７と上記
乗算器６６に接続された乗算器である。３９は上記制御
回路２８からの出力を記録する記Ｏ計である。

つぎに、上記構成の動作について説明する。

入口配管６に供給された被測定用溶液Ｍは送液ポンプ４
で加圧されてメイン流路７とバイパス流路９とに分流さ
れ、下部測定室２で合流したのち、出口配管１１より系
外へ排出されろ。

この状態で面圧力検出器１２．１３は各部の圧力を検出
し、これらの出力により差圧伝送器１５が差圧を測定し
てディストリビュータ２４に出力する。また電磁流量計
８はメイン流路７の流量を測定して測定出力を流量変換
器２５に出力する。

一方、測定抵抗体２０．２１は、たとえば合成抵抗値１
００Ωとして設定されており、これにより両者２０．２
１の測定温度の平均値が測定される。

この場合、上部およびＦ部測定室１．２やメインおよび
バイパス流路７．９が外気に対してしゃ断されているた
め、上記測定された温度はメイン流路７の溶液温度を代
表するものとみなされて温度変換器２６に出力される。

また手動設定器２７によって後述する溶液の固有値を設
定する。

上記ディストリビュータ１７に送出された差圧信号によ
るメイン流路７の流量制御がこの発明の特徴でもあり、
この点を詳述する。つまり、上記ディス）　ＩＪピユー
タ２４で標準電圧信号（１〜５Ｖ）に変換された差圧信
号が制御回路２８に入力されると、この差圧信号はパラ
メータ設定器２９で設定された値と減算器６０で比較さ
れる。上記同者の偏差値は増巾器６１で増巾されたのち
、リミッタ６２で標準電圧範囲に整定されて′Ｍ空変換
器２３に出力される。電空変換器２６は空気圧信号に変
換してこれで調整弁１０を駆動して、該調整弁１０を拡
開させる。すなわち、これ番こまってメイン流路７を流
れる岐測定溶液Ｍをさらにバイパス流路９に流させる。

これは上記偏差値が零近くになるまで続けられる。

上記制御系の働きを貝６体的数値を使って示すならば、
破測定用溶液Ｍの粘度が３０〜３００ｐｏｉｓθのとき
、調整弁１０は全閉されており、送液ポンプ４で加圧送
給される溶液Ｍは全ＩＭがメイン流路７を流れ、上部測
定室１と下部測定室２との間に生じる差圧、すなわち差
圧伝送器１５からの測定値は測定粘度とｒＥ比例の関係
にあり、３００ｐｏｔｓｅのときの差圧は５Ｖ４／−に
なる。パラメータ設定器２９の設定値は５Ｋｆ／−とな
っているから、粘度が３００ｐｏｔｓｅを越すと、調整
弁１０が開き始め、メイン流路７に流れた溶液Ｍの一部
はバイパス流路９へ分流する。すなわちメイン流路７に
流れる流量が減少し、したがって差圧が５　Ｋｃｐ　／
　ｄ以上にならないように制御される。粘度が高くなる
程、調整弁１０の開度が大きくなり、たとえば粘度が５
０００ｐｏｔｓｅで全開となる。一方メイン流路７を流
れる流量は、粘度が３００ｐｏｉｓｅ以丁のときは４０
００／叢流れるが、粘度が３００ｐｏｉｓｅを絨えると
、粘度値に反比例して域少し、粘度が３０００ｐｏｉｓ
ｅでは４００／ｓｅｃとなる。

ディストリビュータ２４からの出力である差圧値と流量
変換器２５からの出力である流量値とは除算器６６に印
加され、差圧値が流量値で除算されることによって、前
述した（１）式の第２項は十分小さくなり、 となり、粘度Ｖに市比例する値が得られる。

前記電磁流量計８と差圧測定手段１６の公称精度はいず
れも±０．５％７ノ以ケールであり、粘度が測定範囲に
おける加乗平均値、っまり３００ｐｏｉｓθのときに最
も誤差が小さく、低粘度になるにしたがって電磁流量計
７の誤差が大きくなり、３Ｑｐｏｉｓｅのときは±５％
になる。また３００ｐｏｉｓｅ以上では粘度が高くなる
につれて差圧測定手段１６の誤差よって±５％以内の誤
差で測定できる粘度範囲は′５０〜３０００ｐｏｉｓｅ
であり、従来の軸管式のものと対比すれば、３００ｐｏ
ｔｓθ以下の範囲は細管式と同じ原理での測定範囲であ
り、３００ｐｏｉｓｅ以上の範囲がこの発明のものの独
自の拡張された測定範囲である。

一方、温度の補「Ｅはつぎのようになされる。

粘性流体の温度による粘度の変化はそれぞれの物質に特
有なものであるが、それを数式化した場合、多くの物質
に対してつぎの式が成り立つ。

ｖｓ　＝ｖｔ−ｗｘＰ（Ａ）−（２１ （２７３＋Ｔ　）　（２７３＋Ｔｓ　）ここに　　ｖｓ
・・・温度Ｔａ　Ｃでの粘度値（ｐｏｉｓｅＩＶｔ−・
・温度Ｔ　　℃での粘度値（ｐｏｉｓｅ）Ｂ・・・　物
質毎に固有な値　　（−）上記Ｔと〒８の温度差が小さ
い場合あるいはＢの値が非常に小さい場合は、（２）式
のｖ　ｘ　Ｐ　（Ａ）は温度に対して１次式に偕きかえ
ても差しつかえないが、ＴとＴｓの温度差が約１００℃
にも及ぶ場合には、上式どおりの補王演算を行なわない
と温度補市を行なうことは不可能である。

演算回路３４は、前記温度変換器２６からの測定温度を
Ｔ、手動設定器２７の設定値をＢ、粘度を換算する基準
温度をＴｓとしたとき、上記（３）式のＡの値を演算す
る。基準温度Ｔｓはプログラムの中で定義しておく。而
して指数函数演算器３５は上記演算回路３４からの演算
結果のＡを受けて前記（２１式の］１ＯｘＰ（Ａ）を演
算する。制御回路２８の演算機能の中にＥ　Ｘ　Ｐ　（
Ａ）の函数が準備されていない場合は、上記ｘｘｐη）
を次式のように展開してｎ＝８の項までを使用すれば、
精度０．０６％以内で演算できる。

乗算器３６は除算器６６で得た温度Ｔにおける粘度値に
指数函数演算器ろ５の演算結果を掛ける。

これにより、基準温度に換算した粘度値、すなわら（２
）式のｖ８が得られろ。

而して、粘度測定装置としての総合精度の確認は粘度値
及びその温度特性のはっきりした標準液（例えばシリコ
ン系オイ／Ｌ／）を使って実測して行なうが、その結果
として管１喘補正および加工精度により、計算外の誤差
が発生しても、パラメータ設定器３７の補市値と上記乗
算器３６の出力が乗算器３８で掛けられて最終的な補市
が行なわれる。

この乗算器６８の出力は制御回路２８の出力として記録
計３９で記録される。

つぎに−この発明の装置によって特定の条件丁で被測定
用溶液Ｍの粘度を測定した場合に確認された効果につい
て述べる。

測定すべき粘度値は３０〜３０００ｐｏｔｓθであり、
溶液温度は１２０〜６０℃であって、粘度および温度と
も時々刻々変化する。粘度測定装置を出た溶液Ｍは、元
のタンクに戻す必要があり、また溶液に化学反応を起こ
させないために粘度測定装置の中で溶液に急激な温度変
化を与えることはできない。溶液Ｍ中には、１０闘以丁
の固形物が混入しており、粘度測定装置の前にろ過器を
設置することは作業量の増大をともなうために好ましく
ない。

以上の条件のもとで、この発明の粘度測定装置を使用し
た場合、粘度測定範囲は前述どおり必要範囲をカバーで
きた。温度袖正についても、上記温度範囲の全域にわた
り精度よく換算することができた。

この装置の最も管径のせやい部位は、電磁流量計８の部
分であり、その内径は、たとえば１５ｍに設定されてい
るが、この中に固形物が詰る現象は全くなかった。また
調整弁１０については、この調整弁１０が閉じている場
合には、固形物が調整弁１０の入日付近に滞溜するが、
その量が増えると差圧制御ループが働いて該調整弁１０
が開くため、上記滞溜物が流れ出して、実用上全く支障
はなかった。

ところで、従来の細管式のものにおいては、送液ポンプ
として全粘度範囲に亘って、容積効率の良いギヤダンプ
を使用する必要があったが、この発明のものにおいては
流量演算を行なっているので、送液ポンプ４は精度のラ
フなものでよく、とくにスラリー溶液（こ使用するとき
は、スラリー溶液プの方が適している。

以上のように、この発明によれば、メイン流路に対する
バイパス流路を付設し５メイン流路における差圧を制御
するようにし、基準温度に変換された粘度値を算出する
から、従来の細管式のものでは対処できなかった厳しい
測定条件Ｆでの粘度測定が可能となり、測定性能が飛躍
的に拡大されて使い勝手の良い粘度測定装置ｄを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれこの発明に係る粘度測定装置
の一例における装置本体部を示す正面図、上面図、側面
図および背面図、第５図は同装置の全体の回路溝成図で
ある。 １・・・上部測定室、２・・・Ｆ部測定室、７・・・メ
イン流路（細管部）、８・・・電磁流量計、９・・・バ
イパス流路（曲管）、１０・・・調整弁、１６・・・差
圧測定手段、２２・・・温度検出手段、２６・・・調整
弁駆動手段、２７・・・パラメータ設定手段、２８・・
・制御回路、３９・・・記録手段、Ｍ・・・被測定用溶
液。 第３図 第４Ｆ 手続補正書（自発） １．事件の表示 特願昭５８−３１２５９号 ２、発明の名称 粘度測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許量−人 住　所　岡山県倉公市酒津１６２１番地名　称　（１０
８）株式会社クフレ ４、代理人 郵便番号　　５５０ ５、補正命令の日付 ゛　　　　　　自発的 ６、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」・ 入補正の内容 Ａ、明細書： （υ第３頁第５行目； 「±０．５％」とあるを「フルスケールに対して±５％
」と補正いたします。 （２）第３頁第１０行目苓 「低下することを」とある會「低下することが」と補正
いたします。 （３）第３頁第１３行目； Ｅ円外部間」とあるを１内外筒間」と訂正いたします。 （４〕第６頁第１８行目寥 「分割弁」とあるを「調整弁」と補正いたします。 （５）第１０頁第１５行目； 「１７」とあるを「２４」と訂正いたします。 （６）第１３頁第２行目蓼 「電磁流量計７」とあるを「差圧測定手段１６」と補正
いたします。 （７）第１３頁第４行目苓 「差圧測定手段１６」とあるを「電磁流４計７」と補正
いたします。 （８）第１６頁第１１行目蔓 「せやい」とあるを「せまい」と訂正いたし漿す。 特許出願人　株式会社クラレ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｆｌ、ｌ、　被測定用溶液が加圧されて供給される上部
   測定室から下部測定室までの間に形成されて細管部を構
   成するメイン流路と、このメイン流路に設けられた電磁
   流量計と、−り肥土部測定室と下部測定室との間に形成
   されたバイパス流路と、このバイパス流路に設けられた
   調整弁と、上記メイン流路に被測定用溶液が流れた際に
   上流側と丁流側との間に発生する差圧を測定する差圧測
   定手段と、上記メイン流路に設けられて被測定溶液の温
   度を計測する溶液温度検出手段と、上記被測定用溶液固
   有のパラメータを設定する設定手段と、上記調整弁の駆
   動手段と、−Ｆ記差圧測定手段からの差圧を受けてこの
   差圧が設定値に近似するように調整弁駆動手段を制御す
   るとともに、上記雷、＠流量計からの細管流量、上記差
   圧測定手段からの細管差圧および溶液温度検出手段から
   の溶液温度の各計測値ならびにパラメータ設定手段のパ
   ラメータ値とから規定温度に換算された粘度値を演算出
   力する制御回路と、この制御回路からの出力を記録する
   記録手段とを具備した粘度測定袋ｆｆｉ。