JPS5924374B2

JPS5924374B2 - 浮力の測定装置

Info

Publication number: JPS5924374B2
Application number: JP556176A
Authority: JP
Inventors: 大伸前田; 久高森; 昭治伊野
Original assignee: Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1976-01-21
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1984-06-08
Also published as: JPS5289362A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高精度でかつ広範囲な測定を行うことのできる
浮力の測定装置に関する。

浮子の浮力を利用して液体の比重、濃度などを測定する
浮力測定装置は、従来から広い分野で利用されているが
、その原理は次に示す方程式に基づいている。

浮子を配装してなる浮力の測定装置。

Ｆ■ρｘ−Ｖ−Ｗ■ρｘ−Ｖ−ρｍ・但しρｍは浮子の
密度、Ｖは浮子の体積、ｗは浮子の重さを示し、ρＸは
測定する液体の比重、Ｆは装置内に設けられた浮力の測
定部に加わる力である。この浮力測定装置では、上式（
１）のＦを測定するものであるが、このＦの変化量は上
記測定部の機構上の制約によりー定の範囲Ｆ１〜Ｆ２に
制限される。

さらに該装置は、浮子に浮力の作用しているときにも常
に上記測定部に対して下方向の力（Ｆ＜０）が加わるよ
うに、すなわち上式（１）において、ｗ＞ρｘ−Ｖ（ρ
ｍ＞ρｘ）なる条件を満足する状態で測定するように構
成されなければならない。第１図Ｉは上式（１）の関係
をグラフで表わしたものである。同グラフに示すように
、上記した装置の条件下において、浮子の容積をＶ、と
したときに測定しうる液体の比重値範囲はρｘ１〜ρｘ
２となる。ここで測定値の指示感度を大きくするには、
特殊な高感度の浮力測定器を開発する以外の方法として
浮子の容積Ｖを大とする手段がある。そこ■（ρｘ−ρ
ｍ）・Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・（１］で
浮子の容積をり、より大なＶ。とすると、上記比重値範
囲はρＸ３〜ρＸ４ときわめて細かい間の値を該装置で
測ることが原理的に可能である。処がｗ＞ρｘ−Ｖの条
件を満足させるために浮子の重さｗはきわめて大きな重
量とならなければならない。上記のように従来の浮力測
定装置は、浮子の容積Ｖを大にして測定値の指示感度を
大きくして精度の高い測定値をえようとすれば、浮子の
重さｗが過大なものとなり浮力測定部の機構への負荷が
増し、浮子の容積Ｖを大として行なう浮子式浮力測定法
の伸展を著しくさまたげ、その結果その適用範囲もきわ
めて限定されるという欠点を有していた。またρｍ＞ρ
Ｘなる条件下で測定を行うため、大きな値の比重値を
測定する場合などには、それよりも大な密度を有する浮
子を必要とし、浮子の材質の選択が困難であつた。なお
、第１図■に示したグラフは、上記第１図Ｉに示した比
重値範囲ρｘ１〜ρｘ２およびρｘ３〜ρｘ４内にある
液体の比重値ρＸの値と、この値に対する上記浮力測定
器からの出力信号ｓとの関係を示したものであり、たと
えば該信号ｓを０〜１００（％）として表示しうるよう
にしておき、その表示値より上記比重値ρＸに対する浮
力値を測定する。

同グラフに示すように浮子の容積をＶ１、Ｖ２（Ｖ１＜
Ｖ２）とした場合における装置の測定可能比重値範囲は
それぞれρｘｌ〜ρＸ２およびρＸ３〜ρＸ４（ρｘ
ｌ〜ρＸ２＞ρＸ３〜ρＸ４）’Ｔ：あるからｓなる測
定レンジ内で得られる測定結果は、容積Ｖ２なる浮子で
測定した場合の方がより精度の高い測定値を得ることが
できることは明らかである。本発明は、かゝる従来の浮
力測定装置のもつ問題点を解決したものであり、小さな
浮力差の測定値の指示感度を大きくし、かつ高精度の測
定を行うことができる浮力の測定装置を提供することを
目的とする。

すなわち、本発明に係る浮力の測定装置は、平衡圧室と
浮子室とこれら両室間を仕切る圧力応動゛部材とを備え
、上記平衡圧室は上記圧力応動部材に所定の気圧を負荷
しうるように構成し、一方上記浮子室には上記圧力応動
部材に連結する浮子を配装してなることを特徴としてい
る。

以下、図面に示す実施例を参照しながら本発明を詳細に
説明する。

第２図は、本発明による浮力測定装置の一実施例を示し
たものである。

同図において１はハウジングであり、該ハウジング内は
圧力や変位に対して応動できる弾性隔膜２によつて平衡
圧室３と浮１ｒ子室４とに仕切られており、これら両室
３，４の間は互に気密を保持している。５は上記平衡圧
室３の外側部に装着した浮力の測定部を示し、該測定部
の検出棒６はその基部を中心として所定角度上下動でき
得るように上記平衡圧室３内に突出し、かつこの突出部
先端はロツドＴを介して上記隔膜２の上面中心部と連結
している。

８は浮子室４内に配装した浮子を示し、該浮子８はロツ
ド９を介して隔膜２の下面中心部に連結支持されている
。

なお１０は平衡圧室３の頂部に設けた平衡圧カロ、１１
および１２は、各々浮子室４の上側部と最下部に設けた
液流出口と液導入口を示し、１３はこの液導入口の直上
に位置する浮子室４内に配設した流動圧遮蔽板を示す。
上記構成の本発明装置において浮力廁定を行う場合には
、まず、平衡圧カロ１０に接続されたポンプ（図示せず
）によつて平衡圧室３内の圧力を所定の大きさに設定し
、同時に液導入口１２より被測定液体１４を浮子室４内
に流入させる。

このとき、該液体１４は、遮蔽板１３によつてその流動
圧を浮子８に作用させることなく流入し、かつ浮子室４
上部の流出口１１よりオーバーフローする。したがつて
流体１４の液面と隔膜２の下面とは、常に一定の隙間を
保持している。上記において、いま浮子８の容積と密度
及び重さを各々ｖ’、ρ霜、Ｗ’、比測定液体１４の比
重をρ’ｘ、平衡圧室３内の圧力をＰ、隔膜２の上面の
面積をＡとすると、浮子８には前記第（１）式に基ずな
る力Ｆ’が作用し、この力Ｆ’が求むるべき浮力値であ
る。

このＦ’はロツド９を介して隔膜２の下面に作用し、一
方隔膜２の上面にはｆ＝Ｐ−Ａなる平衡圧室３内の圧力
Ｐによる力が負荷される。こゝでＰは隔膜上部に加わる
気圧を示し、Ａは隔膜の有効面積である。したがつてロ
ツド７を介して測定部５に加えられる力は次のように表
わすことができる。この式ＩＩＬ式（ａ）に対してＰ−
Ａなる項を加えることにより、浮子の重さの条件である
Ｗ’（＝ρ霜・Ｖ’）＞ρ’ｘ − Ｖ’を満足させ
なくても（即ち浮子が非常に軽くても）浮力測定が可能
であることを示すものでしかもＰをある固定した値に可
変設定することにより測定範囲の移動が簡単に出来るこ
とを表わしている。

又この操作は測定装置の機構内部に手を触れない方法で
行なえるものである。第４図は上式（ｂ）をグラフで表
わしたものである。

同図に示すように圧力をＰ−０としたときには、Ｆ＝
Ｆ′となつて上式（ａ）のグラフと一致する。ｐこｋで
上記測定部５の機能上より定まる測定可能範囲をＦｌｌ
〜Ｆ′２とすると、Ｐ−０の場合において測定しうる液
体１４の比重値範囲はρ′ｘ１〜ρ′Ｘ２となる。

つぎに圧力Ｐを負圧（Ｐ〈０）として加えた場合を考え
ると、隔膜２の上面はＰ−Ａなる力で上方向に引張され
るから隔膜２はロツド７を該力Ｐ−Ａでもつて押し上げ
る。これをグラフでもつて表わすとＰ＝Ｏの場合の直線
を上方に平行移動したことを意味している。同グラフに
示すようにＰ＜Ｏなる圧力を作用させることによつてＰ
＝０の状態では測定不可能であつたρ′Ｘ２よりも小さ
なρ″Ｘ３なる比重値をもつ液体に対してもこの装置を
適用できることがわかる。つぎにＰを正圧（Ｐ＞Ｏ）と
して隔膜２に作用させると、上記とは逆に該隔膜２はＰ
−Ａなる力で押し下げられるから、ロツド７も該力Ｆで
下方に引張される。この状態はグラフ上においてＰ一０
の場合の直線を下方に平行移動したことを意味し、さら
にこれはＰ＞Ｏなる圧力を隔膜上面に作用することによ
つて、Ｐ−０の状態では測定不可能（なぜならρくρ′
ｏなる条件下で測定することとなるからＦＩはＦ′〉０
となる。）であつたρ′Ｘ４〉ρ霜なる比重値をもつ液
体に対しても本装置を適用できることを示している。と
ころで測定の指示感度を高くするために浮子の容積Ｖ′
を大きく構成した場合、第５図に示すようにグラフの傾
斜が急となつて測定する比重値の範囲ρ′ｘ１〜Ｄｘ２
は小さな値となる。

このことは比重の範囲ρ′）Ｃ１〜ρ″Ｘ２で生じる狭
い浮力差の測定が指示感度を大として行なえることを意
味している。又前記したように本発明の装置は上記圧力
Ｐ（Ｐ〉０またはＰ＜Ｏ）を適宜連続的に調節変化する
ことによつてこの比重値範囲をρ（軸上で移動すること
ができるから、実質的に測定の可能な範囲はきわめて広
いものとなる。上記のように作用する本発明装置におい
て、測定器５で測定される力Ｆは、上記圧力Ｐによるｐ
力ｆを含んだ値であるから、正規な浮力値Ｆ′を得るた
めには、Ｆ −ｆなる演算処理を施す必要ゝｐがあ
る。

この場合Ｐの値は連結量（アナログ量）であるからきわ
めて精度よくかつ容易に得られるから、この演算処理に
よる精度低下は全くなく、しかも測定部５の測定範囲を
一且決めた後は測定部５の機構とは関係なしに測定範囲
の移動をする方法であるから精度の安定を保証しえるも
のである。本発明による装置は、上記のように浮力の測
定指示感度を大きく出米る上に比動値の異なる各種の液
体に対して巾広く適用することができ、かつ高精度の測
定値を得ることができる。

第３図は液体１４の液面を隔膜２の下面に接触させた状
態で測定するようにした本発明装置のいま一つの実施例
を示したものである。この実施例の装置は、前記実施例
のものと同様の構成と作用をもつものであるが、液流出
口１１′の位置の関係で・・ウジング１′のこの流出口
部分は前記実施例の・・ウジング１と多少形状を異にし
ている。この方式の装置では、隔膜２″の下面に変動を
伴つた液圧が作用するので、この変動液圧が測定値に影
響を与えないように適宜な補償手段を設ける必要がある
。この補償手段としては、たとえば液圧を空気圧力に１
：１の対応で変換する変換器（図示せず）を用い、この
変換器の出力圧を隔膜２の上面より負荷するようにすれ
ばよい。これによつて上記圧力は隔膜の上下両面間で相
殺され測定値への液圧による影響は除去される。なお、
上記実施例でぱ、浮子８に作用する力と圧力Ｐとを受け
る部材として、弾性を有する隔膜２を用いてあるが、こ
の部材は圧力に応じて作動するものであればよく、上記
のような隔膜に限定されない。

たとえば上記隔膜に代えてピストンなどを所定のストロ
ークだけ上下動できるように配装してもよい。本発明に
係る浮力の測定方法とその装置は、上記のように、比重
値の異なる各種の液体に対して巾広く適用することがで
き、かつ精度の高い測定を行うことができる。

また装置の調整を気圧によつてアナログ的に行なうので
、その操作は容易かつ精密に行え、さらに圧力応動部材
によつて液体側と測定器側とを什切るため、高粘度の液
体や腐触性液体、スラリ液体などの測定にも好適である
。

【図面の簡単な説明】

第１図１は、従来の浮力測定装置の動作を説明するため
のグラフ、同図は比重値範囲と浮力測定部の出力信号と
の関係を示したグラフ、第２図は本発明に係る測定装置
を概念的に示した縦断面図、第３図は本発明装置の他の
実施例を示した概念図、第４図は第２図の装置の動作を
説明するためのグラフを示し、第５図は、同装置におい
て、浮子の容積を大にした場合の動作を示すグラフであ
る。１，１″・・・・・・・・ウジング、２，２″・・・・
・・隔膜、３・・・・・・平衡圧室、４・・・・・・浮
子室、５・・・・・・測定部、６・・・・・・検出棒、
７，ｒ・・・・・・ロツド、８，８″・・・・・・浮子
、９，９′・・・・・・ロツド、１０・・・・・・平衡
圧カロ、１１，１１ζ・・・・・液流出口、１２・・・
・・・液導入口、１３・・・・・・流動圧遮蔽板、１４
，１４′・・・・・・被測定液体。

Claims

【特許請求の範囲】

１平衡圧室と浮子室とこれら両室間を仕切る圧力応動
部材とを備え、上記平衡圧室は上記圧力応動部材に所定
の気圧を負荷しうるように構成し、一方上記浮子室には
上記圧力応動部材に連結する浮子を配装してなる浮力の
測定装置。