JPS60100739A - 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】 ［発明の技術分野］ 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。

［従来技術］ 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
た細管式のものとがある。たと民ば、広く利用されてい
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、細管部の前後に発生する差圧を検出して、その値
から所定の関係式に基づいて演算して粘度値をめるもの
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る場合がある。しかる
に、」二足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限界があり、その使用にあたり下記
のような測定条件側こ制約され、使い勝手が悪い欠点か
ある。

（１）測定範囲は１：ｌＯ程度である。

その理由は、回転円筒式のものにおいては、トルク検出
器が、また細管式のものにおいては、差圧検出器の精度
がそれぞれフルスケール番と対して±０．５％くらいで
あるから、フルスケールのｌ／１０以ｆでは、測定値に
対する誤差か±５％以−ヒとなってしまうからである。

また、細管式のものにおいては、ギヤポンプの定量性が
重要であるが、このギヤポンプの容積効率は粘度の低下
ト、！＝もに低下することが測定範囲の下限をきめる′
冴囚の１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内外筒間のキャップおよび細
管式のものにおける細管１￥Ｌ士通常２〜４ｍ１１１程
度であるため、スラリー状溶液でｔ±言ｈリカく発生す
るおそれかある。また、そのために別途ろ過器を設置す
ると、このろ過器を頻繁にｔλ、浄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１ｎ１１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。しかしながら、溶液の温度が広範囲に変
化し、かつ被測′Ｉｊ−′川溶最の用度を任意に変える
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。

このような欠点に対処するための手段として、特願昭５
８−３１２５９号のものが提案されている。この出願発
明の内容は、・ｉ＞　ａ　′６部にバイパス流路を設け
、このバイパス流路を細管部の差圧により制御すること
により細管部の流量を制御するとともに、被測定溶液の
温度を検出して測定した粘度値を補正するものである。

しかし１、」二足出願発明では、バイパス流路に一詩的
に被測定溶液が滞溜することがあるため、プロセスによ
っては、この間での物性の変化が問題となる場合もあり
、これを改良してさらに信頼性の高い粘度測定装置が要
求されていた。

［発明の概要］ この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、溶液の滞
溜を解消するとともに、粘度演算手段にも改良を加えて
の高精度な粘度測定装置を提供することを目的とする。

この発明の特徴とするところは、次の通りである。

すなわち、バイパス流路の代りに、細管部であるｉＱ路
に流れる被１ｔｌｌｌ定用溶液に一上記加圧を行なうポ
ンプを可変速に駆動するｔＴｆ変速電動機を用いること
である。

さらに、一般に、細管部の両端に発生する差圧Ｐｄ［［
ｋｇ／　Ｃｍ’］は、細管半径Ｒ［ｃｍｌ　、細管部Ｌ
　［ｃｍｌ　、粘１＆　Ｖ　（ｐｏｉｓｅ　］　、密度
Ｄ　［ｇｒ／　ｃｒｒ＋’］、溶液の流量Ｑ　［ｃｒｎ
’　／ｓｅｃ］　とすると、（ただし、ｎ、ｍは係数、
ｇは！３８０ｃｍ／ｓｅｃ　２）で与えられる。ここで
、上式の第２槍は、溶液の運動エネルギの変化に基づく
圧力損失を表わしており、流ｈＩＱが小さい場合、第１
川に比へて、１−分小さくなるので、無視して取り扱う
のか従来からの通念であり、上記した出願発明につｌＪ
）ても、同様に扱っている。ところか、流ＦＷ　Ｑを小
さく１．貨定すると、差圧Ｐｄおよび粘度Ｖに４１１疋
誤差力）大きくなり、無視できないことに着目して、こ
の発明では、さらに第２項の運動工序ルキ袖正に５ｊま
でも測定、演算することにより、高精度で広’／）Ａｌ
１１　足範囲を確保している。

［発明の実施例］ 以下この発明の一実施例を図面にしたかつて１１９４明
する。

第１図ないし第３図はこの発明にかかる粘Ｈｊ２．．　
Ｎｔｌｌ定川装置用一例における装置本体部を示す＃：
）のである。

回Ｍにおいて、■は−に部測定室、２１オＦ　ｉｉ’６
　Ｔ！Ｊ’ｌ　’／１．”室、３は被測定溶液Ｍをに記
上部Ｍ１Ｔ室ｌへ１１合する入口配管、４は送液ポンプ
である。）Ｘ掖ポノブ４の回転軸５は減速機付可変速電
動機１０の出力軸６に連結されている。７は上記上部測
定室ｌと下部測定室２とを連結させる流路であり、いわ
ゆる細管式のものの細管部を構成している。８は上記流
路７に設けられた電磁流量計であり、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。この電磁流
量計８における管路内は単なる直管であり、かつその内
壁は滑面化されているに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。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
ｌおよび下部測定室２に設けられており、これら肉圧力
検出器１２．１３の検出圧力はキャピラリ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１
５は上記圧力検出器１２．１３などとともに、流路７の
」〕流側とド流側との間に発生する差圧を測定して゛載
気１８号を出力する差圧測定手段１６を構成しており、
上記゛屯ｒｊｉ流星計８などとともに、第３図に示す支
柱［７に対して、たとえばＵ字形ポル）１８．１９で堅
固に取り付けられている。

２０、．２１は温度検出器、たとえは白金抵抗体のよう
な測温抵抗体であり、それぞれ」一部測定室１および下
部測定室２に取す付けられて、後ｊｆｈする湿度変換器
とともに、流路７に流れる被Ａ１１ｌ　’ｔビ用溶液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、」一部および下部測定室ｌ。

２、電磁流量計８などは保温材（図、１（せす）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４図とともに説明す
る。

第４図において、２３はに記１１）変速電動機１０を駆
動する可変速電動機駆動手段であり、たとえば、周波数
変換装置（通称ＶＶＶＦインバータ）、２４は上記差圧
伝送器１５）ζ接わｄ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φ変換器、２６は温度検
出器２０．２１に接続された温度変換器、２７は被測定
用溶液Ｍの固イ１のパラメータを設定するための手動設
定器であり、］二２ディストリビュータ２４、流量変換
器２５、温度変換器２６および手動設定器２７はそれぞ
れの信号を櫟準電圧信号に変換して制御回路２８に人力
するようになっている。

Ｌ記制御回路２８は、たとえばアナログ入力４へ、アナ
ログ出力２点をもったマイクロプロセッサなどを有する
もので、その構成はつぎのようである。すなわち、２９
は上記差圧を設定するパラメータ設定器、３０はパラメ
ータ設定器２９と」−記デイストリピユータ２４に接続
された減算器、３１は減算器３０に接続された増幅器、
４０は上記流星を設定するパラメータ設定器、４１はパ
ラメータ設定器４０と上記流量変換器２５に接続された
減算器、４２は減算器４１に接続された増幅器、４３は
増幅８３１と増幅器４２の両出力の楯をめる乗算器で、
乗算器４３の出力はリミッタ３２を介して」二記Ｕｆ変
速電動機駆動手段２３に入力されるように構成されてい
る。４４は流量変換器２５からの信号により差圧に対す
る駆動エネルギの補正量を演算する演算器であり、４５
はディストリビュータ２４がら送出される差圧信号から
上記演算器４４の出力信号を減算する減算器である。３
３は減算器４５の出力と流Ｉ−変換器２５との出力とが
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狼するものである。３５は演算回路
３４に接続された指数関数演算器、３６は除算器３３の
出力と指数関数演算器３５からの出力によりノ＾準温度
に換算した粘度値を得るだめの乗算器、３７は補正用パ
ラメータ設定器、３８は上記パラメータ設定器３７と１
−記乗算器３６に接続された乗算器である。３９はｌ−
記制御回路２８からの出力を記録する記録計である。

つぎに、−１，記構成の動作シこついて説明する。

人口配管３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、上部測定室１．流路７および下部測定室
２を経由して出口配管１１より糸外へ排出される。

この状態で内圧力検出器１２．１３は各部圧力を検出し
、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。

温度検出器２０．２１は、たとえば合成抵抗値１００Ω
として設定されており、これにより両温度検出器２０．
２１の測定温度の平均値が測定される。この場合、上部
および下部測定室１．２や流路７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。

−に記テイストリビュータ２４に送出された差圧信号に
よる流路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、上記ディストリビュータ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、この差圧信号がパラメータ設
定器２９で設定された。値と減算器３０で比較される。

」、記両者の偏差値は増幅器３１で増幅される。一方、
電磁流量計８で検出された流路７の流量は、流量変換器
２５で標準電圧信号（１〜５Ｖ）に変換されて、流量信
号として、制御回路２８に入力されると、この流量信号
はパラメータ設定器４ｏで設定された値と減算器４゛１
で比較され、この両者の偏差値は増幅器４２で増幅され
る。増幅器３１と増幅器４２の両出力はいずれもＯ〜１
の値に規格化されており、乗算器４３で乗算された後、
リミッタ３２で標準電圧範囲に整定されて可変速電動機
駆動手段２３に出力される。ｎｆ変変速電動駆動殴殺２
３、たとえばＶＶＶＦインバータであるならば、出力周
波数を増減して可変速電動機１０を駆動してポンプの流
量を制御する。すなわち、どれによって、流路７を流れ
る被測定用溶液Ｍを流量制御して上記円編差値が零近く
になるまで続けられる。

一上記制御系の働きを具体的数値な使って示すならば、
粘度計の測定範囲を１０〜１０００　ｐｏｉｓｅとして
、被測定用溶液Ｍの粘度が１０〜１００ｐ。

ｉｓｅのとき、可変速電動機１０は可変速電動機駆動手
段２３の制御により、送液ポンプ４で加圧供給される被
測定用溶液Ｍはパラメータ設定器４゜で設定された敗（
６９４４ｃｒｒｉ”／５ｅｃ）が流路７を流れる。この
場合、上部測定室ｌと下部測定室２どの間に生じる差圧
、すなわち、差圧伝送器１５からの測定値による差圧は
、測定粘度と正比例の関係にあり、１００　ｐｏｉｓｅ
の粘度での差圧は１ｋｇ／ｃｒｎ’になる。パラメータ
設定器２９の設定値は１ｋｇ／ｃｒｎ’となっているか
ら、粘度が１００　ｐｏｉｓｅを越すと、゛電動機１０
の回転が低下し始め、流路７に流れる流体が減少し、し
たがって、差圧が１ｋｇ／ｃｍ’以上にならないように
制御される。粘度が高くなる程、ＬＩＴ変速゛屯動機１
０の回転数が小さくなり、たとえば、粘度が１０００　
ｐｏｉｓｅでは、最高１■１転数の約１／１０となる。

一方、流路７ｆ！−疏れる流【Ｉ）は、粘度が１００　
ｐｏｉｓｅ以下のときは６９４４ｃｍ″／ｓｅｅ流れる
が、粘度が１００　ｐｏｉｓｅを越えると、粘度に反比
例して減少し、粘度が１０００　ｐｏｉｓｅでは、６９
４　ｃｒｎ’／ｓｅｃとなる。

一方、流量変換器２５の出力は演算器４４により運動エ
ネルギの補正項が演算され、この演算値の分だけディス
トリビュータ２４からの差圧が減算器４５によって減算
されることにより、運動エネルギによる誤差項が除かれ
、この値が、さらに、流量変換器２５からの出力である
流ψ値とともに乗算器３３に印加され、差圧値ががＬ量
値で除算されることによって、 となり、粘度Ｖに正比例する値が得られる。

一方、温度の補正はつぎのようになされる。

粘度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
に対してっぎの式が成り☆゛っ。

Ｖｓ＝Ｖｔ　−ＥＸＰ　（Ａ）　”　−−（３）ここに
、Ｖ３１１＠１１温度Ｔｓ’Ｃでの粘度値ＣＰＱ１ｓｅ
） Ｖｔ−・・温度Ｔ　’Ｃでの粘度値 （Ｐｏｉｓｅ） Ｂ・・Φ・物質毎に固有な値（□） 演算回路３４は、上記温度変換器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、Ｌ記式（４）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。し
かして、指数関数演算器３５は−に記演算回路３４から
の演算結果のＡを受けて上記式（３）のＥＸＰ　（Ａ）
を演算する。

乗算器３６は除算器３３で得た温度Ｔにおける粘度値に
指数関数演算器３５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、すなわち、上記式（３）のＶ
ｓが得られる。

ところで、粘度測定装置としての総合精度の確認は、粘
度値およびその温度特性のはつきりした標準液（たとえ
ばシリコン系オイル）を使って実測して行なうが、パラ
メータ測定器３７の補正値と上記乗算器３６の出力が乗
算器３８で掛けられて最終的な補正が行なわれる。この
乗算器３６の出力は制御回路２８の出力として記録計３
９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ト。

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１０−１０００ｐｏｉｓｅであり、
溶液温度は１２０〜３０　’Ｃであって、粘度および温
度とも時々刻々変化する。粘度測定装置から出た溶液Ｍ
は、もとのタンクに戻す必彎かあり、また溶液に化学反
応を起こさせないＩこめに粘度測定装置の中に溶液に急
檄な温度変化をＪＪ−えることはできない。被測定用溶
液Ｍには、２０ｍｍの固形物か混入しており、細管に詰
らないように。

細管径をかなり大きくする必貿があるとともに、管の大
径化にともなう差圧低下をカバーするため流量Ｑもある
程度大きくすることか夛求され、加えて従来技術で説明
したように、調節ｇ？バイパス通路を設けたものでは、
スラリー溶液がバイパス流路に滞溜することを避けるた
めにも、ｍ　ｆｆｉ　３ｆバイパス方式は適当でないこ
とが判明した。

以」二の条件のもとで、この発明の粘度測定装置を使用
した場合、粘度”測定範囲は上記した必要な範囲をカバ
ーできた。また、粘度１０　ｐｏｉｓｅにおける差圧は
、理論式第１項によるものが、０．０８４　ｋｇ／ｃｍ
″に対して第２項の運動エネルギによるものが０　、０
１１６　ｋｇ／ｃｒｎ’だけ発生する。したがって、運
動エネルギの補正を行なわないとすれば、約１４％の測
定誤差が発生するが、この発明の運動エネルギの補正を
採用することによって、この誤差を除去することができ
た。

さらに、温度補正についても、上記温度範囲の全域にわ
たり粘度よく換算することができた。

この装置の最も管径の狭い部位は、電磁１ｓｔ、置針８
の部分であるが、その内径は、実施例については７５Ｉ
Ｉｌｆｆｉに設定したため、この中に固形物が詰る現象
は全くなくなった。また、ポンプ４について、一般用途
として、ギヤポンプが適しているが、実施例に示すよう
に固形物の混入があるときには、スラリーポンプを用い
ることによって実用上全く支障はなくなった。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、ポンプの四″転数を
変化させることによって流路の流ｊ１１を増減できるよ
うに構成されているので、無理なく　７６ｊ　：Ｉ’＋
と差圧の制御が可能であり、調１ｔｉ升バイパス力式で
は、対処できなかった測定条件Ｆでの粘度測定が可能と
なり、そのうえ、連動エネルギの柚１１−回路を付加す
ることにより、測定性能か飛ｙｆｖ的に拡張されて使い
勝手の良い粘度測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれこの発明にかかる粘度測定装
置の一例における装置本体部を７１りす１）、面図、上
面図、側面図、第４ＶＪは同実施例ががる粘△ 度測定装置の全体の回路構成図である。 （１）　・・・上部測定室、（２）・・・Ｆ部Ａ１１ｌ
　’＋ｉ：’室、（３）・・・ポンプ、（４）・・・可
変速電動機、（７）　−−−流路（細管部）　、　（８
）　−−−’ｉ［ｉ：／ａ流量計、　（１（１）・・・
可変速電動機、（１６）・・・差圧測定手段、（２２）
・・・温度検出手段、（２３）・・・可変速電動機駆動
手段、（２７）・参参パラメータ設定手段、　（２８）
・・・制御回路、（３！３）−・・記録手段、Ｍ・・・
被測定用溶液。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定用溶液が加圧されて供給される上部ル１定
   室から下部測定室までの間に形成されて細管部を形成す
   る流路と、上記上部測定室に接続されて」二記被測定用
   溶液に上記加圧を行なうポンプと、このポンプを口■変
   速に駆動するｕ丁変速電動機と、上記流路に設けられた
   電磁流量計と、上記流路に被測定用溶液が流れた際に上
   流側と下流側との間に発生する差圧を測定する差圧測定
   手段と。 上記流路に設けられて被測定用溶液の温度を計測する溶
   液温度検出手段と、上記被測定用溶液の同右のパラメー
   タを設定するパラメータ設定手段と、」−記差圧測定手
   段からの差圧および電磁ｌｉｔ　ｍ：計からの流ｈ（信
   号を受けてこの差圧および流量が設定値に近似するよう
   に、Ｌ記呵変速電動機を制御するとともに、上記電磁流
   量計からの細管着晴、この細管流部からめた被測定用溶
   液の連動エネルギ、上記差圧測定手段からの細管差圧５
   よひ溶液温度検出手段からの溶液温度の各計測値ならひ
   にパラメータ設定手段のパラメータ値とがら規定温度に
   換算された粘度値を演算出力する１υ制御回路と、この
   制御回路からの出力を記録する記録子［２とを具備した
   粘度測定装置。