JPS60100739A - 粘度測定装置 - Google Patents

粘度測定装置

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JPS60100739A
JPS60100739A JP20963483A JP20963483A JPS60100739A JP S60100739 A JPS60100739 A JP S60100739A JP 20963483 A JP20963483 A JP 20963483A JP 20963483 A JP20963483 A JP 20963483A JP S60100739 A JPS60100739 A JP S60100739A
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    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
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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。
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