KR101412629B1 - Device for measuring viscosity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 낙하법을 이용하여 유체의 점도를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the viscosity of a fluid using a drop method.
일반적으로 유체의 점도를 측정하기 위해서는 진동법, 회전법, 모세관법, 낙하법 등 4가지 중 하나를 사용한다. 각각의 방법은 모두 장단점을 갖고 있기 때문에 측정대상 시료의 특성과 전체 분석 시스템의 관점에서 최적의 방법을 선택해야 한다.Generally, one of four methods is used to measure the viscosity of a fluid: a vibration method, a rotation method, a capillary method, and a drop method. Since each method has advantages and disadvantages, the best method should be selected in terms of the characteristics of the sample to be measured and the overall analysis system.
특히, 고온 용융염, 고압 유체 등을 다루는 특수환경 하에 있는 시료를 분석해야 하는 경우에는 다양한 환경적 요소를 고려해야 하기 때문에 상기 4가지 방법에 적용 가능성에 대하여 신중히 조사할 필요가 있다.In particular, when analyzing specimens under special circumstances dealing with high temperature molten salt, high pressure fluid, etc., various environmental factors must be taken into consideration, so it is necessary to carefully examine the applicability to the above four methods.
점도 측정에 관한 4가지 방법 중 낙하법은 다른 방법에 비하여 저렴하고, 단순하기 때문에 고온의 유체에 대해서 글로브박스 내에 장치를 설치하고 사용하기에 여러가지 장점이 많다. Of the four methods of viscosity measurement, the drop method is inexpensive and simple compared to other methods, so there are many advantages in installing and using the device in a glove box for high temperature fluids.
종래의 낙하법은 구 형태의 낙하체를 사용하여, 낙하시간과 낙하거리를 측정함으로써 스토크식으로부터 점도를 계산한다. 그러나, 종래의 방법은 낙하체와 용기 벽면 사이의 벽면효과, 레이놀즈수의 범위, 낙하체 반지름 측정의 정확도, 낙하시간 및 낙하거리의 정확도 등 여러 가지 복합적인 영향을 받기 때문에 정확한 분석을 하기 어려운 경우가 많았고, 반복실험이 어렵다는 문제가 있었다.In the conventional drop method, a drop is calculated from the Stokes equation by measuring drop time and drop distance using a drop type sphere. However, the conventional method has various complex influences such as the wall effect between the dropping body and the container wall surface, the range of the Reynolds number, the accuracy of the drop body radius measurement, the drop time and the accuracy of the fall distance, And there was a problem that repeated experiments were difficult.
본 발명의 일 목적은 정확한 측정과 반복실험이 가능한 점도 측정장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a viscosity measuring device capable of accurate measurement and repeated experiment.
본 발명의 다른 일 목적은 고온, 고압의 제한된 환경에서도 유체의 점도를 정확하게 측정할 수 있는 점도 측정장치를 제시하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a viscosity measuring device capable of accurately measuring the viscosity of a fluid even in a limited environment of high temperature and high pressure.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 점도 측정장치는, 점도를 측정하고자 하는 유체를 수용하는 제1용기, 흡광도를 이용하여 상기 유체의 점도를 측정하도록 상기 제1용기의 일측에 배치되어 상기 유체를 향해 빛을 조사하는 광원, 상기 유체의 점도 측정시 상기 유체 내에서 침강하여 상기 빛을 통과하는 낙하체, 상기 낙하체에 의해 발생하는 흡광도의 변화를 검출하도록 상기 제1용기의 타측에 배치되어 상기 유체를 투과한 빛을 검출하는 검출기, 및 상기 제1용기의 내부에 삽입되어 내부에 수용된 상기 낙하체가 걸림 가능하게 형성되는 걸림부를 구비하며 반복측정이 가능하도록 윗방향으로 이동시 상기 걸림부에 걸린 상기 낙하체를 들어올리는 제2용기를 포함한다.In order to accomplish the object of the present invention, a viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a first container for receiving a fluid to be measured for viscosity, a second container for measuring viscosity of the fluid using the absorbance, A light source that is disposed on one side of the first container and irradiates light toward the fluid, a dropping body that sinks in the fluid when the viscosity of the fluid is measured and passes through the light, a change in absorbance generated by the dropping body is detected A detector disposed on the other side of the first container so as to detect light transmitted through the fluid and a latch portion inserted into the first container and internally housed in the drop body, And a second container for lifting up the drop body caught by the catch portion when moved in an upward direction.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 낙하체는 상기 빛을 통과하는 동안 상기 빛의 산란을 감소시키도록 원기둥 또는 사각기둥의 형상으로 형성된다.According to one example of the present invention, the drop body is formed in a shape of a cylinder or quadrangular column so as to reduce scattering of the light while passing through the light.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1용기 및 상기 제2용기는 상기 빛의 산란을 감소시키도록 상기 광원 및 상기 검출기를 마주하는 면이 평평하게 형성되고, 상기 낙하체는 상기 제1용기 및 상기 제2용기에 대응되는 형상으로 형성된다.According to another example of the present invention, the first container and the second container are formed so that the surface facing the light source and the detector is flattened so as to reduce scattering of light, And a shape corresponding to the container and the second container.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2용기는 상기 유체의 점도 측정시 상기 낙하체보다 먼저 낙하하도록 상기 낙하체의 무게보다 무겁게 형성된다.According to another embodiment of the present invention, the second container is formed to be heavier than the weight of the drop body so as to drop earlier than the drop body when the viscosity of the fluid is measured.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2용기는 낙하하거나 상기 낙하체를 들어올리는 동안 상기 유체를 통과시키도록 적어도 일부가 개방되어 있다.According to another example of the present invention, the second container is at least partially opened to allow the fluid to pass while the second container is falling or lifting the drop body.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 걸림부는 상기 제2용기의 하단으로 갈수록 단면적이 점점 좁아져 형성된다.According to another embodiment of the present invention, the latching portion is formed in such a manner that the cross-sectional area gradually decreases toward the lower end of the second container.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 낙하체는 상기 빛의 투과도에 주는 영향을 줄이고 상기 유체의 부식성에 영향을 받지 않도록 투명한 석영(Quartz) 또는 알루미나(Al2O3)로 형성된다.According to another embodiment of the present invention, the drop body is formed of transparent quartz or alumina (Al 2 O 3 ) so as to reduce the influence on the transmittance of light and to be free from the corrosivity of the fluid.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 점도 측정장치는, 상기 유체의 점도 측정에 영향을 미치는 대기중 산소 및 수증기와 접촉되지 않고 고온에서 상기 유체의 점도를 측정하도록 전기로가 장착된 아르곤 분위기의 글로브박스 내부에 설치된다.According to another embodiment of the present invention, the viscosity measuring device comprises a globe of an argon atmosphere equipped with an electric furnace to measure the viscosity of the fluid at a high temperature without being contacted with atmospheric oxygen and water vapor affecting the viscosity measurement of the fluid, It is installed inside the box.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 제2용기를 이용하여 낙하체를 낙하 전의 초기위치로 복귀시킬 수 있으므로, 낙하체를 재낙하시켜 반복적으로 점도를 측정할 수 있다. 반복실험에 의해 계산된 점도의 평균값을 구하면 유체의 점도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, since the drop body can be returned to the initial position before dropping using the second container, the drop can be dropped again to measure the viscosity repeatedly. The viscosity of the fluid can be measured more accurately by obtaining the average value of the viscosity calculated by the repeated experiment.
또한 본 발명은, 간단한 구성으로 고온 고압의 글로브박스 내에 설치가 가능하므로 대기 환경의 영향을 받는 특수시료의 점도를 측정할 수 있다.Further, since the present invention can be installed in a glove box of high temperature and high pressure in a simple configuration, it is possible to measure the viscosity of a special sample affected by the atmospheric environment.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정장치를 나타내는 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 점도 측정장치를 이용하여 유체의 점도를 측정하는 과정을 나타내는 개념도.
도 3은 도 1에 도시된 유체의 점도 측정장치가 글로브박스 내에 설치된 것을 나타내는 개념도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예와 관련된 점도 측정장치를 나타내는 개념도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 걸림부에 대한 다양한 변형례를 나타내는 제2용기의 저면도.
도 6은 점도표준물질을 이용하여 반복 측정한 광원의 세기를 나타내는 그래프.
도 7은 점도표준물질을 이용하여 반복 측정한 시간과 점도와의 상관관계를 나타내는 그래프.
도 8은 점도표준물질을 이용하여 장치상수 K를 얻기 위한 보정선을 나타내는 그래프.
도 9는 고온의 용융염 낙하시간 반복측정 결과를 나타내는 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a conceptual diagram showing a viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. Fig.
2 is a conceptual view showing a process of measuring the viscosity of a fluid using the viscosity measuring apparatus shown in FIG.
Fig. 3 is a conceptual diagram showing that the apparatus for measuring the viscosity of fluid shown in Fig. 1 is installed in a glove box. Fig.
4 is a conceptual view showing a viscosity measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
5A to 5D are bottom views of a second container showing various modifications of the latching portion of the present invention.
6 is a graph showing the intensity of a light source repeatedly measured using a viscosity standard material.
7 is a graph showing a correlation between viscosity and time measured repeatedly using a viscosity standard material.
8 is a graph showing a calibration line for obtaining a device constant K using a viscosity standard material.
9 is a graph showing the result of repeated measurement of a molten salt drop time at a high temperature.
이하, 본 발명에 관련된 점도 측정장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a viscosity measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정장치(100)를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a
낙하법을 이용하는 점도 측정장치(100)는, 낙하체(130)를 유체에 낙하시켜 광원(140)로부터 유체에 조사된 빛을 통과하는 동안 흡광도 변화를 관찰함으로써 상기 유체의 점도를 측정한다. 점도 측정장치(100)는 제1용기(110), 제2용기(120), 낙하체(130), 광원(140) 및 검출기(150)를 포함한다.The
제1용기(110)는 점도를 측정하고자 하는 유체를 수용한다. 유체는 제2용기(120)의 삽입시 제2용기(120)의 부피에 의해 수위가 높아지므로, 제1용기(110)로부터 시료가 범람하지 않도록 제2용기(120) 및 낙하체(130)의 부피를 고려하여 수위를 설정하는 것이 바람직하다.The
제2용기(120)는 제1용기(110)의 내부에 삽입된다. 제2용기(120)는, 도시한 바와 같이 제1용기(110)로부터 추출하기 위해 제1용기(110)보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.The
제2용기(120)는 내부에 수용된 낙하체(130)가 빠져나가지 않도록 걸림 가능하게 형성되는 걸림부(121)를 구비한다. 걸림부(121)는 도시한 바와 같이 제2용기(120)의 하단으로 갈수록 단면적이 점점 좁아져 형성될 수 있다. 그러나 걸림부(121)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제2용기(120)의 내부에서 낙하체(130)가 외부로 이탈되지 않도록 형성되면 걸림부(121)의 형상에는 제한이 없다.The
제2용기(120)는 걸림부(121)에 의해 홀이 형성된다. 홀의 단면적은 낙하체(130)의 단면적보다 작으므로 낙하체(130)는 홀을 통해 외부로 빠져나가지 않으나, 유체는 홀을 통해 제2용기(120)를 통과할 수 있다.The second container (120) is formed with a hole by the engaging portion (121). Since the cross-sectional area of the hole is smaller than the cross-sectional area of the
제1용기(110)와 제2용기(120)는 빛의 투과도에 미치는 영향을 줄이도록 투명한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 염소(Cl)와 같이 금속성 재질에 대하여 부식성이 높은 유체의 점도를 측정하는 경우, 부식에 견딜 수 있어야 한다. 제1용기(110) 및 제2용기(120)는, 예를 들어 석영(Quearz) 또는 알루미나(Al2O3)로 형성될 수 있고, 이는 점도 측정의 정확도를 높일 수 있다.The
낙하체(130)는 제2용기(120)의 내부에 배치된다. 본 발명에서 낙하체(130)는 광원(140)으로부터 조사된 빛의 산란을 감소시키도록 용기의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 낙하체(130)는, 예를 들어 제1용기(110) 및 제2용기(120)가 실린더 형태로 형성되는 경우 원기둥의 형상으로 형성될 수 있다. 종래의 낙하법에서 사용된 낙하체(130)는 구를 사용하였으나, 구의 표면과 제2용기(120)의 벽면 사이의 거리는 일정하지 않으므로 광원(140)으로부터 조사된 빛의 산란을 유발한다. 이에 따라 검출기(150)에서 검출 가능한 빛의 강도를 얻지 못할 수 있고, 이는 점도 측정의 정확성을 떨어뜨리게 된다. 특히 점도를 측정하고자 하는 유체가 불투명한 경우에는 빛의 투과도가 떨어지므로, 유체를 투과한 빛을 제대로 검출해내지 못할 수 있다. 따라서 낙하체(130)가 용기의 형상에 대응되는 원기둥의 형상으로 형성되어 제2용기(120)와 낙하체(130) 사이의 거리를 일정하게 유지하면, 광원(140)으로부터 유체를 향해 조사된 빛의 산란을 감소시킬 수 있으므로 점도 측정의 정확도를 높일 수 있다.The drop body (130) is disposed inside the second container (120). In the present invention, the
낙하체(130)는 점도를 측정하고자 하는 유체보다 비중이 커서 유체 내에서 침강할 수 있어야 하고, 고온에서 사용할 때는 내열성을 가져야 하며, 유체의 부식성에 영향이 없어야 한다. 낙하체(130)가 투명한 석영(Quartz) 또는 알루미나(Al2O3)로 형성되는 경우 내부식성의 특징을 지니므로 유체에 의한 화학적 영향을 받지 않을 수 있을 뿐만 아니라 빛의 투과도에 미치는 영향을 줄일 수 있다. 알루미나(Al2O3)는 석영(Quartz)보다 비중이 크므로, 점도를 측정하고자 하는 유체의 비중이 석영보다 큰 경우에는 낙하체(130)가 유체에 가라앉을 수 있도록 알루미나를 사용해야 한다.The
유체의 점도 측정시 제2용기(120)를 자유낙하시키면 제2용기(120) 내부의 낙하체(130)도 이어서 낙하한다. 제2용기(120)의 무게는 낙하체(130)의 무게보다 무거우므로 상기 낙하체(130)보다 먼저 낙하하고, 낙하체(130)는 제2용기(120)보다 천천히 낙하하게 된다.When the viscosity of the fluid is measured, when the
낙하법을 이용하는 점도 측정장치(100)는 유체의 흡광도를 이용하여 유체의 점도를 측정하므로 제1용기(110)의 일측과 타측에는 각각 광원(140)과, 검출기(150)가 배치된다.The
광원(140)은 제1용기(110) 내부에 담긴 유체를 향해 일정한 강도의 빛을 조사한다. 점도 측정장치(100)는 상기 유체에 의한 흡광도의 변화를 측정하는 원리이므로 광원(140)으로부터 조사되는 빛의 강도가 일정하지 않으면, 정확한 측정이 어렵기 때문이다.The
검출기(150)는 광원(140)의 맞은편에 배치되어 유체를 통과한 빛을 검출한다. 유체가 불투명하거나 제1용기(110) 내부에 채워진 유체의 두께가 두꺼우면 빛의 투과도가 떨어진다. 따라서 정확한 측정을 위해서는 광원(140)에서 조사되는 빛의 세기를 증가시키거나, 낙하체(130)와 제2용기(120) 사이의 서리를 최대한 가깝게 유지하여 검출기(150)에서 검출 가능한 강도 이상을 빛을 투과시켜야 한다.
도 2는 도 1에 도시된 점도 측정장치(100)를 이용하여 유체의 점도를 측정하는 과정을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing a process of measuring the viscosity of a fluid using the
측정을 시작하는 초기상태에서는 제1용기(110) 내에 점도를 측정하고자 하는 유체가 담겨 있고, 낙하체(130)는 제2용기(120)의 내부에 배치된 상태에서 유체의 수면 아래에 위치한다. 제2용기(120)는 낙하체(130)가 수면 아래에 잠긴만큼 적어도 일부가 유체 내에 배치된다. 광원(140)은 제1용기(110)의 일측에서 상기 유체를 향해 빛을 조사하며, 검출기(150)는 제1용기(110)의 타측에서 유체를 통과한 빛을 계속 검출한다.In the initial state in which the measurement is started, the fluid to be measured is contained in the
유체의 점도 측정은 제2용기(120)를 자유낙하시키면서 시작된다. 유체가 정지한 상태에서 낙하체(130)가 낙하되어야 정확한 점도를 측정할 수 있는데, 제2용기(120)와 낙하체(130)가 동시에 낙하하게 되면 제2용기(120)에 의해 유체의 움직임이 불규칙해지므로 유체의 점도를 정확하게 측정하기 어려워진다. 그러므로 제2용기(120)의 무게를 낙하체(130)보다 무겁게 함으로써 제2용기(120)와 낙하체(130)를 동시에 자유낙하시키더라도 제2낙하체(130)가 먼저 낙하되도록 하면, 낙하체(130)가 광원(140)으로부터 조사된 빛을 통과하기 전에 제2용기(120)의 낙하에 의해 유발된 유체의 움직임이 안정되므로 정확한 측정을 유도할 수 있다.The viscosity measurement of the fluid begins with free fall of the
제2낙하체(130)는 무게에 의해 낙하체(130)보다 먼저 낙하하고, 이어서 낙하체(130)가 유체 내에서 낙하한다. 광원(140)과 검출기(150)의 위치는 고정되어 있으므로, 빛은 유체의 고정된 부분을 향해 조사되고, 낙하체(130)는 유체에 조사된 빛을 통과한다. 낙하체(130)가 빛을 통과하는 동안 흡광도의 변화가 발생하므로 이를 측정하여 낙하속도를 측정할 수 있다.The weight of the
낙하법을 이용하여 유체의 점도를 측정하는 경우, 하기 수학식 1에 기재된 스토크(Stokes)식을 이용한다. μ는 유체의 점도, r은 낙하체(130)가 구인 경우의 반지름, g는 중력가속도, ρA는 낙하체(130)의 밀도, ρB는 유체의 밀도, t는 자유낙하에 의해 떨어지는 시간, L은 낙하거리를 가리킨다.When the viscosity of the fluid is measured by using the falling method, the Stokes equation described in the following equation (1) is used. μ is the viscosity of the fluid, r is the radius of the
그러나, 스토크식은 엄밀하게 여러 가지 가정을 만족시키는 경우에만 성립하는 식이다. 즉, 떨어지는 물체는 표면이 배끄럽고 변형이 없는 완벽한 구 형태이어야 하고, 유체는 균일한 조성으로 밀도가 변하지 않아야 하며, 정상상태(steady state)의 벽효과(wall effect)가 없는 자유흐름 속에서 레이놀즈수(Reynolds number)가 낮은 연속체의 층류(laminar flow)에서만 성립한다. 따라서 본원발명과 같이 구형이 아닌 낙하체(130)에 대하여 벽효과를 보정하기 위해서는 형상인자(shape factor, s)와 팍센보정인자(Faxen correction factor, f)를 도입한 수학식 2를 사용한다.However, the Stoch equation can be established only when it satisfies various assumptions strictly. In other words, the falling object must be a perfect spherical surface with a smooth surface and no deformation, and the fluid must have a uniform composition with no change in density, and in the free flow with no steady state wall effect, The Reynolds number is established only in the laminar flow of the low continuum. Therefore, in order to correct the wall effect for the
제2용기(120)와 낙하체(130)가 완전히 낙하한 상태에서, 제2용기(120)를 초기위치까지 들어올리면 걸림부(121)에 걸려있는 낙하체(130)도 초기위치로 복귀한다. 점도 측정장치(100)는 제2용기(120)를 이용하여 낙하체(130)를 초기위치로 복귀시킬 수 있으므로, 반복적으로 유체의 점도를 측정할 수 있고, 반복 측정결과를 합산하여 평균값을 구하면 보다 정확한 점도를 얻을 수 있다.When the
낙하체(130)를 낙하하기 전의 초기 위치로 복귀시키기 위해 제2용기(120)를 들어올리는 동안, 유체는 제2용기(120)의 하단에 형성된 홈을 통과한다. 이에 의하여 제2용기(120)와 낙하체(130)가 낙하하기 전과 낙하하였다가 초기위치로 복귀한 상태에서 유체의 전체적이 양에는 변화가 없다.The fluid passes through the groove formed at the lower end of the
도 3은 도 1에 도시된 유체의 점도 측정장치(100)가 글로브박스(10) 내에 설치된 것을 나타내는 개념도이다.Fig. 3 is a conceptual diagram showing that the apparatus for measuring the viscosity of
글로브박스(10)는 외부환경에 대한 점도 측정과정의 영향을 방지하기 위하여 글로브(11)로 조작할 수 있도록 한 상자이다. 글로브박스(10)는 유체의 점도 측정에 영향을 미치는 대기중 산소 및 수증기와 접촉되지 않도록 기밀되어 있으며, 내부는 비활성기체인 아르곤 분위기이다.The
글로브박스(10)의 내부에는 고온에서 유체의 점도를 측정할 수 있도록 전기로(12)가 장착되어 있으며 전기로(12)의 양측에는 광원(140)으로부터 조사된 빛이 검출기(150)를 향해 통과하도록 윈도우(13)가 형성될 수 있다. 윈도우(13)는 빛의 투과도가 낮아지는 것을 방지하기 위해 투명한 석영(Quartz), 알루미나(Al2O3)로 형성될 수 있다.An
점도 측정장치(100)는 넓은 설치공간이 요구되지 않으므로, 글로브박스(10)와 같은 제한된 공간에 설치될 수 있다. 또한, 글로브박스(10) 내에서도 글로브(11)를 통해 제2용기(120)를 낙하시키고 다시 낙하 전 초기위치로 복귀시키는 것이 가능하므로 고온, 고압의 환경하에서도 반복실험을 통해 유체의 점도를 정확하게 측정할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 다른 실시예와 관련된 점도 측정장치(200)를 나타내는 개념도이다.4 is a conceptual diagram showing a
점도 측정장치(200)는 도 1에 도시된 점도 측정장치(100)와 마찬가지로 제1용기(210), 제2용기(220), 낙하체(230), 광원(240) 및 검출기(250)를 포함한다. 광원(240)으로부터 유체를 향해 조사된 빛은 제1용기(210), 제2용기(220) 및 낙하체(230)의 형상에 의해 각각의 표면에서 산란을 일으킬 수 있다.The
제1용기(210) 및 제2용기(220)는 빛의 산란을 줄이도록 광원(240) 및 검출기(250)를 마주하는 면이 평평하게 형성된다. 낙하체(230)는 상기 제1용기(210) 및 제2용기(220)에 대응되는 형상으로 형성된다. 따라서, 낙하체(230)도 광원(240) 및 검출기(250)를 마주하는 면이 평평하게 형성될 수 있고, 빛의 산란을 줄일 수 있다. 빛의 산란이 줄어들면, 검출기(250)에서 검출가능한 빛의 강도를 만족시킬 수 있으므로 점도 측정의 정확도를 높일 수 있다.The
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 걸림부(321a, 321b, 321c, 321d)에 대한 다양한 변형례를 나타내는 제2용기(320a, 320b, 320c, 320d)의 저면도이다.5A to 5D are bottom views of
도 5a 도시된 제2용기(320a)의 저면도는 도 1에 도시된 제2용기(120)와 같다. 걸림부(321a)는 제2용기(320a)의 하단으로 갈수록 단면적이 점점 좁아져 형성되되, 가운데는 유체가 통과할 수 있도록 개방되어 있다. 강한 점성을 지닌 유체는 제2용기(320a)를 통과하기 어려우므로 제2용기(320a)는 낙하체를 이탈시키지 않는 범위 내에서 최대한 개방되어 있어야 한다. 특히 제2용기(320a)가 제1용기 내에서 낙하하는 동안 유체가 제2용기(320a)를 제대로 통과하지 못하면, 낙하체가 낙하하는 동안 유체의 움직임에 영향을 받으므로 정확한 측정이 어렵다.The bottom view of the
도 5b 내지 도 5d는 이러한 점을 개선한 것으로, 도 5b에 도시된 걸림부(321b)는 제2용기(320b)가 십자형으로 개방될 수 있도록 형성되고, 도 5c에 도시된 걸림부(321c)는 제2용기(320c)가 일자형으로 개방될 수 있도록 형성된다. 도 5d에 도시된 걸림부(321d)는 제2용기(320d)의 양측벽을 연결하는 일자형으로 형성되어 양 옆의 개방된 부분을 통해 유체가 통과할 수 있도록 형성된다.5B to 5D illustrate an improvement of this point. The latching
이하에서는 실시예를 통해 본원발명에서 개시한 점도 측정장치를 이용하여 유체의 점도를 측정함으로써 정확한 측정이 이루어지는 것을 검증한다.Hereinafter, it is verified that accurate measurement is made by measuring the viscosity of a fluid using the viscosity measuring apparatus disclosed in the present invention through the examples.
실시예 1에서는 점도표준물질을 이용하여 점도(μ)와 낙하체의 낙하시간(t)의 관계를 검증한다. 점도 측정의 검증은 수학식 2를 그대로 이용하지 않고, 하기의 수학식 3을 이용한다.In Example 1, the relationship between the viscosity (μ) and the dropping time (t) of the drop body is verified by using a viscosity standard material. The verification of the viscosity measurement does not use Equation (2) as it is, but uses Equation (3) below.
수학식 3의 K는 장치상수(apparatus constant)로, 수학식 2의 우변에 기재된 (ρA-ρB)t를 제외한 나머지를 모두 포함하는 임의의 상수이다. 또한 여기서 낙하체의 밀도 ρA와 유체의 밀도 ρB를 알 수 있으므로 상수로 취급하면 점도 μ는 시간 t와의 관계식으로 정리가 된다.K in the equation (3) is an apparatus constant, and is an arbitrary constant including all the remainders except for (ρ A -ρ B ) t described on the right side of the equation (2). Here, since the density ρ A of the drop body and the density ρ B of the fluid can be known here, the viscosity μ is treated as a constant, and the relation of the viscosity μ with the time t is obtained.
5, 7.5, 10, 15, 20, 50cP의 점도 표준물질을 사용하여 본 발명에서 제안한 점도 측정장치를 이용하여 반복적으로 낙하체의 낙하시간을 측정하였다. 도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명에서 제안한 제1용기에 점도표준물질을 채운 후 제2용기를 이용하여 반복적으로 낙하체가 광원을 지나는 시간 t를 측정하였다. 수학식 3에서 설명한 것처럼 점도μ는 시간 t의 비례 관계이므로, 실시예 1에서는 낙하체가 광원을 지나는 시간 t를 측정하여 점도 μ에 대한 상관성을 확인하였다.5, 7.5, 10, 15, 20, and 50 cP, the falling time of the drop body was measured repeatedly using the viscosity measuring apparatus proposed in the present invention. As shown in FIG. 1, the first container proposed in the present invention is filled with a viscosity reference material, and then the time t of the drop body passing through the light source is measured repeatedly using the second container. Since the viscosity μ is proportional to the time t as described in the formula (3), in the first embodiment, the time t during which the drop body passes the light source is measured to confirm the correlation with the viscosity μ.
도 6은 점도표준물질을 이용하여 반복 측정한 광원의 세기를 나타내는 그래프이다. 도 6에서의 광원의 세기를 흡광도 변화를 나타내는 것으로서, 도 2에 나타낸 것과 같이 낙하체가 광원의 영역을 지나가면서 빛의 세기가 감소하고 낙하체가 상기 광원의 영역을 완전히 통과한 후에는 다시 광원의 세기가 원래대로 돌아옴을 보여준다. 광원의 세기가 감소하면서 다시 돌아오는 시간을 측정하여 시간 t를 결정하였다.6 is a graph showing the intensity of a light source repeatedly measured using a viscosity standard material. The intensity of the light source in FIG. 6 indicates the change in absorbance. After the drop body passes the region of the light source as shown in FIG. 2, the light intensity decreases and the drop body completely passes through the region of the light source, Is returned to its original state. The time t was determined by measuring the time that the intensity of the light source returns and decreases again.
표 1은 각각의 점도표준물질에 대하여 본 발명에서 제안한 점도측정장치를 이용하여 낙하체의 낙하시간을 반복측정하여 얻은 시간 t의 값을 표로 도식한 결과이다.Table 1 shows the values of the time t obtained by repeatedly measuring the fall time of the drop body using the viscosity measuring apparatus proposed by the present invention for each viscosity standard material.
측정 수
Number of measurements
도 7은 점도표준물질을 이용하여 반복 측정한 시간과 점도와의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 그래프의 선형성을 나타내는 결정계수 R2 값이 0.997을 갖는 직선성을 보여주므로 낙하시간 t만을 측정하면 점도를 계산할 수 있음을 알 수 있다.7 is a graph showing the correlation between the time and the viscosity measured repeatedly using the viscosity standard material. It can be seen that the viscosity can be calculated by measuring only the dropping time t since the linearity of the coefficient of determination R 2 indicating the linearity of the graph is 0.997.
본원발명에서 제시한 점도 측정장치는 400℃ 이상의 고온에서 유체의 점도를 측정할 수 있는 장치로 실시예 2에서는 500℃에서 실험을 진행하였다. 도 3에서 도시한 바와 같은 고온 조건하의 글로브박스 안에서 유체의 점도를 측정하였고, 점도 측정의 정확도 평가를 위하여 99.99℃의 고순도 공융혼합물을 사용하였다.The viscosity measuring apparatus proposed in the present invention is a device capable of measuring the viscosity of a fluid at a high temperature of 400 ° C or higher, and in Example 2, the experiment was conducted at 500 ° C. The viscosity of the fluid was measured in a glove box under high temperature conditions as shown in FIG. 3, and a high purity eutectic mixture of 99.99 ° C. was used to evaluate the accuracy of the viscosity measurement.
도 8은 점도표준물질을 이용하여 장치상수 K를 얻기 위한 보정선을 나타내는 그래프이다. 도 8은 실시예 1에서 점도표준물질을 이용하여 반복 측정하고 낙하체의 밀도(ρA)와 유체의 밀도(ρB)와 낙하시간(t)의 관계를 도식화하여 한 것으로 이를 통해 장치상수(K)를 구하였다.8 is a graph showing a correction line for obtaining a device constant K using a viscosity standard material. 8 is a graph showing the relation between the density (ρ A ) of a drop, the density (ρ B ) and the drop time (t) of a drop, using a viscosity standard material in Example 1, K) was obtained.
도 9는 고온의 용융염 낙하시간 반복측정 결과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the result of repeated measurement of the molten salt falling time at a high temperature.
본발명에서 제시한 점도 측정장치를 이용하여 반복 측정함으로써 낙하시간(t)을 결정하고, 이미 구한 장치상수(K)를 이용한 결과 순수한 염화리튬/염화칼륨의 점도값 2.5±0.3cP를 얻었다. 순수한 염화리튬/염화칼륨의 점도값은 이미 알고 있는 값으로써, 예측한 값과 오차범위 내에서 거의 일치하므로 점도 측정장치는 고온 고압의 환경에서도 간단한 측정으로 유체의 점도를 정확하게 도출해낼 수 있음을 알 수 있다.The falling time (t) was determined by repeated measurement using the viscosity measuring apparatus proposed in the present invention, and a pure lithium chloride / potassium chloride viscosity value 2.5 ± 0.3 cP was obtained as a result of using the already obtained apparatus constant (K). It is known that the viscosity of pure lithium chloride / potassium chloride is already known, and almost coincides with the predicted value within the error range. Therefore, it can be seen that the viscosity of the fluid can be accurately determined by simple measurement even at high temperature and high pressure. have.
이상에서 설명된 점도 측정장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The viscosity measuring apparatus described above is not limited to the configurations and the methods of the embodiments described above, but all or a part of the embodiments may be selectively combined so that various modifications can be made in the embodiments.
Claims (8)
흡광도를 이용하여 상기 유체의 점도를 측정하도록, 상기 제1용기의 일측에 배치되어 상기 유체를 향해 빛을 조사하는 광원;
상기 유체의 점도 측정시 상기 유체 내에서 침강하여 상기 빛을 통과하는 낙하체;
상기 낙하체에 의해 발생하는 흡광도의 변화를 검출하도록, 상기 제1용기의 타측에 배치되어 상기 유체를 투과한 빛을 검출하는 검출기; 및
상기 제1용기의 내부에 삽입되어 내부에 수용된 상기 낙하체가 걸림 가능하게 형성되는 걸림부를 구비하며, 반복측정이 가능하도록 윗방향으로 이동시 상기 걸림부에 걸린 상기 낙하체를 들어올리는 제2용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.A first container for containing a fluid to be measured for viscosity;
A light source disposed at one side of the first container for measuring the viscosity of the fluid using the absorbance and irradiating light toward the fluid;
A dropping body that sinks in the fluid when the viscosity of the fluid is measured and passes through the light;
A detector disposed on the other side of the first container and detecting light transmitted through the fluid to detect a change in absorbance generated by the dropping body; And
And a second container which is inserted into the first container and has a latching portion which is capable of latching the dropping body accommodated therein and lifting up the dropping body which is caught by the latching portion when moving upward so as to enable repeated measurement And a viscosity measuring device.
상기 낙하체는 상기 빛을 통과하는 동안 상기 빛의 산란을 감소시키도록 원기둥 또는 사각기둥의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the drop body is formed in a cylindrical or square pillar shape so as to reduce scattering of light while passing through the light.
상기 제1용기 및 상기 제2용기는 상기 빛의 산란을 감소시키도록 상기 광원 및 상기 검출기를 마주하는 면이 평평하게 형성되고,
상기 낙하체는 상기 제1용기 또는 상기 제2용기에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the first container and the second container have flat surfaces facing the light source and the detector so as to reduce scattering of light,
Wherein the drop body is formed in a shape corresponding to the first container or the second container.
상기 제2용기는 상기 유체의 점도 측정시 상기 낙하체보다 먼저 낙하하도록 상기 낙하체의 무게보다 무거운 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the second container is heavier than the weight of the drop body so that the second container falls before the drop body when the viscosity of the fluid is measured.
상기 제2용기는 낙하하거나 상기 낙하체를 들어올리는 동안 상기 유체를 통과시키도록 적어도 일부가 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the second container is at least partially opened to allow the fluid to pass while the second container is falling or lifting the drop body.
상기 걸림부는 상기 제2용기의 하단으로 갈수록 단면적이 점점 좁아져 형성되는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the engaging portion is formed so that a cross-sectional area thereof becomes gradually narrower toward a lower end of the second container.
상기 낙하체는 상기 빛의 투과도에 주는 영향을 줄이고 상기 유체의 부식성에 영향을 받지 않도록 투명한 석영(Quartz) 또는 알루미나(Al2O3)로 형성되는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the drop body is formed of transparent quartz or alumina (Al 2 O 3 ) so as to reduce the influence on the transmittance of the light and not to be affected by the corrosiveness of the fluid.
상기 유체의 점도 측정에 영향을 미치는 대기중 산소 및 수증기와 접촉되지 않고, 고온에서 상기 유체의 점도를 측정하도록 전기로가 장착된 아르곤 분위기의 글로브박스 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 점도 측정장치.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Is installed inside a glove box of an argon atmosphere equipped with an electric furnace so as to measure the viscosity of the fluid at a high temperature without being in contact with atmospheric oxygen and water vapor affecting the viscosity measurement of the fluid.
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