KR101458320B1 - 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

종말침강속도를 이용한 점도 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 미세 입자들을 점도를 측정하고자 하는 유체에 고르게 분산시킨 다음 일정시간 자유낙하시킨 후에 그 이동거리를 측정하여 종말침강속도를 구함으로써 유체의 점도를 산출할 수 있는 종말속도를 이용한 점도 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.
아울러 본 발명에 의한 상기 점도 측정장치가 소규모로서 구조가 간단하므로 제작비용 및 유지관리비용을 절감할 수 있으며, 유체가 사용되는 기계, 전자 및 화학 등 다양한 분야에서 정밀한 점도측정이 필요한 경우에 사용될 수 있으며, 특히 혈액이나 합성유의 점도측정에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

종말침강속도를 이용한 점도 측정장치 및 측정방법{Viscometer using Terminal setting velocity and Method of measuring viscosity}
본 발명은 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 미세 입자들을 점도를 측정하고자 하는 유체에 고르게 분산시킨 다음 일정시간 자유낙하시킨 후에 그 이동거리를 측정하여 종말침강속도를 구함으로써 유체의 점도를 산출할 수 있는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
유체(流體) 내에는 유체가 흐를 때 유동에 저항하는 성질을 가지고 있는데, 이를 점성(viscosity)이라고 하며, 모든 유체는 점성을 가지고 있다. 즉, 유체가 흐르고 있을 때, 유체 내의 각 층 사이 또는 유체와 고체 사이에서 분자간의 잡아당기는 힘에 의해 서로 운동을 막으려고 하는 힘이 작용하는 데, 이러한 성질이 점성이다.
이러한 점성의 크기를 점성계수 또는 점도라고 하고, 보통 액체의 점도는 온도와 압력에 따라 다른데, 액체의 경우에는 온도가 높아지면 점도는 감소하고 압력이 증가하면 점도는 증가한다.
점도계(viscometer)는 액체의 점도를 측정하는 기기로서, 현재 많이 사용되는 종류로는 모세관 점도계, 회전식 점도계, 낙구식(落球式) 점도계 등이 있다. 이러한 점도계의 측정원리 및 기능을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
회전식 점도계는 운동 중인 액체가 원통 혹은 원판에 미치는 저항력을 측정하여 액체의 점도를 측정하는 기기로서, 중간 전단률 영역의 점도를 측정하는 데에는 적합하나, 영전단율 점도를 측정하는 데는 부적합하다. 낙구식 점도계는 액체 중에서 낙하하는 구의 종말침강속도(terminal settling velocity)를 측정하여 점도를 측정하는 기기로서, 전단률이 낮은 영역의 점도 측정에 적합하다. 마지막으로 모세관 점도계는 정상 유동상태인 액체의 질량유량과 압력 강하량을 측정한 후에 포이셀(Poiseille) 법칙을 이용하여 점도를 측정하는 기기로서, 액체가 시간에 따라 변화하지 않고 일정한 상태를 유지하는 정상상태에서 측정이 이루어지는 장치이나, 다양한 전단률에 걸친 점도를 측정하는 다변화 환경에서는 오차발생의 우려가 있으므로 측정환경을 최대한 일정하게 유지해야 된다. 따라서 모세관점도계는 별도로 압력원을 설치하여 일정한 압력 하에서의 점도측정이 이루어지도록 하고 있다.
한편, 종말침강속도는 액체나 기체 등의 유체 내에서 입자가 중력에 의해 가속될 때 입자에 가해지는 항력(drag force)이 중력과 같아질 때까지 가속되어, 궁극적으로 유체 내의 입자가 도달할 수 있는 최대 속도를 말한다. 이를 이용한 점도 계측에 관한 장치로서는 [도 1]과 같은 형태의 낙구식 점도계(falling-ball viscometer)가 잘 알려져 있으나, 종말침강속도가 매우 빠르므로 이를 이용할 경우에는 점도 측정장치의 대형화가 불가피할 수밖에 없어 단점으로 작용한다.
따라서 이러한 상황에서는 제한적인 측정장치의 크기로 인해 매우 짧은 시간에 측정이 이루어지게 되므로 이로 인한 오차도 매우 클 수 있으며, 아울러 정확한 종말침강속도의 계측에 한계를 가질 수 있다. 이러한 문제로 인해 통상적으로 낙구식 점도계는 최소 5%의 오차를 가진다고 알려져 있다.
한편, 유체의 점도를 측정하는 장치 및 점도 측정방법에 관한 종래기술로서, 공개특허공보 10-2010-0081526호(2010. 7. 15.)에는 [도 2] 및 [도 3]에 나타난 바와 같이, 점도 측정장치(1000)는 크게 압전소자 센서(100), 분석부(200) 및 표시부(300)를 포함한다. 구체적으로 압전소자 센서(100)는 관형 부재(110)내에 배치되고 지지 부재(120)에 의하여 고정된다. 또한 압전소자 센서(100)는 시료와 접촉하는 부재로서, 다양한 형태 및 소재를 포함할 수 있는데, 즉 압전 성질이 있는 다양한 재료를 이용할 수 있고, 수정 결정 미소저울(quartz crystal microbalance : QCM)이 이용되고 있다.
분석부(200)는 압전소자 센서(100)에 소정의 주파수를 갖는 전기적 신호를 공급하는데, 이는 전기적 신호를 공급하도록 전원을 포함하거나 별도의 전원 공급부에 연결되는 구조일 수 있으며, 압전소자 센서(100)로부터 출력되는 신호를 검출한 후에 검출한 신호를 바탕으로 수식 및 데이터를 이용하여 시료의 점도를 측정한다. 표시부(300)는 분석부(200)에서 검출 및 측정한 시료의 점도를 사용자가 알 수 있도록 수치, 그래프, 도형 등을 이용하여 표시할 수 있다. 그러나 상기 점도 측정장치는 압전소자 센서에 의한 주파수 차이를 이용하여 점도를 측정하는 것으로서, 본원 발명과 센서의 종류가 상이할 뿐만 아니라 상기 방법으로 점도를 측정하려면 장치가 대형화되고, 유체의 정확한 점도를 측정하기 위해서는 여러 번 반복 측정을 하여야 하는 문제가 있으므로 유체의 점도를 정밀하게 측정하는데 한계가 있다.
따라서 유체의 점도를 간편하고 정밀하게 측정할 수 있는 기술개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 점도 측정장치는 소규모로서 구조가 간단하여 유체의 점도를 간단하고 정밀하게 측정할 수 있는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치 및 그 방법의 제공을 그 과제로 한다.
본 발명은 점도를 알고자 하는 유체(50)가 담겨져 중력방향으로 세워지는 실린더(10); 상기 유체(50) 내에 균일하게 분산되는 미세 입자들(20); 광(光)강도를 이용하여 상기 미세 입자들(20)의 종말침강속도를 산출하기 위한 상부 광학센서(30) 및 하부 광학센서(40); 상기 미세 입자들(20)을 부유하도록 가진(加振)할 수 있는 초음파 진동자(60)를 포함하여 이루어지며, 다음 식에 의하여 상기 유체(50)의 점도를 산출하는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치를 제공한다.
Figure 112013078868746-pat00001
(위 식에서 V TS 는 종말침강속도, Pp는 입자의 밀도, Pg는 유체의 밀도, d는 입자의 직경, g는 중력가속도, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
또한 본 발명은 상기 상부 광학센서(30) 및 하부 광학센서(40)가 좌,우측에 각각 투광부(30′)(40′) 및 수광부(30″)(40″)가 형성되는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 미세 입자들(20)이 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 중에서 선택된 어느 하나인 것이고, 상기 유체(50)는 혈액 또는 합성유인 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유체(50)와 미세 입자들(20)이 다음 식으로 표시되는 레이놀즈 수(Reynolds Number, Re)가 1보다 작은 스톡스(Stokes′) 영역에서 적용되는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치를 제공한다.
Figure 112013078868746-pat00002
(위 식에서 Pg는 유체의 밀도, V는 유동의 평균속도, d는 입자의 직경, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
또한 본 발명은 중력방향으로 세워지는 실린더(10)에 점도를 알고자 하는 유체(50)를 공급하여 상기 실린더(10)의 상부까지 채우는 유체 공급단계; 상기 유체(50)의 상부에 미세 입자들(20)을 공급하는 미세 입자 공급단계; 상기 유체(50)의 상부에 공급된 상기 미세 입자들(20)이 균일하게 분산되도록 초음파 진동자(60)를 작동시켜 가진(加振)시키는 가진단계; 상기 초음파 진동자(60)의 작동을 정지시켜 상기 유체(50)에 균일하게 분산된 상기 미세 입자들(50)을 자연낙하로써 침강시키는 침강단계; 상기 미세 입자들(60)이 상기 상부 광학센서(30)와 하부 광학센서(40) 사이의 이동시간을 광 강도를 이용하여 측정함으로써 종말침강속도를 산출한 후에 다음 식에 의하여 상기 유체(50)의 점도를 산출하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점도 측정방법을 제공한다.
Figure 112013078868746-pat00003
(위 식에서 V TS 는 종말침강속도, Pp는 입자의 밀도, Pg는 유체의 밀도, d는 입자의 직경, g는 중력가속도, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
기타 본 발명의 구현 예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어있다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 점도 측정장치가 소규모로서 구조가 간단하므로 제작비용 및 유지관리비용을 절감할 수 있다.
둘째, 유체가 사용되는 기계, 전자 및 화학 등 다양한 분야에서 정밀한 점도측정이 필요한 경우에 사용될 수 있으며, 특히 혈액이나 합성유의 점도측정에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 낙구식 점도계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래기술에 의한 점도 측정장치의 구성을 블록으로 도시한 도면이다.
도 3은 종래기술에 의한 점도 측정장치의 구성 중 압전소자를 도시한 도면이다.
도 4는 입자의 직경 변화에 따른 종말침강속도 변화의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 레이놀즈 수에 따른 항력계수의 변화 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의한 점도 측정장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 점도 측정장치의 상부 및 하부 광학센서에서 각각 얻은 신호를 나타내는 도면이다.
상기와 같은 과제의 해결수단 및 효과를 제공하는 본 발명을 이하에서 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 유체, 특히 액체 내에서 낙하하는 고체인 입자에 작용하는 외부 힘은 입자의 질량에 의한 중력(weight)과 유체의 점도에 의한 항력(drag force)이 있으며, 뉴턴의 제 2운동법칙에 의하면 그밖에 입자의 질량과 가속도의 곱으로 나타나는 관성력(inertia force)이 있다. 뉴턴의 제2운동법칙에 의해, 외부 힘의 합이 0이면 가속도는 역시 0이며, 따라서 더 이상의 가속이 없이 속도는 일정하게 유지될 수 있으며, 이를 종말침강속도라 한다.
또한 외부 힘 중에서 중력(
Figure 112013078868746-pat00004
)은 입자의 질량(
Figure 112013078868746-pat00005
)과 중력가속도(
Figure 112013078868746-pat00006
)의 곱으로 나타나므로, 이는 입자 직경(
Figure 112013078868746-pat00007
)의 3승에 비례하는 형태로 나타나며, 반면에 유체에 의한 항력(
Figure 112013078868746-pat00008
)은 일반적으로 항력계수(
Figure 112013078868746-pat00009
)와 직경의 제곱 및 속도(
Figure 112013078868746-pat00010
)의 제곱에 비례하는 형태로 나타낼 수 있으며, 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112013078868746-pat00011
(상기 식에서 Pp와 Pg는 각각 입자의 밀도와 유체의 밀도를 의미)
한편, 일반적으로 항력을 결정하기 위한 항력계수(
Figure 112013078868746-pat00012
)는 입자의 레이놀즈 수(Reynolds Number, Re)에 따라 구분되는데, Re < 1일 때는 항상 층류로서 스톡스(Stokes') 영역이라고 하며, 1 < Re < 1,000 에서는 천이영역, Re > 1,000 이면 뉴턴영역으로 구분하여 정의될 수 있다.
우선, 본 발명은 Re < 1 인 Stoke's 영역에서 적용되며, 항력계수(CD)는 레이놀즈 수(
Figure 112013078868746-pat00013
)에 반비례하여 다음 식과 같이 결정되며, 위에서 는 유체의 점도를 의미한다.
Figure 112013078868746-pat00014
두 번째인 천이영역에서 항력계수(
Figure 112013078868746-pat00015
)는 다음과 같은 경험식(empirical relation)에 의해서 레이놀즈 수와의 관계가 결정된다.
Figure 112013078868746-pat00016

세 번째인 뉴턴영역에서는 항력계수(
Figure 112013078868746-pat00017
)는 0.44 정도의 균일한 값을 나타내고, 각각의 영역에 대한 항력을 정의하고 중력과 같다고 두면, 거기에서 얻어지는 입자의 속도가 바로 종말침강속도로 결정된다.
이상에서 언급한 내용을 바탕으로 구체적인 계산을 수행하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있는데, 우선, 혈액과 같은 유체와 실리카(SiO2) 입자에 대하여 계산하는 경우 몇 가지 변수를 정리하고 그 결과를 그래프로 나타내면 [도 4] 및 [도 5]와 같다. 위의 경우는 이미 알고 있는 유체의 점도를 이용하여 종말침강속도를 계산한 것이다.
o 혈액의 밀도 : 1,060 ㎏/m3,
혈액의 점도 : 3.5 x 10-3 Pa·s,
실리카 입자의 밀도 : 2,650 ㎏/m3,
실리카 입자의 직경 : 0.1 ~ 20㎜
혈액 속을 실리카 입자가 침강하는 경우 상기 실리카 입자의 직경 변화에 따른 종말침강속도의 변화를 보면, [도 4]에서 볼 수 있듯이, 10㎜와 5㎜의 입자를 자연낙하시키는 경우에 종말침강속도는 각각 67㎝/s, 44㎝/s에 이르게 되어 그 속도가 매우 빠르므로 이는 점도 측정장치의 대형화가 불가피해지는 단점이 될 수 있다.
이러한 종래기술인 낙구식 점도계의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 형태의 점도 측정장치를 안출하였으며, 본 발명의 구성 및 작용을 이하 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 비교적 입자의 직경이 큰 1㎝ 이상인 하나의 단일 입자를 유체 내부에서 낙하시킬 경우, 종말침강속도에 이르는 도달거리가 매우 크기 때문에 실제로 종말침강속도를 정확히 측정하기가 쉽지 않다는 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 직경이 10㎛ 정도인 다수의 미세입자를 이용하며 속도계측은 광학적인 방법을 사용하기로 한다. 이때 사용되는 상기 미세 입자들의 종류로서는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 유체의 종류로서는 점도를 알고자 하는 액체면 어느 것이나 적용할 수 있으나, 그 중에서도 특히, 혈액이나 합성유의 점도를 측정하고자 할 때 매우 유용하다.
상기 계산 예에서 주어진 것과 같이 혈액 속을 실리카 입자가 침강하는 경우에는 200㎛ 정도의 입자까지는 [도 5]의 좌측에 직선구간으로 나타난 Re < 1인 스톡스(Stokes) 영역에 해당하기 때문에 종말침강속도에 도달하는 시간과 거리가 매우 빠르며 짧다. 예를 들면, 10㎛ 입자의 경우에는 종말침강속도 및 종말침강속도에 도달하는 시간이 각각 2.5×10-5 m/s, 7.7×10-6 sec로 계산되었다. 이는 입자의 크기가 작을수록 중력의 영향보다는 유체의 점성에 의한 마찰력의 영향이 커짐을 보여주는 것이다.
나아가 예를 들었던 10㎛를 계속해서 생각해보면, 종말침강속도에 도달하는 시간이 매우 짧기 때문에 초기상태에서 600초 이후에 도달한 거리를 단순히 종말침강속도에 시간을 곱하면 15㎜로 계산할 수 있다. 즉, 처음 7.7×10-6초까지만 입자의 속도가 0에서 2.5×10-5 m/s로 증가되었고, 이후 600초까지는 종말침강속도가 2.5×10-5 m/s로 유지됨을 알 수 있다.
따라서 스톡스 영역 내에서는 종말침강속도에 이르는 시간이 매우 작으므로 가시적으로 확인할 수 있는 전체 이동구간 대부분에서 종말침강속도를 가진다고 보아도 오차가 거의 없음을 알 수 있다.
본 발명에서는 직경이 10㎛ 수준인 다수의 미세입자를 점도를 측정하고자 하는 유체에 고르게 분산시킨 다음 일정 시간동안 자유낙하시키고 그 이동거리를 측정하여 종말침강속도를 구하거나, 혹은 정해진 이동(낙하) 거리까지 입자가 도달하는 시간을 측정하여 종말침강속도를 구할 수 있다.
직경이 10㎛ 수준인 다수의 미세입자의 이동은 [도 6]에 나타난 바와 같이 광(光)의 감쇄(減殺)를 이용하여 측정하고자 한다. 즉, 유체 내에 입자가 있을 때와 없을 때의 광 산란 및 소멸에 의해 광 강도가 달라지는 현상을 이용하면, [도 7]에 나타난 바와 같은 신호를 얻게 되며, 이를 이용하여 시간을 측정하여 도달거리와의 관계에서 종말침강속도를 알 수 있으며, 얻어진 종말침강속도는 다수의 점도에 대하여 미리 계산된 속도와 비교하여 유체의 점도를 산출하게 된다.
구체적으로 본 발명에 의한 점도 측정장치는 [도 6]에서 보인 바와 같이 점도를 알고자 하는 유체(50), 상기 유체가 담겨져 중력방향으로 세워지는 실린더(10), 상기 유체 내에서 자연낙하하는 미세입자들(20), 상기 미세입자들을 균일하게 유체 내에서 부유시킬 수 있도록 가진(加振)시키는 초음파 진동자(60), 상기 미세입자들의 이동을 감지하여 궁극적으로 종말침강속도를 산출할 수 있는 투과형의 상부 및 하부 광학센서(30)(40), 상기 상부 및 하부 광학센서(30)(40)의 좌,우측에 각각 형성되는 투광부(30′)(40′) 및 수광부(30″)(40″)를 포함하여 구성될 수 있다.
[도 7]의 그래프는 상부 및 하부 광학센서(30)(40)의 수광부(30″)(40″)에서 각각 측정된 광 강도 신호를 보여주는 것으로서, 초음파 진동자(60)의 작동을 멈추면 미세입자들은 침강을 시작하여 그에 따라 광 강도의 증가가 나타나기 시작한다. 하부 광학센서(40)의 수광부(40″)에는 상부 및 하부 광학센서 사이의 거리에 비례하여 일정시간이 경과한 후에 미세 입자의 침강으로 말미암아 광 강도의 증가가 나타난다. 즉, 앞서의 계산 예에 의하면 10㎛ 미세입자간의 영향을 배제한 경우 1.5㎝ 이동에 600초가 소요되는 것으로 나타났다.
이와 같이 알고 있는 도달 거리에 대하여 도달 시간이 측정되면, 두 값을 나누어 미세 입자의 종말침강속도(VTS)가 구해지는데, 종말침강속도의 정의에 의해 미세 입자에 작용하는 중력은 마찰력과 같으며, 스톡스 영역에서 마찰력 및 종말침강속도(VTS)는 다음 식과 같다.
Figure 112013078868746-pat00018
Figure 112013078868746-pat00019
따라서 상기 식으로부터 유체의 점도(μ)를 계산할 수 있으며, 다수의 보정실험을 거쳐 신뢰성이 매우 큰 장치를 제작할 수 있다.
이하, 전술한 바와 같이 구성된 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치에 대한 작동예를 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
<실시예>
어떤 액체의 점도를 알기 위하여 상기 액체를 [도 6]과 같은 점도 측정장치의 실린더(10) 상부에 투입하여 상기 실린더의 상부까지 채웠다. 이어서 상기 실린더(10)의 하부 중앙에 설치된 초음파 진동자(60)를 작동시켜 가진(加振)하면서 직경이 10㎛인 구형 실리카 입자들(20)을 상기 액체의 상부에 다수 투입함으로써 상기 입자들을 고르게 분산시켰다. 계속하여 상기 초음파 진동자(60)의 작동을 멈추고, 상기 실리카 입자들(20)을 상기 유체 속으로 자연낙하시켜 상기 실린더(10)의 하부로 침강시킨 결과, 상부 광학센서(30)로부터 하부 광학센서(40)까지 도달하는 낙하시간은 565.3초로 측정되었다.
- 주어진 정보
o 실리카 입자 밀도 2650㎏/m3, 액체 밀도 1000㎏/m3, 중력가속도 9.81 m/s2, 상부 및 하부 광학센서 간의 수직거리 50㎜
<측정 결과>
Figure 112013078868746-pat00020
Figure 112013078868746-pat00021

따라서 상기 액체의 점도는
Figure 112013078868746-pat00022
로 결정된다.
한편, 본 발명에 의한 종말침강속도를 이용한 점도 측정방법에 대하여 이하에서 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 의한 종말침강속도를 이용한 점도 측정방법은 중력방향으로 세워지는 실린더(10)에 점도를 알고자 하는 유체(50)를 공급하여 상기 실린더(10)의 상부까지 채우는 유체 공급단계; 상기 유체(50)의 상부에 미세 입자들(20)을 공급하는 미세 입자 공급단계; 상기 유체(50)의 상부에 공급된 상기 미세 입자들(20)이 균일하게 분산되도록 초음파 진동자(60)를 작동시켜 가진(加振)시키는 가진단계; 상기 초음파 진동자(60)의 작동을 정지시켜 상기 유체(50)에 균일하게 분산된 상기 미세 입자들(50)을 자연낙하로써 침강시키는 침강단계; 상기 미세 입자들(60)이 상기 상부 광학센서(30)와 하부 광학센서(40) 사이의 이동시간을 광 강도를 이용하여 측정함으로써 종말침강속도를 산출한 후에 다음 식에 의하여 상기 유체(50)의 점도를 산출하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013078868746-pat00023
(위 식에서 VTS는 종말침강속도, Pp는 입자의 밀도, Pg는 유체의 밀도, d는 입자의 직경, g는 중력가속도, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
상기 측정단계 중에서 상기 미세 입자들(20)이 상부 광학센서(30) 및 하부 광학센서(40)의 사이의 이동시간은 수광부(30″)(40″)를 통하여 얻어지는 광 강도를 이용하여 측정할 수 있다. 이때 상기 미세 입자들(20)은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, 상기 유체(50)의 종류로서는 점도를 알고자 하는 액체면 어느 것이나 적용할 수 있으나, 그 중에서도 특히, 혈액이나 합성유의 점도를 측정하고자 할 때 매우 유용하다.
또한 상기 유체(50)와 미세 입자들(20)은 다음 식으로 표시되는 레이놀즈 수(Reynolds Number, Re)가 1보다 작은 스톡스(Stokes′) 영역에서 적용되는 된다.
Figure 112013078868746-pat00024
(위 식에서 Pg는 유체의 밀도, V는 유동의 평균속도, d는 입자의 직경, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
본 발명은 상기와 같이 실시예에 한하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양하게 실시할 수 있음은 물론이다.
10 : 실린더 20 : 미세 입자들
30 : 상부 광학센서 30′ : 투광부
30″ : 수광부 40 : 하부 광학센서
40′ : 투광부 40″ : 수광부
50 : 유체 60 : 초음파 진동자

Claims (10)

  1. 점도를 알고자 하는 유체(50)가 담겨져 중력방향으로 세워지는 실린더(10);
    상기 유체(50) 내에 균일하게 분산되는 미세 입자들(20);
    광(光)강도를 이용하여 상기 미세 입자들(20)의 종말침강속도를 산출하기 위한 상부 광학센서(30) 및 하부 광학센서(40);
    상기 미세 입자들(20)을 부유하도록 가진(加振)할 수 있는 초음파 진동자(60)를 포함하여 이루어지며, 다음 식에 의하여 상기 유체(50)의 점도를 산출하는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치.
    Figure 112013078868746-pat00025

    (위 식에서 V TS 는 종말침강속도, Pp는 입자의 밀도, Pg는 유체의 밀도, d는 입자의 직경, g는 중력가속도, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 광학센서(30) 및 하부 광학센서(40)는 좌,우측에 각각 투광부(30′)(40′) 및 수광부(30″)(40″)가 형성되는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미세 입자들(20)은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유체(50)와 미세 입자들(20)은 다음 식으로 표시되는 레이놀즈 수(Reynolds Number, Re)가 1보다 작은 스톡스(Stokes') 영역에서 적용되는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치.
    Figure 112013078868746-pat00026

    (위 식에서 Pg는 유체의 밀도, V는 유동의 평균속도, d는 입자의 직경, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유체(50)는 혈액 또는 합성유인 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정장치.
  6. 중력방향으로 세워지는 실린더(10)에 점도를 알고자 하는 유체(50)를 공급하여 상기 실린더(10)의 상부까지 채우는 유체 공급단계;
    상기 유체(50)의 상부에 미세 입자들(20)을 공급하는 미세 입자 공급단계;
    상기 유체(50)의 상부에 공급된 상기 미세 입자들(20)이 균일하게 분산되도록 초음파 진동자(60)를 작동시켜 가진(加振)시키는 가진단계;
    상기 초음파 진동자(60)의 작동을 정지시켜 상기 유체(50)에 균일하게 분산된 상기 미세 입자들(50)을 자연낙하로써 침강시키는 침강단계;
    상기 미세 입자들(60)이 상기 상부 광학센서(30)와 하부 광학센서(40) 사이의 이동시간을 광 강도를 이용하여 측정함으로써 종말침강속도를 산출한 후에 상기 유체(50)의 점도를 다음 식에 의하여 상기 유체(50)의 점도를 산출하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점도 측정방법.
    Figure 112013078868746-pat00027

    (위 식에서 V TS 는 종말침강속도, Pp는 입자의 밀도, Pg는 유체의 밀도, d는 입자의 직경, g는 중력가속도, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정단계 중 상기 미세 입자들(60)이 상부 광학센서(30) 및 하부 광학센서(40)의 이동시간은 수광부(30″)(40″)를 통하여 얻어지는 광 강도를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미세 입자들(20)은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유체(50)와 미세 입자들(20)은 다음 식으로 표시되는 레이놀즈 수(Reynolds Number, Re)가 1보다 작은 스톡스(Stokes') 영역에서 적용되는 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정방법.
    Figure 112013078868746-pat00028

    (위 식에서 Pg는 유체의 밀도, V는 유동의 평균속도, d는 입자의 직경, μ는 유체의 점도를 각각 의미)
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유체(50)는 혈액 또는 합성유인 것을 특징으로 하는 종말침강속도를 이용한 점도 측정방법.


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