KR890001980B1 - 음차진동 점도계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

음차진동 점도계

제1도는 일부를 절결한 단면을 도시하는 본 발명의 본 발명의 점도계의 측면도.

제2도는 제1도에 도시된 캐리어장치를 분해하여 도해하는 측면도.

제3도는 제1도에 도시된 바이브레이터서브 어샘블리의 측면도.

제4도는 샘플 용기내에 있어서의 센서플 레이트, 온도계 및 레벨지표핀의 상대적인 배치관계를 설명하는 평면도.

제5도는 3개의 샘플에 있어서의 점도와 온도의 관계를 설명하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프레임측 2 : 지지블럭

3 : 지지컬럼 4 : 바이브레이터서브 어샘블리

5 : 리이프 스프링 6 : 나사

7 : 고정쇠 8 : 중간플레이트

9 : 센서플리트 10 : 나사

11 : 디스크형상 12 : 전자코일

13 : 영구자석 14 : 변위센서

16 : 단자쇠 17 : 리드선

20 : 온도계 21 : 온도프로브

23 : 리드선 30 : 바깥나사

31 : 조정너트 32 : 캐리어장치

33 : 샘플용기 38 : 플랜지

39 : 클램프쇠

본 발명은 진동점도계에 관한 것으로 상세히 말하면 샘플내에서 진동하는 음차상(音次狀)부재를 구비하고, 그 부재가 샘플에 의해서 받는 점성(粘性)저항을 그 부재의 진폭을 측정하므로써 검출하는 진동점도계에 관한 것이다.

1986년 7월 29일에 발행된 본 발명자들에 의한 "점도측정기"로 명칭을 붙인 미합중국 특허 NO. 4, 602, 505(대응유럽 특허공개NO. 112156)은 종래의 단일진동부재형 점도계를 대신하는 새로운 사상의 음차상 진동부재를 사용하는 점도계를 제안하있다. 단일진동부재형 점도계를 대신하는 새로운 사상의 음차상 진동부재를 사용하는 점도계를 제안하고 있다. 단일진동부재형 점도계에 있어서는 진동부재의 진동에 의한 반작용이 그 진동부재의 지지부분에 발생하기 때문에 그 진동부재의 진폭치에 변동을 초래하고그 결과 높은 측정밀도를 얻을 수가 없다. 이것에 대하여 새로운 음차진동점도계에서는 한쌍의 진동부재를 가지고 그들 진도부재는 서로 반대위상의 관계를 가지고 구동되므로 그 1쌍의 진동부재는 공진상태에 놓여지고, 그 진동에 위한 지지부분의 만작용은 거의 발생하지 않으나, 무시할 수 있는 정도로 경감할 수가 있고, 그것으로 측정밀도의대폭적인 개선을 실현한 것이다.

높은 측정밀도를 구하기 위한 연구가 계속되어 새로운 음차진동점도계에 있어서도 여러가지의 개선의 필요가 있음을 알게 되었다.

그 하나는 다름 형식의 점도계도 동일하나, 점도와 온도와의 상대적인 관계를 명확히 하기 위하여 샘플의 온도를 신속하고 정확히 측정하는 것이다. 다른 또하나는 샘플 내에 삽입되는 진동부재의 샘플내에서의 길이의 차에 따라 점도측정장치가 달라지기 때문에 그 길이를 일정하게 유지하는 일이다. 그러나 마찬가지로 개선의 여지는 남아 있고,그들은 예를 들면 진동부재의 구조설계나 진동부재의 지지방법에까지 미치고 있으나, 현재에 있어서는 거의 모든 문제가 해결되어 새로운 음차진동점도계의 보급이 개시되고 있는 단계에 와 있다.

본 발명의 목적은 샘플의 온도와 온도의 상대적인 관계를 분명히 하기 위하여 그 샘플의 점도와 함께 샘플의 온도를 신속하고 정확히 연속측정이 가능한 온도계가 달린 음차진동점도계를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 한쌍의 진동부재가 샘플내에 삽입되는 동시에 그 샘플 내에 온도계가 삽입되고, 상기 한쌍의 진동부재와 온도계의 샘플내에 있어서의 침입길이가 동시에 조절가능한 음차진동점도계를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면 음차바이브레이터를 구성하는 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리는 측정할 샘플내에 삽입되는 엷은 금속판으로 구성되는 센서플레이트를 그 자유단에 각각 가지고 있고, 이들의 센서플레이트와 함께 서로 반대위상의 동일주파수에 의하여 구동되고, 상기 센서플레이트가 상기 샘플로부터 받은 점성저항에 의하여 변화하는 상기 바이브레이터서브 어샘블리의 진폭을 전기적으로 검출하는 검출기가 설치되고, 또한편 상기 한쌍의 센서플레이트의 중간에는 온도계 프로브가 설치되어 있어서 이 온도계 프로브가 상기 한쌍의 센서플레이트와 함께 상기 샘플내에 삽입되어 상기 샘플의 점도와 함께 온도를 동시에 측정하는 진동 접도계를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면 샘플의 점도와 온도를 동시에 측정하는 점도계로서, 베이스프레임에 단단히 고정된 지지블럭이고, 그 아래쪽에 지지컬럼을 가진 상기 지지블럭에 고정되고 그 지지블럭으로부터 아래쪽으로 연장되고, 또 상기 지지컬럼의 서로 반대쪽에 배치된 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리를 포함하는 음차바이브레이터수단으로서, 각 바이브레이터서브 어샘블리는 그 자유단에 상기 측정할 샘플내에 삽입되는 센서플레이트를 가지는 것과 상기 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리를 동일한 구동 주파수로 서로 반대위상하에서 구동하는 수단과, 상기 샘플내에 삽입된 상기 센서플레이트가 받는 점성저항에 의하여 변화하는 상기 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리의 진폭을 검출하고, 그 진폭을 나타내는 전기신호를 변환하는 검출기와, 상기 지지컬럼의 하단에 고정되고, 상기 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리의 센서플레이트의 중간위치에서 그들 센서플레이트가 분포하는 가상수직면과 동일한 수직면내에 정렬되고, 상기 센서플레이트와 함께 상기 샘플내에 삽입되는 프로브를 가지는 온도계를 구비하고, 상기 샘플의 온도변화에 따르는 그 샘플의 점도의 변화를 연속적으로 측정할 수 있는 점도계를 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 지지칼럼의 하단부에는 샘플용기를 지지하는 캐리어장치가 설치되고, 이캐리어장치에 샘플용기가 착탈할 수 있도록 장치되고 있으나, 상기 캐리어장치는 상기 샘플용기가 상기 지지컬럼에 대하여 승강이 자유로이 그 지지컬럼의 축방향으로 미끄럼움직일 수 있도록 설치되어 있다. 이 경우에 상기 지지컬럼은 그 단부로부터 아래쪽으로 연장된 레벨지표핀이 있고, 상기 캐리어장치는 상기 지포핀의 단부가 샘플용기내의 샘플표면과 일치되도록 상기 지지컬럼에 대한 축방향의 높이를 조절하는 수단을 포함하고 있다.

이로인해 한쌍의 센서플레이트와 온도계 프로브는 각각 샘플내에 예정된 깊이만큼만 삽입되어 언제나 안정된 측정을 가능하게 한다.

다음에 도면을 참조하여 그 바람직한 실시예를 설명한다.

제1도를 참조하면 본 발명에 의한 진동점도계는 베이스(도시생략)에서 연장되는 프레임축(1)에 단단히 고정된 강도가 높은 재료로 구성되는 중공의 지지블럭(2)을 구비하고 이 지지블럭(2)은 아래쪽으로 연장되는 지지컬럼(3)을 가지고 있다. 지지블럭(2)의 하단부에는 음차상바이브레이터를 구성하는 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리(4)가 고정되고, 이들의 바이브레이터서브 어샘블리(4)는 그 지지블럭으로(2)으로부터 아래쪽으로 연장되고, 또 지지컬럼(3)의 서로 반대측의 위치를 점유하고 있다. 각 바이브레이터서브 어샘블리(4)는 그 일다부가 고정식(7)를 개재하여 나사(6)에 의하여 지지블럭(2)에 고정된 리이프스프링(5)과 이 리이프스프링(5)의 타단부에 단단히 부착된 긴 중간 플레이트(8)와 이 중간플레이트(8)의 단부에 나사 (10)에 의하여 고정된 센세플레이트(9)를 포함한다. 리이프스프링(5)은 탄성이 높은 스프링강철로 된 것이 좋고, 또 중간 플레이트(8)는 예를 들면 알루미늄와같이 비교적 강성을 가지면서도 가벼운 재료로 제작되는 것이 좋다.

센서플레이트(9)는 예를 들면 두께 0.2mm정도의 엷고 평평한 내약품성의 스테인레스강철로 제작되면 좋고, 이 센서플레이트의 자유단은 예를 들면 직경 20mm정도의 디스크형(11)으로 형성되어 있다.

각 바이브레이터서브 어샘블리(4)는 다른쪽의 바이브레이터서브 어샘블리와 대칭적으로 배치되고 있고, 각각 지지컬럼(3)에 부착된 한쌍의 전자코일(12)와 함께 움직이는 영구자석(13)을 중간플레이트(8)위에 가지고 있다. 각 전자코일(12)과 영구자석(13)과의 조합은 각각 대응하는 바이브레이터서브 어샘블리(4)를 진동시키는 구동장치로서 동작하고, 그것에 의하여 1쌍의 바이브레이터 어샘블리(4)는 동일주파수하에서 서로 반대위상, 즉180도의 위상차를 가지고 진동한다. 바람직한 예에 의하면 구동주파수는 30HZ이고, 후에 설명하는 빈위센서(14)의 부착위치에 있어서의 무부하시의 한쪽진폭은 200미크론이다.

한쌍의 센서플레이트(9)는 동일한 가상수직면내에 분포하고 있고, 이결과 그들이 상이한 가상수직면에 분포하는 경우에 발생하는 지지블럭(2)에 있어서의 비틀림반작용을 피할 수 있다. 각 전자코일(12)과 영구자석(13)과의 상대적인 배치는 반전시켜도 좋으나 도면에 도시된 예와 같이 전자코일(12)을 지지컬럼(3)측에 설치하면 그 코일(12)의 리드선(15)을 지지컬럼(3)내를 통해서 단자쇠(16)(위쪽)로 안내할 수 있는 점에서 적합하다. 소형이고 저점도의 샘플측정용이면 전자구동장치 대신에 압전구동장치를 사용해도 된다.

지지블럭(2)과 전자코일(12)사이의 지지컬럼(3)에는 바이브레이터서브 어샘블리(4)의 리이프스프링(5)과 대향되도록 변위검출기(14)가 설치되고, 이 변위검출기(14)는 한쪽의 바이브레이터서브 어샘블리(4)의 진폭을 전기신호로 변환한다. 이경우 다른쪽의 바이브레이터서브 어샘블리를 위한 또 하나의 변위검출기가 설치되어도 좋으나 양바이브레이터서브 어샘블리(4)는 실질적으로 동일한 증폭을 나타내므로 그 한쪽만으로 충분하다. 변위검출기(14)는 다음에 설명하는 것과 같이 한쌍의 센서플레이트(9)가 샘플내에 삽입되면 그 점성저항의 변화에 의하여 바이브레이터서브 어샘블리(14)의 진폭에 영향이 발생되기 때문에 이 진폭을 전기적으로 검출하는 것으로, 그 검출치로부터 샘플의 점도를 공지의 방법으로 연산한다. 변위검출기(14)는 예를들면 공지된 비접촉방식의 와전류손(渦電流損)검출형으로 좋으나, 이 공지의 변위 검출기를 사용할 경우에는 이것과 대향되는 리이프스프링(5)을 자성 스프링강철로 형성한다. 와전류손검출형 변위센서 대신 공지의 광학식 변위센서를 사용할 수도 있다. 변위검출기(14)의 리드선(17)도 또 지지컬럼(3)내를 통해서 공통단자쇠(16)로 안내한다.

제3도를 참조하면 바이브레이터서브 어샘블리(4)의 바람직한 설계가 도시되고 있다. 이예는 리이프스프링(5)의 진동중심선 Z-Z상에 바이브레이터서브 어샘블리(4)의 중심(重心)G가 위치결정되는 것을 나타내고 있으나, 이와같이 하면 바이브레이터서브 어샘블리(4)의 진동에 의한 반작용으로서 세로방향분력이 지지블럭(2)에 발생하는 것을 방지 또는 거의 무시할 수 있는 정도로 작게 할 수 있다.

또 이 예는 지지블럭(2)에 대한 리이프스프링(5)의 장치각도를 직각으로 하고, 그 장치시에는 지지블럭(2)의 피장치면을 평활하게하고, 또 장력이 큰 볼트(6)를 사용하는 것을 제안하는 것이다. 이 제안은 진동지점 P와 중심(重心)G와의 사이의 거리 L의 길이를 일정하게 유지하고, 또 시간의 경과에 의한 볼트의 이완에 의하여 초래되는 진동거리 L의 실질적인 변화에 의한 진폭오차의 발생을 방지하기 위하여 효과적이다.

제2도에 있어서, 지지컬럼(3)의 하단에는 총괄적으로 참조부호(20)으로 표시된 온도계가 장치되고 있고, 이 온도계(20)의 시이스들이 프로브(21)가 아래로 연장되어 있다. 이 온도 프로브(21)는 한쌍의 센서플레이트(9)의 중간위치를 점유하고, 또 그들과 동일한 가상의 수직면내에 분포되고 있고, 또 그 하단은 한쌍의 센서플레이트(9)와 거의 동일한 가상수평면내에 분포하고 있다. 온도프로브(21)는 한쌍의 센서플레이트(9)와 동일한 가상수직면내에 정렬되고 있으므로 이들의 센서플레이트사이에 온도프로브(21)가 존재하는 것으로 일어나는 샘플난류의 발생을 방지한다. 온도계(20)는 예를들어 시이스내에 백곰측온(測溫)저항체를 가지는 공지의 것도 좋다. 이 공지의 온도계는 시이스의 기단에 증폭기를 포함하는 회로유니트(22)가 있다 회로 유니트(22)의 리드선(23)은 지지컬럼(3)내를 통과하여 공통단자쇠(16)에 이른다.

지지컬럼(3)의 하단부에는 바깥나사 (30)가 형성되고, 이 바깥나사(30)와 서로 끼워지는 조정너트(31)을 가지는 캐리어장치(32)가 지지컬럼(3)에 장치되어 있다. 캐리어장치(32)는 샘플용기(33)을 착탈할 수 있도록 지지하고, 또 이 샘플용기(33)의 개방면을 패쇄하는 뚜껑의 역활을 한다. 샘플용기(33)는 비이커와 같은 투명유리로 제작되면 편리한다. 이 용기는 개구 가장자리의 주위에 플랜지(34)가 있고, 또 그 속에 들어가는 샘플(35)의 허용량을 표시하는 2줄의 평행선으로 구성되는 지표(36)가 표시되어 있다. 캐리어장치(32)는 샘플용기(33)속에 알맞게 들어가는 평면적인 크기를 갖는 예를들면 단열성이 우수한 합성수지로 된 뚜껑부재(37)를 포함하며 이 뚜껑부재(37)는 플랜지(38)을 가지고 있다. 뚜껑부재(37)에는 공지된 한쌍의 클램프쇠(39)가 설치되고, 이 틀램프쇠(39)를 샘플용기(33)의 플랜지(34)에 걸어결합시키면 캐리어장치(32)에 샘플용기(33)을 장치할 수 있다. 지지컬럼(3)의 바깥나사(30)와 결합하는 조저너트(31)는 뚜껑부재(37)에 대하여 회전할 수 있도록 지지되고 있으나, 이 너트(31)는 하단에 스토퍼(40)가 있고 그 스토퍼(40)에 의하여 축방향으로 이동이 제한된다. 뚜껑부재(37)에는 지지컬럼(3)의 하단부가 통과 할 수 있는 구멍(41)과 한쌍의 센서플레이트(9)가 통과할 수 있고 열확산을 방지하는 한쌍의 가는 슬리트(42)가 형성되어 있다.

보통, 캐리어장치(32)는 지지컬럼(3)의 하단부에 장치되어 있고, 이 캐리어장치(32)에 샘플용기(33)를 착탈가능하게 장치한다.

지지컬럼(3)의 하단에는 2개의 핀(44)이 아래를 향하여 고정되고, 이들핀(44)은 제4도의 도시와 같이 온도프로브(21)의 상호반대측에 있어서, 그 프로브와 센서플레이트(9)와의 사이의 위치를 점하고, 또 그들의 센서플레이트(9)및 온도프로브(21)이 분포하는 가상수직면내에 정렬되어 있다. 핀(44)은 지지컬럼(3)에 대한 샘플용기(33)의 상대적인 높이위치를 정하기 위하여 그 선단이 용기(33)내의 샘플(35)의 바람직한 표면레벨을 표시하는 지지계로서의 역활을 한다. 즉 핀(44)의 선단과 샘플(35)의 표면레벨이 일치하지 않으면 캐리어장치(32)의 조정니트(31)를 회전시켜서 이 캐리어장치(32)와 함께 샘플용기(33)를 지지컬럼(3)에 대하여 축방향으로 움직여서 이로인해 상기와 같은 불일치를 해소한다. 이결과 샘플용기(33)내에 엄밀히 정해진 양의 샘플을 넣는 번거로움을 피하고, 샘플용기(33)에 표시된 2개의 지표라인(36)사이의 허용범위가 다른 양의 샘플을 넣어도 그 샘플내에 센서플레이트(9)와 온도프로브(21)를 항시 일정길이만 삽입이 가능하고, 이들 삽입깊이의 차이에 의한 측정오차를 방지할 수 있다.

제5도는 본 발명에 따라 제작된 진동점도계를 사용하여 공지의 3종류의 교정용 표중액 A, B및 C를 측정한 결과를 표시하는 그래프이고, 이 그래프에서 세로축은 측정점도 (단위 : mpa.s), 가로축은 온도(단위 : ℃)를 표시한다. 상기표준액 A, B및 C는 각각 일본공업규격으로 정해진 JS200, JS100및 JS50이고, 이들의 표준액은 60℃가지 가열한 후 자연냉각시키면서 측정된다.

이와같이 본발명의 점도계에서는 온도변화에 따르는 점도의 변화를 연속적으로 측정할 수 있다. 본 명세서에 잇어서 적절한 실시예의 설명에 의하면 점도 1mpa.s에서 100pa.s의 측정범위내의 유체에 대하여 사용이 가능한 점도계를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 샘플의 점도와 온도를 동시에 측정하는 계기유니트를 가지는 점도계에 있어서 ;상기 계기유니트는, 베이스프레임에 단단히 고정되고, 그 아래쪽에 지지컬럼을 가지는 지지블럭과, 상기 지지블럭에 고정되고, 그 지지블럭으로부터 아래로 연장되고, 또 상기 지지컬럼의 상호반대쪽에 배치된 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리를 포함하는 음차바이브레이터수단과, 그리고 그 각 바이브레이터서브 어샘블리는 그 자유단에 상기 측정을 할 샘플내에 삽입되는 엷고 평평한 센서플레이트를 가지고 있고, 양 센퍼플레이트는 동일한 가상 수직면에 분포하고 있고, 상기 1쌍의 바이브레이터서브 어샘블리를 동일한 구동주파수로 서로 반대위상하에서 구동하는 수단과, 상기 샘플내에 삽입된 상기 센서플레이트가 받는 점성저항에 의하여 변화하는 상기 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리의 진폭을 검출하고, 그 진폭을 표시하는 전기신호로 변환하는 수단과, 상기 지지컬럼의 하단에 고정되고, 상기 한쌍의 바이브레이터서브 어샘블리의 센서플레이트의 중간위치에 있어서 그들의 센서플레이트가 분포하는 가상수직면내에 정렬되고, 그들의 센서플레이트와 함께 상기 샘플내에 삽입되는 프로브를 갖는 온도계를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동점도계.
2. 제1항에 있어서, 상기의 조건이외에 다음의 것, 즉 상기의 측정할 샘플을 수용하는 샘플용기, 이 샘플용기에 든 샘플내에 대한 상기 센서플레이트 및 온도프로브의 침입깊이를 제어하기 위하여 상기 계기유니트와 상기 샘플용기사이의 거리를 상대적으로 조절하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동점도계.
3. 제2항에 있어서, 상기 조절수단은 상기 지지컬럼의 하단부에 있어서 그 축방향으로 이동이 가능하도록 장치된 캐리어장치로서, 상기 샘플용기를 착탈할 수 있도록 지지하고, 상기 샘플용기는 상기 캐리어장치와 함께 상기 지지컬럼의 축방향으로 이동할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 진동점도계.
4. 제3항에 있어서, 상기 캐리어장치는 상기 샘플용기의 뚜껑부재와 이 뚜껑부재에 회전할 수 있도록 지지된 축방향스토퍼가 부족된 조정너트로서, 상기 지지컬럼의 하단부에 형성된 바깥나사와 결합하고, 그 지지컬럼의 축방향으로 이동할 수 있게 된 것과,상기 샘플용기를 지지하기 위하여 상기 뚜껑에 설치된 클램프수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진동점도계.
5. 제2항에 있어서, 상기 이외에 다음의 것 즉, 상기 계기유니트와 상기 샘플용기와의 사이의 상대적인 바람직한 거리를 표시하기 위하여 상기 샘플용기내에 든 샘플의 표면레벨의 위치를 지시하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 진동점도계.
6. 제5항에 있어서, 상기 지지수단은 상기 지지컬럼의 하단에서 아래로 연장되는 2개의 핀으로 구성되고, 이들 핀은 상기 센서플레이트 및 온도프로브가 분포되는 가상수직면내에 있어서 각각의 센서플레이트와 온도프로브와의 사이에 위치라는 것을 특징으로 하는 진동점도계.
7. 제1항에 있어서, 상기 바이브레이터서브 어샘블리의 하나하나는 그 진동중심선상에 그 서브 어샘블리의 중심이 위치결정된 것을 특징으로 하는 진동점도계.
8. 제1항에 있어서, 상기 각 바이브레이터서브 어샘불리는 상기 지지블럭의 평활면에 대하여 놓은 장력을 갖는 볼트에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 진동점도계.

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