TW202012906A - 黏度測量單元以及黏度計 - Google Patents
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Abstract
本發明之黏度測量單元(7)係具備:第一工作台部(33),係具有第一面(33a);第二工作台部(81),係具有第二面(811a),且以與第一面(33a)接近對向的方式旋轉第二面(811a);馬達(71),係具有馬達本體(711)以及軸(713),軸(713)為馬達本體(711)的出力軸且與第二工作台部(81)同步旋轉;固定側構件(75),係可旋轉地支撐軸(713)以及馬達本體(711);以及應變量計單元(74),係固定於固定側構件(75),且於馬達本體(711)相對於固定側構件(75)於第一方向旋轉時抵接施力。
Description
本發明係關於一種黏度測量單元以及黏度計。
已知有一種旋轉黏度計,係依據在試料中於已旋轉的轉子(rotor)所產生的反作用扭矩與已將一端固定於轉子軸之彈簧的扭轉反作用力之間的平衡位置對液體等的試料的黏度進行測量。專利文獻1係揭示相關的技術。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開平9-126981號公報。
(發明所欲解決之課題)
以往的旋轉黏度計一般而言在從轉子的旋轉開始至使平衡位置穩定可進行測量為止約需要數十秒至一分鐘左右。因此,由於進行旋轉的轉子與試料之間的摩擦,會導致產生試料的溫度上昇。因此,以往的旋轉黏度計難以以高精度測量溫度依賴性大的黏度,因而有改善的期望。又,於要求在短時間內測量多數個試料的黏度的試料的製造現場等之中,為了提升效率而有測量的高精度化與測量時間的縮短化的期望。
本發明的目的為提供一種能在短時間內高精度地測量黏度的黏度測量單元以及黏度計。
(用以解決課題之手段)
實施形態之一的黏度測量單元係具備:第一工作台(stage)部,係具有第一面;第二工作台部,係具有第二面,且以與前述第一面接近對向的方式旋轉前述第二面;馬達,係具有馬達本體以及軸,前述軸為前述馬達本體的出力軸且與第二工作台部同步旋轉;固定側構件,係可旋轉地支撐前述軸及前述馬達本體;以及應變量計(strain gauge)單元,係固定於前述固定側構件,且於前述馬達本體相對於前述固定側構件於第一方向旋轉時抵接施力。
其他實施形態的黏度計係具備:黏度測量單元以及控制部;前述黏度測量單元具備:第一工作台部,係具有第一面;第二工作台部,係具有第二面,且以與前述第一面接近對向的方式旋轉前述第二面;馬達,係具有馬達本體以及軸,前述軸為前述馬達本體的出力軸,且前述軸直接或間接的連結於前述第二工作台部而與前述第二工作台部同步旋轉;固定側構件,係可旋轉地支撐前述軸以及前述馬達本體;以及應變量計單元,係固定於前述固定側構件,且於前述馬達本體相對於前述固定側構件於第一方向旋轉時抵接施力;前述控制部係控制前述馬達的動作並且依據從前述應變量計單元輸出的輸出電壓求出黏度。
前述黏度計亦可具有:框體,係支撐前述固定側構件,並於內部收容前述控制部;以及蓋體(cap),係作成能夠裝卸於前述固定側構件,且於安裝狀態下覆蓋前述第二面,並於非安裝狀態下露出前述第二面。前述框體亦能夠握持。前述黏度計亦可具有:記憶部,係記憶前述輸出電壓與前述黏度之間的對應關係;於將測量前述黏度的試料保持在前述第一面與前述第二面之間的狀態下從外部輸入啟動指令時,前述控制部係檢測前述應變量計單元的輸出電壓並依據前述對應關係求出與所檢測的前述輸出電壓對應的黏度,前述應變量計單元的輸出電壓係以在使前述馬達朝與前述第一方向為相反的第二方向旋轉啟動且藉由前述試料的黏性所致的反作用扭矩使前述馬達本體於前述第一方向旋轉而使前述應變量計單元處於抵接施力的狀態下所取得。
(發明功效)
根據前述黏度測量單元以及黏度計,可於短時間高精度地測量黏度。
以下參照圖式對幾個實施形態的黏度計進行說明。首先,主要參照圖1以及圖2說明外觀上的構成。為了方便說明,以圖1以及圖2中用箭頭所顯示的方向來規定上下左右前後的各方向。圖1係顯示實施形態之一的黏度計51的保管時以及測量時進行安裝的測量蓋體3的安裝狀態的立體圖。圖2係顯示從圖1所示的安裝狀態取下測量蓋體3的非安裝狀態的立體圖。
黏度計51係具有:本體部1,係在外觀上於上下方向薄且於前後方向長,且使用者可用手握持。又,本體部1係具有:工作台部2,係在前部中朝向上方且大概呈圓柱狀突出。測量蓋體3係裝卸自如地安裝於工作台部2。安裝構造例如可作成卡榫(bayonet)構造。
測量蓋體3係形成為平底鍋狀,且具有圓形的平底部31以及從平底部31的周圍立起的周壁部32。又,於平底部31形成有朝與周壁部32相同方向圓柱狀地突出的蓋體工作台部33(參照圖4)。
如圖2所示,工作台部2係顯示有蓋體卡合部755,蓋體卡合部755係與設置於測量蓋體3的周壁部32的內面且未圖示的爪卡合。如圖2的箭頭DRa所示,測量蓋體3之往工作台部2的安裝係以將測量蓋體3配合爪與蓋體卡合部755的周方向位置向下壓入後於周方向轉動的方式安裝。
測量蓋體3係於圖1所顯示的安裝狀態中覆蓋測量工作台81。又,如圖2所示,從測量狀態拆下測量蓋體3後會露出圓盤狀的測量工作台81。測量工作台81的試料載置部811係具有:試料載置面811a,係於使本體部1的下側面置於水平面上的狀態下成為水平。
本體部1係具有:框體11,係由上側的上殼體111與下側的下殼體112上下組合而成。圖2中的本體部1之上表面1a係設置有顯示部12、操作部13以及溫度檢測部14。框體11的內部係收納有基板16。
圖3係顯示黏度計51的功能構成的方塊圖,以下進一步參照圖3進行說明。顯示部12係包含安裝於基板16的顯示元件12a。顯示元件12a係顯示使用者可視覺確認的黏度計51的動作狀態以及已測量的黏度的值等。操作部13係包含安裝於基板16的複數個按鈕,複數個按鈕係供使用者進行打開電源或關閉電源或進行測量開始之操作使用。圖2中係顯示有電源按鈕13a以及測量開始按鈕13b。溫度檢測部14係具有:孔14a,係形成於上殼體111;以及溫度感測器14b,係對應孔14a地安裝於基板16。溫度感測器14b係測量本體部1之周圍的環境溫度。本體部1的內部係設置有收納乾電池等電池BT的電池收納部15。下殼體112的後表面設置有蓋15a,蓋15a係作成可打開關閉電池收納部15從而進行電池BT的交換。基板16係安裝有包含中央處理器(Central Processing Unit;CPU)171以及記憶部172的控制部17。
使用黏度計51的測量者能藉由以下的操作大致地測量試料的黏度。首先,測量者將測量蓋體3拆下並將本體部1的下表面朝下,從而將本體部1放置於桌子上等的水平面上。接下來,按下電源按鈕13a投入電源。於露出的測量工作台81中的試料載置部811的試料載置面811a載置適量的試料。所謂適量例如約為0.3ml左右。接下來,將測量蓋體3安裝於工作台部2後按下測量開始按鈕13b。藉由測量開始按鈕13b的按壓操作使黏度計51開始測量。黏度計51的控制部17係以預定的方法(後面敘述)求出試料的黏度,且於顯示部12顯示黏度的數值。從測量開始按鈕13b的按壓至黏度的數值顯示為止之測量所需要的時間約為一秒。
主要參照圖4以及圖5詳細敘述實現短時間的黏度測量之具體的構造例。圖4係圖1中S4-S4位置處的剖面圖。亦即,圖4係工作台部2的橫剖面圖。但是,馬達71係作為側示圖來顯示。又,圖5係圖4所示的黏度測量單元7的組裝圖。
首先,參照圖4以及圖5說明支撐於框體11之黏度測量單元7的構成。以下,黏度測量單元7亦簡稱為測量單元7。從圖5中的下方側開始,測量單元7係具有馬達71、軸承單元72、馬達安裝座(motor mount)73、基底75以及應變量計單元74。又,測量單元7係於比基底75更靠上方側具有連結螺帽76、旋轉板77、O型環78、防水板79、止推軸承(thrust bearing)80、測量工作台81以及測量蓋體3。
馬達71為步進馬達(stepping motor),且具有馬達本體711、成為出力軸的軸713以及成為馬達本體711的上方側的蓋子之馬達板712。軸承單元72係具有套筒721以及徑向軸承(radial bearing)722。套筒721為筒狀,且於套筒721的外表面嵌設有徑向軸承722的內輪(未圖示)。
套筒721的上部具有已形成公螺紋的公螺紋部7211。馬達安裝座73具有:平板狀的安裝基座(mount base)731;突出部733,係於安裝基座731的中央部中呈二段縮徑且突出;以及安裝銷(mount pin)732,係被壓入至安裝基座731且向上方突出。突出部733係具有根側突出部7331以及比根側突出部7331的直徑小的前端側突出部7332。
進一步參照作為立體圖的圖6來說明基底75。基底75係形成為具有貫穿孔751的圓盤狀,貫穿孔751係將上下延伸的軸線CL75作成中心。基底75係具有基準面757、周緣肋752、凹部753以及周溝槽754。基準面757係基底75中之成為軸線CL75方向的基準之面。周緣肋752係向上方突出地形成於基準面757的周緣。凹部753係作為基準面757的中央部中凹陷為圓形的部分而形成。周溝槽754係形成於基準面757。又,基底75係於周壁的外周面中的周方向處以180∘分離的位置具有已述的蓋體卡合部755。
進一步參照作為立體圖的圖7來說明應變量計單元74。如圖7所示,應變量計單元74係包含有量計(gauge)部741、懸臂(cantilever)742以及保持具(holder)743的方式而單元化。
量計部741係由樑式荷重元(beam type load cell)所構成。樑式荷重元能利用市售品。量計部741係以圖7中的A-B方向作為長邊而概略呈長方體,應變量計741b係貼附於側面741a。應變量計單元74係藉由應變量計741b而能輸出因應於A端側相對於B端側的箭頭DRb方向的彎曲變形量的電壓。量計部741的A端側係藉由螺絲745而被固定於保持具743。向正交於量計部741的長邊方向的方向延伸的薄板狀的懸臂742係藉由螺絲744而固定於量計部741的B端側。量計部741的輸出電壓能藉由放大器746(參照圖2)而被增幅。已由放大器746增幅的電壓係藉由控制部17來監控,且因應需求進行儲存。
關於以上已說明的複數個構件的安裝狀態係主要參照圖4以及圖5進行了說明。馬達71的馬達板712係藉由螺絲734、735而被固定於馬達安裝座73。馬達71的軸713可旋轉自如地插通於軸承單元72的套筒721。另一方面,軸承單元72中的徑向軸承722的外輪(未圖示)能壓入固定於馬達安裝座73的突出部733中的前端側突出部7332的內面。軸承單元72的套筒721係從下方側以公螺紋部7211向上方突出的方式插通於基底75的貫穿孔751。連結螺帽76鎖固於向上方突出的公螺紋部7211,從而使軸承單元72相對固定於基底75。
藉此,馬達71係經由徑向軸承722繞著軸線CL71旋轉自如地支撐於馬達安裝座73。又,馬達71的軸713也在馬達安裝座73旋轉自如。
應變量計單元74的保持具743係藉由未圖示之螺絲以預定的姿勢固定於基底75的下表面756。圖8以及圖9係用於說明相對於應變量計單元74的馬達71等的配置位置的圖。詳言之,圖8係顯示馬達71、軸承單元72、馬達安裝座73以及應變量計單元74的安裝狀態的俯視圖。圖8中的(S4)-(S4)位置係對應於圖4的剖面位置。圖9為圖8的前視圖,且圖9亦以剖面的方式記載有應變量計單元74的保持具743固定於基底75的下表面756的一部分。
如圖8所示,繞著軸線CL71旋轉自如地支撐於基底75的馬達71係藉由固定於基底75的應變量計單元74而分別使正反方向的轉動受到限制。
首先,藉由馬達安裝座73的安裝基座731抵接於應變量計單元74的保持具743處的位置E1中而使圖8中的順時針方向的轉動(箭頭DRc)被限制。如圖9所示,這是由於在馬達71的軸線CL71方向中保持具743從基底75側向下方側以超過對應於馬達安裝座73的位置進行延伸的緣故。
又,藉由馬達安裝座73的安裝銷732抵接於應變量計單元74的懸臂742的前端部7421中而使圖8中的逆時針方向的轉動(箭頭DRd)被限制。如圖9所示,這是由於在軸線CL71方向中懸臂742以於上方側隔離馬達安裝座73且只抵接於安裝銷732的方式進行配置的緣故。
於馬達安裝座73的順時針方向的轉動相對於保持具743的抵接處,保持具743無實質的變形地使馬達71的轉動停止。另一方面,於馬達安裝座73的逆時針方向的轉動中的安裝銷732往懸臂742的抵接處,安裝銷732係壓住懸臂742。藉此,量計部741係將A側端部作為固定端而使B側端部向箭頭DRb方向彎曲變形。量計部741係依據B側端部的彎曲變形而輸出對應於應變量的電壓。亦即,測量單元7係能依據應變量計單元74的輸出電壓而求出馬達71的逆時針旋轉方向(箭頭DRd)的轉動推壓力。
至此,已說明了比測量單元7的基底75更下側的構成。接下來,參照圖4以及圖5說明比測量單元7的基底75更上側的構成。
圓盤狀的旋轉板77係以同軸的方式固定於軸713的前端部,軸713的前端部係從套筒721向上方突出。旋轉板77係將板磁鐵(magnet)771以使上方側皆作為同極且以相同徑方向以及等角度間隔的方式嵌入於周緣部,板磁鐵771係為複數個磁鐵。在此,係以上方側設成為N極的姿勢進行嵌入。
旋轉板77係收容於基底75的凹部753內,旋轉板77的上表面772係位於比基底75的基準面757還下方。以將嵌入於周溝槽754的O型環78予以按壓的狀態下藉由未圖示之螺絲將防水板79固定於基底75的基準面757。詳言之,防水板79係以將O型環78壓縮於下方且密接於基準面757的方式進行安裝,從而使O型環78以於上方稍微突出的方式收容於周溝槽754。基底75的凹部753的內部空間係藉由伴隨O型環78的按壓而往防水板79的基準面757的密接與套筒721的連結螺帽76的螺合,而對外部維持在水密狀態。
測量工作台81經由止推軸承80而能旋轉地載置於防水板79的上表面。測量工作台81係呈圓盤狀,止推軸承80以與測量工作台81同軸的方式安裝於下表面815的中央部。又,複數個工作台磁鐵814係以包圍止推軸承80的方式嵌入於測量工作台81的下表面815。
在此,複數個工作台磁鐵814係於某一轉動位置中以分別大概對向於旋轉板77的複數個板磁鐵771的任一個的方式配置。又,複數個工作台磁鐵814中之與板磁鐵771對向的一側(下方)的磁極係以成為與板磁鐵771相互吸引的異極的姿勢嵌入於測量工作台81。於板磁鐵771以如上所描述的方式使上方側成為N極的姿勢進行配置的情形下,工作台磁鐵814係以下方側成為S極的姿勢配置。
如此,複數個工作台磁鐵814的各者與複數個板磁鐵771的任一個相對向,且彼此成為磁性相互吸引。因此,測量工作台81係藉由磁性吸引而將軸線CL71作為軸心進行自動調芯,從而定位於防水板79上。
測量工作台81雖未直接連結於旋轉板77,但於徑向方向以取得磁性平衡的方式自動地以同軸進行位置定位。又,測量工作台81係於止推方向被磁性吸引且經由止推軸承80定位於旋轉板77,且成為於旋轉方向能藉由止推軸承80而實質性地無視於摩擦抵抗的狀態。藉此,測量工作台81係伴隨旋轉板77的旋轉而實質性一體地同步旋轉。
測量工作台81的上表面係形成有已描述的試料載置部811,試料載置部811係具有作為些微凹陷的圓形的平坦面的試料載置面811a。試料載置部811的徑方向外側係形成有周溝部813,周溝部813係作為遍及全周深挖而成的溝槽。藉此,試料載置部811與周溝部813之間的部分係相對地成為遍及全周向上方突出的堤防部812。
於測量蓋體3已安裝於工作台部2的狀態下,試料載置面811a係以與測量蓋體3的蓋體工作台部33的對向面33a保持著些微間隙的方式平行地對向。亦即,試料載置面811a與對向面33a係互相接近而對向。所謂些微間隙例如約為0.1mm至0.2mm左右。將測量單元7中包含軸713、旋轉板77以及測量工作台81的系統稱為旋轉系統Ra,旋轉系統Ra係相對於馬達本體711相對性地進行旋轉。
如圖4所示,以上已詳細描述的測量單元7係以基底75相對於上殼體111夾持O型環114的方式藉由未圖示的螺絲固定而安裝於框體11。框體11係以上殼體111相對於下殼體112夾持O型環113的方式藉由未圖示的螺絲固定而形成。藉此,框體11的內部係相對於外部空間維持在水密狀態。測量單元7係以只連結於基底75並且基底75以外的構件不與框體11側的固定構件接觸的狀態下支撐於框體11。
接下來詳細描述黏度計51的黏度測量動作。將測量黏度P的試料作為試料Sm。首先,如以上已描述的,在已將測量蓋體3卸下的狀態下使試料載置部811的試料載置面811a朝向上方,將黏度計51設定成為水平。例如於試料載置面811a上放置0.3ml左右的試料Sm,且將測量蓋體3安裝於基底75。又,控制部17係將溫度感測器14b所測量到的本體部1的周圍的環境溫度顯示於顯示部12。控制部17亦可依據已測量的環境溫度且藉由已知的方法進行溫度補償來求出黏度P。
圖10係將試料Sm放置於試料載置面811a且已將測量蓋體3安裝於基底75的狀態下的包含蓋體工作台部33的對向面33a與試料載置部811的試料載置面811a之間的間隙之部分的一部分已斷裂之擴大剖面圖。藉由安裝測量蓋體3使試料載置面811a上的試料分散保持於試料載置面811a與蓋體工作台部33的對向面33a相對向之圓形部分的間隙。該間隙為直徑Da且高度ta的薄圓盤狀的空間。直徑Da係蓋體工作台部33的直徑且例如為25mm,高度ta係蓋體工作台部33的對向面33a與試料載置部811的試料載置面811a之間的間隙的軸線CL71方向的距離且例如為0.1mm至0.2mm。將整體或部分地充填且保持有試料之薄圓盤狀的空間稱為試料充填空間Va。
在試料Sm的量於一定程度上大量載置於試料載置面811a的情形下,即使一部分的試料Sm跨越過堤防部812也會停留於周溝部813,並不會溢出至測量工作台81之外。亦即,只要不是將試料Sm過量地載置於試料載置面811a的前提下,由於試料Sm並不會從測量工作台81的周緣掉落至防水板79上,因而幾乎不會有對敏感的測量工作台81的旋轉產生影響的疑慮。
將適量的試料Sm載置於試料載置部811,在將測量蓋體3安裝於基底75之後,使用者按下測量開始按鈕13b時,CPU171使馬達71啟動。詳言之,CPU171以預先設定的啟動條件Pt對包含相對於馬達本體711的軸713的旋轉系統Ra進行啟動。啟動條件Pt係以下述條件預先設定:在從啟動開始約未滿一秒(例如約零點八秒後),以運轉脈波速度5000Hz使旋轉系統Ra穩定旋轉。相對於馬達本體711的軸713的旋轉方向係俯視圖的圖8中的順時針旋轉方向(箭頭DRc)。
啟動條件Pt係對每個試料Sm的種類預先進行設定,並預先使記憶部172對試料Sm賦予連帶關係地進行記憶。
在試料充填空間Va並無試料Sm的非測量狀態下,並無會對旋轉系統Ra的啟動特性造成影響的外部因素,因此能得到高精度且穩定的啟動特性。這裡的啟動特性係作為旋轉系統Ra的旋轉數的時間推移而被顯示。另一方面,於試料充填空間Va存在試料Sm的測量狀態下,由於來自充填於試料充填空間Va的試料Sm的黏性應力所產生的抵抗的緣故,在所賦予的扭矩到達對抗該抵抗的啟動扭矩之前旋轉系統Ra並不旋轉。因此,馬達本體711係在旋轉系統Ra藉由因試料Sm的黏性抵抗而不旋轉所產生的反作用的扭矩而於圖8所示的逆時針旋轉方向旋轉。當馬達本體711以逆時針旋轉方向旋轉時,安裝銷732按壓懸臂742而使應變量計變形,藉由應變量計的變形抵抗而使賦予至旋轉系統Ra之旋轉方向的扭矩上昇。當此旋轉方向的扭矩到達啟動扭矩時,旋轉系統Ra開始旋轉,之後在對應試料Sm的黏性之反作用扭矩Tqa與應變量計的變形抵抗間的平衡狀態下繼續旋轉。
從旋轉指令時刻至旋轉方向的扭矩到達啟動扭矩從而開始進行旋轉為止所需要的時間(啟動時間)經過後,旋轉系統Ra會成為對阻礙旋轉的方向賦予一定的反作用扭矩Tqa的平衡狀態從而以一定的旋轉數進行旋轉。
亦即,藉由CPU171的啟動指令,軸713會被設定為相對於馬達本體711於圖8中的順時針旋轉方向(箭頭DRc)的方向進行旋轉。與軸713的旋轉連動而使固定於軸713的前端的旋轉板77也旋轉,且未機械連結於旋轉板77而是磁性連結的測量工作台81也旋轉。然而,如上所述,根據充填於試料充填空間Va的試料Sm可知,馬達本體711的按壓所導致的應變量計的變形抵抗所造成的旋轉方向的扭矩會到達已對應試料Sm的黏性之啟動扭矩,從而旋轉系統Ra進行旋轉。
旋轉系統Ra開始旋轉後,阻礙旋轉之方向的反作用扭矩Tqa係作用於旋轉系統Ra。如以上已描述的,測量單元7係由於馬達本體711可相對於基底75以及旋轉系統Ra旋轉,因此馬達本體711藉由反作用扭矩Tqa而於圖8中的逆時針旋轉方向(箭頭DRd)旋轉,且以對應於反作用扭矩Tqa的大小的力量將懸臂742按壓至圖8的下方。藉此,量計部741係使B端側相對於成為固定端的A端往下方(箭頭DRb)變形,且輸出對應B端側的變形量之電壓。
圖11係顯示旋轉系統Ra的啟動動作中來自量計部741的輸出電壓V的時間推移特性VT的圖表。圖表的縱軸為輸出電壓V。時間推移特性VT係顯示量計部741無應變自然狀態下的電壓V1,且顯示一邊賦予啟動後的反作用扭矩Tqa一邊產生應變從而成為平衡狀態的穩定旋轉時之電壓V2。圖表的橫軸為時間t。時刻t1為啟動指令時刻,時刻t2為旋轉方向的扭矩到達啟動扭矩之開始旋轉時刻。時刻t3以及時刻t4分別為測量開始時刻以及測量結束時刻。CPU171係將從時刻t3起至時刻t4為止之間的輸出電壓V予以平均,且將平均值作為用於求出試料Sm的黏度P之基準測量電壓V2a來採用。
具體的數值例:電壓V1為0.610V,電壓V2為1.630V。又,將時刻t1設為0(零)秒時,時刻t2為0.824秒,時刻t3為1.00秒,時刻t4為1.30秒。
將試料Sm的種類與每個試料Sm的種類所對應的啟動條件Pt賦予連帶關係地預先記憶於控制部17的記憶部172。啟動條件係使用例如黏度P相異的複數個黏度計校正用標準液作為試料且以各者的黏度於圖11中的時間推移特性VT的啟動時間(時刻t2-時刻t1) 未滿一秒的方式決定啟動脈波速度以及運轉脈波速度而設定。
而且,將複數個黏度P、分別對應於複數個黏度P的啟動條件Pt以及於實際將黏度P之相異的複數個黏度計校正標準液作為試料啟動而分別得到的基準測量電壓V2a賦予連帶關係地製成啟動條件表格TBa。將所製成的啟動條件表格TBa預先記憶於記憶部172。
啟動條件表格TBa較佳為依每個試料的種類來製作。例如試料的種類的分類例為潤滑油、調理油、食用醬以及塗料等。對每個試料的種類製作啟動條件表格TBa,且分別事先得到黏度P與基準測量電壓V2a之間的關係後,能以更高的精度進行黏度P的推估,且能因應試料為牛頓流體或非牛頓流體選擇最適合推估黏度P的處理方法。
圖12係顯示啟動條件表格TBa的一例。圖12所顯示的啟動條件表格TBa係以「潤滑油A(牛頓流體)」作為試料的種類所製作成的表格例。作為測量相異的n(n為二以上的整數)種的遞升順序所並排而成的黏度P1至Pn的試料時的啟動條件係使這些試料分別對應於啟動條件Pt1至Ptm(m為二以上且n以下的整數)的任一個。由於黏度P的值相近的試料能以相同的啟動條件來進行測量,所以在圖12的啟動條件表格TBa中,使黏度P1至黏度P3的試料對應於相同啟動條件Pt1且使黏度P4起的黏度對應於啟動條件Pt2等進行設定。越是黏度P大的試料,越是使啟動脈波速度以及運轉脈波速度的至少一者變大,且以啟動時間未滿預定的時間(例如未滿一秒)的方式進行調整。
又,圖12所顯示的啟動條件表格TBa係於每個試料的種類針對黏度P1至Pn的各個試料以所對應的啟動條件啟動馬達71,且將所得到的基準測量電壓V2a分別作為基準測量電壓V2a1至V2an賦予連帶關係。
藉由啟動條件表格TBa,可把握分別對應於複數個黏度P的啟動條件Pt以及基準測量電壓V2a。又,反之,於各個複數個啟動條件Pt中,能把握基準測量電壓V2a與黏度P之間的對應關係。亦即,關於黏度P的詳細內容不明的試料係使用某一啟動條件Pt求出基準測量電壓V2a,且根據所得到的結果能推估該試料的黏度P。
於試料為牛頓流體的情形下,由於黏度P與基準測量電壓V2a成為實質的比例關係,因此即使預先測量的資料數量較少也能以高精度推估黏度P。因此,只要對每個啟動條件表格TBa將顯示黏度P與基準測量電壓V2a之間的比例關係的關係式Qa事先記憶於記憶部172即可。於非牛頓流體的情形下,根據複數個資料推估近似曲線且將近似曲線的關係式Qb賦予連帶關係地記憶於記憶部172即可。
一般而言,液體的試料係可根據攪拌入容器內時的抵抗等而於一定程度上推測黏度P的概略值。接下來說明以黏度計51測量試料的正確的黏度P的順序例。在此所進行測量的試料係將所推測的黏度P設為接近圖12所顯的黏度P4的試料Sm1。
首先,測量者從黏度計51的操作部13輸入試料Sm1的種類以及接近以試料Sm1所推測的大概的黏度之黏度P4的數值。CPU171係根據記憶部172所記憶的複數個啟動條件表格參照相當於作為所輸入的種類的「潤滑油A(牛頓流體)」之啟動條件表格TBa(在此如圖12所示)。CPU171係根據啟動條件表格TBa取得對應於黏度P4的啟動條件Pt2,且將啟動條件Pt2作為接下來進行測量之中的啟動條件進行設定並將啟動條件Pt2記憶於記憶部172。
測量者將黏度計51的下表面放置於水平面上。接下來,測量者將試料Sm1的預定量載置於試料載置部811,且將測量蓋體3安裝於基底75,按下測量開始按鈕13b。CPU171係藉由測量開始按鈕13b的按壓以所設定的啟動條件Pt2啟動旋轉系統Ra,將所得到的基準測量電壓V2a作為基準測量電壓V2ay記憶於記憶部172。
CPU171係將所得到的基準測量電壓V2ay與根據啟動條件表格TBa所取得的黏度P4中的基準測量電壓V2a4進行比較,將該差分代入關係式Qa並求出試料Sm1的黏度,且將試料Sm1的黏度記憶於記憶部172並且顯示於顯示部12。在CPU171得到基準測量電壓V2a1後至求出試料Sm1的黏度並使試料Sm1顯示於顯示部12為止的時間極短,即便是在按壓測量開始按鈕之後也只有一秒鐘左右。
如以上所述,黏度計51係具備作為固定側構件的第一工作台部(蓋體工作台部33),該固定側構件係具有第一圓形平面(對向面33a)。又,黏度計51係具備作為旋轉構件的第二工作台部(測量工作台81),該旋轉構件係具有相對於第一圓形平面(對向面33a)持有微小間隙且平行地對向配置而成的第二圓形平面(試料載置面811a)。在此,微小空間係試料充填空間Va。又,黏度計51係具備馬達71,馬達71係具有軸713以及馬達本體711,軸713係直接地或間接地連結於測量工作台81且同步旋轉,馬達本體711係相對於作為固定側構件的基底75而旋轉自在的支撐。又,黏度計51係具備應變量計單元74,應變量計單元74係具有藉由馬達本體711的第一方向(箭頭DRd)的旋轉而能進行推壓的懸臂742。更且,黏度計51係具備控制部17,控制部17係包含記憶啟動條件表格TBa的記憶部172以及控制馬達71的動作的CPU171。控制部17係依據懸臂742的推壓所產生的應變量計單元74的變形量而把握所輸出的基準測量電壓V2a,且能參照啟動條件表格TBa求出對應於基準測量電壓V2a的黏度P。
藉此,當控制部17係於試料已充填於試料充填空間Va的狀態下使包含軸713以及測量工作台81的旋轉系統Ra朝與第一方向為相反的第二方向啟動時,藉由來自試料的黏性應力的抵抗使馬達本體711於第一方向旋轉。並且,馬達本體711亦於旋轉系統Ra到達穩定旋轉後以因應黏性抵抗的反作用扭矩Tpa抵接於懸臂742,而使懸臂742推壓於第一方向。控制部17係依據旋轉系統Ra剛到達穩定旋轉後的基準測量電壓V2a求出試料的黏度P。由於旋轉系統Ra在到達穩定旋轉時的啟動時間係例如作成未滿一秒的短時間,因此黏度計51能以短時間測量黏度P。又,由於測量時間短且由於試料的溫度上升被抑制於可無視的程度的緣故,所以能以高精度測量黏度P。
由於黏度計51能以些許量的試料來進行黏度測量的緣故,所以黏度計51的測量場所不容易被限定。又,由於對向面33a以及試料載置面811a為平坦且面積較小的緣故,所以測量後的清洗容易進行。如此,黏度計51的處理變得容易。
雖以本體部1能把持且能攜帶之所謂的手提式型式作為黏度計51進行了說明,但黏度計51亦可為將本體部1放置於桌上或棚架上進行測量的所謂的固定式型式。亦即,並不限定於將測量單元7安裝於框體11的態樣。
如圖12所示,黏度計51的態樣即使是在手提式型式以及固定式型式的任一型式中,亦可構成為將測量單元7與控制部17獨立分離且分別具備通訊部而將兩者間以無線或有線的方式進行通訊的系統。
例如,圖12係顯示黏度測量系統52的構成例的示意圖,黏度測量系統52係具備:黏度測量單元7A1至7Ak,係分別配置於製造試料的k(k為二以上的整數)條的生產線上;以及集中控制裝置17T,係以無線或有線的方式與各個黏度測量單元7A1至7Ak進行通訊。黏度測量單元7A1至7Ak係分別具有黏度測量單元7以及測量側通訊部91。集中控制裝置17T係具有控制側通訊部92以及集中控制部17S。集中控制部17S係能夠同時對複數個黏度測量單元7A1至7Ak執行與藉由黏度計51的控制部17對一個黏度測量單元7所進行的控制同樣的控制。集中控制部17S係將關於黏度測量單元7A1至7Ak的資訊顯示於集中顯示部121。
黏度測量單元7A1至7Ak亦可分別設定為自動執行:測量蓋體3的安裝以及取下、往試料載置部811的試料的載置、包含測量後的測量蓋體3以及試料載置部811的洗淨的黏度測量。藉此,能發揮以短時間高精度地進行測量黏度的黏度計51的功能,且能以高效率製造黏度的不均較少的高品質的試料。
馬達71並未限定於步進馬達,馬達71亦可使用DC(direct current;直流電)馬達或AC(Alternating current;交流電)馬達。以能反覆操作且精度佳地穩定執行複數個啟動條件Pt各者的啟動之觀點來看,使用步進馬達為較佳。
形成試料充填空間Va之對向面的組係未限定於如以上所說明之對向面33a以及試料載置面811a的組般互相平行的平面。例如,亦可為相對向的凸圓錐面以及凹圓錐面或相對向的凸曲面以及凹曲面等。
連結馬達71的軸713與旋轉板77的構成並不限定於藉由以上所說明之磁性吸引力間接式地連結而進行同步旋轉的樣式,亦可以是直接式或機械式地連結而進行同步旋轉的樣式。
基底75亦可將軸713可旋轉地支撐並且經由軸713將馬達本體711可旋轉地支撐。又,基底75亦可將馬達本體711可旋轉地支撐並且經由馬達本體711將軸713可旋轉地支撐。進而,亦可將馬達本體711以及軸713的雙方可分別相對於基底75旋轉地支撐。
控制部17以及集中控制部17S係例如由通用的微電腦所構成。亦可於控制部17以及集中控制部17S中安裝電腦程式。藉由執行電腦程式而能使控制部17以及集中控制部17S發揮以上所說明的各項功能。再者,安裝有控制部17以及集中控制部17S的功能的處理電路中能包含經過編程的處理器、電性電路、用於特定用途的積體電路(ASIC(Application Specific Integrated Circuit;特定應用積體電路))之類的裝置以及以執行所記載的功能的方式配置而成的電路構成要素等。又,顯示部12以及中央顯示部121係例如能由LCD(Liquid Crystal Display;液晶顯示器)、有機EL(Electro Luminescence;電致發光)顯示器或無機EL顯示器來構成。
上述實施形態的所有的構成要素以及記載於申請專利範圍的所有的特徵係只要不相互地矛盾亦可各別地抽出進行組合。
以上雖已對幾個實施形態進行了說明,但各實施形態僅是為了容易理解本發明而記載的單純示例而已。本發明的技術性範圍並未限定於上述實施形態所揭示之具體的技術事項,本發明的技術性範圍亦可為包含容易從上述實施形態導出之各式各樣的變形、變更以及代替技術等。
本申請案係以2018年7月11日所提出申請的日本特願第2018-131568作為基礎而主張優先權,且藉由參照此申請的全部內容編入於本說明書中。
1:本體部
1a、772:上表面
2:工作台部
3:測量蓋體
7、7A1至7Ak:測量單元(黏度測量單元)
11:框體
12:顯示部
12a:顯示元件
13:操作部
13a:電源按鈕
13b:測量開始按鈕
14:溫度檢測部
14a:孔
14b:溫度感測器
15:電池收納部
15a:蓋
16:基板
17:控制部
17S:集中控制部
17T:集中控制裝置
31:平底部
32:周壁部
33:蓋體工作台部
33a:對向面
51:黏度計
52:黏度測量系統
71:馬達
72:軸承單元
73:馬達安裝座
74:應變量計單元
75:基底
76:連結螺帽
77:旋轉板
78、113、114:O型環
79:防水板
80:止推軸承
81:測量工作台
91:測量側通訊部
92:控制側通訊部
111:上殼體
112:下殼體
121:集中顯示部
171:中央處理器(CPU)
172:記憶部
711:馬達本體
712:馬達板
713:軸
721:套筒
722:徑向軸承
731:安裝基座
732:安裝銷
733:突出部
734、735、744、745:螺絲
741:量計部
741a:側面
741b:應變量計
742:懸臂
743:保持具
746:放大器
751:貫穿孔
752:周緣肋
753:凹部
754:周溝槽
755:蓋體卡合部
756、815:下表面
757:基準面
771:板磁鐵
811:試料載置部
811a:試料載置面
812:堤防部
813:周溝部
814:工作台磁鐵
7211:公螺紋部
7331:根側突出部
7332:前端側突出部
7421:前端部
A:潤滑油
BT:電池
CL71、CL75:軸線
Da:直徑
DRa、DRb、DRc、DRd:箭頭
E1、S4:位置
P、P1至Pn:黏度
Pt、Pt1至Ptm:啟動條件
Qa、Qb:關係式
Ra:旋轉系統
Sm、Sm1:試料
ta:高度
TBa:啟動條件表格
Tqa:反作用扭矩
t1至t4:時刻
V:輸出電壓
V1、V2:電壓
Va:試料充填空間
VT:時間推移特性
V2a、V2a1至V2an、V2ay:基準測量電壓
圖1係幾個實施形態的黏度計的外觀立體圖。
圖2係顯示從圖1所示的黏度計51取下測量蓋體3的狀態的外觀立體圖。
圖3係顯示黏度計51的功能構成的方塊圖。
圖4係圖1中S4-S4位置處的剖面圖。
圖5係具備黏度計51的黏度測量單元7的組裝圖。
圖6係具備黏度測量單元7的基底75的立體圖。
圖7係黏度測量單元7所具備的應變量計單元74的立體圖。
圖8係用於說明應變量計單元74的配置的前視圖。
圖9係圖8中的俯視圖。
圖10係用於說明作為蓋體工作台部33與試料載置部811之間的間隙的試料充填空間Va的一部分斷裂的部分剖面圖。
圖11係用於說明在黏度計51的測量動作中從應變量計單元74所輸出的電壓的時間推移特性VT的圖表。
圖12係例示在黏度計51的測量動作中所使用的啟動條件表格TBa之圖。
圖13係顯示幾個實施形態的黏度測量系統的構成圖。
1:本體部
2:工作台部
3:測量蓋體
7:測量單元(黏度測量單元)
11:框體
31:平底部
32:周壁部
33:蓋體工作台部
33a:對向面
51:黏度計
71:馬達
72:軸承單元
73:馬達安裝座
75:基底
76:連結螺帽
77:旋轉板
78、113、114:O型環
79:防水板
80:止推軸承
81:測量工作台
111:上殼體
112:下殼體
711:馬達本體
712:馬達板
713:軸
721:套筒
722:徑向軸承
731:安裝基座
732:安裝銷
742:懸臂
751:貫穿孔
752:周緣肋
753:凹部
754:周溝槽
756、815:下表面
757:基準面
771:板磁鐵
772:上表面
811:試料載置部
811a:試料載置面
812:堤防部
813:周溝部
814:工作台磁鐵
7211:公螺紋部
7331:根側突出部
7332:前端側突出部
CL71:軸線
Claims (5)
- 一種黏度測量單元,係具備: 第一工作台部,係具有第一面; 第二工作台部,係具有第二面,且以與前述第一面接近對向的方式旋轉前述第二面; 馬達,係具有馬達本體以及軸,前述軸為前述馬達本體的出力軸且與前述第二工作台部同步旋轉; 固定側構件,係可旋轉地支撐前述軸及前述馬達本體;以及 應變量計單元,係固定於前述固定側構件,且於前述馬達本體相對於前述固定側構件於第一方向旋轉時抵接施力。
- 一種黏度計,係具備: 請求項1所記載之黏度測量單元,係使前述軸直接或間接地連結於前述第二工作台部且與前述第二工作台部同步旋轉;以及 控制部,係控制前述馬達的動作並且依據從前述應變量計單元輸出的輸出電壓求出黏度。
- 如請求項2所記載之黏度計,其中具有: 框體,係支撐前述固定側構件,並於內部收容前述控制部;以及 蓋體,係作成能夠裝卸於前述固定側構件,且於安裝狀態下覆蓋前述第二面,並於非安裝狀態下露出前述第二面。
- 如請求項3所記載之黏度計,其中前述框體係能夠握持。
- 如請求項2至4中任一項所記載之黏度計,其中具有:記憶部,係記憶前述輸出電壓與前述黏度之間的對應關係; 於將測量前述黏度的試料保持在前述第一面與前述第二面之間的狀態下從外部輸入啟動指令時,前述控制部係檢測前述應變量計單元的輸出電壓並依據前述對應關係求出與所檢測的前述輸出電壓對應的黏度,前述應變量計單元的輸出電壓係以在使前述馬達於與前述第一方向為相反的第二方向旋轉啟動且藉由前述試料的黏性所致的反作用扭矩使前述馬達本體於前述第一方向旋轉而使前述應變量計單元處於抵接施力的狀態下所取得。
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