TWI810607B - 黏度量測裝置及黏度量測方法 - Google Patents
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Abstract
一種黏度量測裝置及黏度量測方法，黏度量測裝置包含量測容器及光學偵測處理裝置。量測容器配置以容納待測物質及球體。光學偵測處理裝置包含光學偵測器、處理單元、資料庫、控制單元及供電單元。光學偵測器設置在量測容器之一側，配置以對量測容器取得待測影像。處理單元訊號連接光學偵測器，配置以處理及分析待測影像。資料庫配置以儲存待測影像。控制單元訊號連接光學偵測器及處理單元，且配置以控制光學偵測器與處理單元之運作。供電單元配置以提供光學偵測器、處理單元以及控制單元之所需用電。
Description
本發明是有關於一種黏度量測技術，且特別是有關於一種光學式黏度量測裝置及使用此裝置之黏度量測方法。
人們經常有將蜂蜜或水倒入到杯中的經驗，液體因為其性質不同而會有不同的流速。例如，在倒蜂蜜時的流速較慢，而倒水時的流速較快。或者，在使用橄欖油煮菜時，隨著鍋子溫度愈來愈高，油就越容易滑動。之所以會有這種現象，是因為不同液體、或者同一液體在不同溫度下具有不同的黏度。黏度是液體受力，例如剪應力(shear stress)、張應力(tensile stress)而產生抗拒流動或形變的一種量度。
對液體而言，從巨觀來看，溫度升高則黏度降低，而溫度降低則黏度增加。而從微觀來看，液體溫度增加等於增加分子運動速度，因此就容易克服分子間的吸引力，導致黏度減低。另一方面，由於黏度受分子間吸引力影響，因此能建立愈多分子間吸引力的分子，黏度愈高。此外，分子的大小跟形狀也會影響黏度。
常見的黏度量測裝置有例如中華民國發明公開第201205061號所揭示之黏度量測裝置、或是美國專利號第5287732與6240770號所揭露之旋轉式黏度計。然而，這些黏度量測裝置不但在操作上較為困難，且裝置本身造價昂貴且精準度不佳。
因此，本發明之一目的是在提供一種黏度量測裝置及黏度量測方法，其具有較佳量測精度與量測速度。
根據本發明之上述目的，提出一種黏度量測裝置。此黏度量測裝置包含量測容器以及光學偵測處理裝置。量測容器配置以容納待測物質及球體。光學偵測處理裝置設置在量測容器之一側，配置以取得量測容器之待測影像，並針對待測影像進行分析。其中，光學偵測處理裝置包含光學偵測器、處理單元、資料庫、控制單元以及供電單元。光學偵測器設置在量測容器之一側，其中光學偵測器配置以對量測容器取得待測影像。處理單元訊號連接光學偵測器，處理單元配置以處理及分析待測影像。資料庫訊號連接處理單元與光學偵測器，其中資料庫配置以儲存光學偵測器所取得之待測影像、處理單元所處理後之待測影像。控制單元訊號連接光學偵測器以及處理單元，控制單元配置以控制光學偵測器與處理單元之運作。供電單元電性連接光學偵測器、處理單元以及控制單元，其中供電單元配置以提供光學偵測器、處理單元以及控制單元之所需用電。
依據本發明之一實施例，上述之光學偵測處理裝置進一步包含顯示裝置，訊號連接處理單元、控制單元以及供電單元，其中顯示裝置配置以顯示處理單元之分析結果。
依據本發明之一實施例，上述之黏度量測裝置進一步包含發光元件，其中發光元件與光學偵測器係位於量測容器之相對二側，且發光元件電性連接控制單元與供電單元。
依據本發明之一實施例，上述之量測容器為一透光容器，且量測容器之表面設有複數個刻度。
依據本發明之一實施例，上述之待測影像為動態影像，且動態影像包含球體於待測物質中之移動影像，處理單元配置以根據動態影像之拍攝時間換算待測物質之液體黏度。
依據本發明之一實施例，上述之光學偵測器包含動態偵測元件，且動態偵測元件配置以偵測球體之動作。
依據本發明之一實施例，上述之待測影像為靜態影像，且靜態影像包含球體於待測物質中之畫面，處理單元比對靜態影像與資料庫之基準影像來判斷球體是否碰觸到量測容器之內壁。
根據本發明之上述目的，提出一種黏度量測方法，包含以下步驟。提供上述之黏度量測裝置。將待測物質填充在量測容器中。將球體投入裝有待測物質之量測容器中。利用光學偵測器擷取球體在量測容器移動之影像，以作為待測影像。利用處理單元分析待測影像，以獲得待測物質之液體黏度。
依據本發明之一實施例，上述之待測影像為動態影像，且動態影像包含球體於待測物質中之移動影像，處理單元配置以根據動態影像之拍攝時間換算待測物質之液體黏度。
依據本發明之一實施例，上述之光學偵測器包含動態偵測元件，且動態偵測元件配置以偵測球體之動作。
由上述可知，本發明之黏度量測裝置主要是利用光學偵測器來偵測球體在待測物質中移動的過程，並透過影像分析的方式來計算待測物質之黏度，故可提升整體量測精準度。另一方面，本發明的整體架構相較於先前技術簡化，故具有操作容易且裝置成本較低之優點。
請同時參照圖1及圖2，其中圖1係繪示依照本發明之一實施方式的一種黏度量測裝置的裝置示意圖，圖2係繪示依照本發明之一實施方式的一種黏度量測裝置中之光學偵測處理裝置的方塊示意圖。黏度量測裝置100包含量測容器200以及光學偵測處理裝置300。量測容器200配置以容納待測物質S1及球體A1。在一實施例中，量測容器200為一透光容器，且量測容器200之表面設有複數個刻度201，這些刻度201配置以顯示球體A1在待測物質S1中移動之距離，或是可利用這些刻度201分別靠近量測容器200頂端與底端之兩者作為起始位置及終點位置之標記。光學偵測處理裝置300設置在量測容器200之一側，配置以取得量測容器200之待測影像，並針對待測影像進行分析，進而計算出量測容器200中之待測物質S1的液體濃度。
請繼續參照圖1及圖2，光學偵測處理裝置300包含光學偵測器310、處理單元320、資料庫330、控制單元340、供電單元350及顯示裝置360。其中，光學偵測器310、處理單元320、控制單元340與顯示裝置360分別與供電單元350電性連接，且供電單元350主要可提供光學偵測器310、處理單元320、控制單元340與顯示裝置360運作之所需用電。
如圖1所示，光學偵測器310設置在量測容器200之一側，其中光學偵測器310配置以對量測容器200取得待測影像。在一實施例中，光學偵測器310可為一攝影機，其可取得球體A1在量測容器200中之待測物質S1裡移動之動態影像或靜態影像，以作為待測影像。其中，動態影像是攝影機所錄製之球體A1在量測容器200中之待測物質S1裡從初始位置移動至終點位置之影片；靜態影像則是攝影機所拍攝之球體A1在量測容器200中之待測物質S1裡之複數張照片。
如圖1及圖2所示，本實施方式之黏度量測裝置100更包含發光元件400。發光元件400與光學偵測器310係分別位於量測容器200之相對二側，且發光元件400電性連接控制單元340與供電單元350。具體而言，光學偵測器310設置在量測容器200的前方取像，發光元件400則是位於量測容器200的後方打光。發光元件400設置在量測容器200的後方打光的目的主要是要讓背景過曝，以凸顯光學偵測器310所取得之影像對比，當待測物質S1裝在可透光量測容器200時，透過發光元件400的照射可避免光學偵測器310在偵測時之待測物質S1中微小氣泡影響。在其他例子中，光學偵測器310可包含攝影機與動態偵測元件，例如紅外線或雷射感應器，以感測球體A1在量測容器200中之動作。
如圖2所示，處理單元320訊號連接光學偵測器310。處理單元320配置以處理及分析光學偵測器310所取得之待測影像。在一些例子中，處理單元320可透過影像處理的方式來處理待測影像。資料庫330訊號連接處理單元320與光學偵測器310，其中資料庫330配置以儲存光學偵測器310所取得之待測影像、處理單元320所處理後之待測影像、複數個可供參考比對之基準影像、或其他例如球體A1的密度與重量及待測物質S1的密度、溫度等其他參數資料。具體而言，當待測影像包含球體A1在待測物質S1中之移動的動態影像時，處理單元320配置以根據動態影像之拍攝時間以及球體A1在待測物質S1裡的移動距離換算待測物質S1之液體黏度。當待測影像包含球體A1在待測物質S1中之複數個靜態影像時，處理單元320配置以根據靜態影像與資料庫330中基準影像來判斷球體A1是否碰觸到量測容器200之內壁，以排除掉可能量測不準的數據。在其他實施例中，處理單元320亦可根據多張靜態影像之拍攝時間以及球體A1在待測物質S1裡的移動距離換算待測物質S1之液體黏度。在其他應用方式中，操作人員亦可透過回放資料庫330中之待測影像來判斷球體A1是否碰觸到量測容器200之內壁。
如圖2所示，控制單元340訊號連接光學偵測器310以及處理單元320。控制單元340配置以控制光學偵測器310與處理單元320之運作，例如啟閉光學偵測器310或是設定處理單元320。在一具體例子中，控制單元340可為電腦之操作介面。顯示裝置360配置以顯示處理單元320之待測物質S1之黏度分析結果以及整體量測過程中之相關資訊。
另請同時參照圖1至圖3，其中圖3係繪示依照本發明之一實施方式之一種黏度量測方法之流程示意圖。本發明另提供一種黏度量測方法500，此方法包含以下步驟。首先，進行步驟510，以提供如圖1及圖2所示之黏度量測裝置100。接著，進行步驟520，將待測物質S1填充在量測容器200中。然後，進行步驟530，將球體A1投入裝有待測物質S1之量測容器200中。在進行步驟530的同時進行步驟540，利用光學偵測器310擷取球體A1在量測容器200移動之影像，以作為待測影像。在取得待測影像後，進行步驟550，以利用處理單元320分析待測影像，以獲得待測物質之液體黏度。由於不同的待測物質S1具有不同的特性與密度等特性，故將球體A1投入待測物質S1後，球體A1從量測容器200中的最高點至最低點所受到待測物質S1的阻力也有所不同，故也會有不同的移動速度，故透過光學偵測器310的取像以及處理單元320支分析後，可準確地計算出待測物質S1的黏度。
以下表一來表示利用本發明實施例之黏度量測裝置來量測待測物質黏度與不使用光學偵測器之比較。其中，實施例表示操作者只需將待測物質置入本發明的黏度量測裝置100的量測容器200內，再使用控制單元340開啟光學偵測器310擷取球體A1在待測物質S1中的移動影像，即可從顯示裝置360得知上待測物質S1之目前溫度與黏度；而比較例則是操作者利用目測觀察球體落下的過程並使用碼表來計算球體落下時間，以進一步計算待測物質之黏度。
表一、實施例與比較例之比較
| 比較例 | 項次 | 秒數 | 變異率% | 實施例 | 項次 | 秒數 | 變異率% |
| 1 | 89.76 | 0.93% | 1 | 91.48 | 0.38% | ||
| 2 | 90.3 | 2 | 91.25 | ||||
| 3 | 91.41 | 3 | 91.93 |
由上表一可知，在利用本發明實施例與比較例各做三次黏度量測實驗，而比較例顯示利用目測檢視球體落下過程，並以碼表紀錄落下時間的變異率明顯高於實施例之量測實驗。這表示，利用本發明實施方式之黏度量測裝置與黏度量測方法具有較高的準確度。
由上述本發明實施方式可知，本發明之黏度量測裝置主要是利用光學偵測器來偵測球體在待測物質中移動的過程，並透過影像分析的方式來計算待測物質之黏度，故可提升整體量測精準度。另一方面，本發明的整體架構相較於先前技術簡化，故具有操作容易且裝置成本較低之優點。
雖然本發明之實施例已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明之實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之實施例的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明之實施例的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:黏度量測裝置
200:量測容器
201:刻度
300:光學偵測處理裝置
310:光學偵測器
320:處理單元
330:資料庫
340:控制單元
350:供電單元
360:顯示裝置
400:發光元件
500:黏度量測方法
510:步驟
520:步驟
530:步驟
540:步驟
550:步驟
A1:球體
S1:待測物質
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
圖1係繪示依照本發明之一實施方式的一種黏度量測裝置的裝置示意圖；
圖2係繪示依照本發明之一實施方式的一種黏度量測裝置中之光學偵測處理裝置的方塊示意圖；以及
圖3係繪示依照本發明之一實施方式之一種黏度量測方法之流程示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
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201:刻度
300:光學偵測處理裝置
310:光學偵測器
400:發光元件
A1:球體
S1:待測物質
Claims (9)
- 一種黏度量測裝置，包含：一量測容器，配置以容納一待測物質及一球體；一光學偵測處理裝置，設置在該量測容器之一側，配置以取得該量測容器之一待測影像，並針對該待測影像進行分析，其中該光學偵測處理裝置包含：一光學偵測器，設置在該量測容器之一側，其中該光學偵測器配置以對該量測容器取得該待測影像；一處理單元，訊號連接該光學偵測器，該處理單元配置以處理及分析該待測影像；一資料庫，訊號連接該處理單元與該光學偵測器，其中該資料庫配置以儲存該光學偵測器所取得之該待測影像、該處理單元所處理後之該待測影像；一控制單元，訊號連接該光學偵測器以及該處理單元，該控制單元配置以控制該光學偵測器與該處理單元之運作；以及一供電單元，電性連接該光學偵測器、該處理單元以及該控制單元，其中該供電單元配置以提供該光學偵測器、該處理單元以及該控制單元之所需用電；以及一發光元件，其中該發光元件與該光學偵測器係位於該量測容器之相對二側，且該發光元件電性連接該控制單元與該供電單元，其中該發光元件設置在該量測容器的後方打光以讓背景過曝。
- 如請求項1所述之黏度量測裝置，其中該光學偵測處理裝置進一步包含一顯示裝置，訊號連接該處理單元、該控制單元以及該供電單元，其中該顯示裝置配置以顯示該處理單元之分析結果。
- 如請求項1所述之黏度量測裝置，其中該量測容器為一透光容器，且該量測容器之表面設有複數個刻度。
- 如請求項1所述之黏度量測裝置，其中該待測影像為一動態影像，且該動態影像包含該球體於該待測物質中之移動影像，該處理單元配置以根據該動態影像之拍攝時間換算該待測物質之液體黏度。
- 如請求項4所述之黏度量測裝置，其中該光學偵測器包含一動態偵測元件，且該動態偵測元件配置以偵測該球體之動作。
- 如請求項1所述之黏度量測裝置，其中該待測影像為一靜態影像，且該靜態影像包含該球體於該待測物質中之畫面，該處理單元比對該靜態影像與該資料庫之基準影像來判斷該球體是否碰觸到該量測容器之內壁。
- 一種黏度量測方法，包含： 提供如請求項1所述之黏度量測裝置；將該待測物質填充在該量測容器中；將該球體投入裝有該待測物質之該量測容器中；利用該光學偵測器擷取該球體在該量測容器移動之影像，以作為該待測影像，其中該待測影像包含複數個靜態影像，該資料庫更配置以儲存複數個基準影像，該處理單元比對該些靜態影像與該資料庫之該些基準影像來判斷該球體是否碰觸到該量測容器之內壁，以排除量測不準的數據；以及利用該處理單元分析該待測影像，以獲得該待測物質之該液體黏度。
- 如請求項7所述之黏度量測方法，其中該待測影像更包含一動態影像，且該動態影像包含該球體於該待測物質中之移動影像，該處理單元配置以根據該動態影像之拍攝時間換算該待測物質之液體黏度。
- 如請求項7所述之黏度量測方法，其中該光學偵測器包含一動態偵測元件，且該動態偵測元件配置以偵測該球體之動作。
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