WO2011086879A1 - 粘度の測定方法および粘度測定装置 - Google Patents

粘度の測定方法および粘度測定装置 Download PDF

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WO2011086879A1
WO2011086879A1 PCT/JP2011/000039 JP2011000039W WO2011086879A1 WO 2011086879 A1 WO2011086879 A1 WO 2011086879A1 JP 2011000039 W JP2011000039 W JP 2011000039W WO 2011086879 A1 WO2011086879 A1 WO 2011086879A1
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vibration
viscosity
vibrating body
gain
oscillation
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PCT/JP2011/000039
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅治 黒田
浩司 藪野
Original Assignee
独立行政法人産業技術総合研究所
学校法人慶應義塾
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body

Definitions

  • the present invention relates to a viscosity measuring method and a viscosity measuring apparatus using a vibrating body.
  • Viscometers that measure the viscosity of fluids are classified according to the basic principle, and are roughly classified into a thin tube type, a falling ball type, a rotary type, a chemical type, and a vibration type.
  • a vibration type viscometer for example, as described in JP-A-2004-361300, the viscosity of the object to be measured is determined from the driving current when the sensitive plate is electromagnetically vibrated with a predetermined amplitude in the object to be measured. Or forcing the vibrating body to obtain a frequency response curve representing the correspondence between the vibration frequency and the vibration amplitude of the vibrating body, and obtaining the viscosity from the Q value, etc. Proposed.
  • the method for obtaining the viscosity based on the Q value obtained from the frequency response curve it is necessary to experimentally obtain the frequency response curve in advance. For this purpose, it is necessary to sweep the excitation frequency in a wide frequency range to acquire the vibration amplitude of the vibrating body at each frequency, which is troublesome.
  • the experimentally obtained frequency response curve shows that when the vibrating body is in a liquid, for example, the resonance peak does not become clear as shown in FIG. It is difficult to read accurately and obtain an accurate Q value from here. For this reason, there is a problem that it is difficult to improve the measurement accuracy of the viscosity.
  • the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and an object thereof is to provide a viscosity measuring method and a viscosity measuring apparatus capable of detecting the viscosity easily and with high accuracy. It is said.
  • a viscosity measuring method includes a vibrator inserted into a fluid to be measured, an actuator that causes the vibrator to self-excited, and vibration of the vibrator.
  • Fs feedback control signal
  • Cc linear velocity feedback gain which is a positive value dx / dt: a control means for feedback-controlling the actuator by a feedback control signal represented by the vibration velocity of the vibrating body
  • a viscosity measuring device comprising: The viscosity measurement method used, the step of changing a linear velocity feedback gain in the feedback control, and the linear velocity feedback gain when the vibrating body changes state between a vibration state and a non-vibration state, And an oscillation limit gain for giving an oscillation limit, and detecting the oscillation limit gain as a viscosity-equivalent value
  • the viscosity measuring device includes a vibration displacement detecting unit that detects a vibration displacement of the vibrating body, and the control unit determines the vibration displacement and the vibration speed detected by the vibration displacement detecting unit.
  • the vibrating body is a cantilever.
  • the viscosity measuring apparatus includes a vibrating body inserted into a fluid to be measured, an actuator that self-excites the vibrating body, and a vibration speed detection that detects a vibration speed of the vibrating body.
  • Fs Cc ⁇ (dx / dt)
  • Fs feedback control signal
  • Cc linear velocity feedback gain which is a positive value dx / dt: control means for feedback control of the actuator by a feedback control signal expressed by the vibration speed of the vibrating body, and linear in the feedback control means
  • Gain adjustment means for changing the speed feedback gain, and the linear speed feedback gain when the vibrating body changes between a vibrating state and a non-vibrating state as an oscillation limit gain for giving an oscillation limit
  • the oscillation Viscosity equivalent value detecting means for detecting a limit gain as a viscosity equivalent value representing the magnitude of the viscosity of the fluid to be measured.
  • the linear speed feedback gain is changed when the linear speed feedback gain is changed.
  • the oscillator starts self-excited vibration only when the oscillation limit is reached, and the oscillation limit gain, which is a linear velocity feedback gain at the oscillation limit, represents a viscosity equivalent value. Therefore, it is possible to clearly determine whether or not the vibrating body vibrates, and the linear velocity feedback gain at that time, that is, the oscillation limit gain can be obtained as the viscosity equivalent value. Thus, the viscosity of the fluid to be measured can be detected easily and with high accuracy.
  • the vibration amplitude of the vibrating body by adjusting the nonlinear component by providing vibration amplitude reducing means and feeding back the linear component based on the vibration velocity and the nonlinear component based on the vibration displacement and vibration velocity. it can. For this reason, by adjusting the vibration amplitude of the vibrating body, the generation of vortices in the measurement target fluid can be suppressed, and the laminar flow can be maintained, that is, the viscosity measurement accuracy can be improved.
  • the viscosity ⁇ of the vibrating body uses the oscillation frequency of the vibrating body when the linear velocity feedback gain Cc is the oscillation limit gain, that is, the oscillation frequency corresponding to the natural frequency of the vibrating body.
  • the oscillation frequency of the vibration body takes a value close to the linear natural frequency of the vibration body, and is constant regardless of the vibration amplitude. Take.
  • FIG. 4A is a characteristic diagram showing the correspondence between the vibration frequency and the vibration amplitude of the vibrating body in the viscosity measurement method using forced vibration.
  • FIG. 4B is a characteristic diagram showing the correspondence between the oscillation frequency of the vibrating body and the vibration amplitude of the vibrating body in the viscosity measurement method using self-excited vibration.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a viscosity measuring apparatus according to the present invention.
  • 1 is a vibrating body such as a cantilever
  • 2 is a displacement sensor that measures the vibration displacement of the vibrating body
  • 3 is a displacement detector
  • 4 is a vibration speed calculator
  • 5 is an amplifier
  • 6 is vibrating the vibrating body 1.
  • a given actuator 7 is a driver for driving the actuator 6.
  • the displacement sensor 2 is composed of, for example, a piezo element, and the output of the displacement sensor 2 is input to the displacement detector 3, and the displacement detector 3 detects the displacement of the vibrating body 1.
  • the displacement detector 3 is composed of a signal conditioner such as a charge amplifier. The amount of bending of the cantilever detected by the displacement detector 3 is equivalent to the vibration displacement x of the cantilever.
  • the displacement detector 3 supplies the detected vibration displacement x of the vibrating body 1 to the vibration speed calculator 4.
  • the vibration speed calculator 4 is composed of a differentiator, receives the vibration displacement x from the displacement detector 3, differentiates the received vibration displacement x, and calculates dx / dt which is the vibration speed of the vibrating body 1. dx / dt is supplied to the amplifier 5.
  • the amplifier 5 is composed of a variable amplifier, receives the vibration speed dx / dt from the vibration speed calculator 4, and multiplies the received vibration speed dx / dt by a speed feedback gain Cc that is a linear feedback gain of a positive value to obtain Cc ⁇ dx / dt is calculated, and the calculated Cc ⁇ dx / dt is output to the driver 7 as the feedback control signal Fs.
  • the actuator 6 is composed of, for example, a piezo element, and is configured such that when the actuator 6 drives the vibrating body 1, the vibrating body 1 vibrates by itself.
  • the driver 7 is composed of, for example, a piezoelectric element driving amplifier, and amplifies the feedback control signal Fs received from the amplifier 5 and outputs the amplified feedback control signal Fs to the actuator 6 to drive the actuator 6.
  • the vibrating body 1 is inserted into a measurement target fluid that is a fluid whose viscosity is to be measured.
  • the driver 7 is operated to feed back the vibration speed dx / dt with positive feedback.
  • the speed feedback gain Cc is set to a preset initial value, for example, a relatively small value.
  • the actuator 6 is driven by the driver 7, and the actuator 6 applies a force or moment to the vibrating body 1.
  • the displacement of the vibrating body 1 is detected by the displacement sensor 2, and the vibration displacement x of the vibrating body 1 is detected by the displacement detector 3 based on the output of the displacement sensor 2.
  • This vibration displacement x is supplied to the vibration speed calculator 4 to calculate the vibration speed dx / dt.
  • the amplifier 5 multiplies the vibration speed dx / dt and the speed feedback gain Cc, and supplies the calculated Cc ⁇ dx / dt to the driver 7 as the feedback control signal Fs.
  • the driver 7 amplifies the feedback control signal Fs and drives the actuator 6, the actuator 6 applies force or moment to the vibrating body 1. Whether the vibrating body 1 vibrates based on, for example, the vibration displacement x calculated by the displacement detector 3 or the vibration speed dx / dt calculated by the vibration speed calculator 4 while the actuator 6 is controlled as described above. Monitor whether or not.
  • the speed feedback gain Cc is relatively small, the vibrating body 1 does not vibrate.
  • the speed feedback gain Cc is increased, the feedback control signal Fs is increased, the force or moment applied to the vibrating body 1 by the actuator 6 is increased, and the vibrating body 1 vibrates.
  • the feedback gain Cc is detected as a viscosity equivalent value that represents the magnitude of the viscosity.
  • the equation of motion of the vibrating body 1 can be equivalently expressed by the following equation (1) when the measurement system shown in FIG. 1 is regarded as a one degree of freedom secondary system.
  • m is an equivalent mass including the mass of the vibrating body 1 and an additional mass due to the movement of the vibrating body 1 and the fluid around the vibrating body 1
  • S is the vibrating body 1 facing the fluid to be measured.
  • Area (opposite area) ⁇ is the density of the fluid to be measured, ⁇ is the viscosity of the object to be measured, ⁇ is the oscillation frequency of the vibrating body 1, Cc is the speed feedback gain in the amplifier 5, and k is the spring constant of the vibrating body 1.
  • the facing area S represents the area of the surface that generates the shearing force of the vibrating body 1 when the vibrating body 1 moves in the fluid to be measured. For example, when the vibrating body 1 is a cantilever, vibration is generated. It represents the area of the surface parallel to the direction to be performed.
  • the oscillation frequency of the vibrating body 1 is In the linear vibration theory, it takes a value approximately equal to the linear natural frequency of the vibrating body 1 independent of the vibration amplitude.
  • the speed feedback gain Cc > 0
  • the vibration system becomes a negative damping system and self-excited vibration occurs when the condition of the following equation (2) is satisfied.
  • the speed feedback gain Cc * (hereinafter also referred to as the oscillation limit gain) that gives the oscillation limit of the example vibration at which the oscillation of the vibrating body 1 starts can be expressed by the following equation (3).
  • the viscosity ⁇ can be identified from the following equation (4) by obtaining the speed feedback gain Cc * when giving the oscillation limit of self-excited vibration.
  • the viscosity ⁇ can be calculated from the equation (4), and the vibration amplitude of the vibrating body 1 is relatively small, and the equation (1) is established as described above, and the coefficient “dx / dt” is obtained. Since the oscillation frequency ⁇ is substantially equal to the linear natural frequency of the vibrating body 1 and takes a constant value, the viscosity ⁇ and the velocity feedback gain Cc at the oscillation limit uniquely correspond to each other. Recognize.
  • the speed feedback gain Cc when the vibrating body 1 vibrates is the speed feedback gain Cc * when the oscillation limit is given, the speed feedback gain when the vibrating body 1 vibrates by changing the speed feedback gain Cc.
  • Cc * can be used as a viscosity-equivalent value representing the degree of viscosity, and the viscosity ⁇ can be calculated by calculating using the equation (4).
  • equation (4) the density ⁇ of the measurement target fluid and the area S of the vibrating body 1 facing the measurement target fluid are detected in advance.
  • the oscillation frequency ⁇ detects the oscillation frequency ⁇ of the vibrating body 1 when the vibrating body 1 starts self-excited vibration by changing the speed feedback gain Cc, and uses this as the oscillation frequency ⁇ . That is, as described above, when the above equation (1) is satisfied, that is, when the vibration amplitude is small and the absolute value of the coefficient “dx / dt” in the equation (1) is small, Since a constant value is obtained regardless of the vibration amplitude, which is approximately equal to the linear natural frequency of the vibrator 1, the accuracy is obtained by using the actual oscillation frequency when the self-excited vibration is started as the oscillation frequency ⁇ in the equation (4). A high viscosity ⁇ can be obtained. In other words, the detection error of the viscosity ⁇ increases as the error between the oscillation frequency used as the oscillation frequency ⁇ in the equation (4) and the natural frequency increases.
  • the vibrating body 1 vibrates at a single oscillation frequency when self-excited, and this single oscillation frequency substantially matches the linear natural frequency when the vibration amplitude of the vibrating body 1 is sufficiently small and is constant regardless of the vibration amplitude. It is theoretically clear to take the value. As shown in FIG. 2, the vibrating body 1 starts self-excited vibration when the speed feedback gain Cc reaches the oscillation limit gain Cc *, and when the speed feedback gain Cc exceeds the oscillation limit gain Cc *, the speed feedback The greater the gain Cc, the greater the vibration amplitude of the self-excited vibration.
  • the vibration amplitude of the self-excited vibration of the vibrating body 1 is smaller as the value of the speed feedback gain Cc is closer to the oscillation limit gain Cc *. Therefore, when self-excited vibration is started, that is, when the amplitude is small, the oscillation frequency of the vibrating body 1 represents a value equivalent to the linear natural frequency of the vibrating body 1 and the speed feedback gain Cc is the oscillation limit. The closer to the gain Cc *, the smaller the difference between the oscillation frequency of the vibrating body 1 and the natural frequency, indicating a constant oscillation frequency regardless of the amplitude, and improving the calculation accuracy of Equation (4).
  • the speed feedback gain Cc of the amplifier 5 is set to an initial value (step S2).
  • This initial value can be arbitrarily set. For example, zero or a value in the vicinity of the oscillation limit gain Cc * corresponding to the predicted viscosity of the fluid to be measured may be set.
  • Step S4 it is determined whether or not the vibrating body 1 vibrates based on the vibration displacement x of the vibrating body 1 calculated by the displacement detector 3 or the vibration speed dx / dt of the vibrating body 1 calculated by the vibration speed calculator 4 (Ste S4). For example, when the vibration displacement x or the vibration speed dx / dt changes by a predetermined threshold value or more, it is determined that the vibration body 1 vibrates. Good. Further, the frequency spectrum of the vibration amplitude of the vibrating body 1 is obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) processing on the vibration displacement data including the vibration displacement x, and the spectrum of the single oscillation frequency is generated. At this time, it may be determined that the vibrating body 1 vibrates.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • step S4 If it is not determined in step S4 that the vibrating body 1 has vibrated, the process proceeds to step S6, the speed feedback gain Cc of the amplifier 5 is increased, and then the process returns to step S4.
  • the speed feedback gain Cc may be changed continuously or may be changed for each preset change amount.
  • step S4 the processing in steps S4 and S6 is repeated to increase the speed feedback gain Cc, and when the vibrating body 1 vibrates, the process proceeds from step S4 to step S8. To do. Then, the speed feedback gain Cc at this time, that is, the speed feedback gain Cc when the vibrating body 1 vibrates is detected as the oscillation limit gain Cc *, and this is set as the viscosity equivalent value of the fluid to be measured.
  • step S9 the process proceeds to step S9, where, for example, the speed feedback gain Cc is maintained at a value of “Cc * + ⁇ c1” obtained by adding a predetermined amount ⁇ c1 to the oscillation limit gain Cc *, and from the vibration displacement x of the vibrating body 1 in this state.
  • the vibration waveform data is subjected to spectrum analysis using FFT (Fast Fourier Transform) processing, and a single oscillation frequency where the spectrum is generated is obtained as an oscillation frequency ⁇ * at the oscillation limit.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • ⁇ c1 is set to a relatively small value such that the oscillation frequency ⁇ * can be detected from the vibration displacement x of the vibrating body 1 when the speed feedback gain Cc is maintained at “Cc * + ⁇ c1”. .
  • the speed feedback gain Cc increases, and the vibration amplitude of the vibrating body 1 increases as shown in FIG.
  • the oscillation frequency of the vibrating body 1 deviates from the linear natural frequency, and the oscillation frequency tends to fluctuate depending on a slight change in the vibration amplitude. That is, the detection error of ⁇ in the equation (4) becomes large, and the calculation accuracy of the viscosity ⁇ is lowered. Therefore, “ ⁇ c1” is preferably as small as possible.
  • the vibration frequency for the vibrating body 1 is swept.
  • the frequency response curve of the vibrating body 1 as shown in 4 (a) is drawn, and the Q value is obtained from this frequency response curve. Therefore, it is necessary to accumulate the experimental data by gradually changing the excitation frequency for the vibrating body 1 to obtain a frequency response curve.
  • the Q value is not required for detecting the viscosity
  • a frequency response curve is not required. Therefore, there is an advantage that the time and labor required for viscosity detection can be greatly reduced by the amount that does not require a step of creating a frequency response curve.
  • the peak frequency does not appear clearly like the frequency response characteristic curve shown in FIG. 4A
  • the peak frequency as the viscosity equivalent value is specified with high accuracy. It is difficult.
  • the vibrating body 1 when the vibrating body 1 is caused to self-vibrate, the vibrating body 1 that self-vibrates as shown in FIG. 4B oscillates at a single frequency even in the fluid to be measured. For this reason, a viscosity measurement becomes easy for the following reasons.
  • the vibrating body 1 does not vibrate until the speed feedback gain (Cc *) that gives the oscillation limit, and gives the oscillation limit.
  • the vibration occurs for the first time when the speed feedback gain (Cc *) is reached, and then the vibration amplitude a increases as the speed feedback gain Cc increases.
  • the vibrator 1 oscillates at a single frequency. Therefore, it is possible to easily and accurately determine whether or not vibration has occurred simply by detecting the rise of the vibration amplitude a.
  • the viscosity ⁇ can be detected with high accuracy.
  • the horizontal axis represents the excitation frequency
  • the vertical axis represents the vibration amplitude of the vibrating body.
  • the horizontal axis represents the oscillation frequency of the vibrating body
  • the vertical axis represents the vibration amplitude of the vibrating body.
  • the effect that the change of the viscosity of the fluid to be measured can be detected in real time can be obtained by performing the measurement using the viscosity measuring apparatus. That is, as described above, the self-excited vibration is generated only when the expression (2) is satisfied. Therefore, when the speed feedback gain Cc reaches the oscillation limit gain Cc * that gives the oscillation limit, the viscosity ⁇ can be obtained by performing the calculation of the above equation (4) using the oscillation limit gain Cc *. .
  • the viscosity increases by monitoring whether or not the vibrating body 1 is in a non-vibrating state from the self-excited vibration with the steady amplitude while the speed feedback gain Cc is maintained at “Cc * + ⁇ c2”. It is possible to detect in real time whether or not. Further, by previously determining the correspondence between the viscosity of the fluid to be measured and the velocity feedback gain Cc at each viscosity, this correspondence and the value of the oscillation limit gain Cc * before the viscosity of the fluid to be measured changes, From the relationship with the value of the oscillation limit gain Cc * in the viscosity after the change, it can be quantitatively determined how much the viscosity has changed.
  • the viscosity of the fluid to be measured is increased. Whether it has decreased or not can be detected in real time, and the increase in viscosity can be quantitatively measured in the same manner as described above.
  • the predetermined amount ⁇ c2 can be detected from the vibration amplitude of the vibration body 1 in the state where the speed feedback gain Cc is maintained at “Cc * + ⁇ c2”, from the vibration state to the non-vibration state. And a size that can detect the amplitude fluctuation of the vibrating body 1 accurately.
  • ⁇ c2 may be set in consideration of sensitivity to changes in viscosity.
  • the oscillation frequency ⁇ * is the oscillation frequency of the vibrating body 1 in a state where the speed feedback gain Cc is maintained at the value of “Cc * + ⁇ c1” obtained by adding the predetermined amount ⁇ c1 to the oscillation limit gain Cc *.
  • the predetermined amount “ ⁇ c1” is set so that the vibration amplitude becomes a relatively small value such that the oscillation frequency can be detected, so that the difference between the obtained oscillation frequency ⁇ * and the natural frequency of the vibrating body 1 is Can be small. That is, the natural frequency of the vibrating body 1 can be detected with high accuracy.
  • the detection accuracy of the viscosity ⁇ can be further improved.
  • viscosity measurement can be performed easily and with high accuracy in this way.
  • accurate viscosity measurement for a developed food is important for obtaining chemical indicators of food quality, taste, and chewing sensation.
  • chemical measuring instrument manufacturers need to improve viscosity measurement accuracy in order to improve usability.
  • the velocity feedback gain Cc is acquired as the viscosity equivalent value and the viscosity ⁇ is calculated based on this is described, but the present invention is not limited to this. For example, if it is only necessary to detect a change in viscosity, whether the viscosity has changed by using the acquired speed feedback gain Cc as it is as a viscosity equivalent value representing the magnitude of the viscosity and detecting the change in the viscosity equivalent value. It may be determined whether or not.
  • the oscillation frequency ⁇ is substantially equal to the natural frequency when the measurement system is a one-degree-of-freedom secondary system and the vibration amplitude of the vibrating body 1 is relatively small.
  • the vibration amplitude of the vibrating body 1 is relatively small and the viscosity ⁇ is not required to have a very high accuracy, it is equivalently expressed as a natural frequency ( k / m) 1/2 may be used as the oscillation frequency ⁇ .
  • k is the spring constant of the vibrating body 1
  • m is an equivalent mass including the mass of the vibrating body 1 and the additional mass due to the movement of the vibrating body 1 and the fluid around the vibrating body 1.
  • the self-excited oscillation detection further detects whether or not the vibrator 1 is self-oscillating based on the vibration displacement x (or the vibration speed dx / dt or the frequency spectrum of the vibration amplitude).
  • Means 9, an FFT processing unit 9a for calculating the oscillation frequency by performing fast Fourier transform on the vibration waveform data composed of the vibration displacement x, and a calculator 10 are provided.
  • the speed feedback gain Cc is changed, and the speed feedback gain Cc of the amplifier 5 when the vibrating body 1 self-oscillates is obtained by the self-excited oscillation detection means 9. Thereafter, the speed feedback gain Cc is maintained at a value “Cc * + ⁇ c1” obtained by adding a predetermined amount ⁇ c1 to the oscillation limit gain Cc * when self-excited vibration occurs, and from the vibration displacement x of the vibrating body 1 in this state
  • the oscillation frequency is calculated by performing a fast Fourier transform on the vibration waveform data obtained by the FFT processing unit 9a.
  • the oscillation frequency acquired by the FFT processing unit 9a is set as the oscillation frequency ⁇ * at the oscillation limit, and the calculation unit 10 uses the oscillation frequency ⁇ * and the oscillation limit gain Cc * acquired by the self-excited oscillation detection means 9.
  • the viscosity ⁇ may be calculated according to the equation (4). Further, as shown in FIG. 6, it is possible to provide a gain adjusting means 10a for automatically changing the speed feedback gain Cc, and to automatically adjust the speed feedback gain Cc.
  • an arithmetic processing unit such as a microcomputer, an A / D converter, and a D / A converter are provided, and the output of the displacement sensor 2 is output via the A / D converter.
  • the arithmetic processing in the displacement detector 3 and the vibration speed calculator 4 and the processing of changing the speed feedback gain Cc and multiplying this by the vibration speed dx / dt are digitally performed by the arithmetic processing unit, and the feedback control signal Fs. May be generated and output to the driver 7 via a D / A converter.
  • the arithmetic processing unit monitors whether the vibrating body 1 vibrates based on the vibration displacement x detected by the displacement detector 3 or the vibration speed dx / dt calculated by the vibration speed calculator 4. Then, the velocity feedback gain Cc at the time of vibration is set as the oscillation limit gain Cc *, which is obtained as a viscosity equivalent value, and this is output as a viscosity measurement result to an output device such as a display to notify the operator. do it.
  • the processing for calculating the oscillation frequency ⁇ * and the processing for calculating the viscosity ⁇ from the equation (4) using the oscillation limit gain Cc * and the oscillation frequency ⁇ * are also configured to be executed in the arithmetic processing unit, that is, FIG.
  • the viscosity is increased. It is possible to automatically calculate ⁇ and notify the operator of this.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of the viscosity measuring apparatus according to the second embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those of the viscosity measuring apparatus in the first embodiment shown in FIG. 1, and the detailed description thereof is omitted.
  • the viscosity measuring apparatus includes a vibrating body 1 such as a cantilever, a displacement sensor 2 that measures the vibration displacement of the vibrating body 1, a displacement detector 3, a vibration speed calculator 4, An amplifier 5, an actuator 6 that applies vibration to the vibrating body 1, a driver 7 that drives the actuator 6, and multipliers 11 and 12, an amplifier 13, and a calculator 14 are further provided.
  • the multiplier 11 receives the vibration displacement x from the displacement detector 3, squares the received vibration displacement x, calculates x 2 , and supplies it to the multiplier 12.
  • the multiplier 12 receives the vibration speed dx / dt from the vibration speed calculator 4, multiplies the vibration speed dx / dt by the calculation result x 2 of the multiplier 11, and multiplies the multiplication result x 2 ⁇ (dx / dt ) Is supplied to the amplifier 13.
  • the amplifier 13 multiplies the multiplication result x 2 ⁇ (dx / dt) of the multiplier 12 and the positive nonlinear feedback gain Cnon to calculate Cnon ⁇ x 2 ⁇ (dx / dt), and calculates the calculated Cnon ⁇ x 2.
  • the computing unit 14 subtracts the computation output Cnon ⁇ x 2 ⁇ (dx / dt) of the amplifier 13 from the computation output Cc ⁇ (dx / dt) of the amplifier 5 and subtracts the result ⁇ Cc ⁇ (dx / dt) ⁇ Cnon.
  • ⁇ X 2 ⁇ (dx / dt) ⁇ is supplied to the driver 7 as the feedback control signal Fs.
  • the actuator 6 By operating the driver 7, the actuator 6 is driven by the driver 7, and a force or moment is applied to the vibrating body 1 by the actuator 6.
  • the displacement of the vibrating body 1 is detected by the displacement sensor 2, and the vibration displacement x of the vibrating body 1 is detected by the displacement detector 3 based on the output of the displacement sensor 2.
  • This vibration displacement x is supplied to the vibration speed calculator 4 to calculate the vibration speed dx / dt.
  • the amplifier 5 multiplies the vibration speed dx / dt by a speed feedback gain Cc that is a linear feedback gain.
  • x 2 is calculated by the multiplier 11
  • x 2 and the vibration speed dx / dt calculated by the vibration speed calculator 4 are calculated by the multiplier 12.
  • the operation result x 2 ⁇ (dx / dt) of the multiplier 12 is multiplied by the nonlinear feedback gain Cnon.
  • the arithmetic unit 14 subtracts the arithmetic output Cnon ⁇ x 2 ⁇ (dx / dt) of the amplifier 13 from the arithmetic output Cc ⁇ dx / dt of the amplifier 5, and the subtraction result ⁇ Cc ⁇ (dx / dt) ⁇ Cnon ⁇ x 2 ⁇ (dx / dt) ⁇ is supplied to the driver 7 as the feedback control signal Fs.
  • the driver 7 amplifies the feedback control signal Fs and drives the actuator 6, force or moment is applied to the vibrating body 1.
  • the feedback control signal Fs is expressed by the following equation (5).
  • Fs Cc ⁇ (dx / dt) ⁇ Cnon ⁇ x 2 ⁇ (dx / dt) (5)
  • Cc ⁇ (dx / dt) is a term of a linear component with respect to the vibration velocity dx / dt of the vibrating body 1
  • Cnon ⁇ x 2 ⁇ (dx / dt) is a vibration velocity dx / of the vibrating body 1. It becomes a term of a non-linear component with respect to dt.
  • the vibration amplitude of the cantilever is maintained constant and the nonlinear feedback gain is increased.
  • the vibration amplitude of the vibrating body 1 can be suppressed small, and the oscillation frequency of the vibrating body 1 can be maintained at a constant linear natural frequency regardless of the vibration amplitude.
  • amplitude reduction control for reducing vibration amplitude during self-excited vibration may be performed, that is, a nonlinear feedback component may be provided as shown in FIG. That is, by taking non-linear feedback and vibrating the vibrating body 1, the amplitude due to the self-excited vibration of the vibrating body 1 can be reduced, that is, the generation of vortices is suppressed and the laminar flow is maintained. This will prevent the occurrence of turbulent flow.
  • the difference between the oscillation frequency ⁇ * at the oscillation limit and the natural frequency of the vibrating body 1 can be made smaller, and the oscillation frequency ⁇ * is made to substantially coincide with the natural frequency. Therefore, the oscillation limit gain Cc * and the oscillation frequency ⁇ * at the oscillation limit as the natural frequency can be detected with higher accuracy. Accordingly, it is possible to further improve the detection accuracy of the viscosity ⁇ calculated using the oscillation limit gain Cc * and the oscillation frequency ⁇ * at the oscillation limit.
  • the non-linear feedback gain Cnon may be set as follows. That is, since the vibration amplitude can be suppressed as the nonlinear feedback gain Cnon is larger, the vibration generated when the nonlinear feedback gain Cnon is a relatively large value and the linear feedback gain Cc reaches the oscillation limit gain Cc *. A value that can accurately determine the vibration of the body 1 from its amplitude is detected in advance and set.
  • the generation of vortices in the measurement target fluid due to the self-excited vibration of the cantilever is suppressed, the generation of the turbulent state is suppressed, and the oscillation frequency ⁇ * and the linear natural frequency at the oscillation limit are suppressed. Therefore, the oscillation frequency does not fluctuate with respect to the change of the vibration amplitude, and the measurement accuracy of the viscosity measurement can be further improved.
  • the velocity feedback gain Cc * when the self-excited oscillation occurs is set as a viscosity equivalent value representing the magnitude of the viscosity, and this viscosity equivalent value is monitored, thereby measuring the fluid to be measured. You may make it detect the change of the inside viscosity.
  • Self-oscillation detecting means 9 for detecting whether or not, FFT processing section 9a for calculating the oscillation frequency by performing fast Fourier transform on the vibration waveform data composed of vibration displacement x, and calculator 10 are provided. Then, after obtaining the speed feedback gain Cc of the amplifier 5 when the vibrating body 1 self-oscillates by the self-excited oscillation detecting means 9, the speed feedback gain Cc is increased to cause an oscillation limit when self-excited vibration occurs.
  • the gain “Cc * + ⁇ c1” obtained by adding a predetermined amount “ ⁇ c1” to the gain Cc * is maintained, and the FFT processing unit 9a performs fast Fourier transform on the vibration waveform data including the vibration displacement x of the vibrating body 1 at this time. To calculate the oscillation frequency. Then, the oscillation frequency acquired by the FFT processing unit 9a is set as the oscillation frequency ⁇ * at the oscillation limit, and the oscillation limit gain Cc * acquired by the self-excited oscillation detection means 9 is used in the arithmetic unit 10 to calculate (4 ) The viscosity ⁇ may be calculated according to the equation.
  • an arithmetic processing unit such as a microcomputer, an A / D converter and a D / A converter are provided, and the output of the displacement sensor 2 is taken into the arithmetic processing unit via the A / D converter, and the displacement detector 3 and vibration
  • the arithmetic processing in the speed calculator 4 and the processing for changing the speed feedback gain Cc, the arithmetic processing in the amplifiers 5 and 13 and the arithmetic unit 14 are digitally performed by the arithmetic processing unit to generate the feedback control signal Fs, The output is made to the driver 7 via the / A converter.
  • the vibration displacement x of the vibrating body 1 detected by the displacement detector 3 is output to a monitor device or the like so that the operator can monitor the vibration state of the vibrating body 1 in the monitor device. Also good.
  • a cantilever is applied as the vibrating body 1 has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • a viscosity using a conventional vibration viscometer such as a rotating cylinder or a parallel plate is used. Even a total can be applied.
  • the present invention is not limited to this, and the speed feedback gain Cc is decreased from a relatively large value. Also good.
  • the speed feed gain Cc since the speed feed gain Cc is large, when the actuator 6 starts to be driven, the vibrating body 1 starts self-excited vibration. Therefore, the time point at which the self-excited vibration of the vibrating body 1 stops may be detected, and the speed feedback gain Cc at this time point may be detected as the oscillation limit gain Cc *.
  • the speed feedback gain Cc may be continuously changed, and may be changed stepwise, for example, for each ⁇ c.
  • the change in the speed feedback gain Cc (for example, ⁇ c) becomes a detection error of the oscillation limit gain, so the change in the speed feedback gain according to the target viscosity accuracy.
  • the viscosity equivalent value is obtained in real time by detecting the speed feedback gain Cc when the self-excited vibration occurs as the viscosity equivalent value.
  • the present invention is not limited to this. Absent.
  • a storage unit is provided, and the vibration displacement x or the vibration speed dx / dt of the vibrating body 1 when the speed feedback gain Cc is changed is associated with the value of the speed feedback gain Cc and stored in the storage unit as correspondence information.
  • the speed feedback gain Cc is changed within a predetermined range, and the corresponding information at that time is stored in the storage means. Then, after obtaining the correspondence information, the correspondence information stored in the storage means may be read, and based on this, the speed feedback gain Cc when the oscillation limit is reached may be obtained as a viscosity equivalent value.
  • the displacement detector 3 corresponds to the vibration displacement detector
  • the vibration speed calculator 4 corresponds to the vibration speed detector
  • the self-excited oscillation detector 9 and the calculator 10 detect the viscosity equivalent value.
  • the amplifier 5 and the driver 7 correspond to control means.
  • the amplifier 5, the multipliers 11 and 12, the amplifier 13, the arithmetic unit 14 and the driver 7 control.
  • a feedback system comprising multipliers 11 and 12, an amplifier 13 and an arithmetic unit 14 corresponds to the vibration amplitude reducing means.

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Abstract

　測定対象流体中の振動体（１）の振動速度を正帰還させてアクチュエータ（６）をフィードバック制御し、速度フィードバックゲインＣｃを増加させつつ振動体（１）の振動状態を監視し、振動体（１）が振動したときの速度フィードバックゲインＣｃを、発振限界における発振限界ゲインＣｃ＊として獲得し、この発振限界ゲインＣｃ＊を測定対象流体の粘度の大きさを表す粘度相当値とする。

Description

粘度の測定方法および粘度測定装置
　本発明は、振動体を用いた粘度の測定方法および粘度測定装置に関する。
　流体の粘度を測定する粘度計は、基本とする原理によって分類され、大別して、細管式、落球式、回転式、化学式、振動式に分類される。
　このうち、振動式の粘度計として、例えば特開２００４－３６１３００に記載されているように、測定対象物中で感応板を所定の振幅で電磁振動させたときの駆動電流から測定対象物の粘度を求めるようにしたもの、或いは、振動体を強制加振させ、加振周波数と振動体の振動振幅との対応を表す周波数応答曲線を求め、そのＱ値から粘度を求めるようにしたもの等が提案されている。
　上述のように、周波数応答曲線から得たＱ値に基づき粘度を求める方法においては、周波数応答曲線を実験的に予め求めておく必要がある。そのためには、幅広い周波数範囲で加振周波数をスイープして各周波数における振動体の振動振幅を獲得する必要があり手間がかかる。
　また、実験的に求められる周波数応答曲線は、振動体が液体中にある場合には、例えば、図４（ａ）に示すように共振ピークが鮮明とはならず、周波数応答曲線から共振点を正確に読み取り、ここから正確なＱ値を得ることは困難である。このため、粘度の測定精度を向上させることは困難であるという問題がある。
　そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、粘度を容易且つ高精度に検出することの可能な粘度の測定方法および粘度測定装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明の一の実施形態に係る粘度の測定方法は、測定対象流体に挿入される振動体と、当該振動体を自励振動させるアクチュエータと、前記振動体の振動速度を検出する振動速度検出手段と、前記振動速度検出手段で検出される前記振動速度を正帰還して、
　　　Ｆｓ＝Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）
　ただし、Ｆｓ：フィードバック制御信号
　　　　　Ｃｃ：正値である線形速度フィードバックゲイン
　　　　　ｄｘ／ｄｔ：振動体の振動速度
で表されるフィードバック制御信号により前記アクチュエータをフィードバック制御する制御手段と、からなる粘度測定装置を用いた粘度の測定方法であって、前記フィードバック制御における線形速度フィードバックゲインを変化させるステップと、前記振動体が振動状態と非振動状態との間で状態変化するときの前記線形速度フィードバックゲインを、発振限界を与えるときの発振限界ゲインとし、当該発振限界ゲインを前記測定対象流体の粘度の大きさを表す粘度相当値として検出するステップと、を備えることを特徴としている。
　また、上記の方法において、前記粘度測定装置は、前記振動体の振動変位を検出する振動変位検出手段を備え、前記制御手段は、前記振動変位検出手段で検出される振動変位及び前記振動速度に基づいて前記振動体の振動振幅を低減する振動振幅低減化手段を有し、
　　　Ｆｓ＝（Ｃｃ－Ｃｎｏｎ・ｘ2）・（ｄｘ／ｄｔ）
　ただし、Ｆｓ：フィードバック制御信号
　　　　　Ｃｃ：正値である線形速度フィードバックゲイン
　　　　　Ｃｎｏｎ：正値である非線形フィードバックゲイン
　　　　　ｘ：振動体の振動変位
　　　　　ｄｘ／ｄｔ：振動体の振動速度
で表されるフィードバック制御信号により前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴としている。
　また、上記の方法において、前記測定対象流体の密度をρ、前記振動体の発振周波数をω、前記線形速度フィードバックゲインをＣｃ、前記測定対象流体に対向する前記振動体の面積をＳとしたとき、前記測定対象流体の粘度ηを、
　　　η＝｛２／（ρ・ω）｝×（Ｃｃ／Ｓ）2
から算出するステップを有し、前記線形速度フィードバックゲインＣｃとして前記発振限界ゲインを適用し、且つ前記発振周波数ωとして前記線形速度フィードバックゲインが前記発振限界ゲインであるときの前記振動体の発振周波数を適用することを特徴としている。
　さらに、上記の方法において、前記振動体は、カンチレバーであることを特徴としている。
　また、本発明の一の実施形態に係る粘度測定装置は、測定対象流体に挿入される振動体と、当該振動体を自励振動させるアクチュエータと、前記振動体の振動速度を検出する振動速度検出手段と、前記振動速度検出手段で検出される前記振動速度を正帰還して、
　　　Ｆｓ＝Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）
　ただし、Ｆｓ：フィードバック制御信号
　　　　　Ｃｃ：正値である線形速度フィードバックゲイン
　　　　　ｄｘ／ｄｔ：振動体の振動速度
で表されるフィードバック制御信号により前記アクチュエータをフィードバック制御する制御手段と、前記フィードバック制御手段における線形速度フィードバックゲインを変化させるゲイン調整手段と、前記振動体が振動状態と非振動状態との間で状態変化するときの前記線形速度フィードバックゲインを、発振限界を与えるときの発振限界ゲインとし、当該発振限界ゲインを前記測定対象流体の粘度の大きさを表す粘度相当値として検出する粘度相当値検出手段と、を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、振動速度を正帰還させてアクチュエータをフィードバック制御することにより測定対象流体中で振動体を自励振動させるようにしたため、線形速度フィードバックゲインを変化させたとき、線形速度フィードバックゲインが発振限界に達した時点で初めて振動体は自励振動を開始することになり、この発振限界における線形速度フィードバックゲインである発振限界ゲインは粘度相当値を表す。したがって、振動体が振動しているか否かを明確に判断することができ、そのときの線形速度フィードバックゲインすなわち発振限界ゲインを粘度相当値として獲得することができるため、この粘度相当値を用いることにより測定対象流体の粘度を容易且つ高精度に検出することができる。
　特に、振動振幅低減化手段を設け、振動速度に基づく線形成分と振動変位及び振動速度に基づく非線形成分とをフィードバックすることによって、非線形成分を調整することにより振動体の振動振幅を調整することができる。このため、振動体の振動振幅を調整することにより測定対象流体における渦の発生を抑制することができ、また層流状態の流れを保つことができ、すなわち粘度の測定精度を向上させることができる。
　さらに、線形速度フィードバックゲインＣｃが発振限界ゲインであるときの振動体の発振周波数、すなわち振動体の固有振動数に相当する発振周波数を用いて振動体の粘度ηを演算することにより、演算式“η＝｛２／（ρ・ω）｝×（Ｃｃ／Ｓ）2”を用いた粘度ηの換算精度が向上し高精度な粘度を得ることができる。
　特に、振動振幅を低減させると、線形速度フィードバックゲインが発振限界ゲインから少し離れていても振動体の発振周波数は振動体の線形の固有振動数と近い値をとり、振動振幅によらず一定値をとる。このため、振動振幅を低減させた状態で、線形速度フィードバックゲインが発振限界ゲイン付近であるときの振動体の発振周波数を前記演算式中の発振周波数ωとして用いて粘度を演算することによって、結果的に高精度な粘度を得ることができる。
本発明の第１の実施の形態における粘度測定装置の一例を示す概略構成図である。 速度フィードバックゲインと振動体の振動振幅との対応を表す特性図である。 本発明による粘度の測定手順を示すフローチャートである。 図４（ａ）は強制加振を用いた粘度測定方法における、加振周波数と振動体の振動振幅との対応を表す特性図である。図４（ｂ）は自励振動を用いた粘度測定方法における、振動体の発振周波数と振動体の振動振幅との対応を表す特性図である。 第１の実施の形態のその他の例を示す概略構成図である。 第１の実施の形態のその他の例を示す概略構成図である。 第２の実施の形態における粘度測定装置の一例を示す概略構成図である。 第２の実施の形態のその他の例を示す概略構成図である。
　以下、本発明の実施の形態を説明する。
　まず、第１の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明における粘度測定装置の一例を示す概略構成図である。
　図１において、１はカンチレバー等の振動体、２は振動体の振動変位を測定する変位センサ、３は変位検出器、４は振動速度演算器、５は増幅器、６は振動体１に振動を与えるアクチュエータ、７はアクチュエータ６を駆動するドライバである。
　変位センサ２は例えばピエゾ素子で構成され、この変位センサ２の出力が変位検出器３に入力され、変位検出器３によって振動体１の変位を検出する。例えばカンチレバーを振動体１として用いた場合には、変位検出器３はチャージアンプ等のシグナルコンディショナで構成される。変位検出器３が検出するカンチレバーの撓み量は、カンチレバーの振動変位ｘと等価である。
　変位検出器３は、検出した振動体１の振動変位ｘを振動速度演算器４に供給する。
　振動速度演算器４は微分器で構成され、変位検出器３から振動変位ｘを受信し、受信した振動変位ｘを微分して振動体１の振動速度であるｄｘ／ｄｔを算出し、算出したｄｘ／ｄｔを増幅器５に供給する。
　増幅器５は可変増幅器で構成され、振動速度演算器４から振動速度ｄｘ／ｄｔを受信し、受信した振動速度ｄｘ／ｄｔに正値の線形フィードバックゲインである速度フィードバックゲインＣｃを乗じて、Ｃｃ・ｄｘ／ｄｔを算出し、算出したＣｃ・ｄｘ／ｄｔをフィードバック制御信号Ｆｓとしてドライバ７に出力する。
　アクチュエータ６は、例えばピエゾ素子で構成され、アクチュエータ６が振動体１を駆動することにより振動体１が自励振動するように構成されている。
　ドライバ７は、例えば、ピエゾ素子駆動用増幅器で構成され、増幅器５から受信するフィードバック制御信号Ｆｓを増幅してアクチュエータ６に出力し、アクチュエータ６を駆動する。
　次に、第１の実施の形態による粘度の測定方法を説明する。
　まず、粘度を測定したい流体である測定対象流体中に振動体１を挿入する。
　そして、ドライバ７を作動させて、振動速度ｄｘ／ｄｔを正帰還でフィードバックさせる。このとき、速度フィードバックゲインＣｃは予め設定した初期値、例えば比較的小さい値に設定する。
　これにより、ドライバ７によってアクチュエータ６が駆動され、アクチュエータ６が振動体１に力又はモーメントを加える。この振動体１の変位が変位センサ２により検出され、変位センサ２の出力をもとに変位検出器３により振動体１の振動変位ｘが検出される。この振動変位ｘは振動速度演算器４に供給されて振動速度ｄｘ／ｄｔが演算される。
　増幅器５により、振動速度ｄｘ／ｄｔと速度フィードバックゲインＣｃとが乗算され、算出されたＣｃ・ｄｘ／ｄｔがフィードバック制御信号Ｆｓとしてドライバ７に供給される。ドライバ７がフィードバック制御信号Ｆｓを増幅しアクチュエータ６を駆動することにより、アクチュエータ６が振動体１に力又はモーメントを加える。
　このようにアクチュエータ６が制御されている状態で、例えば変位検出器３で演算される振動変位ｘ又は振動速度演算器４で演算される振動速度ｄｘ／ｄｔに基づき、振動体１が振動したか否かを監視する。速度フィードバックゲインＣｃが比較的小さいときには振動体１は振動しない。
　振動体１が振動しないときには速度フィードバックゲインＣｃを増加させ、フィードバック制御信号Ｆｓが増加し、アクチュエータ６により振動体１に加えられる力又はモーメントが増加し振動体１が振動したとき、この時点における速度フィードバックゲインＣｃを、粘度の大きさを表す粘度相当値として検出する。
　ここで、振動体１の運動方程式は、図１に示す測定系を１自由度２次系とみなすと等価的に次式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）中の、ｍは振動体１の質量と振動体１及び振動体１周辺の流体の動きによる付加的質量を含めた等価的質量、Ｓは測定対象流体に対向する振動体１の面積（対向面積）、ρは測定対象流体の密度、ηは測定対象の粘度、ωは振動体１の発振周波数、Ｃｃは増幅器５における速度フィードバックゲイン、ｋは振動体１のばね定数、である。
　なお、前記対向面積Ｓとは、振動体１が測定対象流体の中を運動するとき、振動体１のせん断力を生じる面の面積を表し、例えば振動体１がカンチレバーである場合には、振動する方向と平行な面の面積を表す。
　ここで、振動体１の振動振幅が比較的小さく、且つ前記（１）式が成り立ち、（１）式中の“ｄｘ／ｄｔ”の係数の絶対値が小さいとき、振動体１の発振周波数は線形振動理論上、振動振幅に依存しない振動体１の線形の固有振動数にほぼ等しい値をとる。
　そして、速度フィードバックゲインＣｃ（＞０）を徐々に大きくすると、次式（２）の条件が満足されるとき、振動系は負減衰系となり自励振動が発生する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　すなわち、振動体１の発振が始まる自例振動の発振限界を与える速度フィードバックゲインＣｃ＊（以下、発振限界ゲインともいう。）は、次式（３）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　したがって、粘度ηは、自励振動の発振限界を与えるときの速度フィードバックゲインＣｃ＊を求めることにより、次式（４）から同定できることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　このように粘度ηは、前記（４）式から演算することができ、また、振動体１の振動振幅が比較的小さく前述のように（１）式が成り立ち、その“ｄｘ／ｄｔ”の係数の絶対値が小さいとき、発振周波数ωは振動体１の線形の固有振動数とほぼ等しく一定値をとるため、粘度ηと、発振限界における速度フィードバックゲインＣｃとは一意に対応していることがわかる。
　したがって、振動体１が振動した時点の速度フィードバックゲインＣｃは、発振限界を与えるときの速度フィードバックゲインＣｃ＊であるため、速度フィードバックゲインＣｃを変化させて振動体１が振動した時点の速度フィードバックゲインＣｃ＊は、粘度の度合を表す粘度相当値として用いることができ、さらに、前記（４）式を用いて演算を行うことにより、粘度ηを演算することができる。
　なお、（４）式において、測定対象流体の密度ρ及び測定対象流体に対向する振動体１の面積Ｓは予め検出しておく。
　また、発振周波数ωは、速度フィードバックゲインＣｃを変化させることにより振動体１が自励振動を開始したときの振動体１の発振周波数ωを検出し、これを発振周波数ωとして用いる。つまり、前述のように、前記（１）式が成り立つとき、すなわち振動振幅が小さく（１）式中の“ｄｘ／ｄｔ”の係数の絶対値が小さいときの発振周波数は、線形振動理論上、振動体１の線形の固有振動数にほぼ等しく振動振幅によらず一定値をとるため、前記（４）式における発振周波数ωとして自励振動を開始したときの実際の発振周波数を用いることにより精度の高い粘度ηを得ることができることになる。言い換えれば、（４）式の発振周波数ωとして用いられる発振周波数と固有振動数との誤差が大きいときほど、粘度ηの検出誤差が大きくなることになる。
　一方、振動体１は自励振動すると単一発振周波数で振動し、この単一発振周波数は、振動体１の振動振幅が十分小さいとき線形の固有振動数にほぼ一致し振動振幅によらず一定値をとることは、理論上明らかである。そして、振動体１は、図２に示すように、速度フィードバックゲインＣｃが発振限界ゲインＣｃ＊に達すると自励振動を開始し、速度フィードバックゲインＣｃが発振限界ゲインＣｃ＊を超えると、速度フィードバックゲインＣｃが大きいときほど自励振動の振動振幅が大きくなる。つまり、速度フィードバックゲインＣｃの値が発振限界ゲインＣｃ＊に近いときほど、振動体１の自励振動の振動振幅は小さい。したがって、自励振動を開始したとき、すなわち振幅が小さい状態での振動体１の発振周波数は、振動体１の線形の固有振動数と同等程度の値を表し、且つ速度フィードバックゲインＣｃが発振限界ゲインＣｃ＊に近いときほど振動体１の発振周波数と固有振動数との差は小さくなり、振幅によらず一定した発振周波数を示し、式（４）の演算精度が向上する。
　以上から、自励振動を開始したときの振動体１の発振周波数を、（４）式における発振周波数ωとして用いて粘度ηを演算することはすなわち振動体１の固有振動数を用いて演算することと同等となり、精度の高い粘度ηを得ることができることになる。
　なお、図２において、横軸は速度フィードバックゲインＣｃ、縦軸は、振動体１としてカンチレバーを適用した場合の振動振幅ａである。
　そこで、図３のフローチャートに示すように、まず、増幅器５の速度フィードバックゲインＣｃを初期値に設定する（ステップＳ２）。この初期値は、任意に設定することができ、例えば、零、或いは、測定対象流体の予測される粘度に応じた発振限界ゲインＣｃ＊近傍の値を設定すればよい。
　次に、変位検出器３で演算した振動体１の振動変位ｘ或いは振動速度演算器４で演算した振動体１の振動速度ｄｘ／ｄｔに基づき振動体１が振動したか否かを判断する（ステップＳ４）。振動体１が振動したか否かの判断は、例えば、振動変位ｘ或いは振動速度ｄｘ／ｄｔが予め設定したしきい値以上変化したときに、振動体１が振動したと判断するようにすればよい。また、これに限らず振動変位ｘからなる振動変位データに対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行うこと等により、振動体１の振動振幅の周波数スペクトルを求め、単一発振周波数のスペクトルが発生したとき、振動体１が振動したと判断するようにしてもよい。
　そして、ステップＳ４で振動体１が振動したと判断されないときにはステップＳ６に移行し、増幅器５の速度フィードバックゲインＣｃを増加させた後、ステップＳ４に戻る。速度フィードバックゲインＣｃは連続的に変化させてもよいし予め設定した変化量毎に変化させてもよい。
　ステップＳ４で振動体１が振動したと判断されるまでの間、ステップＳ４及びステップＳ６の処理を繰り返し行って速度フィードバックゲインＣｃを増加させ、振動体１が振動したときステップＳ４からステップＳ８に移行する。そして、この時点における速度フィードバックゲインＣｃ、すなわち、振動体１が振動したときの速度フィードバックゲインＣｃを発振限界ゲインＣｃ＊として検出し、これを測定対象流体の粘度相当値とする。
　次いで、ステップＳ９に移行し、例えば、発振限界ゲインＣｃ＊に所定量Δｃ１を加算した“Ｃｃ＊＋Δｃ１”の値に速度フィードバックゲインＣｃを維持し、この状態での振動体１の振動変位ｘからなる振動波形データに対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を用いてスペクトル解析をし、スペクトルが生じている単一発振周波数を、発振限界における発振周波数ω＊として獲得する。
　なお、“Δｃ１”は、速度フィードバックゲインＣｃを“Ｃｃ＊＋Δｃ１”に維持したときに、振動体１の振動変位ｘから発振周波数ω＊を検出することのできる程度の比較的小さい値に設定する。“Δｃ１”が大きくなると速度フィードバックゲインＣｃが大きくなり、図２に示すように、振動体１の振動振幅が大きくなる。その結果、振動体１の発振周波数が線形の固有振動数からずれてしまい、振動振幅のわずかな変化に依存して発振周波数が変動しやすくなる。これはすなわち、（４）式中のωの検出誤差が大きくなることになり、粘度ηの算出精度が低下することになる。したがって、“Δｃ１”は、できるだけ小さな値が好ましい。
　そして、ステップＳ１０に移行し、ステップＳ８で獲得した粘度相当値である発振限界ゲインＣｃ＊とステップＳ９で獲得した発振限界における発振周波数ω＊とを前記（４）式に代入し、粘度ηを演算する。
　このように、速度フィードバックゲインＣｃを変化させ、振動体１が自励振動を開始した時点の速度フィードバックゲインＣｃ（＝Ｃｃ＊）を検出し、且つ自励振動する振動体１の発振周波数（＝ω＊）を検出するだけで、測定対象流体の粘度を容易に検出することができる。
　ここで、周波数応答曲線から得たＱ値に基づいて粘度を測定するようにした強制加振法に基づく従来の粘度の測定方法にあっては、振動体１に対する加振周波数を掃引して図４（ａ）に示すような振動体１の周波数応答曲線を描き、この周波数応答曲線からＱ値を求めている。そのため、振動体１に対する加振周波数を少しずつ変化させて実験データを蓄積して周波数応答曲線を得る必要がある。
　これに対し、本実施の形態においては、粘度の検出にＱ値を必要としないため周波数応答曲線を必要としない。そのため、周波数応答曲線を作成する工程を必要としない分、粘度検出に要する時間と手間を大幅に削減することができるという長所がある。
　また、振動体１を加振させる方法の場合、図４（ａ）に示す周波数応答特性曲線のようにピーク周波数が鮮明に現れないため、粘度相当値としてのピーク周波数を高精度に特定することは困難である。これに対し、振動体１を自励振動させる場合には、図４（ｂ）に示すように自励振動する振動体１は、測定対象流体中であっても単一の周波数で発振する。このため、以下の理由で粘度測定は容易になる。
　すなわち、図２に示すように、振動体１は、速度フィードバックゲインＣｃを変化させたとしても、発振限界を与える速度フィードバックゲイン（Ｃｃ＊）となるまでの間は振動せず、発振限界を与える速度フィードバックゲイン（Ｃｃ＊）となった時点で初めて振動が生じ、その後速度フィードバックゲインＣｃの増加に伴って振動振幅ａが増加する。
　このとき振動体１は単一周波数で発振する。このため、振動振幅ａの立ち上がりを検出するだけで、振動が生じたか否かの判断を容易且つ的確に行うことができる。
　そして、このように振動振幅ａが立ち上がったときに、このときの速度フィードバックゲインＣｃを獲得すれば、これはすなわち、粘度相当値としての発振限界ゲインＣｃ＊であるから、発振限界ゲインＣｃ＊の検出を的確に行うことができることになり、その結果、粘度ηを高精度に検出することができることになる。
　なお、図４（ａ）において、横軸は加振周波数、縦軸は振動体の振動振幅である。また、図４（ｂ）において、横軸は振動体の発振周波数、縦軸は振動体の振動振幅である。
　また、上記粘度測定装置を用いて測定を行うことにより、測定対象流体の粘度の変化をリアルタイムで検出することができるという効果も得ることができる。
　つまり、上述のように、前記（２）式を満足するときにのみ自励振動が生じる。したがって、速度フィードバックゲインＣｃが発振限界を与える発振限界ゲインＣｃ＊に達した時点で、この発振限界ゲインＣｃ＊を用いて前記（４）式の演算を行うことにより、粘度ηを求めることができる。
　続いて、自励振動が生じる発振限界ゲインＣｃ＊に所定量Δｃ２を加算し、加算した値“Ｃｃ＊＋Δｃ２”に速度フィードバックゲインＣｃを維持する。これにより、振動体１は、定常振幅で自励振動することになる。
　この状態から測定対象流体の粘度が変化し、粘度が大きくなった場合には、前記（２）式を満足しなくなるため自励振動が停止する。この場合には、速度フィードバックゲインＣｃを増加させ、振幅が生じたか否かを監視することにより新たな発振限界ゲインＣｃ＊を求めることができる。
　したがって、速度フィードバックゲインＣｃを“Ｃｃ＊＋Δｃ２”に維持した状態で、振動体１が定常振幅で自励振動している状態から非振動状態となったか否かを監視することにより、粘度が増加したか否かをリアルタイムで検出することができる。
　また、測定対象流体の粘度と各粘度における速度フィードバックゲインＣｃとの対応を予め求めておくことによって、この対応関係と、測定対象流体の粘度が変化する前の発振限界ゲインＣｃ＊の値と、変化した後の粘度における発振限界ゲインＣｃ＊の値との関係から、粘度がどの程度変化したのかを、定量的に判断することができる。
　一方、速度フィードバックゲインＣｃを、発振限界ゲインＣｃ＊に所定量Δｃ２を加算した“Ｃｃ＊＋Δｃ２”に維持した状態で測定対象流体の粘度が変化し、粘度が小さくなった場合には、定常振幅で自励振動していた振動体１の振幅が大きくなる。このとき、速度フィードバックゲインＣｃを減少させることにより、自励振動の振幅は小さくなり自励振幅が生じなくなった時点における速度フィードバックゲインＣｃが、粘度変化後の測定対象流体における発振限界ゲインＣｃ＊となる。
　したがって、速度フィードバックゲインＣｃを“Ｃｃ＊＋Δｃ２”に維持した状態で、定常振幅で自励振動していた振動体１の振幅が大きくなったか否かを監視することにより、測定対象流体の粘度が減少したか否かをリアルタイムで検出することができ、上記と同様にその粘度の増加量も定量的に測定することができる。
　なお所定量Δｃ２は、速度フィードバックゲインＣｃを“Ｃｃ＊＋Δｃ２”に維持した状態において、振動体１の振動振幅から、振動体１が振動状態から非振動状態になったことを検出することが可能であり、且つ振動体１の振幅の変動を的確に検出することができる程度の大きさであればよい。“Δｃ２”が大きいと粘度が大きくなった場合であっても前記（２）式を満足しなくなるまでは自励振動を継続するため、粘度の変化に対する感度が低くなる。したがって、粘度の変化に対する感度を考慮して“Δｃ２”を設定するようにしてもよい。
　また、粘度ηを算出する際には、発振限界ゲインＣｃ＊と発振限界における発振周波数ω＊と検出し、これらを用いて前記（４）式から算出している。
　ここで前述のように、発振周波数ω＊は、速度フィードバックゲインＣｃを、発振限界ゲインＣｃ＊に所定量Δｃ１を加算した“Ｃｃ＊＋Δｃ１”の値に維持した状態での振動体１の発振周波数であり、且つ所定量“Δｃ１”を、振動振幅が発振周波数を検出できる程度の比較的小さな値となるように設定したため、得られる発振周波数ω＊と振動体１の固有振動数との差を小さくすることができる。つまり、振動体１の固有振動数を高精度に検出することができる。
　したがって、このように高精度に検出される振動体１の固有振動数（＝発振周波数ω＊）と、高精度に検出される発振限界ゲインＣｃ＊とを用いて粘度ηを演算することにより、粘度ηの検出精度をより向上させることができる。
　また、このように、粘度測定を容易且つ高精度に行うことができる。ここで、例えば、食品メーカにおいては、開発した食品についての精密な粘度測定は、食品の品質、味、咀嚼感覚の化学的指標を得るためにも重要である。また、化学計測器メーカにおいては、ユーザビリティの向上のためにも、粘度の測定精度の向上が必要である。
　したがって、食品メーカ、或いは化学計測器メーカ等、粘度測定が比較的重要となる分野において、上記の粘度の測定方法を適用することによって、高精度に粘度測定を行うことができ、且つ容易に行うことができるため、作業効率の向上を図ることができ好適である。
　なお、上記第１の実施の形態においては、速度フィードバックゲインＣｃを粘度相当値として獲得し、これに基づき粘度ηを演算する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば粘度の変化のみを検出すればよい場合には、獲得した速度フィードバックゲインＣｃをそのまま粘度の大きさを表す粘度相当値として用い、粘度相当値の変化を検出することにより、粘度が変化したか否かを判断するようにしてもよい。
　また、上記第１の実施の形態においては、（４）式において発振周波数ωとして、発振限界における発振周波数ω＊を用いる場合について説明したが、これに限るものではない。
　前述のように、発振周波数ωは、測定系が１自由度２次系であり且つ振動体１の振動振幅が比較的小さいときには固有振動数にほぼ等しくなる。このため、測定系が１自由度２次系であり且つ振動体１の振動振幅が比較的小さく、粘度ηとしてそれほど高い精度が要求されない場合には、固有振動数として等価的に表される（ｋ／ｍ）1/2を発振周波数ωとして用いるようにしてもよい。なお、ｋは振動体１のばね定数、ｍは振動体１の質量と振動体１及び振動体１周辺の流体の動きによる付加的質量を含めた等価的質量である。
　また、上記第１の実施の形態においては、速度フィードバックゲインＣｃを粘度相当値として、粘度測定装置から出力する場合について説明したがこれに限るものではない。
　例えば、図５に示すように、さらに、振動変位ｘ（又は振動速度ｄｘ／ｄｔ、又は振動振幅の周波数スペクトル）に基づき振動体１が自励発振しているか否かを検出する自励発振検出手段９と、振動変位ｘからなる振動波形データに対して高速フーリエ変換を行って発振周波数を演算するＦＦＴ処理部９ａと、演算器１０とを設ける。そして、速度フィードバックゲインＣｃを変化させ、振動体１が自励発振したときの増幅器５の速度フィードバックゲインＣｃを自励発振検出手段９で獲得する。その後、速度フィードバックゲインＣｃを、自励振動が生じたときの発振限界ゲインＣｃ＊に所定量Δｃ１を加算した値“Ｃｃ＊＋Δｃ１”に維持し、この状態における、振動体１の振動変位ｘからなる振動波形データに対してＦＦＴ処理部９ａで高速フーリエ変換を行って発振周波数を演算する。
　そして、ＦＦＴ処理部９ａで獲得した発振周波数を発振限界における発振周波数ω＊とし、この発振周波数ω＊と自励発振検出手段９で獲得した発振限界ゲインＣｃ＊とを用いて、演算器１０において、前記（４）式にしたがって粘度ηを演算するように構成してもよい。さらに、図６に示すように、速度フィードバックゲインＣｃを自動的に変化させるゲイン調整手段１０ａを設け、速度フィードバックゲインＣｃの調整も自動的に行うように構成することも可能である。
　また、上記第１の実施の形態において、マイクロコンピュータ等の演算処理装置及びＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を設け、変位センサ２の出力をＡ／Ｄ変換器を介して演算処理装置に取り込み、変位検出器３及び振動速度演算器４での演算処理及び速度フィードバックゲインＣｃを変化させこれを振動速度ｄｘ／ｄｔに乗算する処理を演算処理装置によりデジタル的に行ってフィードバック制御信号Ｆｓを生成し、これをＤ／Ａ変換器を介してドライバ７に出力する構成としてもよい。
　この場合には、演算処理装置において、変位検出器３で検出される振動変位ｘ又は振動速度演算器４で演算される振動速度ｄｘ／ｄｔに基づき、振動体１が振動したか否かを監視し、振動したときの速度フィードバックゲインＣｃを発振限界ゲインＣｃ＊とし、これを粘度相当値として獲得し、これを粘度測定結果として例えばディスプレイ等の出力装置に出力し、オペレータに通知するように構成すればよい。
　さらに、発振限界ゲインＣｃ＊を獲得した後、速度フィードバックゲインＣｃを“Ｃｃ＊＋Δｃ１”に維持して自励振動を行わせる処理、自励振動の発振周波数をＦＦＴ処理により演算して発振限界における発振周波数ω＊を算出する処理、発振限界ゲインＣｃ＊と発振周波数ω＊とを用いて（４）式から粘度ηを演算する処理も、演算処理装置において実行するよう構成し、すなわち、図６の変位検出器３、振動速度演算器４、増幅器５、自励発振検出手段９、ＦＦＴ処理部９ａ、演算器１０、ゲイン調整手段１０ａにおける各処理を、演算処理装置において実行することによって、粘度ηを自動的に演算しこれをオペレータに通知するように構成することも可能である。
　次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
　この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、さらに、振動体１が自励発振する際の振幅の低減を図るようにしたものである。
　図７は、第２の実施の形態における粘度測定装置の概略構成を示す概略構成図である。図１に示す、上記第１の実施の形態における粘度測定装置と同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
　第２の実施の形態における粘度測定装置は、図７に示すように、カンチレバー等の振動体１、振動体１の振動変位を測定する変位センサ２、変位検出器３、振動速度演算器４、増幅器５、振動体１に振動を与えるアクチュエータ６、アクチュエータ６を駆動するドライバ７を有すると共に、さらに、乗算器１１及び１２、増幅器１３、演算器１４を備える。
　乗算器１１は、変位検出器３から振動変位ｘを受信し、受信した振動変位ｘを二乗してｘ2を演算し、乗算器１２に供給する。
　乗算器１２は、振動速度演算器４から振動速度ｄｘ／ｄｔを受信し、この振動速度ｄｘ／ｄｔと乗算器１１の演算結果ｘ2とを乗算し、この乗算結果ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）を、増幅器１３に供給する。
　増幅器１３は、乗算器１２の乗算結果ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）と正値の非線形フィードバックゲインＣｎｏｎとを乗じてＣｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）を算出し、算出したＣｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）を演算器１４に供給する。
　演算器１４は、増幅器５の演算出力Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）から、増幅器１３の演算出力Ｃｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）を減算し、減算結果｛Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）－Ｃｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）｝を、フィードバック制御信号Ｆｓとしてドライバ７に供給する。
　次に、第２の実施の形態による粘度の測定方法を説明する。
　ドライバ７を作動させることにより、ドライバ７によってアクチュエータ６が駆動され、アクチュエータ６により力又はモーメントが振動体１に加えられる。振動体１の変位が変位センサ２により検出され、変位センサ２の出力をもとに変位検出器３により振動体１の振動変位ｘが検出される。この振動変位ｘは、振動速度演算器４に供給されて振動速度ｄｘ／ｄｔが演算される。増幅器５により、この振動速度ｄｘ／ｄｔと線形フィードバックゲインである速度フィードバックゲインＣｃとが乗算される。
　また、変位検出器３で検出された振動変位ｘをもとに、乗算器１１においてｘ2が演算され、乗算器１２においてｘ2と振動速度演算器４で演算された振動速度ｄｘ／ｄｔとが乗算され、さらに増幅器１３において、乗算器１２の演算結果ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）に非線形フィードバックゲインＣｎｏｎが乗算される。そして、演算器１４で、増幅器５の演算出力Ｃｃ・ｄｘ／ｄｔから、増幅器１３の演算出力Ｃｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）が減算され、その減算結果｛Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）－Ｃｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）｝が、フィードバック制御信号Ｆｓとしてドライバ７に供給される。ドライバ７がフィードバック制御信号Ｆｓを増幅しアクチュエータ６を駆動することにより、振動体１に力又はモーメントが加えられる。
　ここで、前記フィードバック制御信号Ｆｓは、次式（５）で表される。
　　Ｆｓ＝Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）－Ｃｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）　　　……（５）
　（５）式中の、Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）が振動体１の振動速度ｄｘ／ｄｔに対する線形成分の項となり、Ｃｎｏｎ・ｘ2・（ｄｘ／ｄｔ）が振動体１の振動速度ｄｘ／ｄｔに対する非線形成分の項となる。そして、振動体１としてカンチレバーを適用した場合、その特性から、非線形成分と振動体１としてのカンチレバーの自励振動力とがバランスすると、カンチレバーの振動振幅が一定に維持され、非線形フィードバックゲインを大きくすることにより振動体１の振動振幅を小さく抑制することができ、振動体１の発振周波数を振動振幅によらず一定な線形の固有振動数に維持することができる。
　ここで、測定系のレイノルズ数を下げ層流状態の流れが保たれ、振動体１の振動による渦の発生を抑えることにより、粘度の測定精度をより向上させることができる。そのためには、自励振動時の振動振幅を低減する振幅低減化制御を行えばよく、すなわち、図７に示すように非線形フィードバック成分を設ければよい。つまり、非線形フィードバックを講じて振動体１を振動させることにより、振動体１の自励振動による振幅を低減することができ、これはすなわち渦の発生を抑制し、また層流状態の流れを維持し乱流状態の発生を防ぐことになる。さらに前述のように、振動振幅を低減すると、発振限界における発振周波数ω＊と振動体１の固有振動数との差をより小さくすることが可能となり発振周波数ω＊を固有振動数とほぼ一致させることができるため、発振限界ゲインＣｃ＊及び、固有振動数としての発振限界における発振周波数ω＊をより高精度に検出することができる。したがって、これら発振限界ゲインＣｃ＊及び発振限界における発振周波数ω＊を用いて演算される粘度ηの検出精度をより向上させることができる。
　なお、前記非線形フィードバックゲインＣｎｏｎは、次のように設定すればよい。すなわち、非線形フィードバックゲインＣｎｏｎが大きいときほど振動振幅を抑制することができるため、非線形フィードバックゲインＣｎｏｎを比較的大きな値であり、且つ線形フィードバックゲインＣｃが発振限界ゲインＣｃ＊に達したときに生じる振動体１の振動を、その振幅から的確に判断することのできる程度の値を予め検出しておき、これを設定すればよい。
　このようにすることにより、カンチレバーの自励振動による、測定対象流体中での渦の発生が抑制され、乱流状態の発生が抑えられ、且つ発振限界における発振周波数ω＊と線形の固有振動数との差をより小さくすることができるため発振周波数が振動振幅の変化に対して変動せず、粘度測定の測定精度をより向上させることができる。
　なお、この第２の実施の形態においても、自励発振が生じたときの速度フィードバックゲインＣｃ＊を粘度の大きさを表す粘度相当値とし、この粘度相当値を監視することにより、測定対象流体中の粘度の変化を検出するようにしてもよい。
　また、図８に示すように、上記第１の実施の形態と同様に、振動変位ｘ（又は振動速度ｄｘ／ｄｔ、又は振動振幅の周波数スペクトル）に基づき振動体１が自励発振しているか否かを検出する自励発振検出手段９と、振動変位ｘからなる振動波形データに対して高速フーリエ変換を行って発振周波数を演算するＦＦＴ処理部９ａと、演算器１０とを設ける。そして、振動体１が自励発振したときの増幅器５の速度フィードバックゲインＣｃを自励発振検出手段９で獲得した後、速度フィードバックゲインＣｃを増加させて、自励振動が生じたときの発振限界ゲインＣｃ＊に所定量“Δｃ１”を加算したゲイン“Ｃｃ＊＋Δｃ１”に維持し、このときの振動体１の振動変位ｘからなる振動波形データに対してＦＦＴ処理部９ａで高速フーリエ変換を行って発振周波数を演算する。そして、ＦＦＴ処理部９ａで獲得した発振周波数を発振限界における発振周波数ω＊とし、これと自励発振検出手段９で獲得した発振限界ゲインＣｃ＊とを用いて、演算器１０において、前記（４）式にしたがって粘度ηを演算するように構成してもよい。
　さらに、マイクロコンピュータ等の演算処理装置及びＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を設け、変位センサ２の出力をＡ／Ｄ変換器を介して演算処理装置に取り込み、変位検出器３及び振動速度演算器４における演算処理及び速度フィードバックゲインＣｃを変化させる処理、増幅器５及び１３、演算器１４での演算処理を演算処理装置によってデジタル的に行ってフィードバック制御信号Ｆｓを生成し、これをＤ／Ａ変換器を介してドライバ７に出力する構成とする。そして、自励発振を検出したときの速度フィードバックゲインである発振限界ゲインＣｃ＊を獲得する処理、速度フィードバックゲインＣｃを“Ｃｃ＊＋Δｃ１”に維持し、このときの振動体１の振動変位ｘからなる振動波形データをＦＦＴ処理して発振周波数を求めこれを発振限界における発振周波数ω＊とする処理、さらに、発振限界ゲインＣｃ＊及び発振周波数ω＊から粘度ηを演算する処理を、演算処理装置において実行するように構成してもよい。
　また、上記各実施の形態において、変位検出器３で検出した振動体１の振動変位ｘをモニタ装置等に出力し、モニタ装置において振動体１の振動状況をオペレータが監視できるように構成してもよい。
　また、上記各実施の形態においては、振動体１としてカンチレバーを適用した場合について説明したがこれに限るものではなく、例えば、従来の振動式粘度計、例えば回転円筒、平行平板等を用いた粘度計であっても適用することができる。
　また、上記各実施の形態においては、速度フィードバックゲインＣｃを比較的小さい値から増加させる場合について説明したが、これに限るものではなく、速度フィードバックゲインＣｃを比較的大きな値から減少させるようにしてもよい。
　この場合には、速度フィードゲインＣｃが大きいため、アクチュエータ６を駆動開始すると振動体１は自励振動を開始する。したがって、振動体１の自励振動が停止する時点を検出しこの時点における速度フィードバックゲインＣｃを、発振限界ゲインＣｃ＊として検出すればよい。
　また、上記各実施の形態において、速度フィードバックゲインＣｃを連続的に変化させてもよく、さらに、例えばΔｃ毎に変化させる等、段階的に変化させるようにしてもよい。速度フィードバックゲインＣｃを段階的に変化させる場合には、速度フィードバックゲインＣｃの変化分（例えばΔｃ）が、発振限界ゲインの検出誤差となるため、目標とする粘度精度に応じて速度フィードバックゲインの変化分を設定するようにすればよい。
　また、上記各実施の形態においては、自励振動が生じたときの速度フィードバックゲインＣｃを粘度相当値として検出することによりリアルタイムで粘度相当値を獲得する場合について説明したが、これに限るものではない。
　例えば、記憶手段を設け、速度フィードバックゲインＣｃを変化させたときの、振動体１の振動変位ｘ又は振動速度ｄｘ／ｄｔを、速度フィードバックゲインＣｃの値と対応付けて、対応情報として記憶手段に格納するようにし、速度フィードバックゲインＣｃを所定の範囲で変化させ、そのときの対応情報を記憶手段に格納する。そして、対応情報を獲得した後、記憶手段に格納された対応情報を読み出し、これに基づき、発振限界に達したときの速度フィードバックゲインＣｃを、粘度相当値として獲得するようにしてもよい。
　なお、上記実施の形態において、変位検出器３が振動変位検出手段に対応し、振動速度演算器４が振動速度検出手段に対応し、自励発振検出手段９および演算器１０が粘度相当値検出手段に対応している。
　また、第１の実施の形態において、増幅器５およびドライバ７が制御手段に対応し、第２の実施の形態において、増幅器５、乗算器１１及び１２、増幅器１３、演算器１４およびドライバ７が制御手段に対応し、乗算器１１及び１２、増幅器１３及び演算器１４からなるフィードバック系が振動振幅低減化手段に対応している。
１　振動体
２　変位センサ
３　変位検出器
４　振動速度演算器
５、１３　増幅器
６　アクチュエータ
７　ドライバ
９　自励発振検出手段
９ａ　ＦＦＴ処理部
１０　演算器
１０ａ　ゲイン調整手段
１１、１２　乗算器
１４　演算器

Claims (5)

  1. 　測定対象流体に挿入される振動体と、
    　当該振動体を自励振動させるアクチュエータと、
    　前記振動体の振動速度を検出する振動速度検出手段と、
    　前記振動速度検出手段で検出される前記振動速度を正帰還して、
    　　　Ｆｓ＝Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）
    　ただし、Ｆｓ：フィードバック制御信号
    　　　　　Ｃｃ：正値である線形速度フィードバックゲイン
    　　　　　ｄｘ／ｄｔ：振動体の振動速度
    で表されるフィードバック制御信号により前記アクチュエータをフィードバック制御する制御手段と、からなる粘度測定装置を用いた粘度の測定方法であって、
    　前記フィードバック制御における線形速度フィードバックゲインを変化させるステップと、
    　前記振動体が振動状態と非振動状態との間で状態変化するときの前記線形速度フィードバックゲインを、発振限界を与えるときの発振限界ゲインとし、当該発振限界ゲインを前記測定対象流体の粘度の大きさを表す粘度相当値として検出するステップと、を備えることを特徴とする粘度の測定方法。
  2. 　前記粘度測定装置は、前記振動体の振動変位を検出する振動変位検出手段を備え、
    　前記制御手段は、前記振動変位検出手段で検出される振動変位及び前記振動速度に基づいて前記振動体の振動振幅を低減する振動振幅低減化手段を有し、
    　　　Ｆｓ＝（Ｃｃ－Ｃｎｏｎ・ｘ2）・（ｄｘ／ｄｔ）
    　ただし、Ｆｓ：フィードバック制御信号
    　　　　　Ｃｃ：正値である線形速度フィードバックゲイン
    　　　　　Ｃｎｏｎ：正値である非線形フィードバックゲイン
    　　　　　ｘ：振動体の振動変位
    　　　　　ｄｘ／ｄｔ：振動体の振動速度
    で表されるフィードバック制御信号により前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載の粘度の測定方法。
  3. 　前記測定対象流体の密度をρ、前記振動体の発振周波数をω、前記線形速度フィードバックゲインをＣｃ、前記測定対象流体に対向する前記振動体の面積をＳとしたとき、前記測定対象流体の粘度ηを、
    　　　η＝｛２／（ρ・ω）｝×（Ｃｃ／Ｓ）2
    から算出するステップを有し、
    　前記線形速度フィードバックゲインＣｃとして前記発振限界ゲインを適用し、且つ前記発振周波数ωとして前記線形速度フィードバックゲインが前記発振限界ゲインであるときの前記振動体の発振周波数を適用することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の粘度の測定方法。
  4. 　前記振動体は、カンチレバーであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の粘度の測定方法。
  5. 　測定対象流体に挿入される振動体と、
    　当該振動体を自励振動させるアクチュエータと、
    　前記振動体の振動速度を検出する振動速度検出手段と、
    　前記振動速度検出手段で検出される前記振動速度を正帰還して、
    　　　Ｆｓ＝Ｃｃ・（ｄｘ／ｄｔ）
    　ただし、Ｆｓ：フィードバック制御信号
    　　　　　Ｃｃ：正値である線形速度フィードバックゲイン
    　　　　　ｄｘ／ｄｔ：振動体の振動速度
    で表されるフィードバック制御信号により前記アクチュエータをフィードバック制御する制御手段と、
    　前記フィードバック制御手段における線形速度フィードバックゲインを変化させるゲイン調整手段と、
    　前記振動体が振動状態と非振動状態との間で状態変化するときの前記線形速度フィードバックゲインを、発振限界を与えるときの発振限界ゲインとし、当該発振限界ゲインを前記測定対象流体の粘度の大きさを表す粘度相当値として検出する粘度相当値検出手段と、を備えることを特徴とする粘度測定装置。
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