JPH01311250A - 流体粘度計測方法及び計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、化学、物理、物理化学、生化学及び、医療
、化学工業における流動状態における液体の粘度を計測
する方法及び装置に間する。

［発明の概要］ この発明の流体粘度計測方法及び装置は、液体が静止状
態でなく流動している状態にあっても粘度の計測が可能
であることを特徴としている。検出器には圧電素子を使
用し、前記圧電素子の片側または両側を液体と接触させ
、圧電素子の共振周波数もしくは損失抵抗を求めること
によって、流体の粘性の計測を行なう。

また、本発明の内、流体粘度計測装置の方は、少なくと
も圧電素子と圧電素子の共振周波数を測定する装置もし
くは損失抵抗を測定する装置のいずれかにより構成され
る。

［従来の技術］ 従来、粘度測定には主として、細管法、回転法、落球法
などが用いられてきた。細管法は試料液体が細管を落下
する速度から粘度を求めるもので、落球法は試料液中に
金属球を入れ、その落下速度から粘度を求めるものであ
る。また、回転法は試料液中で円筒上の金属棒を回転さ
せ、せん断応力を求めることによって粘度を求めるもの
である。この他、ねじれ振動子を用いた粘度測定法も開
発されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の粘度測定法は、サンプルを抽出して測定する方式
であり、流動状態にある液体の粘度を、連続的に計測す
ることは難しかった。よって、例＾ば静止状態と流動状
態で粘性の異なる物質（非ニユートン流体）のような試
料の場合の流動状態における粘度を正確に測定すること
は困難であった。また、サンプルとして必要な量も少な
くないため、分析装置のような微量を扱う系には不向き
である。さらに、これらの測定法では測定にある程度時
間を要し、また測定を自動化することも困難であった。

［課題を解決するための手段］ 本発明の流体粘度計測方法及び計測装置は、例えばＡＴ
カット水晶振動子を検出器とし、水晶振動子の損失抵抗
あるいは共振周波数を計測することによって、流体の粘
性を計測している。よって水晶振動子を測定対象と接触
させるだけで、粘性の測定が可能である。このため、例
えば液体の流れているパイプの中に水晶振動子を挿入す
れば、液体の粘性を流動している状態のままで測定する
ことが可能である。また、出力が電気信号で得られるた
め、測定や測定データの記録を自動的に行なうことも非
常に容易である。

［作用］ 水晶振動子は、圧電効果を利用したデバイスであり、共
振周波数付近の周波数の電圧を印加することによって機
械的な振動を起こす、この振動はきわめて微小であるが
、液体が接した状態で液体と水晶振動子表面との間のせ
ん断応力による抵抗を受ける。この機械的抵抗の抵抗係
数は、水晶振動子の機械的な振動と電気的な振動とを対
応づけて考えると電気的抵抗と同等であると考＾ること
ができる。従って、共振周波数における損失抵抗は、振
動子表面の摩擦係数を反映した値と考えられ、この損失
抵抗を連続的に計測することによって、液体の粘性変化
を計測することができる。また、水晶振動子のせん断応
力が水晶振動子の弾性体として振動する力と釣りあうこ
とから、共振周波数もまた流体の粘性変化を反映した値
となる。

従って、共振周波数変化を測定することによっても、流
体の粘性を計測することが可能である。さらに、水晶振
動子の替わりに他の圧電素子、例えばＳＡＷデバイスや
圧電セラミック発振子を用いた場合でも同様に前２の測
定を行なうことが可能である。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の流体粘度計測装置の模式図を示したもの
である。第１図においてＡＴカット水晶振動子１は片側
だけが液体と接するようにパイプ２の内壁面に液体の流
動方向７と平行に固定されている。またＡＴカット水晶
振動子１は、測定周波数が任意に設定できるインピーダ
ンス測定器３に接続され、インピーダンス測定器３は、
演算、制御を行なうためのコンピュータ４に接続され、
コンピュータ４にはプリンタ５、デイスプレィ６が接続
されている。

パイプ中に液体を流し、その液体の粘性を変化させなが
ら、水晶振動子の共振周波数付近でインピーダンス測定
を行なった。粘性は、液体の温度を変化させることによ
り変化させた。温度を変化させると、液体の密度も同時
に変化してしまい、共振周波数及び損失抵抗値に影響を
及ぼすが、液体の温度による密度変化は、粘性変化に比
較して小さいので無視しつる。

インピーダンス測定は、具体的にはアドミッタンスの虚
数部であるサセプタンスの最大値と最小値をあたえる周
波数の間に共振周波数があることから、サセプタンスの
最大値と最小値を周波数掃引して求め、このあいだの周
波数について等間隔でコンダクタンスとサセプタンスの
測定を行なった。測定値は、コンダクタンス及びサセプ
タンスのデータを円の最小自乗法によって処理し、円の
直径を求め、この逆数を損失抵抗の値とした。また、円
の中心点のサセプタンスの値と同じ値を持つ円上の周波
数をサセプタンスと測定周波数の多項式近似からもとめ
、これを共振周波数とした。

同様にして、液体と接していない場合の水晶振動子の共
振周波数も求め、両者の差をΔＦとした。

こうした測定及び演算の処理はコンピュータによって自
動的に行なうことが可能であり、本発明の装置では、１
回の測定を３秒以内に行なうことが可能である。

次に本装置により、流体の粘性の測定を行なった例につ
いて説明する。

（パイプ中に水を流した場合の例） パイプの中に水を一定流速で流し、水の温度を２０°Ｃ
から７０°Ｃまで変化せることにより水の粘性を変化さ
せ、ＡＴカット水晶振動子ｌの共振周波数及び、損失抵
抗値を測定した。水の粘性に対する水晶振動子の共振周
波数を第２図、水の粘性に対する損失抵抗値を第３図に
示す、水晶振動子の共振周波数および損失抵抗値は、水
の粘性をよく反映したものとなっている。

本実施例ではＡＴカット水晶振動子を検出器として用い
た場合を示したが、ＧＴカット水晶振動子を用いた場合
も同様に測定ができることが確認されている。

（ＳＡＷデバイスを用いた場合の例） ２つのくし形電極を有するロッシェル塩を用いたＳＡＷ
デバイスを検出器として、ヘキサンについて測定を行な
ったところ、同様に粘性に対応した応答が得られた。

［発明の効果１ 本発明の流体粘度計測方法及び計測装置によって、流動
状態における液体の粘性を連続的に測定することが可能
となった。また、これにより静止状態と流動状態で粘性
の異なる物質の流動状態における粘性も測定することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流体粘度計測装置の模式図、第２図は
パイプ中に水を流した場合の水の粘性と水晶振動子の共
振周波数の関係を示す図、第３図は前記の場合の水の粘
性と水晶振動子の損失抵抗値の関係を示す図である。 ｌ・・・ＡＴカット水晶振動子 ３・・・インピーダンス測定器 ４・・・コンピュータ 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　　林　　　敬　之　助清体粘１訂；Ｆ
ｌ装置ρ項八図 第１図 具４＆周液数　［Ｈｚコ 罎矢糟４几錘Ｒ＋［ｎｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）圧電素子の少なくとも片面を流動状態にある液体
   に接触させ、圧電素子の共振周波数を測定するあるいは
   、圧電素子の損失抵抗値を測定することにより、流動状
   態にある液体の粘性を計測することを特徴とする流体粘
   度計測方法。 （２）前記圧電素子が水晶振動子である特許請求の範囲
   第１項記載の流体粘度計測方法。（３）前記水晶振動子
   がＡＴカットもしくはＧＴカット水晶振動子である特許
   請求の範囲第２項記載の流体粘度計測方法。 （４）圧電素子の少なくとも片面を流動状態にある液体
   に接触させ、少なくとも圧電素子と圧電素子の共振周波
   数を測定する回路もしくは、圧電素子の損失抵抗値を測
   定する回路とより構成されて流動状態にある液体の粘性
   を計測することを特徴とする流体粘度計測装置。 （５）前記圧電素子が水晶振動子である特許請求の範囲
   第４項記載の流体粘度計測装置。（６）前記水晶振動子
   がＡＴカットもしくはＧＴカット水晶振動子である特許
   請求の範囲第５項記載の流体粘度計測装置。