JPH08502128A

JPH08502128A - 流動特性を測定する方法及びその方法を実施する流動計

Info

Publication number: JPH08502128A
Application number: JP6508963A
Authority: JP
Inventors: ボーリン，レイフ
Original assignee: LUND MEDICINSK REOLOGI AB
Current assignee: LUND MEDICINSK REOLOGI AB
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1993-10-05
Publication date: 1996-03-05
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: DE69332999D1; SE9202915L; ATE241132T1; DE69332999T2; AU5124093A; SE501809C2; EP0729568A1; WO1994008222A1; SE9202915D0; US5565620A; JP3253626B2; EP0729568B1

Abstract

(57)【要約】サンプルの流動特性を測定する方法において、サンプルを含む振動装置が自由振動され、サンプルによって生じる緩衝を決定する。サンプルの流動測定は、緩衝によって決定することができる。この方法によって、流動特性は、少量及び／または低粘度のサンプルについて決定することができる。この方法は、特に体液を測定するようになっている。この方法を実施する流動計をも示す。

Description

【発明の詳細な説明】流動特性を測定する方法及びその方法を実施する流動計本発明は、サンプルの流動特性を測定する方法及びその方法を実施する流動計に関する。医薬産業において、流動学は科学技術の一分野としては余り使用されない。唯１つの例外は、人が健康であるかどうかを検査するために長年にわたって実施されて来た血沈反応の測定である。血沈反応は、血液の粘度に関連する。しかしながら、他の体液の粘度は、人の健康によって影響される。例えば、肝臓及び胆石の通路の健康状態によって、胆汁ミラーの粘度が種々に変化することは知られている。さらに器官支の粘液の作用と粘液の弾性との間に強い関連がある。さらに１つの例として、心臓病の原因が血液全体の粘性の増大に関連していることを示している。もし簡単な方法で血液、唾液、器管支の粘液、胆汁、精液、膣の分泌物、涙、関節滑液、腹膜液のような異なる体液の粘度を調査できるならば有利である。しかしながら、今日、体液の粘度を迅速に簡単に検査することができる装置はない。血沈反応を測定するとき、赤血球の血沈速度は、試験管を血液で満たしそれを約１時間直立させ、血球上の血しょうの高さを測定することによって決定される。この測定方法は、時間がかかり、他の体液の測定には使用することができない。工業界において、回転流動計によって液体の粘度を測定することが知られている。従来技術のクーテタイプの回転流量計は、一方が他方の中に配置されたわずかに異なる直径の２つのシリンダを有する。外側のシリンダは駆動体によって回転され、内側は静止している。粘度を測定する液体のサンプルは、シリンダの間の間隙に配置される。液体サンプルの粘度は外側のシリンダが回転され、液体がシリンダの間で移動されるとき液体が内側シリンダに影響を与える量を測定することによって決定される。しかしながら、このような流動計は、多くの理由によって体液に関して使用することは適当ではない。なぜならば、正確な粘度値を得るために液体サンプルの量が少なくとも１０ｍｌなければならないからである。いくつかの体液、例えば、関節滑液は、身体における全体量ではこの量に達するが、粘度の決定のために十分なサンプルをとることができない。さらに、いくつかの液体は粘度が非常に小さく、実際には水の粘度に近い。このような液体の粘度は、従来技術の流動計によっては測定することはできない。なぜならば、液体サンプルが静止シリンダに与える影響が、測定するには小さ過ぎるからである。最後に従来技術の流動計は、医療部門で実際に広範に使用するには非常に高価なものになる。従って、本発明の１つの目的は、低粘度の液体及び／または少量の液体サンプルの粘度を決定することができる、液体の流動特性を測定することができる方法及び流動計を提供することである。本発明の他の目的は、血沈反応の従来の測定と置換することができる方法及び装置を提供することである。これらの目的は、請求の範囲に述べる特徴を有する方法及び装置によって達成される。サンプルを含む振動装置を自由に振動させることによって、またサンプルによって生じる振動の緩衝を測定することによって、サンプルの流動特性を測定することができる。この原理は、サンプルの容量及び粘度とは独立して使用される。本発明による方法は、上述した公知の方法に代わるものとして使用することができる。本発明の背後にある理論は次のようである。内径がＲで内側の高さがＨである中空のシリンダをその軸線に沿ってねじりワイヤで吊り下げるとする。この構造のばね定数は、Ｉω_０ ^２であり、ここでＩは、慣性モーメントであり、ω_０は、空のシリンダを有する振動装置が自由なねじれ振動を行うときの角速度である。自由なねじれ振動は、ねじれワイヤ及び他の懸架装置の緩衝によって緩衝される。緩衝は対数的な減衰Δによって定義される。 Δ＝１／ｎ（ｌｎ（Ａ_ｎ／Ａ_ｌ））ここで、ｎは、振動周波数であり、Ａ_ｎは、ｎ番目の周期の振幅であり、Ａ_１は第１番目の振動の振幅である。もしシリンダを液体で満たし、振動装置が自由なねじれ振動を生じるようにすると、振動の緩衝は空のシリンダよりも大きくなるであろう。シリンダが振動するとき、振動は、シリンダ内の液体を通り抜ける。公式δ＝（η／ρω）^1/2 によって粘度η、流体ρの濃度及び角速度ωによって浸透深さδが決定される。適当な振動周波数を選択することによって、低い粘度の液体の浸透深さδを得ることができ、これは、シリンダの半径Ｒよりかなり小さい。この場合、シリンダの中央の液体は、ねじれ振動中に動くことができず、シリンダ壁と液体の動くことができない部分との間の液体は、せん断される。このせん断作用は、振動の緩衝を促進する。せん断作用によって生じる緩衝を測定することができ、この緩衝に基づいて流体の粘度を決定することができる。粘性流体に関しては、浸透深さδが半径Ｒ及び高さＨよりかなり小さいとすれば次の関係が適用される。 η＝２ｋωρ（Δ_Ｖ−Δ_０）ここで、Δ_Ｖ及びΔ_０は、シリンダに液体がある場合及びない場合の振動についての対数的な減衰を表し、ｋは、補正値である。緩衝及び相対的な周波数シフトを測定することによって、動的粘度η′及び貯蔵係数Ｇ′を次の等式によってわずかな弾性を有するサンプルのために決定する。 η′＝２ｋωρ（Δ_Ｖ−Δ_０）（−Δω／ω_０）（２）Ｇ′＝ｋω^２ρ［（Δ_Ｖ−Δ_０）^２−（Δω／ω_０）^２］（３）ここで（−Δω／ω_０）は、相対的な周波数シフトである。もし、浸透深さが半径Ｒ及び高さＨよりあまり小さくなければ、公式（１）乃至（３）は有効ではない。この場合サンプルの流動特性を決定するために、シリンダは、例えばサンプルを配置するプレートと置換され、固定当接部がサンプルと接触し、それによって振動装置が自由な振動を実行するときプレートと当接部との間でサンプルをせん断する。振動装置のサンプルの存在は、振動の緩衝を生じ、この振動は、前と同様に、対数的な部分モーメントΔ、ω_０乃至ωへの振動周波数のシフトによって表される。緩衝及び周波数を測定することによって、動的粘度η′及び貯蔵係数Ｇ′を次の等式によって決定することができる。 η＝ｋ_１（Δ_Ｖ−Δ_０）（４）Ｇ′＝ｋ_２（ω^２−ω_０ ^２）（５）ここでｋ_１及びｋ_２は補正定数である。小さいサンプルは緩衝を生じるので、本発明は、小さい容量のサンプルの流動的な特性を決定することが可能になる。合理的な時間で緩衝を測定することができるように、サンプルの質量は、流動計の振動質量の基本的な部分でなければならない。さらに本発明は、低い粘度のサンプルの流動的な特性を決定することができなければならない。これは、本発明による流動計が低粘度のサンプルによって生じる緩衝に比較して不十分な自己緩衝を有するので可能になる。１つの例として、水のサンプルを測定するとき、自己緩衝は、得られる緩衝の約１％である。従って、本発明は、血液及び他の体液の粘度を決定する際に使用するのが適している。本発明による流動計は、従来の流動計より製造上かなり廉価なので、血液の粘度を決定するこのような流動計の使用は、血沈作用の従来の決定に代えることができる。この場合、流動計は、粘度値を血沈反応値に変換する装置に適合することができる。本発明の理論を説明するにあたって、測定セル、すなわち、シリンダを、ねじりワイヤによって懸架し、振動装置は、自由なねじり振動を実行した。しかしながら、自由な振動は、ねじり振動を必要としないが、対応する緩衝は、例えば、振り子振動で得られる。本発明は、粘性及び／または弾性特性を有する材料の流動特性を決定するために使用される。この材料は、固体、液体、ガス状、プラスティック状、またはゲル状である。次に本発明の方法及び装置を添付図面を参照しながら、実施例によって説明する。第１図は、本発明のよる装置の実施例の部分断面側面図である。第２図は、本発明による装置の実施例の平面図である。第１図は、主に粘度特性を有するサンプル、特に低粘度の液体を測定するようになっている本発明による流動計の１つの実施例である。流動計は、底部プレート２と、３つの垂直脚部３及び上方プレート４を有する。底部プレート４に下方チャック５が取り付けられており、チャック部７の下端にねじりワイヤ６が取り付けられている。ねじりワイヤは、市販されており、異なるばね定数を備えることができる。ねじりワイヤ６の上端は上方チャック７に取り付けられており、上方チャック７は、自由軸８に軸線方向に接続されており、自由軸８は、結合部９を介して円錐台の形状の取付部１０に接続されている。測定セル１１が取付部に着脱可能に配置されている。第２図にさらに詳しく示すように、測定セル１１は３つの支持アーム１３が伸びている管状ハブ部分１２を有する。ハブ部分から離れるように面する端部で、支持アーム１３は液体サンプルを収容するようになっている円形の管１４を支持している。管１４は円形の断面をしており、液体は、隔壁または同様の障害物によって妨げられることなく管内を自由に移動することができる。管状のサンプル空間を有する測定セルに代わるものとして、円筒形またはプレート形状の測定セルを使用することができる。第１に重要なこととして、測定セルが回転対称形であることであり、液体が妨げられることなくサンプル空間で循環することができる。自由軸８は、スタンドの上方プレート４の空気軸受１５に取り付けられている。空気軸受１５は基本的には自由軸８の周りにギャップを備えている多孔性炭素軸受から成る。圧縮空気が出口１６に供給され、炭素軸受を通って間隙に噴射される。軸は振動の緩衝をほとんど行わないように固定される。空気軸受は、「多孔性炭素軸受」として市販されている。自由振動の振幅及び周波数を検出する検出ユニット１７は、上方チャック７と空気軸受１５との間に配置される。検出器ユニット１７は、市販されているいわゆるＲＶＤＴユニット（回転可変差動変換器）である。それは、第１の巻線１８と、第１の巻線に関して斜めの方向に対称的に配置された２つの二次巻線２０とを有する。ＲＶＤＴユニット１７は、信号処理及び計算ユニット（図示せず）に接続されている。流動計は振動例示装置２１に適合され、この装置２１は、スタンド１に固定的に取り付けられた電磁石２２と、スタンドに可動に取り付けられ、ばね２４によって休止位置に付勢された第１のバー２３と、第１のバー２３に取り付けられた第２のバー２５と、自由軸８に配置されたピン２６とを有する。電圧が電磁石に印加されるとき、第１のバー２３及びその上に配置された第２のバー２５は、電磁石２２に向かって引かれ、第２のバー２５は、ピン２６に当たり、それによって、ねじれワイヤ６，自由軸８、カップリング１０及び測定セル１１を振動させる。電磁石への電圧が遮断されると直ぐに、バー２３はその休止位置に戻る。別の案として、ＲＶＤＴユニット１７を励磁装置として使用してもよく、この場合、電圧は、短い時間の間に二次巻線の一方に印加される。励磁に関する基本的なことは、それが各場合において同じように実行されることである。流動計の作動を説明する。使用前に流動特性が公知であるか、またはいくつかの他の方法によって前に測定された特定の流体を測定するために流動計を適切に補正する。測定動作において、測定セルを流体サンプルで満たし、例示装置２１によって測定セルを振動させる。ＲＶＴＤユニット１７によって振動の緩衝を測定し、約５ｋＨｚの正弦波ＡＣ電圧を一次巻線１９に印加し、振動中、２次巻線２０に関する電機子の非対称位置によって生じる２次巻線１９からの差信号を測定する。各期間の同じ点でサンプルをとるように一次巻線に印加されるＡＣ電圧と同期してサンプルをとることによって差信号を復調する。復調信号の平方根の平均値を振幅を表すＤＣ電圧信号に変換する。このＤＣ信号をＡ／Ｄ変換して、パソコンに送り、次のように粘度を計算する。ＤＣ電圧の第１と第２の所定の水準において、ＤＣ電圧が現在の水準に減衰するまで取られるサンプルの数を決定する。サンプリング周波数は知られているから、第１から第２の所定の水準まで振動が緩衝されるのにかかる時間をとったサンプルの数によって決定する。振動周波数を知れば、液体サンプルの対数的な減衰を決定することができ、その結果、４ページの公式（１）によって粘度を決定することができる。また振動周波数は、ＲＶＤＴ１７によって決定することができ、４ページの公式（２）及び（３）によって相対的な周波数シフト及び動的な粘度η′及び貯蔵係数Ｇ′を決定することができる。例えば高粘度のさらに弾性を有し、弾性的な特性を有するサンプルに対する流動計の実施例において、図示した管状測定セル１１がプレート形状測定セルによって置換され、プレートと当接部との間でサンプルをせん断するように流動計に当接部を配置する。この当接部は、流動計に固定される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年１０月２５日【補正内容】請求の範囲１．サンプルの流動特性を測定する方法において、サンプルを含む振動装置を自由振動させる段階と、サンプルによって生じる振動の緩衝を決定する段階と、前記緩衝に基づいてサンプルの流動特性を計算する段階とを有することを特徴とするサンプルの流動特性を測定する方法。２．前記振動はねじれ振動であることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．前記サンプルによって生じる振動の周波数シフトを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。４．振動は、サンプルに小さい距離浸透するが、前記サンプルの一部は振動中に動かないように励起されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。５．前記サンプルの測定セル（１１）を有する振動装置（５乃至１１）を有するサンプルの流動特性を測定する流動計において、前記振動装置は測定セルが接続されていると共に振動装置を自由振動させる振動部材（６）と、振動の振幅を検出する検出器（１７）と、振動の緩衝を決定する装置と、前記決定装置によって決定された緩衝に基づいてサンプルの流動特性を計算する装置とを有することを特徴とするサンプルの流動特性を測定する流動計。６．前記測定セル（１１）の容量は、液体サンプルの質量が振動装置の振動質量の実質的な部分であることを特徴とする請求項５に記載の流動計。７．測定セル（１１）は着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の流動計。８．測定セル（１１）は振動部材に接続された結合部材に配置されており、前記流動計は結合部材を取り付ける空気軸受（１５）を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の流動計。９．振動部材（６）は、垂直方向に伸びていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の流動計。１０．振動周波数を測定する装置を有することを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の流動計。１１．測定セル（１１）はサンプル用の境界面を有し、前記境界面（１１）は、互いに非可動であり、振動中にサンブルと接触する境界面のみを構成することを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の流動計。１２．測定セル（１１）を閉鎖することを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか１項に記載の流動計。１３．測定セルは、互いに可動なサンプルの境界面を有し、サンプルが振動中これらの表面の間でせん断されるように１つの表面は、固定され、他方の表面は、可動であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の流動計。１４．体液の流動特性を測定するために使用されるようになっていることを特徴とする請求項５乃至１３のいずれか１項に記載の流動計。１５．血液の粘度を測定するために使用するようになっていることを特徴とする請求項１４に記載の流動計。１６．粘度値を血沈反応値に変換する装置を有することを特徴とする請求項１５に記載の流動計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．サンプルの流動特性を測定する方法において、サンプルを含む振動装置を自由振動させる段階と、サンプルによって生じる振動の緩衝を決定する段階と、前記緩衝によってサンプルの流動特性を決定する段階とを有することを特徴とするサンプルの流動特性を測定する方法。２．前記振動はねじれ振動であることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．前記サンプルによって生じる振動の周波数シフトを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。４．振動は、サンプルに小さい距離浸透するが、前記サンプルの一部が振動中に動かないように励起されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。５．前記サンプルの測定セル（１１）を有する振動装置（５乃至１１）を有し、前記振動装置は測定セルが接続されていると共に振動装置を自由振動させる振動部材（６）と、振動の振幅を検出する検出器（１７）とを有することを特徴とするサンプルの流動特性を測定する流動計。６．前記測定セル（１１）の容量は、液体サンプルの質量が振動装置の振動質量の実質的な部分であることを特徴とする請求項５に記載の流動計。７．測定セル（１１）は着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の流動計。８．測定セル（１１）は振動部材に接続された結合部材に配置されており、前記流動計は結合部材が取り付けられる空気軸受（１５）を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の流動計。９．振動部材（６）は、垂直方向に伸びていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の流動計。１０．振動周波数を測定する装置を有することを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の流動計。１１．測定セル（１１）はサンプル用の境界面を有し、前記境界面（１１）は、互いに非可動であり、振動中にサンプルと接触する境界面のみを構成することを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の流動計。１２．測定セル（１１）を閉鎖することを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか１項に記載の流動計。１３．測定セルは、互いに可動なサンプルの境界面を有し、サンプルが振動中これらの表面の間でせん断されるように１つの表面は、固定され、他方の表面は、可動であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の流動計。１４．体液の流動特性を測定するために使用されるようになっていることを特徴とする請求項５乃至１３のいずれか１項に記載の流動計。１５．血液の粘度を測定するために使用するようになっていることを特徴とする請求項１４に記載の流動計。１６．粘度値を血沈反応値に変換する装置を有することを特徴とする請求項１５に記載の流動計。