JPH10142139A - 液体の粘度測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧ガスの雰囲気下で液体の動粘度について直
接測定が簡単な操作で行えるようになる液体の粘度測定
装置および測定方法の提供。 【解決手段】粘度の測定対象となる液体２と、磁性体か
らなる帯状外環部23を有する毛細管粘度計20と、高圧の
雰囲気ガス６とを容器10の内部に入れて密閉し、この状
態で、容器10の外部に配置されたリング状の永久磁石14
を操作して、液体２の液面下に完全に浸かった毛細管粘
度計20を、液体２の液面上方へ移動し、毛細管粘度計20
から液体２を滴下させ、毛細管粘度計20内の液体２の液
面が所定の二位置を通過するのに要する時間を計測し、
これにより、高圧ガスの雰囲気下で動粘度の直接測定を
行えるようする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体の粘度、例え
ば、冷凍機の潤滑油の粘度を毛細管粘度計で直接測定す
るのに最適な液体の粘度測定装置および測定方法に関す
る。

【０００２】

【背景技術】液体の物性には、その粘性を表す粘度があ
る。粘度は、潤滑油にとっては、物性のなかで最も大切
なものの一つであり、機械要素の潤滑における重要な因
子となっている。ここで、液体の粘度を測定する装置と
しては、従来より、毛細管粘度計、高圧落球式粘度計お
よび電磁振動式粘度計等の多様な形式のものが知られて
おり、目的に応じて適宜な形式の粘度計が使用されてい
る。毛細管粘度計は、毛細管中を流れる被測定液体の流
量等に基づいて粘度を求めるものであり、被測定液体を
溜める所定容量の液溜め部と、この液溜め部からの液体
を流通させる毛細管とを有していれば、精度よく粘度
（動粘度）を測定することができるようになっている。
高圧落球式粘度計は、高圧密閉容器内に、被測定液体お
よび球を入れ、等速で自由落下する球の速度等に基づい
て粘度（絶対粘度）を求めるものである。電磁振動式粘
度計は、鉄片等の物体を被測定液体中に浸漬するととも
に、電磁波で振動させ、被測定液体の粘性による物体の
振動の減衰に基づいて粘度（絶対粘度）を求めるもので
ある。これらのうち、毛細管粘度計によれば、開放され
た空間においては、簡単な操作で動粘度を精度よく測定
することができる。このため、毛細管粘度計は、石油製
品の粘度測定に広く利用されている。一方、高圧落球式
粘度計および電磁振動式粘度計によれば、粘度計本体を
密閉容器状に形成することが可能なため、高圧ガスの雰
囲気下における液体の絶対粘度の測定にも使用すること
ができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の毛細管粘度計で
は、その粘度計本体を密閉容器に入れると、その操作が
著しく困難となることから、高圧ガスの雰囲気下におけ
る液体の粘度測定には、適さないという問題がある。ま
た、高圧落球式粘度計では、絶対粘度の直接測定は行え
るが、動粘度を直接測定することができないうえ、低粘
度の液体については、測定精度が良くないという問題が
ある。さらに、電磁振動式粘度計では、高圧落球式粘度
計と同様に、絶対粘度の直接測定は行えるが、動粘度を
直接測定することができないうえ、物体の振動による摩
擦熱により、温度が変化するため、測定精度が良くない
という問題がある。ここで、フロン等の冷媒を用いる冷
凍機で使用される潤滑油は、圧縮された高圧の冷媒ガス
が雰囲気となる環境下で使用される。このような高圧冷
媒ガスの雰囲気下におかれた潤滑由には、冷媒ガスが溶
け込むことから、その粘度が変化し、溶け込んだ冷媒ガ
スの量が多いと、潤滑油の性能に影響が及ぶことがあ
る。このため、潤滑油、特に、冷凍機用の潤滑油に係る
技術分野では、潤滑油が実際に使用される圧力および雰
囲気下において、その動粘度の直接測定が行える粘度測
定装置が要望されている。

【０００４】本発明の目的は、高圧ガスの雰囲気下で液
体の動粘度について直接測定が簡単な操作で行えるよう
になる液体の粘度測定装置および測定方法を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、粘
度の測定対象となる液体を密閉状態で収納する容器と、
この容器の内部に移動自在に配置された毛細管粘度計と
を備えた液体の粘度測定装置であって、前記毛細管粘度
計が磁性体を含んで構成され、かつ、この毛細管粘度計
の磁性体を前記容器の外部から非接触で移動させる磁気
発生手段が設けられていることを特徴とする。以上にお
いて、前記容器が細長い密閉耐圧容器とされ、前記毛細
管粘度計が前記容器の長手方向に沿って移動自在とさ
れ、前記磁気発生手段が、内部に前記容器を挿通可能な
リング状の永久磁石とされていることが好ましい。ま
た、前記毛細管粘度計の内部の液体の液面位置を検出す
る近接センサが前記容器の外部に設けられていることが
望ましい。さらに、前記容器が透明材料で形成されたも
のとされ、前記毛細管粘度計の少なくとも一部分が、そ
の内部を視認可能とする透明材料で形成されていること
が好ましい。さらに、前記容器の内部の液体を測定対象
とする、圧力センサ、温度センサ、屈折率センサ、密度
センサおよび濃度センサの少なくとも一つが前記容器に
設けられていることが望ましい。

【０００６】本発明の第２発明は、前記第１発明に係る
液体の粘度測定装置を用いる液体の粘度測定方法であっ
て、前記磁気発生手段を操作することにより、前記容器
に収納した測定対象の液体中に浸漬した前記毛細管粘度
計を当該液体の上方へ移動した後、前記毛細管粘度計の
内部の前記液体の液面が所定の二位置を通過するのに要
する通過時間を計測することを特徴とする。

【０００７】このような本発明では、容器の内部に入れ
た毛細管粘度計が測定対象となる液体に浸からない空間
が残るように、容器の内部に所定量の液体を入れるとと
もに、当該容器内に毛細管粘度計および高圧の雰囲気ガ
スを入れ、この状態で容器を密閉すれば、高圧の雰囲気
ガスの下に測定対象の液体がおかれることとなる。ここ
で、密閉された容器の内部に入れた毛細管粘度計の磁性
体が磁気発生手段の磁力を受け、磁気発生手段を容器の
外部で操作することにより、毛細管粘度計を非接触で移
動することができるようになっている。このため、液体
の液面下に完全に浸かる位置に毛細管粘度計を移動し、
毛細管粘度計を測定対象の液体で満たした後、液体の液
面から上方へ完全に脱した位置に毛細管粘度計を移動
し、毛細管粘度計から前述の液体を滴下させれば、毛細
管粘度計内の液体の液面が所定の二位置を通過するのに
要する通過こととなり、これらの二位置間を通過する時
間を計測することにより、動粘度の直接測定が行えるよ
うになる。従って、高圧ガスの雰囲気下で液体の動粘度
について直接測定が簡単な操作で行えるようになり、こ
れにより前記目的が達成される。

【０００８】そして、液体を入れる容器を細長い密閉耐
圧容器とし、容器の長手方向に沿って毛細管粘度計を移
動自在とし、かつ、磁気発生手段としてリング状の永久
磁石を採用し、このリング状の永久磁石の内部に前述の
容器を挿通させれば、磁気発生手段と毛細管粘度計との
距離が短縮されるとともに、磁気発生手段の磁力線が毛
細管粘度計の近傍に集中するようになり、毛細管粘度計
の磁性体に有効に作用する磁気発生手段の磁力が増大さ
れ、容器外部の磁気発生手段で容器内部の毛細管粘度計
を確実に移動できるようになる。

【０００９】また、毛細管粘度計の内部の液体の液面位
置を検出する近接センサを容器の外部に設ければ、毛細
管粘度計内の液体の液面が所定の二位置を通過するのに
要する通過時間を自動計測することが可能となり、これ
により、液体の動粘度測定の自動化が可能となる。さら
に、容器を透明材料で形成されたものとし、毛細管粘度
計の少なくとも一部分を、その内部が視認可能となる透
明材料で形成し、毛細管粘度計内の液体の液面が、所定
位置から所定距離低下するのを目視で観察できるように
すれば、さらに簡単な構造で動粘度の直接測定が可能と
なる。また、容器の内部の液体を測定対象とする、圧力
センサ、温度センサ、屈折率センサ、密度センサおよび
濃度センサの少なくとも一つを容器に設ければ、圧力、
温度、屈折率、密度および濃度の測定値が動粘度の測定
と同時に得られるようになり、得られた動粘度の測定値
についての補正等が速やかに行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る粘度
測定装置１が示されている。この粘度測定装置１は、粘
度の測定対象となる液体２を密閉状態で収納する容器10
と、この容器10の内部に配置された毛細管粘度計20と、
容器10を収納する恒温槽３とを備えたものである。な
お、測定対象となる液体２は、特定しないが、動粘度測
定の機会が多い潤滑油等の石油製品を想定するのが好ま
しい。恒温槽３は、水等の液体からなる熱媒体４に満た
されたものである。この恒温槽３には、熱媒体４を常に
所定の温度に保つために、温度調節手段５が設けられて
いる。温度調節手段５は、図には示されていないが、加
熱装置および冷却装置と、熱媒体４の温度を検出する温
度センサと、この温度センサの検出した温度に基づいて
加熱装置および冷却装置をコントロールするコントロー
ラとを備えたものとなっている。

【００１１】容器10は、細長い管状に形成されたガラス
製等の透明な密閉耐圧容器である。容器10の図中下端
は、閉じられている一方、図中上端には、蓋11で密閉可
能な開口が設けられている。この開口から測定対象とな
る液体２が容器10の内部に入れられるようになってい
る。また、蓋11には、雰囲気ガス６を容器10の内部に導
入するための導入管12が挿通されている。この導入管12
の図中上方の端部には、容器10の内部に入れた雰囲気ガ
ス６が外部に漏れないようにする、チェック弁等の逆止
装置13が設けられている。なお、雰囲気ガス６は、多種
多様なガスや、気化しやすい物質の蒸気等が想定され
る。例えば、水素、アンモニア、プロパン、フロンおよ
びエーテル等の採用が想定される。容器10の周囲には、
リング状の永久磁石14と、端面を互いに対向させて配置
された二対の光ファイバ15とが配置されている。永久磁
石14は、毛細管粘度計20を容器10の外部から非接触で移
動させるための磁気発生手段である。リング状の永久磁
石14の内部には、容器１が挿通されている。この状態で
永久磁石14は、容器10の図中下端近傍の位置、および、
容器10の中間部分の所定位置の二位置の間を、容器１の
側面に沿って移動可能となっている。永久磁石14の移動
は、当該磁石14に取付けられたアーム14A を介して、電
動機等の駆動手段により自動的に行われるようになって
いる。

【００１２】光ファイバ15は、光ファイバ15A, 15Bおよ
び光ファイバ15C, 15D のそれぞれが、毛細管粘度計20
の内部に収納された液体２の液面位置を検出する近接セ
ンサの一部を形成するものとなっている。すなわち、光
ファイバ15A は、図示しない粘度計算機に設けられた所
定の光源からの光を光ファイバ15B の端面に向かって投
光するものである。一方、光ファイバ15B は、光ファイ
バ15A からの光を受光して前述の粘度計算機内の受光素
子まで導くものとなっている。液体２の液面が光ファイ
バ15A, 15Bの間の位置まで降下すると、当該液面が光フ
ァイバ15A からの光を遮り、光ファイバ15B が光を受光
できなくなる。これにより、容器10の所定位置で、毛細
管粘度計20内の液体２の液面位置が検出されるようにな
っている。同様に、光ファイバ15C は、前述の光源から
の光を光ファイバ15D の端面に向かって投光するもので
ある一方、光ファイバ15D は、光ファイバ15C からの光
を受光するためのものである。液体２の液面が光ファイ
バ15C, 15Dの間にあって、光ファイバ15C からの光を遮
ると、光ファイバ15D が光を受光できなくなり、これに
より、光ファイバ15A, 15Bとは別の位置で、毛細管粘度
計20内の液体２の液面位置が検出されるようになってい
る。なお、容器10には、図には示されていないが、当該
容器10の内部の液体２を測定対象とする、圧力センサ、
温度センサ、屈折率センサ、密度センサおよび濃度セン
サが設けられている。

【００１３】毛細管粘度計20は、両端が開口されるとと
もに、ガラス等で形成された透明な筒状のものであり、
その長手方向が容器10の長手方向に沿って配置されると
ともに、容器10の長手方向に沿って移動自在とされてい
る。毛細管粘度計20の図中上端近傍には、図２にも示さ
れるように、側壁を膨らませた液溜め部21が設けられて
いる。液溜め部21の図中上方および下方には、液体２の
流量計測等に利用される標線21A, 21Bがそれぞれ設けら
れている。なお、標線21A, 21Bは、光ファイバ15A, 15C
からの光を遮らないものとなっている。毛細管粘度計20
の標線21B の図中下方の部分には、内径が著しく小さく
なった細管部22が設けられている。この細管部22の内部
を所定量の液体２が通過するのに要する時間（換言すれ
ば、液体２の流量）を計測することにより、液体２の動
粘度が測定されるようになっている。細管部22の側壁の
外周面には、磁性体からなる帯状外環部23が固定されて
いる。永久磁石14を容器10の長手方向に沿って移動する
ことにより、帯状外環部23が磁力により吸引される。こ
れにより、容器10の外部における操作により非接触で、
毛細管粘度計20が永久磁石14に追従して移動するように
なっている。

【００１４】毛細管粘度計20の移動範囲は、液体２の液
面下に完全に浸かってしまう位置Ａと、その標線21A, 2
1Bの各々が光ファイバ15A, 15Bおよび光ファイバ15C, 1
5Dにそれぞれ挟まれる位置Ｂとの間となっている。ここ
で、毛細管粘度計20を位置Ａから位置Ｂまで移動する
と、毛細管粘度計20の内部に液体２が満たされるように
なっている。また、液体２で満たされた毛細管粘度計20
を位置Ｂに保持しておくと、液体２が毛細管粘度計20か
ら滴下し、毛細管粘度計20が空になるまで、液体２の液
面が降下していく。そして、液体２の液面が標線21B を
通過したことが光ファイバ15C, 15Dにより検知され、前
述の粘度計算機に内蔵されたカウンタ（図示略）が起動
されるとともに、液体２の液面が標線21A を通過したこ
とが光ファイバ15A, 15Bにより検知され、前述のカウン
タが停止するようになっている。これにより、前述の粘
度計算機が、細管部22の内部を所定量の液体２が通過す
るのに要する時間を計測するとともに、動粘度を自動的
に測定するようになっている。

【００１５】次に、本実施形態における測定手順につい
て説明する。まず、所定量の液体２および毛細管粘度計
20を容器10の中に入れた後、蓋11を閉じ、高圧の雰囲気
ガス６を容器10の内部に導入し、容器10内を所定の圧力
にする。ここで、必要に応じて、蓋11を閉じる前に、高
圧の雰囲気ガスを吹き込んで、容器10内部の空気を追い
出しておく。次いで、予め温度調節手段５で内部の熱媒
体４を所定の温度にするとともに、永久磁石14を位置Ａ
に降下させておいた恒温槽３内の所定位置に、密閉した
容器10を設置する。容器10全体が熱的に平衡状態になっ
たら、永久磁石14を移動させる駆動手段を起動して、永
久磁石14を移動させ、毛細管粘度計20を位置Ｂまで上昇
させる。これにより、図３に示されるように、液体２が
毛細管粘度計20から滴下し、液体２の液面が降下してい
く。そして、液体２の液面が標線21B および標線21A を
通過したことを、光ファイバ15に検知させ、細管部22の
内部を所定量の液体２が通過するのに要する時間を粘度
計算機に自動計測させるとともに粘度を自動測定させ、
測定を完了する。

【００１６】前述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。すなわち、密閉された容器10の内部に
入れた毛細管粘度計20に磁性体からなる帯状外環部23を
設け、この帯状外環部23を永久磁石14で吸引するように
したので、永久磁石14を容器10の外部で操作することに
より、毛細管粘度計20を非接触で移動することができ
る。このため、容器10内の毛細管粘度計20が液体２に浸
からない空間が残る量の液体２を容器10に入れ、かつ、
当該容器10内に毛細管粘度計20および高圧の雰囲気ガス
６を入れ、この状態で容器10を密閉しても、液体２の液
面下に完全に浸かった毛細管粘度計20を液体２の液面か
ら上方へ完全に脱した位置へ移動させることが可能とな
り、毛細管粘度計20の簡単な操作で高圧の雰囲気ガス下
における動粘度を直接測定することができる。

【００１７】また、毛細管粘度計20内の液体２の液面が
所定の標線21B, 21Aの間を通過するのに要する通過時間
を計測するために、互いに端面が対向するように二対の
光ファイバ15A 〜15D を設けたので、標線21B, 21Aの間
の通過時間が自動計測可能となり、動粘度を自動測定す
ることができ、液体２の動粘度の直接測定をさらに容易
にすることができる。

【００１８】さらに、容器10を細長いものにするととも
に、磁気発生手段をリング状の永久磁石14とし、永久磁
石14の内部に容器10を挿通させたので、永久磁石14と毛
細管粘度計20との距離が短縮されるとともに、永久磁石
14の磁力線が毛細管粘度計20の近傍に集中し、毛細管粘
度計20の帯状外環部23に有効に作用する永久磁石14の磁
力が増大し、容器10の外部の永久磁石14で、容器10の内
部の毛細管粘度計20を確実に移動できる。

【００１９】また、磁力の影響を全く受けることがない
光ファイバ15で、液体２の液面位置を検出するようにし
たので、永久磁石14の磁力が強力なものであっても、他
の形式の近接センサのように磁気の影響で誤作動するこ
とがなく、液体２の液面の通過が確実に検出されるよう
になり、標線21A, 21B間を液面が通過するのに要する通
過時間を正確に計測することができる。

【００２０】さらに、容器10および毛細管粘度計20を透
明なものとし、毛細管粘度計20内の液体２の液面の降下
を容器10の外部から目視で観察できるようにしたので、
光ファイバ15等の補助手段を省略しても、動粘度を直接
測定できることから、きわめて簡単な構造としても、必
要最低限の精度を確保できる。

【００２１】また、容器10の内部の液体２を測定するた
めに、圧力センサ、温度センサ、屈折率センサ、密度セ
ンサおよび濃度センサを容器10に設けたので、圧力、温
度、屈折率、密度および濃度の測定値が動粘度の測定と
同時に得られるようになり、得られた動粘度の測定値の
補正等を、測定とほぼ同時に行うことができる。しか
も、上述のセンサから出力される信号は、細い電線で外
部に取出すことが可能なので、容器10から電線を取出す
ための孔等は、容易に密封可能となり、容器10内の高圧
が損なわれることがない。

【００２２】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるも
のでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改良並びに設計の変更が可能である。すなわち、液体
２の液面位置を検出する近接センサとしては、光ファイ
バを備えた光電式のものに限らず、静電容量式のもので
もよいが、光ファイバを備えた光電式のものを採用すれ
ば、前記実施形態のような効果を得ることができる。

【００２３】また、前記実施形態では、容器10の内部に
毛細管粘度計20を単に入れただけの構造であったが、粘
度測定装置の構造としては、図４に示されるように、毛
細管粘度計20とほぼ同一の重量を有するカウンターバラ
ンス24を設け、これらの毛細管粘度計20とカウンターバ
ランス24とをワイヤ25で連結し、ワイヤ25を容器10の両
端に設けたプーリー26の間に架け渡してもよい。このよ
うにすれば、毛細管粘度計20の重さがカウンターバラン
ス24の重さで相殺され、より弱い磁力で細管粘度計20の
移動が可能となる。

【００２４】さらに、磁気発生手段としては、永久磁石
に限らず、電磁石でもよい。電磁石を採用する場合に
は、前記実施形態のように、磁気発生手段である電磁石
自体を移動させる構造が採用できる他、電磁石を固定す
るとともに、電磁石への励磁電流を変えることで、毛細
管粘度計を移動させるものも採用できる。例えば、図５
に示されるように、容器10の中心軸に磁力線が集中する
ように、鉄心16が容器10の側面に沿って延長された電磁
石17を複数設け、これらの電磁石16を容器10の周囲に配
置し、かつ、帯状外環部23を着磁力すれば、電磁石17自
体を移動させなくとも、電磁石17への励磁電流を変える
ことで、毛細管粘度計20を移動することができる。この
際、毛細管粘度計20の位置検出用に、一対の光ファイバ
15E, 15Fを容器10内に設け、毛細管粘度計20の位置に応
じて電磁石17への励磁電流を調節すれば、毛細管粘度計
20を所定の位置に保持するための自動制御を行うことが
できる。

【００２５】

【発明の効果】前述のように、本発明によれば、高圧ガ
スの雰囲気下で液体の動粘度について直接測定を簡単な
操作で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の全体を示す断面図であ
る。

【図２】前記実施形態の要部を示す拡大断面図である。

【図３】前記実施形態の測定における一手順を示す断面
図である。

【図４】本発明の変形例を示す図２と同様の図である。

【図５】本発明の異なる変形例を示す図１と同様の図で
ある。

【符号の説明】 １ 粘度測定装置 ２ 測定対象となる液体 10 容器 14 磁気発生手段 15 近接センサの一部である光ファイバ 20 毛細管粘度計 23 磁性体からなる帯状外環部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粘度の測定対象となる液体を密閉状態で収
   納する容器と、この容器の内部に移動自在に配置された
   毛細管粘度計とを備えた液体の粘度測定装置であって、 前記毛細管粘度計が磁性体を含んで構成され、かつ、こ
   の毛細管粘度計の磁性体を前記容器の外部から非接触で
   移動させる磁気発生手段が設けられていることを特徴と
   する液体の粘度測定装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の液体の粘度測定装置にお
   いて、前記容器が細長い密閉耐圧容器とされ、前記毛細
   管粘度計が前記容器の長手方向に沿って移動自在とさ
   れ、前記磁気発生手段が、内部に前記容器を挿通可能な
   リング状の永久磁石とされていることを特徴とする液体
   の粘度測定装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の液体の粘
   度測定装置において、前記毛細管粘度計の内部の液体の
   液面位置を検出する近接センサが前記容器の外部に設け
   られていることを特徴とする液体の粘度測定装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   の液体の粘度測定装置において、前記容器が透明材料で
   形成されたものとされ、前記毛細管粘度計の少なくとも
   一部分が、その内部を視認可能とする透明材料で形成さ
   れていることを特徴とする液体の粘度測定装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の液体の粘度測定装置において、前記容器の内部の液体
   を測定対象とする、圧力センサ、温度センサ、屈折率セ
   ンサ、密度センサおよび濃度センサの少なくとも一つが
   前記容器に設けられていることを特徴とする液体の粘度
   測定装置。
6. 【請求項６】粘度の測定対象となる液体を密閉状態で収
   納する容器と、この容器の内部に、磁性体を含んで構成
   された毛細管粘度計が移動自在に配置され、かつ、この
   毛細管粘度計の磁性体を前記容器の外部から非接触で移
   動させる磁気発生手段が設けられている液体の粘度測定
   装置を用いて、前記液体の粘度を測定するための液体の
   粘度測定方法であって、 前記磁気発生手段を操作することにより、前記容器に収
   納した測定対象の液体中に浸漬した前記毛細管粘度計を
   当該液体の上方へ移動した後、 前記毛細管粘度計の内部の前記液体の液面が所定の二位
   置を通過するのに要する通過時間を計測することを特徴
   とする液体の粘度測定方法。