JPH11194084A - 動粘度計 - Google Patents
動粘度計Info
- Publication number
- JPH11194084A JPH11194084A JP36796597A JP36796597A JPH11194084A JP H11194084 A JPH11194084 A JP H11194084A JP 36796597 A JP36796597 A JP 36796597A JP 36796597 A JP36796597 A JP 36796597A JP H11194084 A JPH11194084 A JP H11194084A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- proportional
- pipeline
- diaphragm
- flow rate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 49
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡便かつ高精度に流体の動粘度を測定する装
置を提供する。 【解決手段】 管路内の流体に流速変動を加え、このと
きに管路内に発生する圧力勾配を測定し、圧力勾配中
の、流速に比例する成分と加速度に比例する成分の大き
さの比から、流体の動粘度を求める。
置を提供する。 【解決手段】 管路内の流体に流速変動を加え、このと
きに管路内に発生する圧力勾配を測定し、圧力勾配中
の、流速に比例する成分と加速度に比例する成分の大き
さの比から、流体の動粘度を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の動粘度を測定す
る装置、特に、流体に振動を加えたときの、圧力勾配の
内の流速比例成分と加速度比例成分の大きさの比を利用
して動粘度を測定する装置に係わる。本発明は、粘性抵
抗に起因する圧力降下を利用して流量を測る層流式流量
計と組み合わせて、粘性係数の変化の影響を受けること
なく質量流量を測定する目的に利用される他、流体の動
粘度を測定する任意の用途に適用出来る。
る装置、特に、流体に振動を加えたときの、圧力勾配の
内の流速比例成分と加速度比例成分の大きさの比を利用
して動粘度を測定する装置に係わる。本発明は、粘性抵
抗に起因する圧力降下を利用して流量を測る層流式流量
計と組み合わせて、粘性係数の変化の影響を受けること
なく質量流量を測定する目的に利用される他、流体の動
粘度を測定する任意の用途に適用出来る。
【０００２】
【従来の技術】動粘度は、流体の粘性係数を密度で割っ
た量であり、粘性係数と密度を別々に測定して計算して
求めるのが一般的で、動粘度を直接測定する装置は少な
い。とくに、プロセスなどで連続的に動粘度を測定でき
る簡便な方法はほとんどない状況である。
た量であり、粘性係数と密度を別々に測定して計算して
求めるのが一般的で、動粘度を直接測定する装置は少な
い。とくに、プロセスなどで連続的に動粘度を測定でき
る簡便な方法はほとんどない状況である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、小形簡便廉
価で、連続測定に適した動粘度測定装置を提供すること
を目的とする。
価で、連続測定に適した動粘度測定装置を提供すること
を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、管路内の被測定流体に流速変動を加
え、このときに管路内に発生する圧力勾配の内の、流速
に比例した成分と加速度に比例した成分の大きさの比か
ら、流体の動粘度を測定する。
めに、本発明では、管路内の被測定流体に流速変動を加
え、このときに管路内に発生する圧力勾配の内の、流速
に比例した成分と加速度に比例した成分の大きさの比か
ら、流体の動粘度を測定する。
【０００５】
【作用】管路内の流体に流速変動を加えると、流体中に
は流速方向に圧力勾配が発生する。この圧力勾配には、
流体の粘性に起因し流速に比例する成分と、流体の慣性
に起因し加速度に比例する成分とが含まれる。この二つ
の成分の比は、管路の形状が決まれば、流速変動の周波
数と動粘度の関数となる。従って、管路内の流体に流速
変動を加えたときの、変動周波数と上記二成分の大きさ
の比がわかれば、動粘度を知ることができる。
は流速方向に圧力勾配が発生する。この圧力勾配には、
流体の粘性に起因し流速に比例する成分と、流体の慣性
に起因し加速度に比例する成分とが含まれる。この二つ
の成分の比は、管路の形状が決まれば、流速変動の周波
数と動粘度の関数となる。従って、管路内の流体に流速
変動を加えたときの、変動周波数と上記二成分の大きさ
の比がわかれば、動粘度を知ることができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施の形態を、実施例に基づ
いて説明する。図１は本発明の第一実施例である。図１
において、１は被測定流体の充たされた直径２ａの円断
面の管路である。２は、管路１に取り付けられた金属製
のフランジである。３は、薄い金属製のダイヤフラムで
ある。ダイヤフラム３とフランジ２とは、薄い絶縁体４
をはさんで僅かな距離を隔てて平行に配置されており、
いわゆる平行平板コンデンサ−を形成している。５およ
び５’は管路１の管壁に開口した導圧管で、管路１の管
軸に沿ってΔｘの距離だけ隔てた二点の圧力を、差圧検
出器６に導いている。７は増幅器で、電圧制御発振器８
からの正弦波信号ｓｉｎ（２πｆｔ）を増幅して、フラ
ンジ２とダイヤフラム３の間に電位差として印加するこ
とによって、ダイヤフラム３を振動させる働きをしてい
る。この振動の周波数ｆは、波長の長さが管路１および
フランジ２の寸法に比較して十分に大きくなり、一方、
ダイヤフラム３の共振周波数に比べると十分に小さくな
るような値に設定されている。９は位相比較器で、電圧
制御発振器８の出力信号と差圧検出器６の出力信号の位
相差に比例した電圧を、電圧制御発振器８にフィ−ドバ
ックしている。本実施例においては、管路１内の流体系
と２〜９の機器とは、フェーズロックトループを形成し
ており、ダイヤフラム３の振動と差圧検出器６の出力と
が、常に一定の位相差となるような周波数で流体が加振
されることとなる。１０は表示回路で、電圧制御発振器
８の発振周波数を動粘度に変換して出力している。
いて説明する。図１は本発明の第一実施例である。図１
において、１は被測定流体の充たされた直径２ａの円断
面の管路である。２は、管路１に取り付けられた金属製
のフランジである。３は、薄い金属製のダイヤフラムで
ある。ダイヤフラム３とフランジ２とは、薄い絶縁体４
をはさんで僅かな距離を隔てて平行に配置されており、
いわゆる平行平板コンデンサ−を形成している。５およ
び５’は管路１の管壁に開口した導圧管で、管路１の管
軸に沿ってΔｘの距離だけ隔てた二点の圧力を、差圧検
出器６に導いている。７は増幅器で、電圧制御発振器８
からの正弦波信号ｓｉｎ（２πｆｔ）を増幅して、フラ
ンジ２とダイヤフラム３の間に電位差として印加するこ
とによって、ダイヤフラム３を振動させる働きをしてい
る。この振動の周波数ｆは、波長の長さが管路１および
フランジ２の寸法に比較して十分に大きくなり、一方、
ダイヤフラム３の共振周波数に比べると十分に小さくな
るような値に設定されている。９は位相比較器で、電圧
制御発振器８の出力信号と差圧検出器６の出力信号の位
相差に比例した電圧を、電圧制御発振器８にフィ−ドバ
ックしている。本実施例においては、管路１内の流体系
と２〜９の機器とは、フェーズロックトループを形成し
ており、ダイヤフラム３の振動と差圧検出器６の出力と
が、常に一定の位相差となるような周波数で流体が加振
されることとなる。１０は表示回路で、電圧制御発振器
８の発振周波数を動粘度に変換して出力している。
【０００７】ダイヤフラム３が振動すると、管路１内の
流体は管軸方向に正弦的に振動し、管路内の管軸方向に
は同じ周波数の正弦的な圧力勾配が生じる。上述のよう
に、波長が管路１の長さに比べて十分に大きくなるよう
に振動周波数ｆが選ばれているので、管路内流速の管軸
方向の変化は無視でき、管路内の任意の断面内で同じ流
速分布となる。このとき、管路１内の管軸方向の圧力勾
配も、管路内で一様で場所による位相差は無視できる。
従って、差圧検出器６の出力ΔｐはΔｘ・∂ｐ／∂ｘに
等しく、圧力勾配に比例した信号となる。ここで、ｐは
管路内の圧力、ｘは管軸方向にとった座標である。
流体は管軸方向に正弦的に振動し、管路内の管軸方向に
は同じ周波数の正弦的な圧力勾配が生じる。上述のよう
に、波長が管路１の長さに比べて十分に大きくなるよう
に振動周波数ｆが選ばれているので、管路内流速の管軸
方向の変化は無視でき、管路内の任意の断面内で同じ流
速分布となる。このとき、管路１内の管軸方向の圧力勾
配も、管路内で一様で場所による位相差は無視できる。
従って、差圧検出器６の出力ΔｐはΔｘ・∂ｐ／∂ｘに
等しく、圧力勾配に比例した信号となる。ここで、ｐは
管路内の圧力、ｘは管軸方向にとった座標である。
【０００８】振動周波数ｆは、ダイヤフラム３の共振周
波数に比べては十分に低く選ばれていて、ダイヤフラム
３とフランジ２によって形成された振動系はいわゆるス
チフネス制御の領域にあるので、ダイヤフラム３とフラ
ンジ２の間の電位差は、ダイヤフラム３の変位に比例す
る。従って、ダイヤフラム３の変位は駆動信号ｓｉｎ
（２πｆｔ）に比例した信号となる。このとき、管路１
内の流体の変位もｓｉｎ（２πｆｔ）に比例した信号と
なるから、管断面内平均流速ｕは、ダイヤフラム３の振
動の速度と同相となり、Ｕを流速振幅としてＵｃｏｓ
（２πｆｔ）と表される。一方、管路内の流体の断面内
平均流速と圧力勾配の間には、円管内の振動的なポアズ
イユ流れの式から
波数に比べては十分に低く選ばれていて、ダイヤフラム
３とフランジ２によって形成された振動系はいわゆるス
チフネス制御の領域にあるので、ダイヤフラム３とフラ
ンジ２の間の電位差は、ダイヤフラム３の変位に比例す
る。従って、ダイヤフラム３の変位は駆動信号ｓｉｎ
（２πｆｔ）に比例した信号となる。このとき、管路１
内の流体の変位もｓｉｎ（２πｆｔ）に比例した信号と
なるから、管断面内平均流速ｕは、ダイヤフラム３の振
動の速度と同相となり、Ｕを流速振幅としてＵｃｏｓ
（２πｆｔ）と表される。一方、管路内の流体の断面内
平均流速と圧力勾配の間には、円管内の振動的なポアズ
イユ流れの式から
【０００９】
【数１】
【００１０】の関係がある。ここで
【００１１】
【数２】 である。δは振動流の境界層厚さ、ρは流体の密度、ω
は角周波数２πｆ、μは流体の粘性係数、Ｊ0 、Ｊ1 は
それぞれ０次と１次のベッセル関数、ｊは虚数単位を表
し、ｕ＝Ｕｅｘｐ（ｊωｔ）などの複素数表示を用いて
いる。
は角周波数２πｆ、μは流体の粘性係数、Ｊ0 、Ｊ1 は
それぞれ０次と１次のベッセル関数、ｊは虚数単位を表
し、ｕ＝Ｕｅｘｐ（ｊωｔ）などの複素数表示を用いて
いる。
【００１２】Ｋａが無限大に近づく極限、すなわち周波
数が高くなって境界層厚さδが管径ａに比べてはるかに
小さくなる極限では、数１は
数が高くなって境界層厚さδが管径ａに比べてはるかに
小さくなる極限では、数１は
【００１３】
【数３】
【００１４】に近づき、圧力勾配は流体の密度と加速度
に比例する。一方、Ｋａがゼロに近づく極限、すなわち
周波数が低くなって境界層厚さδが管径ａよりもはるか
に大きくなる極限では
に比例する。一方、Ｋａがゼロに近づく極限、すなわち
周波数が低くなって境界層厚さδが管径ａよりもはるか
に大きくなる極限では
【００１５】
【数４】
【００１６】に近づき、圧力勾配は流体の粘性係数と流
速に比例する。Ｋａの値が両極限の中間にある領域で
は、圧力勾配は、流速に比例する成分と加速度に比例す
る成分との和となる。これら二つの成分のそれぞれの大
きさは、管径ａ、流体の密度ρ、角周波数ω、粘性係数
μおよび流速変動振幅Ｕの関数である。ところが、これ
ら二つの成分の大きさの比をとると、その値は、角周波
数ω、管径ａ、そして動粘度ν＝μ／ρのみで決まる。
ここで、管径ａは一定、また角周波数ωは既知の量であ
るから、上記二成分の大きさの比が分かれば、動粘度ν
の値を知ることができる。上記の比の値は、差圧検出器
６の感度あるいは流速変動振幅Ｕが変化しても、その影
響を受けないという重要な性質をもつ。
速に比例する。Ｋａの値が両極限の中間にある領域で
は、圧力勾配は、流速に比例する成分と加速度に比例す
る成分との和となる。これら二つの成分のそれぞれの大
きさは、管径ａ、流体の密度ρ、角周波数ω、粘性係数
μおよび流速変動振幅Ｕの関数である。ところが、これ
ら二つの成分の大きさの比をとると、その値は、角周波
数ω、管径ａ、そして動粘度ν＝μ／ρのみで決まる。
ここで、管径ａは一定、また角周波数ωは既知の量であ
るから、上記二成分の大きさの比が分かれば、動粘度ν
の値を知ることができる。上記の比の値は、差圧検出器
６の感度あるいは流速変動振幅Ｕが変化しても、その影
響を受けないという重要な性質をもつ。
【００１７】数１から分かる様に、上記二成分の大きさ
の比は、断面内平均流速ｕを基準信号としたときの、圧
力勾配∂ｐ／∂ｘしたがって信号Δｐの位相角に一対一
に対応している。断面内平均流速ｕとダイヤフラム３の
駆動信号との位相差は一定なので、一対一の対応関係
は、電圧制御発振器８の出力ｓｉｎ（２πｆｔ）を基準
信号として圧力勾配信号Δｐの位相角を考えても成り立
っている。すなわち、Δｐと電圧制御発振器８の出力と
の位相差は、管径ａと角周波数ωおよび動粘度ν＝μ／
ρの関数である。本実施例では、上記二成分の比を直接
求める代わりに、流体系および機器２〜９によってフェ
ーズロックトループを構成している。この構成では、圧
力勾配信号Δｐとダイヤフラム駆動信号ｓｉｎ（２πｆ
ｔ）との位相差が一定値になるような、すなわち上記二
成分の比が一定値となるような角周波数ω＝２πｆでダ
イヤフラム３が駆動され、周波数ｆが動粘度の大きさの
情報を持つ出力信号となる。管径ａは一定であるから、
流体の動粘度ν＝μ／ρが変化すると、位相差を一定に
保つために電圧制御発振器８の発振周波数が変化し、結
局、動粘度の変化は周波数ｆ＝ω／２πの変化となって
現れることとなる。表示回路１０では、電圧制御発振器
８の出力信号の周波数を動粘度に換算して表示してい
る。
の比は、断面内平均流速ｕを基準信号としたときの、圧
力勾配∂ｐ／∂ｘしたがって信号Δｐの位相角に一対一
に対応している。断面内平均流速ｕとダイヤフラム３の
駆動信号との位相差は一定なので、一対一の対応関係
は、電圧制御発振器８の出力ｓｉｎ（２πｆｔ）を基準
信号として圧力勾配信号Δｐの位相角を考えても成り立
っている。すなわち、Δｐと電圧制御発振器８の出力と
の位相差は、管径ａと角周波数ωおよび動粘度ν＝μ／
ρの関数である。本実施例では、上記二成分の比を直接
求める代わりに、流体系および機器２〜９によってフェ
ーズロックトループを構成している。この構成では、圧
力勾配信号Δｐとダイヤフラム駆動信号ｓｉｎ（２πｆ
ｔ）との位相差が一定値になるような、すなわち上記二
成分の比が一定値となるような角周波数ω＝２πｆでダ
イヤフラム３が駆動され、周波数ｆが動粘度の大きさの
情報を持つ出力信号となる。管径ａは一定であるから、
流体の動粘度ν＝μ／ρが変化すると、位相差を一定に
保つために電圧制御発振器８の発振周波数が変化し、結
局、動粘度の変化は周波数ｆ＝ω／２πの変化となって
現れることとなる。表示回路１０では、電圧制御発振器
８の出力信号の周波数を動粘度に換算して表示してい
る。
【００１８】（第二実施例）図２は、本発明の動粘度計
と層流式流量計を組み合わせて、シリコンウェーファー
上に質量流量計を構成した第二の実施例である。図２に
おいて、２１および２２はガラス板、２３はシリコン基
板であり、これらの三枚の板は互いに接合されている。
流体は、ガラス板２１に穿たれた流入口３１から流入
し、シリコン基板２３上に形成された上流管路２８およ
び管路１を通って、流出口３２から流出する。管路１
は、上壁面がガラス板２１、下壁面がシリコン基板２３
からなる偏平な矩形断面の管路で、高さが２ｈ、長さが
Δｘである。管路１は、動粘度を測定するための管路で
あると同時に、層流式流量計の測定チャンネルを兼ねて
いる。３はシリコン製のダイヤフラム、２５は導圧管、
２６はダイヤフラム式の差圧検出器であり、それぞれマ
イクロマシニングによってシリコン基板２３上に形成さ
れたものである。差圧検出器２６は、管路１の下流端に
配置され、そのダイヤフラムの上側には管路１の下流端
の圧力Ｐ2 が加わり、他方ダイヤフラムの下側には、導
圧管２５によって導かれた管路１の上流端の圧力Ｐ1 が
加わっており、管路１の両端の圧力差を検出している。
ダイヤフラム３は上流管路２８の中程に配置されてい
て、上流管路２８の下壁面の一部を構成している。２４
は、ガラス板２１上に形成された電極で、ダイヤフラム
３と僅かな距離だけ隔てて正対して配置されおり、ダイ
ヤフラム３とともにいわゆる平行平板コンデンサーを構
成している。２７はダイヤフラム３上に拡散形成された
歪みゲージである。
と層流式流量計を組み合わせて、シリコンウェーファー
上に質量流量計を構成した第二の実施例である。図２に
おいて、２１および２２はガラス板、２３はシリコン基
板であり、これらの三枚の板は互いに接合されている。
流体は、ガラス板２１に穿たれた流入口３１から流入
し、シリコン基板２３上に形成された上流管路２８およ
び管路１を通って、流出口３２から流出する。管路１
は、上壁面がガラス板２１、下壁面がシリコン基板２３
からなる偏平な矩形断面の管路で、高さが２ｈ、長さが
Δｘである。管路１は、動粘度を測定するための管路で
あると同時に、層流式流量計の測定チャンネルを兼ねて
いる。３はシリコン製のダイヤフラム、２５は導圧管、
２６はダイヤフラム式の差圧検出器であり、それぞれマ
イクロマシニングによってシリコン基板２３上に形成さ
れたものである。差圧検出器２６は、管路１の下流端に
配置され、そのダイヤフラムの上側には管路１の下流端
の圧力Ｐ2 が加わり、他方ダイヤフラムの下側には、導
圧管２５によって導かれた管路１の上流端の圧力Ｐ1 が
加わっており、管路１の両端の圧力差を検出している。
ダイヤフラム３は上流管路２８の中程に配置されてい
て、上流管路２８の下壁面の一部を構成している。２４
は、ガラス板２１上に形成された電極で、ダイヤフラム
３と僅かな距離だけ隔てて正対して配置されおり、ダイ
ヤフラム３とともにいわゆる平行平板コンデンサーを構
成している。２７はダイヤフラム３上に拡散形成された
歪みゲージである。
【００１９】シリコン基板２３上には、電圧制御発振
器、増幅器、位相比較器を含む信号処理回路が別に作り
こまれている（図示せず）。電圧制御発振器の出力ｓｉ
ｎ（２πｆｔ）は、増幅されてダイヤフラム３と電極２
４の間に印加されており、ダイヤフラム３は静電力によ
って正弦的に振動する。なお、振動周波数ｆは、装置の
流体系全体の寸法に比べて波長がはるかに大きくなる様
な値に設定されている。ダイヤフラム３の振動変位は、
半導体歪みゲージ２７によって検出され、位相比較器に
入力される。一方、差圧検出器２６によって管路１の上
下流端の間の差圧が検出され、その出力信号のうちの変
動分が、位相比較器に入力される。位相比較器の出力
は、電圧制御発振器にフィードバックされている。すな
わち、本実施例の流体系と信号処理回路とはフェーズロ
ックトループを構成しており、ダイヤフラム３の振動変
位信号と、管路１両端の差圧の変動分との間の位相差が
一定となるような周波数で、ダイヤフラム３は駆動され
ることとなる。
器、増幅器、位相比較器を含む信号処理回路が別に作り
こまれている（図示せず）。電圧制御発振器の出力ｓｉ
ｎ（２πｆｔ）は、増幅されてダイヤフラム３と電極２
４の間に印加されており、ダイヤフラム３は静電力によ
って正弦的に振動する。なお、振動周波数ｆは、装置の
流体系全体の寸法に比べて波長がはるかに大きくなる様
な値に設定されている。ダイヤフラム３の振動変位は、
半導体歪みゲージ２７によって検出され、位相比較器に
入力される。一方、差圧検出器２６によって管路１の上
下流端の間の差圧が検出され、その出力信号のうちの変
動分が、位相比較器に入力される。位相比較器の出力
は、電圧制御発振器にフィードバックされている。すな
わち、本実施例の流体系と信号処理回路とはフェーズロ
ックトループを構成しており、ダイヤフラム３の振動変
位信号と、管路１両端の差圧の変動分との間の位相差が
一定となるような周波数で、ダイヤフラム３は駆動され
ることとなる。
【００２０】高さ２ｈの偏平な矩形断面管路を定常流が
流れているとき、管内の断面内平均流速ｕ0 と圧力勾配
∂ｐ0 ／∂ｘの間には、ポアズイユ流れの関係
流れているとき、管内の断面内平均流速ｕ0 と圧力勾配
∂ｐ0 ／∂ｘの間には、ポアズイユ流れの関係
【００２１】
【数５】
【００２２】が成り立つ。いま、ダイヤフラム３が振動
すると、管路１の断面内平均流速には正弦的な変動分ｕ
が重畳してｕ0 ＋ｕとなる。流速の変動分ｕは、装置全
体に比べて波長が十分に大きくなるような周波数でダイ
ヤフラム３が駆動されているので、ダイヤフラム３の振
動速度と同相の正弦波信号となる。このとき、管路１内
の圧力勾配にも、変動分∂ｐ／∂ｘが重畳する。圧力勾
配変動∂ｐ／∂ｘと流速変動分ｕとの間には、振動的な
ポアズイユ流れの関係
すると、管路１の断面内平均流速には正弦的な変動分ｕ
が重畳してｕ0 ＋ｕとなる。流速の変動分ｕは、装置全
体に比べて波長が十分に大きくなるような周波数でダイ
ヤフラム３が駆動されているので、ダイヤフラム３の振
動速度と同相の正弦波信号となる。このとき、管路１内
の圧力勾配にも、変動分∂ｐ／∂ｘが重畳する。圧力勾
配変動∂ｐ／∂ｘと流速変動分ｕとの間には、振動的な
ポアズイユ流れの関係
【００２３】
【数６】
【００２４】がなりたつ。ただし、λは
【００２５】
【数７】
【００２６】である。圧力勾配信号∂ｐ／∂ｘは、やは
り、流速変動に比例した成分と、流体の加速度に比例し
た成分からなり、これら二成分の大きさの比は、管路の
高さ２ｈ、変動の角周波数ω＝２πｆおよび流体の動粘
度νの関数となる。本実施例ではｈは一定値であるか
ら、上記二成分比は、角周波数ωと動粘度νのみの関数
となる。この比は、流速変動ｕを基準信号としたときの
圧力勾配信号∂ｐ／∂ｘの位相角に一対一に対応する。
管路１両端の差圧の変動分ΔｐはΔｘ・∂ｐ／∂ｘに等
しく、またダイヤフラム３の変位と管路１内の流速変動
ｕとの位相差は一定だから、上記二成分の比は、ダイヤ
フラム３の振動変位と差圧信号変動Δｐの位相差とも一
対一に対応し、位相差は角周波数ωと動粘度νのみの関
数である。本実施例では、歪みゲージ２４によって検出
されたダイヤフラム３の変位信号と、Δｐの間の位相差
が一定となるように、電圧制御発振器の発振周波数ｆを
制御するフェーズロックトループを構成してあるので、
周波数ｆが流体の動粘度νの情報を担う信号となる。
り、流速変動に比例した成分と、流体の加速度に比例し
た成分からなり、これら二成分の大きさの比は、管路の
高さ２ｈ、変動の角周波数ω＝２πｆおよび流体の動粘
度νの関数となる。本実施例ではｈは一定値であるか
ら、上記二成分比は、角周波数ωと動粘度νのみの関数
となる。この比は、流速変動ｕを基準信号としたときの
圧力勾配信号∂ｐ／∂ｘの位相角に一対一に対応する。
管路１両端の差圧の変動分ΔｐはΔｘ・∂ｐ／∂ｘに等
しく、またダイヤフラム３の変位と管路１内の流速変動
ｕとの位相差は一定だから、上記二成分の比は、ダイヤ
フラム３の振動変位と差圧信号変動Δｐの位相差とも一
対一に対応し、位相差は角周波数ωと動粘度νのみの関
数である。本実施例では、歪みゲージ２４によって検出
されたダイヤフラム３の変位信号と、Δｐの間の位相差
が一定となるように、電圧制御発振器の発振周波数ｆを
制御するフェーズロックトループを構成してあるので、
周波数ｆが流体の動粘度νの情報を担う信号となる。
【００２７】数５から分かる様に、差圧検出器６の出力
信号の時間平均値は、流体の断面内平均流速の時間平均
値と流体の粘度μに比例している。管路１内の体積流量
は、断面内平均流速に断面積をかけたものであるから、
差圧検出器の出力信号の時間平均値は、時間平均体積流
量と粘度μに比例する。この値を動粘度ν＝μ／ρで割
れば、粘度μは相殺され、時間平均質量流量が求まる。
本実施例では、差圧検出器６の出力信号の時間平均をと
って管路１内平均体積速度を求め、一方周波数ｆを動粘
度ν＝μ／ρに換算し、平均体積速度を動粘度で割っ
て、管路１を流れる時間平均質量流量を計算している。
信号の時間平均値は、流体の断面内平均流速の時間平均
値と流体の粘度μに比例している。管路１内の体積流量
は、断面内平均流速に断面積をかけたものであるから、
差圧検出器の出力信号の時間平均値は、時間平均体積流
量と粘度μに比例する。この値を動粘度ν＝μ／ρで割
れば、粘度μは相殺され、時間平均質量流量が求まる。
本実施例では、差圧検出器６の出力信号の時間平均をと
って管路１内平均体積速度を求め、一方周波数ｆを動粘
度ν＝μ／ρに換算し、平均体積速度を動粘度で割っ
て、管路１を流れる時間平均質量流量を計算している。
【００２８】なお、ダイヤフラム３を振動させたとき
に、管路１内の流速がどれだけ変動するかは、上流管路
２８の上流および管路１の下流の条件によって決まる。
したがって、流速変動ｕの振幅は一概には決まらず、更
には測定中に変化する可能性もある。しかし、差圧変動
信号に含まれる流速比例成分と加速度比例成分の比は、
流速変動ｕの振幅には依らない。従って、管路１内に発
生する流速変動ｕの位相さえ明確であれば、ｕの振幅に
よらず、また測定中にその振幅が変化してもその事に影
響されることなく、正確に動粘度νは測定される。
に、管路１内の流速がどれだけ変動するかは、上流管路
２８の上流および管路１の下流の条件によって決まる。
したがって、流速変動ｕの振幅は一概には決まらず、更
には測定中に変化する可能性もある。しかし、差圧変動
信号に含まれる流速比例成分と加速度比例成分の比は、
流速変動ｕの振幅には依らない。従って、管路１内に発
生する流速変動ｕの位相さえ明確であれば、ｕの振幅に
よらず、また測定中にその振幅が変化してもその事に影
響されることなく、正確に動粘度νは測定される。
【００２９】動粘度を測定するための管路１は、第一実
施例では円断面であり、第二実施例では矩形断面であ
る。管断面の形状は、これら二種類に限られる訳ではな
い。不規則な形状を含む任意の断面形状の管路につい
て、流体の振動方向の圧力勾配信号に速度比例成分と加
速度比例成分が含まれ、さらにこれら二成分の大きさの
比が、関数形は数１や数６とは異なるが、振動角周波数
ωおよび動粘度νのみの関数となるという関係自体は成
り立つ。従って、任意の断面形状の管路について、実施
例と同様の構成によって動粘度を測定することができ
る。更に、流体の振動が層流であれば、断面積が管軸に
沿って変化する管路を用いても構わない。
施例では円断面であり、第二実施例では矩形断面であ
る。管断面の形状は、これら二種類に限られる訳ではな
い。不規則な形状を含む任意の断面形状の管路につい
て、流体の振動方向の圧力勾配信号に速度比例成分と加
速度比例成分が含まれ、さらにこれら二成分の大きさの
比が、関数形は数１や数６とは異なるが、振動角周波数
ωおよび動粘度νのみの関数となるという関係自体は成
り立つ。従って、任意の断面形状の管路について、実施
例と同様の構成によって動粘度を測定することができ
る。更に、流体の振動が層流であれば、断面積が管軸に
沿って変化する管路を用いても構わない。
【００３０】上述の二つの実施例では、圧力勾配信号中
の流速比例成分と加速度比例成分の比を、フェ−ズロッ
クトル−プを構成して間接的に測定している。しかし、
このような構成を採らず、ダイヤフラム３の駆動信号あ
るいは歪みゲージ２７の出力信号を参照信号として、差
圧信号Δｐを同期検波してそれぞれの成分の大きさを測
定し、それらの比をとるといった直接的な方法を用いて
も上記二成分の比は求めることができる。この場合に
は、加振波形は正弦波に限定されない。また、ダイヤフ
ラム３の加振は、静電力を利用するのではなく、電磁力
を利用した加振装置、モーターとカムのような機械的な
方法、熱を利用したシリコンアクチュエーター等によっ
ても構わない。さらに、第二実施例の場合にそうであっ
たように、直流的な流れに重畳した変動流速成分と、圧
力勾配の変動成分との間にも、数１あるいは数６に相当
する関係が成り立つので、管路内の流体に振動を加える
手段は、必ずしも交流的な振動のみを発生させる加振機
構である必要はなく、流量特性に脈動分の重畳するポン
プのようなものであっても構わない。要するに、本発明
の本質は、管路内の流体に流速変動を加え、この時に発
生する圧力勾配中の速度比例成分と加速度比例成分の大
きさの比から動粘度を検出する所にあり、流速変動を加
えるための具体的な手段や上記二成分の比を検出するた
めの具体的な手段に係わるものではない。
の流速比例成分と加速度比例成分の比を、フェ−ズロッ
クトル−プを構成して間接的に測定している。しかし、
このような構成を採らず、ダイヤフラム３の駆動信号あ
るいは歪みゲージ２７の出力信号を参照信号として、差
圧信号Δｐを同期検波してそれぞれの成分の大きさを測
定し、それらの比をとるといった直接的な方法を用いて
も上記二成分の比は求めることができる。この場合に
は、加振波形は正弦波に限定されない。また、ダイヤフ
ラム３の加振は、静電力を利用するのではなく、電磁力
を利用した加振装置、モーターとカムのような機械的な
方法、熱を利用したシリコンアクチュエーター等によっ
ても構わない。さらに、第二実施例の場合にそうであっ
たように、直流的な流れに重畳した変動流速成分と、圧
力勾配の変動成分との間にも、数１あるいは数６に相当
する関係が成り立つので、管路内の流体に振動を加える
手段は、必ずしも交流的な振動のみを発生させる加振機
構である必要はなく、流量特性に脈動分の重畳するポン
プのようなものであっても構わない。要するに、本発明
の本質は、管路内の流体に流速変動を加え、この時に発
生する圧力勾配中の速度比例成分と加速度比例成分の大
きさの比から動粘度を検出する所にあり、流速変動を加
えるための具体的な手段や上記二成分の比を検出するた
めの具体的な手段に係わるものではない。
【００３１】
【発明の効果】本発明では、流体に流速変動を加えた時
に発生する圧力勾配中の、速度に比例した成分と加速度
に比例した成分の大きさの比から、動粘度を測定してい
る。この方式によって、連続測定に適した動粘度測定装
置を実現することができる。また、上記成分の大きさの
比をとっているので、流速変動および圧力勾配変動の大
きさ自体は知る必要がなく、差圧検出器の感度変化や加
振機構の振幅変化が生じても、測定値はその影響を受け
ない。このため、差圧検出器や加振機構の特性に影響を
及ぼす諸条件に影響されること無く、精度よく動粘度を
測定することが可能になる。さらに、この特徴のため、
構成機器である差圧検出器や加振機構に要求される仕様
が緩やかになり、測定装置全体を廉価に作製できる。以
上の様に、本発明によって、高精度に連続測定の可能な
動粘度測定装置を廉価に実現することが可能になる。
に発生する圧力勾配中の、速度に比例した成分と加速度
に比例した成分の大きさの比から、動粘度を測定してい
る。この方式によって、連続測定に適した動粘度測定装
置を実現することができる。また、上記成分の大きさの
比をとっているので、流速変動および圧力勾配変動の大
きさ自体は知る必要がなく、差圧検出器の感度変化や加
振機構の振幅変化が生じても、測定値はその影響を受け
ない。このため、差圧検出器や加振機構の特性に影響を
及ぼす諸条件に影響されること無く、精度よく動粘度を
測定することが可能になる。さらに、この特徴のため、
構成機器である差圧検出器や加振機構に要求される仕様
が緩やかになり、測定装置全体を廉価に作製できる。以
上の様に、本発明によって、高精度に連続測定の可能な
動粘度測定装置を廉価に実現することが可能になる。
【００３２】通常の層流式流量計では、数５に基づい
て、差圧信号から体積流量を求めている。数５から分か
る様に、差圧信号は流体の粘度μに比例している。この
ため、体積流量は同じであっても、流体の温度や組成が
変化して粘度μが変化すると、差圧信号の大きさは変化
してしまう。したがって、粘度の変化が予測される場合
には、粘度の変化を補正する何らかの手段を講じる必要
があった。さらに、層流式流量計で測定されるのは体積
流量であるのに対して、実際に知りたい量は質量流量で
ある場合がほとんどであるから、何らかの手段で流体の
密度を推定して密度補正を施すことも必要である。本発
明を、層流式流量計と組み合わせると、流体の温度や組
成の変化に影響を受けること無く質量流量を測定できる
装置を廉価に実現することができる。
て、差圧信号から体積流量を求めている。数５から分か
る様に、差圧信号は流体の粘度μに比例している。この
ため、体積流量は同じであっても、流体の温度や組成が
変化して粘度μが変化すると、差圧信号の大きさは変化
してしまう。したがって、粘度の変化が予測される場合
には、粘度の変化を補正する何らかの手段を講じる必要
があった。さらに、層流式流量計で測定されるのは体積
流量であるのに対して、実際に知りたい量は質量流量で
ある場合がほとんどであるから、何らかの手段で流体の
密度を推定して密度補正を施すことも必要である。本発
明を、層流式流量計と組み合わせると、流体の温度や組
成の変化に影響を受けること無く質量流量を測定できる
装置を廉価に実現することができる。
【図１】本発明の第一実施例である。
【図２】本発明の第二実施例である。
１ 管路 ２ フランジ ３ ダイヤフラム ４ 絶縁体 ５、５’導圧管 ６ 差圧検出器 ７ 増幅器 ８ 電圧制御発振器 ９ 位相比較器 １０ 指示計器 ２１、２２ ガラス板 ２３ シリコン基板 ２４ 電極 ２５ 導圧管 ２６ 差圧検出器 ２７ 歪みゲージ ２８ 上流管路 ３１ 流入口 ３２ 流出口
Claims (1)
- 【請求項１】 流体の充たされた管路と、上記管路内の
流体に流速変動を加える手段と、上記管路内の圧力勾配
を検出する手段とを有し、前記手段で検出した圧力勾配
のうちの、流体の流速に比例した成分と流体の加速度に
比例した成分の大きさの比から、流体の動粘度を知るこ
とを特徴とする動粘度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36796597A JP3873084B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 動粘度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36796597A JP3873084B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 動粘度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11194084A true JPH11194084A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3873084B2 JP3873084B2 (ja) | 2007-01-24 |
Family
ID=18490641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36796597A Expired - Fee Related JP3873084B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 動粘度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3873084B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001298003A (ja) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | 切削装置 |
| JP2007528501A (ja) * | 2004-03-11 | 2007-10-11 | レオセンス，インコーポレイテッド | 一体的に集積された圧力センサを備えた微小スロット粘度計 |
| JP2008544236A (ja) * | 2005-06-17 | 2008-12-04 | フレドリッヒーアレクサンドルーウニヴェルシテート エルランゲン ヌーンベルク | 脈動流を含む瞬間質量流量測定方法および装置 |
| JP2010530545A (ja) * | 2007-10-05 | 2010-09-09 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | 粘性測定 |
| JP2012189492A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Seiko Instruments Inc | パーティクルカウンタ |
| WO2018128259A3 (ko) * | 2017-01-09 | 2018-11-01 | 동아대학교 산학협력단 | 차압 점도계용 미세 흐름 장치 및 이의 설계방법 |
| US10436694B2 (en) | 2014-04-11 | 2019-10-08 | Rheosense, Inc. | Viscometer and methods for using the same |
| US10451532B2 (en) | 2010-04-26 | 2019-10-22 | Rheosense, Inc. | Portable viscometer |
| RU2760922C1 (ru) * | 2021-04-12 | 2021-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Автоматический капиллярный вискозиметр |
| US12078582B2 (en) | 2021-05-10 | 2024-09-03 | Rheosense, Inc. | Viscometer with reduced dead-volume and high dynamic range |
-
1997
- 1997-12-29 JP JP36796597A patent/JP3873084B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001298003A (ja) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | 切削装置 |
| JP2007528501A (ja) * | 2004-03-11 | 2007-10-11 | レオセンス，インコーポレイテッド | 一体的に集積された圧力センサを備えた微小スロット粘度計 |
| JP4825791B2 (ja) * | 2004-03-11 | 2011-11-30 | レオセンス，インコーポレイテッド | 一体的に集積された圧力センサを備えた微小スロット粘度計 |
| JP2008544236A (ja) * | 2005-06-17 | 2008-12-04 | フレドリッヒーアレクサンドルーウニヴェルシテート エルランゲン ヌーンベルク | 脈動流を含む瞬間質量流量測定方法および装置 |
| JP2010530545A (ja) * | 2007-10-05 | 2010-09-09 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | 粘性測定 |
| US10451532B2 (en) | 2010-04-26 | 2019-10-22 | Rheosense, Inc. | Portable viscometer |
| JP2012189492A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Seiko Instruments Inc | パーティクルカウンタ |
| US11162885B2 (en) | 2014-04-11 | 2021-11-02 | Rheosense, Inc. | Viscometer and methods for using the same |
| US10436694B2 (en) | 2014-04-11 | 2019-10-08 | Rheosense, Inc. | Viscometer and methods for using the same |
| US12372451B2 (en) | 2014-04-11 | 2025-07-29 | Rheosense, Inc. | Viscometer and methods for using the same |
| WO2018128259A3 (ko) * | 2017-01-09 | 2018-11-01 | 동아대학교 산학협력단 | 차압 점도계용 미세 흐름 장치 및 이의 설계방법 |
| RU2760922C1 (ru) * | 2021-04-12 | 2021-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Автоматический капиллярный вискозиметр |
| US12078582B2 (en) | 2021-05-10 | 2024-09-03 | Rheosense, Inc. | Viscometer with reduced dead-volume and high dynamic range |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3873084B2 (ja) | 2007-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3545344B2 (ja) | コリオリ質量流量／比重計 | |
| RU2573611C2 (ru) | Способ и устройство для определения и контроля статического давления флюида с помощью вибрационного измерителя | |
| JP2871096B2 (ja) | 流入型のコリオリ効果質量流量計 | |
| JP4976022B2 (ja) | 質量流量計の作動方法 | |
| KR100328273B1 (ko) | 도관내의물질유동측정장치및방법 | |
| US10704943B2 (en) | Mass flow meter according to the coriolis principle and method for determining a mass flow | |
| US20110137580A1 (en) | Flow measurement method and device | |
| CN102762960B (zh) | 振动流量计摩擦补偿 | |
| CN101147047A (zh) | 用于确定流动特性的科里奥利流量计和方法 | |
| JP2010237231A6 (ja) | 質量流量計の作動方法 | |
| JP2010237231A (ja) | 質量流量計の作動方法 | |
| JP3873084B2 (ja) | 動粘度計 | |
| US10627277B2 (en) | Coriolis flow sensor having two detection elements partly overlapping the excitation axis and arranged on opposite sides of the flow tube | |
| US10539442B2 (en) | Fluid momentum detection method and related apparatus | |
| US5537860A (en) | Fluid sensor including substantially linear flow resistor | |
| Groenesteijn et al. | Towards nanogram per second coriolis mass flow sensing | |
| EP3914881B1 (en) | Micro-coriolis mass flow sensor with strain measurement devices | |
| JPH0242319A (ja) | 流体計測装置 | |
| CN103403523A (zh) | 一种基于弯曲振动结构的流动流体粘度的测量方法 | |
| JP3800691B2 (ja) | 湧出し式質量流量計 | |
| CN217466958U (zh) | 测速装置 | |
| Alveringh | Integrated throughflow mechanical microfluidic sensors | |
| WO2019143239A1 (en) | Coriolis flow sensor | |
| JPH0769204B2 (ja) | 振動式測定装置 | |
| JPH0299830A (ja) | 管内流量の測定方法とその装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20041222 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20041222 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060724 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060803 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060823 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |