JPS62235542A - 回転式粘度計 - 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】 ［ｌｉ業上の利用分計］ 本発明は、同軸状に配置された内筒及び外筒間に流体を
入れ、外筒を回転させることによって前記流体の粘度を
測定する回転式粘度計に関するものである。

［従来の技術］ 水や油等の流体の粘度を測定する粘度計としては色々な
ものが開発されているが、比較的高粘度の非二ニートン
流体、例えば融液状高分子化合物の粘度を測定するのに
適しているものとしては回転式粘度計が良く知られてい
る。この様な回転式粘度計は、更に共軸二重円筒回転粘
度計、単−円筒回転粘度計及び円盤回転粘度計等に分類
できるが、比較的高精度の粘度測定が要求されるときに
は共軸二重円筒回転粘度計が使用される。

第２図は本発明に係る共軸円筒回転粘度計（以下単に回
転式粘度計と言う）の基本原理を説明する為の断面図で
ある。同軸状に配置された内筒２及び外筒３の間に流体
５を入れ、外筒３を一定の角速度ωで回転させたときの
内筒２に作用するトルクＭを求め、下記（１）式から粘
度ηを測定する。但し内筒２は回転しないものとする。

ここでπは円筒率、１は内筒２の長さ、Ｒ１゜Ｒ２は夫
々内筒２外周及び外筒３内周の半径（Ｒ１＜Ｒ２）であ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来の回転式粘度計においては、（１）式から
理解できる様に角速度ωを一定（従って回転数を一定）
にし、粘度ηの変化をトルクＭの変化として捉え、トル
クＭから粘度ηを求めていた。しかるにトルクＭを検出
するトルク検出器の精度は測定領域内の小さな誤差によ
っても太き（影響を受けるという特性があり、トルクの
小さくなる低粘度の測定領域では特に誤差の影響が大き
くなる為低粘度流体では粘度測定が不正確になり易いと
いう問題があった。またトルク検出器の測定精度は粘度
計の測定精度に直接に影響を及ぼすため、トルク検出器
の精度以上を粘度計に期待することができないという本
質的な欠点もある。

本発明は上記問題点を解決する為になされたものであっ
て、低粘度領域まで非常に高精度に検出でき、トルク検
出器の精度の影響をほとんど受けることがない様な回転
式粘度計を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る回転式粘度計は、同軸状に配置された内筒
及び外筒間に流体を入れ、外筒を回転させることによっ
て前記流体の粘度を測定する回転式粘度計であって、外
筒を回転させたときに前記流体を介して内筒表面に作用
するトルクを検出するトルク検出器と、該トルク検出器
からの検出信号に基づき内筒の受けるトルクが常に一定
になる様に外筒の回転数を制御する制御回路と、外筒の
回転数を検出する回転数検出センサーとを設けた点に要
旨を有するものである。

［作用コ 本発明は上述の如く構成されるが、要はトルクが常に所
定値になる様に外筒の回転数を制御する構成を採用した
ので、トルク検出器の測定範囲はトルクの平衡点近傍の
非常に狭い範囲のみでよく、トルク検出器の分解能を上
げることができる。またトルク検出器の測定範囲を前記
平衡点近傍のみに調整しておきさえすれば良く、粘度計
の精度に対するトルク検出器の精度の影響をその再現性
のみに抑えることができる。尚トルク検出器は再現性に
関する限り非常に良好であり、再現性以外の要件を含め
た精度よりも格段に良い値をとるので、この点からして
も従来の粘度計に比べて遥かに高精度な粘度測定が可能
になる。

−力木発明に係る回転式粘度計においては、外筒の回転
数に対応させて粘度を測定する構成を採用している為、
トルクの変化量に対応させて粘度を測定するといった従
来技術の様に粘度領域で誤差が大きくなる現象をほぼ完
全に取り除くことができる。換言すれば、従来の粘度計
においてはトルク検出器の出力がアナログ量であり、ノ
イズやアナログ回路のドリフト、更には検出器のりニア
リティ等に起因して、殊に低出力域における精度を高め
ることが技術的に困難であったのに対し、本発明の粘度
計においては回転数というディジタル量に置き換えて粘
度の測定を行なう構成を採用しているので非常に高い分
解能で低粘度域まで正確に粘度を測定することができる
訳である。ちなみに回転数の測定はロータリエンコーダ
やマグネットセンサー等を用いて、現在の技術水準をも
ってしても１回転当たり１．３００’、０００パルスも
のパルス信号を出力することが可能である。従って角度
として３６０°／１，３００，０００　　（度／パルス
）もの高い分解能で回転角度を検出することもできる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の概略説明図である。回転式
粘度計１において、内筒２と外筒３が同軸状となる様に
配置され、且つ先細状の中心位置決め部材（ビン）４ａ
、４ｂを介して内筒２及び外筒３が独立して回転できる
様に構成される。

内筒２及び外筒３間には、被測定流体５が下方の流体供
給口６を介して供給され、粘度測定後上方の流体取出ロ
アを介して取り出される。

測定に際しては動力伝達系１１．１２等（ギヤーや回転
軸等）を介してサーボモータ１０の駆動力が外筒３に伝
達され、外筒３が回転する。外筒３が回転すると、内筒
２と外筒３間に充満している流体５を介して、外筒３の
回転駆動力が内筒２の表面にトルクとして作用する。内
筒２の表面に作用したトルクは、内筒２を回転させ、一
対の非接触型磁気抵抗素子（例えば磁石）１３ａ、１３
ｂを介して回転軸１５に伝達され回転軸１５を回転させ
る。回転軸１５にはばね部材１６が設けられており、当
該ばね部材１６は回転軸１５の回転方向と反対方向にば
ね力を発揮する。回転軸１５に伝達されたトルクは上記
ばね力と釣り合りた段階（平衡点）で回転軸１５を停止
させる０本装置では回転軸１５が停止する迄の回転角度
を測定するのであるが回転軸１５には角度検出用円盤が
一体的に設けられており、この円盤及び当該円盤の周縁
適所に設けられた回転角度検出器１フによって回転軸１
５の回転角度が検出される。この様にして、回転角度が
検出されると内筒に作用するトルクを検出することがで
きる。即ち回転角度検出器１７はトルク検出器としての
機能をも発揮する。

回転角度検出器１７によって検出された検出信号Ｉは、
制御回路２０に送られる。制御回路２０は、ローパスフ
ィルター２２、信号発生回路２３、引算回路２４、制御
補償回路２５、サーボモータードライバー２６及び割算
回路２７を含み、前記検出信号Ｉに基づき前記内筒２の
受けるトルクが常に一定となる様に外筒３の回転数を制
御する。

まず前記検出信号■は制御回路２０のローパスアイルタ
ー２７に入力され、信号に含まれるノイズ成分が除去さ
れる。ローパスフィルター２２によってノイズ成分が除
去された信号Ｙは、引算回路２４に伝送されると共に割
り算回路２７に送られる。引算回路２４では、ローパス
フィルター２２からの信号Ｙと信号発生回路２３からの
信号Ｚの間で引算が行なわれる。信号発生回路２３には
、予め設定されたトルク設定値が入力されており、この
設定値に基づいて信号Ｚが出力される。

引算回路２４からの信号εは、制御補償回路２５に入力
され、下記（２）式の演算を行なう。

ニーでＫは比例定数、Ｔ１は積分定数、Ｔｏは微分定数
であり、制御補償としては夫々比例、積分、微分の補償
としての意味を持つ。尚上記（１）式をラプラス変換す
ると下記の（３）式となる但し、Ｓはラプラス演算子で
ある。

制御補償回路２５からの信号は、サーボモータドライバ
ー２６に入力され、その信号に基づいてサーボモータド
ライバー２６が能動化される。

サーボ−モータドライバー２６からの出力が、前記サー
ボモーター０を回転させる。このとき。

サーボモーター０の回転数は、前記信号εが常に零とな
る様に制御補償回路２５によって調整される。この様に
して前記検出信号■に基づき、内筒２の受けるトルクが
常に一定となる様に外筒の回転数（従ってサーボモータ
の回転数）が制御される。

一方外筒３の回転数は、サーボモーター０に関連して設
けられたロータリーエンコーダ（回転数検出センサー）
２８によって検出される。ロータリーエンコーダ２８に
よって検出された信号Ｘは、制御回路１１の割算回路２
７に送られ、ローパスフィルター２２からの信号Ｙと下
記（４）式の演算を行なう ｉｃｏ　　・−・・・（４） （Ｋｏ：比例定数） そして割算回路２フからの出力信号に基づき、前記流体
５の粘度が測定される。

尚第１図に示した実施例は代表例を示しただけであって
、本発明の精神に反しない限りの設計変更は許容される
０例えば、第１図では流体供給口６を下方に流体取出口
を上方に夫々設ける様な構成としたが、これはスラリー
状の流体を測定する場合に固形物の沈降防止を図るため
であり、その様な懸念がない場合は逆の構成であっても
よいのは勿論である。

［発明の効果コ 以上の様に本発明によれば、既述の構成を採用すること
によって、低粘度流体であっても非常に高精度に粘度を
検出することができ、トルク検出器の精度の影響をほと
んど受けない回転式粘度計が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略説明図、第２図は本発
明に係る回転式粘度計の基本的原理を説明する為の断面
図である。 １・・・粘度計　　　　　２・・・内筒３・・・外筒　
　　　　　５・・・流体１０・・・サーボモータ １７・・・回転角度検出器（トルク検出器）２０・・・
制御回路 ２８・・・ロータリーエンコーダ（回転数検出センサー
）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同軸状に配置された内筒及び外筒間に流体を入れ、外筒
   を回転させることによって前記流体の粘度を測定する回
   転式粘度計であって、外筒を回転させたときに前記流体
   を介して内筒表面に作用するトルクを検出するトルク検
   出器と、該トルク検出器からの検出信号に基づき内筒の
   受けるトルクが常に一定になる様に外筒の回転数を制御
   する制御回路と、外筒の回転数を検出する回転数検出セ
   ンサーとを設けたことを特徴とする回転式粘度計。