WO2016099190A1 - 점도 측정 장치 - Google Patents

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WO2016099190A1 PCT/KR2015/013923 KR2015013923W WO2016099190A1 WO 2016099190 A1 WO2016099190 A1 WO 2016099190A1 KR 2015013923 W KR2015013923 W KR 2015013923W WO 2016099190 A1 WO2016099190 A1 WO 2016099190A1
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민경훈
박성현
임예훈
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LG Chem Ltd
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    • G01N2011/006—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system
    • G01N2011/0086—Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system magnetic properties

Definitions

  • the present invention relates to a viscosity measuring device, and more particularly, to a viscosity measuring device that can measure the viscosity of the fluid according to the shear strain.
  • the viscosity of the intermediate product and the viscosity of the reactants in the reactor are important information for controlling the reaction conversion rate and the product quality.
  • the viscosity of the polymer solution, suspension, and the like will depend on the shear rate acting on the fluid.
  • conventionally used online viscometers can only measure the viscosity of a specific shear strain, and thus have a limitation in that it is difficult to accurately measure the rheological properties of the fluid.
  • An object of the present invention is to provide a viscosity measuring apparatus capable of measuring the viscosity of a fluid according to shear strain.
  • the inlet and outlet and the housing is provided with a measuring space located between the inlet and outlet; Magnetic material disposed in the measurement space; An electromagnet for moving the magnetic material; Position measuring unit for measuring the position of the magnetic material; A flow rate measuring unit for measuring a flow rate of the fluid flowing through the measurement space; And a control unit for measuring the viscosity of the fluid based on the strength of the magnetic field generated by the electromagnet and the shear strain of the fluid passing through the measurement space.
  • the inlet and outlet and the housing is provided with a measuring space located between the inlet and outlet respectively; Magnetic material disposed in the measurement space; An electromagnet for slidingly moving the magnetic material to the inlet side; Position measuring unit for measuring the position of the magnetic material; A flow rate measuring unit for measuring a flow rate of the fluid flowing through the measurement space; And a control unit for calculating the viscosity of the fluid based on the shear strain of the fluid passing through the measurement space at the location of the magnetic body when the intensity of the magnetic field generated by the electromagnet is changed.
  • a viscosity measuring device is provided.
  • the viscosity measuring device is installed in the pipeline through which the fluid in the reactor or equipment flow, comprising: a housing having a measuring space, to be mounted on the pipeline; Magnetic material disposed in the measurement space; An electromagnet for slidingly moving the magnetic body in a direction opposite to the flow direction of the fluid; Position measuring unit for measuring the position of the magnetic material; A flow rate measuring unit for measuring a flow rate of the fluid passing through the pipeline; And generating a magnetic field by supplying electric current to the electromagnet to move the magnetic body, measuring the shear strain of the fluid based on the flow rate of the fluid and the position of the moved magnetic body, and measuring the viscosity of the fluid based on the strength of the magnetic field and the shear strain.
  • a viscosity measuring device including a control unit for performing the same.
  • the viscosity measuring device As described above, the viscosity measuring device according to an embodiment of the present invention has the following effects.
  • the strength of the magnetic field it is possible to change the position of the magnetic material.
  • the position of the magnetic body it is possible to measure the viscosity of the fluid according to the shear strain. Accordingly, the viscosity of each fluid according to various shear strains may be measured by changing the strength of the magnetic field and measuring the position of the magnetic body.
  • FIG. 1 is a block diagram of a viscosity measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS 2 and 3 are conceptual diagrams for explaining an operating state of the viscosity measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • each component member may be exaggerated or reduced. Can be.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a viscosity measuring device 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2 and 3 are conceptual diagrams for explaining one operating state of the viscosity measuring device according to an embodiment of the present invention
  • 4 is a graph showing the viscosity according to the strength and shear strain of the magnetic field.
  • Viscosity measuring apparatus 100 includes a housing 110, a magnetic body 130, an electromagnet 140, a position measuring unit 150, a flow rate measuring unit 160 and a controller 170 do.
  • the housing 110 has an inlet 111 and an outlet 112.
  • the housing 110 includes a measurement space 120 positioned between the inlet 111 and the outlet 112.
  • the flow direction of the fluid F passing through the housing 110 is a direction from the inlet 111 to the outlet 112.
  • the viscosity measuring device 100 may be a viscosity measuring device is installed in the reactor or the pipeline through which the fluid in the equipment flow, for example may be an in-line viscosity measuring device.
  • the housing 110 is mounted in a pipeline, and the fluid flowing along the pipeline passes through the inlet 111, the measurement space 120, and the outlet 112 in order.
  • the magnetic body 130 is disposed in the measurement space 120.
  • the magnetic body 130 may be formed of a material that is movable by magnetic force when a magnetic field is applied.
  • the magnetic body 130 may have various shapes as necessary.
  • the magnetic body 130 may be provided to have a columnar shape (a cylinder, a polygonal column, etc.), a spherical shape, or the like.
  • the electromagnet 140 is provided to move the magnetic body 130 by generating a magnetic field when power is supplied.
  • the electromagnet 140 may be provided as a coil.
  • the electromagnet 140 is provided to generate a magnetic field to move the magnetic body 130 to the inlet 111 side.
  • the electromagnet 140 generates a magnetic field to slide the magnetic body 130 toward the inlet 111.
  • the electromagnet 140 is provided to slide the magnetic body 130 in the direction opposite to the flow direction of the fluid (F).
  • the magnetic body 130 is moved in a direction opposite to the flow direction of the fluid (F) by the magnetic field generated from the electromagnet 140.
  • the position measuring unit 150 performs a function of measuring the position of the magnetic body 130.
  • the position measuring unit 150 may be configured using a conventional camera or a laser. By measuring the initial position and the moved position of the magnetic body 130 through the position measuring unit 150, it is possible to measure and calculate the position change amount of the magnetic body 130.
  • the flow rate measuring unit 160 measures the flow rate of the fluid (F) flowing in the measurement space 120.
  • the flow rate measuring unit 160 may be provided to measure the flow rate of the fluid passing through the above-described pipeline.
  • the controller 170 measures the viscosity of the fluid F based on the strength of the magnetic field generated by the electromagnet 140 and the shear rate of the fluid F passing through the measurement space 120. do.
  • Shear strain is a rate of change of the velocity of the fluid according to the position.
  • the velocity of the fluid is v
  • the distance from the reference point is x
  • the shear strain is proportional to the flow rate of the fluid and inversely proportional to the distance between the magnetic body and the housing.
  • the velocity v can be calculated by dividing the flow rate Q of the fluid by the flow path area A between the magnetic body and the housing.
  • the shear strain can be expressed by the following general formula (2).
  • a is a proportional constant depending on the shape and size of the magnetic body and the housing.
  • the distance between the magnetic body and the housing may be changed to the intensity of the magnetic field applied to the magnetic body, and when the strength of the magnetic field applied to the magnetic body is the same, the distance between the magnetic body and the housing may vary according to the viscosity of the fluid.
  • Viscosity ( ⁇ ) of the fluid is a ratio of the shear stress ( ⁇ ) and the shear strain applied to the fluid, it can be expressed by the following general formula (3).
  • the shear stress applied to the fluid is proportional to the strength of the magnetic field applied to the magnetic body. Therefore, the strength of the magnetic field may be determined based on the product of the viscosity and the shear strain, and thus the viscosity of the fluid F may be measured (calculated) based on the strength of the magnetic field and the shear strain.
  • the electromagnet 140 may be provided to move the magnetic body 130 to the inlet 111 in the measurement space 120.
  • the electromagnet 140 may be provided to translate the magnetic body 130.
  • the viscosity measuring device 100 may include a guide member 180 provided in the measurement space 120 to guide the translational movement of the magnetic body (130).
  • the guide member 180 may be provided to surround at least a portion of the magnetic body 130 to guide the slide movement of the magnetic body 130.
  • the guide member 180 may be provided to be opened toward the inlet 111 side of the housing 110 and closed to the outlet 112 side of the housing 110.
  • the guide member 180 may be closed to the outlet 112 side of the housing 110, and may have a structure that the magnetic material does not pass while passing the fluid.
  • the magnetic body 130 slides toward the inlet 111 in the measurement space 120.
  • the guide member 180 may be provided to guide and support the slide movement of the magnetic body 130 in contact with at least a portion of the magnetic body 130.
  • the controller 170 may determine the shear strain based on the position of the magnetic body 130 and the flow rate of the fluid flowing through the measurement space 120.
  • the shear strain may be proportional to the flow rate of the fluid F and may be inversely proportional to the distance T between the magnetic body 130 and the measurement space 120.
  • the distance T between the magnetic body 130 and the measurement space 120 may be measured by the position measuring unit 150.
  • 2 shows the position of the magnetic body 130 at a relatively low shear strain
  • FIG. 3 shows the position of the magnetic body 130 at a relatively high shear strain.
  • the shear strain of the fluid F increases.
  • the higher the shear strain of the fluid F the more the magnetic body 130 can move toward the inlet 111 side.
  • the controller 170 may measure the viscosity based on the position of the magnetic body 130 in which the magnetic force acting on the magnetic body 130 and the shear stress of the fluid F are balanced. 2 and 3 show a state in which the magnetic force acting on the magnetic body 130 and the shear stress of the fluid F are balanced. More specifically, when the intensity of the magnetic field generated by the electromagnet 140 is changed, the position of the magnetic body 130 in the measurement space 120 is changed. Here, the controller 170 calculates the viscosity of the fluid F based on the shear strain of the fluid F passing through the measurement space 120 at the position of the magnetic body 130. In addition, the position of the magnetic body 130 for measuring the viscosity is a position where the shear stress required to pass between the magnetic force due to the magnetic field and the fluid (F) between the magnetic body 130 and the measurement space 120.
  • the controller 170 generates a magnetic field by supplying a current to the electromagnet 140 to move the magnetic body 130, the flow rate of the fluid (F) and the position (or the above-described interval) of the moved magnetic body 130
  • the shear strain of the fluid F is measured based on the above, and the viscosity of the fluid is measured (calculated) based on the strength of the magnetic field and the shear strain.
  • the measurement space 120 may include a diffusion region 121 on the inlet 111 side, the diameter increases as it moves away from the inlet 111.
  • the diffusion region 121 may be provided to have a truncated cone shape.
  • the magnetic body 130 may be provided with an inclined end 131 whose end facing the inlet 111 is smaller in diameter toward the inlet 111.
  • the inclined surface of the diffusion region 121 and the inclined surface of the inclined end 131 may be provided to have the same inclined surface.
  • the shear strain is measured based on the distance T between the inclined surface of the inclined end portion 131 and the inclined surface of the diffusion region 121.
  • the interval T is a value corresponding to the position change amount of the magnetic body 130.
  • the position of the magnetic body may be changed by changing the intensity of the magnetic field.
  • the viscosity of the fluid according to the shear strain of the fluid may be measured. Therefore, as the strength of the magnetic field is changed and the position of the magnetic body 130 is measured, the viscosity of each fluid F according to various shear strains may be measured.
  • 4 represents the position of the magnetic body, and 0 represents the initial position of the magnetic body, that is, a state in which no magnetic field is applied to the magnetic body, and is close to the guide member side.
  • the magnetic body moves toward the inlet side of the housing toward the right side of the horizontal axis.

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Abstract

본 발명은 점도 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 위치하는 측정공간이 각각 마련된 하우징; 측정 공간에 배치된 자성체; 자성체를 이동시키기 위한 전자석; 자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부; 측정공간을 유동하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및 전자석에 의해 발생하는 자기장의 세기 및 측정공간을 통과하는 유체의 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 측정하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치가 제공된다.

Description

점도 측정 장치
본 발명은 점도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전단 변형률에 따른 유체의 점도를 측정할 수 있는 점도 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명은 2014년 12월 18일자 출원된 대한민국 특허 출원 10-2014-0183223호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
일반적으로 폴리머 제조 공정 등 액체 상태의 물질을 제조하는 과정에서 중간 생성물의 점도 및 반응기 내 반응물의 점도는 반응 전환율과 제품의 품질을 관리하는데 중요한 정보이다.
한편, 폴리머 솔루션, 현탁액(suspension) 등의 점도는 유체에 작용하는 전단 변형률(shear rate)에 따라 달라지게 된다. 그러나 종래 사용되는 온라인 점도계는 특정 전단 변형률의 점도만을 측정할 수 있기 때문에 유체의 유변학적 특성을 정확하게 측정하기 어려운 한계를 갖는다.
본 발명은 전단 변형률에 따른 유체의 점도를 측정할 수 있는 점도 측정 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 위치하는 측정공간이 각각 마련된 하우징; 측정 공간에 배치된 자성체; 자성체를 이동시키기 위한 전자석; 자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부; 측정공간을 유동하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및 전자석에 의해 발생하는 자기장의 세기 및 측정공간을 통과하는 유체의 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 측정하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 위치하는 측정공간이 각각 마련된 하우징; 측정 공간에 배치된 자성체; 자성체를 유입구 측으로 슬라이드 이동시키기 위한 전자석; 자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부; 측정공간을 유동하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및 전자석에 의해 발생하는 자기장의 세기가 변화하면 측정 공간 내의 자성체의 위치가 달라지고, 해당 자성체의 위치에서 측정공간을 통과하는 유체의 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 산출하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반응기 또는 설비 내 유체가 유동하는 파이프 라인에 설치되는 점도 측정 장치로서, 측정공간을 가지고, 파이프 라인에 장착되기 위한 하우징; 측정 공간에 배치된 자성체; 자성체를 유체의 유동방향의 반대방향으로 슬라이드 이동시키기 위한 전자석; 자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부; 파이프 라인을 통과하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및 자성체가 이동하도록 전자석에 전류를 공급하여 자기장을 발생시키고, 유체의 유량 및 이동된 자성체의 위치에 기초하여 유체의 전단 변형률을 측정하며, 자기장의 세기 및 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 측정하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치가 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
자기장의 세기를 변화시킴에 따라 자성체의 위치를 변화시킬 수 있다. 또한, 해당 자성체의 위치에서, 전단 변형률에 따른 유체의 점도를 측정할 수 있다. 따라서, 자기장의 세기를 변경하며 자성체의 위치를 측정함에 따라 다양한 전단 변형률에 따른 각각의 유체의 점도를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정 장치의 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정 장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 4는 자기장의 세기 및 전단 변형율에 따른 점도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 점도 측정 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정 장치(100)의 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정 장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도들이며, 도 4는 자기장의 세기 및 전단 변형율에 따른 점도를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 점도 측정 장치(100)는 하우징(110)과 자성체(130)와 전자석(140)과 위치 측정부(150)와 유량 측정부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
하우징(110)은 유입구(111)와 배출구(112)를 갖는다. 또한, 상기 하우징(110)은 유입구(111)와 배출구(112) 사이에 위치하는 측정공간(120)을 포함한다. 또한, 상기 하우징(110)을 통과하는 유체(F)의 유동방향은 유입구(111)에서 배출구(112)를 향하는 방향이다.
또한, 상기 점도 측정 장치(100)는 반응기 또는 설비 내 유체가 유동하는 파이프 라인에 설치되는 점도 측정 장치일 수 있으며, 예를 들어 인라인 점도측정장치일 수 있다. 여기서, 상기 하우징(110)은 파이프 라인에 장착되며, 파이프 라인을 따라 유동하는 유체는 유입구(111)와 측정공간(120) 및 배출구(112)를 차례로 통과하게 된다.
자성체(130)는 측정 공간(120) 내에 배치된다. 상기 자성체(130)는 자기장이 가해지면, 자력에 의해 이동 가능한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 자성체(130)는 필요에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 자성체(130)는 기둥 형상(원기둥, 다각기둥 등), 구 형상 등을 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 전자석(140)은, 전원이 공급되면 자기장을 발생시킴으로써, 자성체(130)를 이동시키도록 마련된다. 일 실시예로, 전자석(140)은 코일로 마련될 수 있다. 상기 전자석(140)은 자기장을 발생시켜 자성체(130)를 유입구(111) 측으로 이동시키도록 마련된다. 또한, 상기 전자석(140)은 자기장을 발생시켜 자성체(130)를 유입구(111) 측으로 슬라이드 이동시키도록 마련된다. 또한, 상기 전자석(140)은 상기 자성체(130)를 유체(F)의 유동방향의 반대방향으로 슬라이드 이동시키도록 마련된다. 또한, 측정공간으로 유체(F)가 유입될 때, 전자석(140)으로부터 발생하는 자기장에 의해 자성체(130)는 상기 유체(F)의 유동방향과 반대방향으로 이동된다.
또한, 위치 측정부(150)는 자성체(130)의 위치를 측정하는 기능을 수행한다. 상기 위치 측정부(150)는 통상의 카메라 또는 레이저 등을 이용하여 구성될 수 있다. 상기 위치 측정부(150)를 통해, 자성체(130)의 최초 위치 및 이동된 위치를 각각 측정함으로써, 자성체(130)의 위치 변화량을 측정 및 산출할 수 있다. 또한, 상기 유량 측정부(160)는 측정공간(120)을 유동하는 유체(F)의 유량을 측정하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 유량 측정부(160)는 전술한 파이프 라인을 통과하는 유체의 유량을 측정하도록 마련될 수도 있다.
상기 제어부(170)는 전자석(140)에 의해 발생하는 자기장의 세기 및 측정공간(120)을 통과하는 유체(F)의 전단 변형률(shear rate)에 기초하여 유체(F)의 점도를 측정하도록 마련된다.
전단 변형률은 위치에 따른 유체의 속도 변화율로서, 일반적으로 유체의 속도를 v라 하고, 기준점으로부터의 거리를 x라고 하면, 아래 일반식 1로 표현될 수 있다. 아래 일반식 1에서 =를 기준으로 왼쪽 항목은 전단 변형률을 나타낸다.
[일반식 1]
Figure PCTKR2015013923-appb-I000001
본 발명에서, 전단 변형률은 유체의 유량에 비례하고, 자성체와 하우징 사이의 거리에 반비례한다. 속도 v는 유체의 유량 Q를 자성체와 하우징 사이의 유로 면적 A로 나누어 계산할 수 있고, 자성체와 하우징 사이의 간격을 T라고 하면, 전단 변형률은 아래 일반식 2로 표현될 수 있다. 아래 일반식 2에서 =를 기준으로 왼쪽 항목은 전단 변형률을 나타낸다.
[일반식 2]
Figure PCTKR2015013923-appb-I000002
상기 일반식 2에서, a는 자성체와 하우징의 형태 및 크기에 따른 비례 상수이다.
자성체와 하우징 사이의 간격은 자성체에 가해진 자기장의 세기로 변경할 수 있고, 자성체에 가해진 자기장의 세기가 동일할 때, 유체의 점도에 따라 자성체와 하우징 사이의 간격이 달라질 수 있다.
유체의 점도(ŋ)는 유체에 가해진 전단 응력(τ)과 전단 변형률의 비율로서, 아래 일반식 3으로 표현될 수 있다.
[일반식 3]
Figure PCTKR2015013923-appb-I000003
전단 변형률이 일정할 때, 즉, 유량 및 자성체와 하우징 사이의 간격이 일정할 경우, 유체에 가해진 전단 응력은 자성체에 가해진 자기장의 세기와 비례한다. 따라서, 자기장의 세기는 점도와 전단 변형률의 곱에 기초하여 결정될 수 있으며, 이에 따라 자기장의 세기와 전단 변형률을 기초로 유체(F)의 점도를 측정(산출)할 수 있다.
한편, 전자석(140)은 자성체(130)를 측정공간(120)에서 유입구(111) 측으로 이동시키도록 마련될 수 있다. 또한, 전자석(140)은 자성체(130)를 병진 이동시키도록 마련될 수 있다. 이를 위하여, 점도 측정 장치(100)는 자성체(130)의 병진 이동을 안내하기 위하여 측정 공간(120)에 마련된 가이드 부재(180)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 부재(180)는 자성체(130)의 슬라이드 이동을 안내하기 위하여 자성체(130)의 적어도 일부 영역을 감싸도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 가이드 부재(180)는 하우징(110)의 유입구(111) 측으로 개방되고, 하우징(110)의 배출구(112) 측으로 폐쇄되도록 마련될 수도 있다. 또한, 가이드 부재(180)는 하우징(110)의 배출구(112) 측으로 폐쇄될 수도 있고, 유체는 통과시키면서 자성체는 통과하지 못하는 구조를 가질 수도 있다.
또한, 상기 가이드 부재(180) 및 전자석(140)에 의하여, 자성체(130)는 자기장이 발생하면 측정 공간(120)에서 유입구(111) 측으로 슬라이드 이동하게 된다. 또한, 상기 가이드 부재(180)는 자성체(130)의 적어도 일부 영역과 접촉된 상태에서 자성체(130)의 슬라이드 이동을 안내 및 지지하도록 마련될 수 있다.
한편, 제어부(170)는 자성체(130)의 위치 및 측정공간(120)을 유동하는 유체의 유량에 기초하여 전단 변형률을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 전단 변형률은 유체(F)의 유량에 비례하고, 자성체(130)와 측정 공간(120)의 간격(T)에 반비례할 수 있다. 이때, 자성체(130)와 측정 공간(120)의 간격(T)은 위치 측정부(150)를 통해 측정될 수 있다. 도 2는 상대적으로 낮은 전단 변형률에서 자성체(130)의 위치를 나타내고, 도 3은 상대적으로 높은 전단 변형률에서 자성체(130)의 위치를 나타낸다. 구체적으로, 동일한 자기장을 가하여, 자성체(130)를 이동시킬 때, 상기 간격(T)가 클 경우에는, 유체(F)의 전단 변형률이 감소하게 된다. 또한, 상기 간격(T)이 작을 경우에는, 유체(F)의 전단 변형률이 증가하게 된다. 정리하면, 동일한 자기장이 가해진 상태에서, 유체(F)의 전단 변형률이 높을수록, 자성체(130)가 유입구(111) 측으로 더 많이 이동할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 자성체(130)에 작용하는 자력과 유체(F)의 전단 응력이 균형을 이루는 자성체(130)의 위치를 기초로 점도를 측정할 수 있다. 도 2 및 도 3은 각각, 자성체(130)에 작용하는 자력과 유체(F)의 전단 응력이 균형을 이룬 상태를 나타내고 있다. 보다 구체적으로, 전자석(140)에 의해 발생하는 자기장의 세기가 변화하면 측정 공간(120) 내의 자성체(130)의 위치가 달라진다. 여기서 상기 제어부(170)는 해당 자성체(130)의 위치에서 측정공간(120)을 통과하는 유체(F)의 전단 변형률에 기초하여 유체(F)의 점도를 산출한다. 또한, 점도를 측정하기 위한 자성체(130)의 위치는 자기장에 의한 자력과 유체(F)가 자성체(130)와 측정공간(120) 사이를 통과하는데 필요한 전단 응력이 균형을 이루는 위치이다.
또한, 상기 제어부(170)는 자성체(130)가 이동하도록 전자석(140)에 전류를 공급하여 자기장을 발생시키고, 유체(F)의 유량 및 이동된 자성체(130)의 위치(또는 전술한 간격)에 기초하여 유체(F)의 전단 변형률을 측정하며, 자기장의 세기 및 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 측정(산출)한다.
한편, 측정 공간(120)은 유입구(111) 측에, 유입구(111)로부터 멀어질수록 직경이 증가하는 확산 영역(121)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참조하면, 확산 영역(121)은 원뿔대 형상을 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 자성체(130)는 유입구(111)와 마주보는 단부가 유입구(111) 측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사 단부(131)로 마련될 수 있다. 여기서, 확산 영역(121)의 경사면과 경사 단부(131)의 경사면은 동일한 경사를 갖도록 마련될 수 있다. 또한, 경사 단부(131)의 경사면과 확산 영역(121)의 경사면 사이의 간격(T)을 기초로 전단 변형률이 측정된다. 또한, 상기 간격(T)은 자성체(130)의 위치 변화량에 대응하는 값이다.
전술한 바와 같이, 자기장의 세기를 변화시킴에 따라 자성체의 위치를 변화시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 해당 자성체(130)의 위치에서, 유체의 전단 변형률에 따른 유체의 점도를 측정할 수 있다. 따라서, 자기장의 세기를 변경하며 자성체(130)의 위치를 측정함에 따라 다양한 전단 변형률에 따른 각각의 유체(F)의 점도를 측정할 수 있다. 도 4의 가로축은 자성체의 위치를 나타내며, 0은 자성체의 최초 위치, 즉 자성체에 자기장이 가해지지 않은 상태로서, 가이드 부재 측에 가까운 상태를 나타낸다. 또한, 가로축의 오른쪽으로 갈수록 자성체가 하우징의 유입구 측으로 이동하는 상태를 나타낸다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 위치하는 측정공간이 각각 마련된 하우징;
    측정 공간에 배치된 자성체;
    자성체를 이동시키기 위한 전자석;
    자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부;
    측정공간을 유동하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및
    전자석에 의해 발생하는 자기장의 세기 및 측정공간을 통과하는 유체의 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 측정하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전자석은 자성체를 측정공간에서 유입구 측으로 이동시키도록 마련된 점도 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전자석은 자성체를 병진 이동시키도록 마련된 점도 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    자성체의 병진 이동을 안내하기 위하여 측정 공간에 마련된 가이드 부재를 추가로 포함하는 점도 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    가이드 부재는 하우징의 유입구 측으로 개방되고, 배출구 측으로 폐쇄되도록 마련된 점도 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제어부는 자성체의 위치 및 측정공간을 유동하는 유체의 유량에 기초하여 전단 변형률을 결정하는 점도 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제어부는 자성체에 작용하는 자력과 유체의 전단 응력이 균형을 이루는 자성체의 위치를 기초로 점도를 측정하는 점도 측정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    측정 공간은 유입구 측에, 유입구로부터 멀어질수록 직경이 증가하는 확산 영역을 포함하는 점도 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    확산 영역은 원뿔대 형상을 갖도록 마련된 점도 측정 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    자성체는 유입구와 마주보는 단부가 유입구 측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사 단부로 마련된 점도 측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    경사 단부의 경사면과 확산 영역의 경사면 사이의 간격을 기초로 전단 변형률이 측정되는 점도 측정 장치.
  12. 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 위치하는 측정공간이 각각 마련된 하우징;
    측정 공간에 배치된 자성체;
    자성체를 유입구 측으로 슬라이드 이동시키기 위한 전자석;
    자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부;
    측정공간을 유동하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및
    전자석에 의해 발생하는 자기장의 세기가 변화하면 측정 공간 내의 자성체의 위치가 달라지고, 해당 자성체의 위치에서 측정공간을 통과하는 유체의 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 산출하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    점도를 측정하기 위한 자성체의 위치는 자기장에 의한 자력과 유체가 자성체와 측정공간 사이를 통과하는데 필요한 전단 응력이 균형을 이루는 위치인 점도 측정 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    자성체의 슬라이드 이동을 안내하기 위하여 자성체의 적어도 일부 영역을 감싸도록 마련된 가이드 부재를 추가로 포함하는 점도 측정 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    측정 공간은 유입구 측에, 유입구에서 멀어질수록 직경이 증가하는 확산 영역을 포함하고,
    자성체는 유입구와 마주보는 단부가 유입구 측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사단부로 마련되며,
    확산 영역의 경사면과 경사단부의 경사면은 동일한 경사를 갖도록 마련된 점도 측정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    경사단부의 경사면과 확산 영역의 경사면 사이의 간격을 기초로 전단 변형률이 측정되는 점도 측정 장치.
  17. 반응기 또는 설비 내 유체가 유동하는 파이프 라인에 설치되는 점도 측정 장치로서,
    측정공간을 가지고, 파이프 라인에 장착되기 위한 하우징;
    측정 공간에 배치된 자성체;
    자성체를 유체의 유동방향의 반대방향으로 슬라이드 이동시키기 위한 전자석;
    자성체의 위치를 측정하기 위한 위치 측정부;
    파이프 라인을 통과하는 유체의 유량을 측정하기 위한 유량 측정부; 및
    자성체가 이동하도록 전자석에 전류를 공급하여 자기장을 발생시키고, 유체의 유량 및 이동된 자성체의 위치에 기초하여 유체의 전단 변형률을 측정하며, 자기장의 세기 및 전단 변형률에 기초하여 유체의 점도를 측정하기 위한 제어부를 포함하는 점도 측정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    자성체의 슬라이드 이동을 안내하기 위하여 자성체의 적어도 일부 영역을 감싸도록 마련된 가이드 부재를 추가로 포함하는 점도 측정 장치.
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