JPH0465333B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0465333B2 JPH0465333B2 JP58096700A JP9670083A JPH0465333B2 JP H0465333 B2 JPH0465333 B2 JP H0465333B2 JP 58096700 A JP58096700 A JP 58096700A JP 9670083 A JP9670083 A JP 9670083A JP H0465333 B2 JPH0465333 B2 JP H0465333B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detector
- moving piece
- measuring device
- displacement measuring
- magnetic force
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 発明の目的
本発明は運動片型の粘度計のうちで、検知子で
ある運動片を支持機構を介さずに浮揚、運動させ
る粘度計に関するものである。
ある運動片を支持機構を介さずに浮揚、運動させ
る粘度計に関するものである。
運動片型の粘度計では検知子である運動片の一
部または全体が被測定流体中に埋没して運動す
る。この運動片は被測定流体からその粘弾性特性
に応じた抗力を受ける。被測定流体の粘性や粘弾
性の測定は一般には運動片に加わる力と運動片の
変位との関係に基づいて行われる。従来より検知
子である運動片を支持するための機構としては、
ばねやピボツト軸や摺動型軸受が用いられてい
る。ゲル状の高粘弾性の物質では運動片を被測定
物中に圧入することもある。しかし、ばねやピボ
ツド軸や摺動型軸受の場合には、機械的構造が複
雑となるし、運動片も小型化が困難である。また
圧入する場合には測定中に運動片が偏位して容器
壁と接触しやすい。
部または全体が被測定流体中に埋没して運動す
る。この運動片は被測定流体からその粘弾性特性
に応じた抗力を受ける。被測定流体の粘性や粘弾
性の測定は一般には運動片に加わる力と運動片の
変位との関係に基づいて行われる。従来より検知
子である運動片を支持するための機構としては、
ばねやピボツト軸や摺動型軸受が用いられてい
る。ゲル状の高粘弾性の物質では運動片を被測定
物中に圧入することもある。しかし、ばねやピボ
ツド軸や摺動型軸受の場合には、機械的構造が複
雑となるし、運動片も小型化が困難である。また
圧入する場合には測定中に運動片が偏位して容器
壁と接触しやすい。
本発明の目的はこれらの重大な欠点を解決する
もので、本発明は次のような効果、利点を有す
る。
もので、本発明は次のような効果、利点を有す
る。
検知子の機械的支持機構が無い。したがつて
極く微小な検知子が使用可能で、支持機構の調
整と手間が不要である。試料を検知子とともに
容器内に密封したまま測定でき、試料容器とと
もに検知子も使い捨て可能で、試料の交換が容
易で、残留試料による汚染が無い。支持機構に
起因する故障がなく耐久性がある。
極く微小な検知子が使用可能で、支持機構の調
整と手間が不要である。試料を検知子とともに
容器内に密封したまま測定でき、試料容器とと
もに検知子も使い捨て可能で、試料の交換が容
易で、残留試料による汚染が無い。支持機構に
起因する故障がなく耐久性がある。
微小な検知子が使用できる。したがつて高い
周波数まで検知子たる運動片の質量の影響によ
る誤差が少なく、微量の試料でも測定できる。
周波数まで検知子たる運動片の質量の影響によ
る誤差が少なく、微量の試料でも測定できる。
検知子が容器と接触せず支持機構の影響を受
けない。したがつて低い粘弾性の試料でも測定
誤差が少ない。
けない。したがつて低い粘弾性の試料でも測定
誤差が少ない。
(ロ) 発明の構成
本発明に係る粘度計あるいは粘弾性計またはレ
オメーターは、検知子運動片に作用する力とその
変位との関係から試料の流体または粘弾性体の粘
性や粘弾性を測定するものであるが、特に検知子
と相対運動する被測定流体または粘弾性体に対し
て、機械的支持構造によらずサーボ機構を介して
磁力により、検知子を非接触無支持で浮揚させ目
標の位置または運動に制御することを特徴として
いる。以下、本発明に係る一実施例について図面
を参照しながら説明する。
オメーターは、検知子運動片に作用する力とその
変位との関係から試料の流体または粘弾性体の粘
性や粘弾性を測定するものであるが、特に検知子
と相対運動する被測定流体または粘弾性体に対し
て、機械的支持構造によらずサーボ機構を介して
磁力により、検知子を非接触無支持で浮揚させ目
標の位置または運動に制御することを特徴として
いる。以下、本発明に係る一実施例について図面
を参照しながら説明する。
第１図は装置主要部の機構説明図である。磁極
１，２は円柱体の一端が円錐台状に細くなつた強
磁性体例えば軟鉄製でコイル３，４が円柱の部分
に巻かれ鉛直方向、上下に向かい合う一対の電磁
石を構成する。両磁極に挟まれて合成樹脂製の透
明箱型の試料容器７が固定され置かれている。試
料容器７の中には試料である被測定流体５ととも
に検知子運動片６としての微小鉄球が密封されて
いる。検知子運動片６は磁極１，２により駆動さ
れる。光源８は白熱電球で検知子運動片６を照明
する。変位測定装置９としての光学的変位測定装
置は、検知子運動片６である鉄球の像を捕らえ、
像の辺縁の明暗の境界の位置を検知し位置に比例
した信号電圧を出力する。
１，２は円柱体の一端が円錐台状に細くなつた強
磁性体例えば軟鉄製でコイル３，４が円柱の部分
に巻かれ鉛直方向、上下に向かい合う一対の電磁
石を構成する。両磁極に挟まれて合成樹脂製の透
明箱型の試料容器７が固定され置かれている。試
料容器７の中には試料である被測定流体５ととも
に検知子運動片６としての微小鉄球が密封されて
いる。検知子運動片６は磁極１，２により駆動さ
れる。光源８は白熱電球で検知子運動片６を照明
する。変位測定装置９としての光学的変位測定装
置は、検知子運動片６である鉄球の像を捕らえ、
像の辺縁の明暗の境界の位置を検知し位置に比例
した信号電圧を出力する。
第２図は装置の電気回路の主要構成図である。
検知子運動片６を駆動し浮揚させる吸引磁力はコ
イル３，４それぞれに接続された線形的特性を持
つ直流電力増幅器１７，１８から供給される駆動
電流により生じる。磁力は駆動電流の大小により
調節される。直流電力増幅器１７，１８として
は、予め設定した一定のバイアス電流と入力信号
電圧に比例した電流とを重畳した電流が出力とな
るような通常の直流電力増幅器を用いればよい。
バイアス電流を重畳する目的はコイル３，４それ
ぞれを流れる電流の向きを固定し、駆動磁力を駆
動電流に比例させるためである。目標位置を示す
波形発生装置１４からの信号電圧に追随して、検
知子運動片６を浮揚させ目標の運動をさせるため
のサーボ機構は次のような構成である。変位測定
装置９の出力信号電圧の極性は例えば検知子運動
片６の上向き変位に対して正の信号電圧を出力す
るように選んでおく。この検知子運動片６の位置
信号の電圧と波形発生器１４からの目標位置信号
である比較基準電圧とを演算増幅器１５が比較
し、両者の差である偏差電圧に比例した信号電圧
を出力する。この偏差信号電圧は補償回路１６を
経て直流電力増幅器１７に逆位相、直流電力増幅
器１８には正位相で入力される。直流電力増幅器
１７と１８とは入力信号の位相が逆なのでコイル
３とコイル４とでは流れる電流に差を生じ、検知
子運動片６の位置を修正して目標位置に近づけ偏
差電圧をゼロにしようとする向きに磁力が働く。
補償回路１６は例えば比例、微分、積分演算回路
からなりサーボ系の応答性、安定性を向上させ
る。
検知子運動片６を駆動し浮揚させる吸引磁力はコ
イル３，４それぞれに接続された線形的特性を持
つ直流電力増幅器１７，１８から供給される駆動
電流により生じる。磁力は駆動電流の大小により
調節される。直流電力増幅器１７，１８として
は、予め設定した一定のバイアス電流と入力信号
電圧に比例した電流とを重畳した電流が出力とな
るような通常の直流電力増幅器を用いればよい。
バイアス電流を重畳する目的はコイル３，４それ
ぞれを流れる電流の向きを固定し、駆動磁力を駆
動電流に比例させるためである。目標位置を示す
波形発生装置１４からの信号電圧に追随して、検
知子運動片６を浮揚させ目標の運動をさせるため
のサーボ機構は次のような構成である。変位測定
装置９の出力信号電圧の極性は例えば検知子運動
片６の上向き変位に対して正の信号電圧を出力す
るように選んでおく。この検知子運動片６の位置
信号の電圧と波形発生器１４からの目標位置信号
である比較基準電圧とを演算増幅器１５が比較
し、両者の差である偏差電圧に比例した信号電圧
を出力する。この偏差信号電圧は補償回路１６を
経て直流電力増幅器１７に逆位相、直流電力増幅
器１８には正位相で入力される。直流電力増幅器
１７と１８とは入力信号の位相が逆なのでコイル
３とコイル４とでは流れる電流に差を生じ、検知
子運動片６の位置を修正して目標位置に近づけ偏
差電圧をゼロにしようとする向きに磁力が働く。
補償回路１６は例えば比例、微分、積分演算回路
からなりサーボ系の応答性、安定性を向上させ
る。
実際の測定時に検知子運動片６が無支持で被測
定流体５中に浮揚している状態について本実施例
で説明する。ある瞬間の検知子運動片６の目標位
置を設定するには波形発生器１４の比較基準電圧
を検知子運動片６の位置に相当する値に設定す
る。例えばある正弦振動をさせたいならば、その
目標とする周波数、振幅の正弦波形信号電圧を波
形発生装置１４で発生させればよい。そして今仮
に検知子運動片６の位置が目標位置にあり変位測
定装置９の出力電圧と波形発生器１４からの信号
電圧との差がゼロならば、予め直流電力増幅器１
７，１８内に等しい値で設定されたバイアス電流
が駆動電流としてコイル３，４に流れて検知子運
動片６には上下磁極１，２双方から等しい吸引磁
力が作用する。したがつて運動片は静止したまま
である。次に検知子運動片６の位置が目標の位置
より下方にあつて変位測定装置９からの信号電圧
が目標値よりも低く、したがつて波形発生装置１
４の信号電圧との偏差が負であつたとしよう。こ
のときは演算増幅器１５から直流電力増幅器１
７，１８へ負の信号電圧が印加され、直流電力増
幅器１７の出力電流は増加し直流電力増幅器１８
の出力電流は減少して、上側にある磁極１の吸引
力が増加し下側にある磁極２の吸引力は減少して
検知子運動片６は上昇する。逆に検知子運動片６
が目標位置より上方にあれば上側の磁極１の吸引
力は弱まり下方の磁極２の吸引力が強まつて検知
子運動片６は下降する。通常の駆動状態では常に
検知子運動片６に下向きの重力が作用しているの
で下の磁極２の吸引力は重力分だけ弱い状態で上
の磁極１の吸引力と平衡する。測定中は通常、検
知子運動片６は変位測定装置９の測定範囲の中央
位置付近で浮揚、運動させるが、非測定中には検
知子運動片６は重量のみが作用するので試料容器
の底に沈んでいて目標の位置よりも下方にある。
したがつて測定開始時、電源を接続した瞬間には
検知子運動片６を上方へ引き上げるような磁力が
働く。そして検知子運動片６が目標の位置近くま
で上昇したら、定常的な浮揚、運動状態を開始す
る。被測定流体の粘弾性値は磁力と検知子の変位
との関係から算出する。磁力の直接測定は難しい
ので磁力はコイル３の電圧測定端子１０，１１間
の電圧から求めた電流とコイル４の電圧測定端子
１３，１２間の電圧から求めた電流とから推定さ
れる。検知子運動片６の変位は変位測定器９で測
定される。電流からの磁力算出比例式の校正は検
知子運動片６を被測定流体５中で磁極１，２間の
中央の位置に静止浮揚させたときの検知子運動片
６に作用する重力加速度を基準にして行う。粘弾
性の算出は、検知子運動片６が球形で上下方向に
正弦振動する場合にはストークスの法則を近似的
に適用し、蓄積弾性率（storage modulus）G′、
動的損失（loss modulus）G″を求める。
定流体５中に浮揚している状態について本実施例
で説明する。ある瞬間の検知子運動片６の目標位
置を設定するには波形発生器１４の比較基準電圧
を検知子運動片６の位置に相当する値に設定す
る。例えばある正弦振動をさせたいならば、その
目標とする周波数、振幅の正弦波形信号電圧を波
形発生装置１４で発生させればよい。そして今仮
に検知子運動片６の位置が目標位置にあり変位測
定装置９の出力電圧と波形発生器１４からの信号
電圧との差がゼロならば、予め直流電力増幅器１
７，１８内に等しい値で設定されたバイアス電流
が駆動電流としてコイル３，４に流れて検知子運
動片６には上下磁極１，２双方から等しい吸引磁
力が作用する。したがつて運動片は静止したまま
である。次に検知子運動片６の位置が目標の位置
より下方にあつて変位測定装置９からの信号電圧
が目標値よりも低く、したがつて波形発生装置１
４の信号電圧との偏差が負であつたとしよう。こ
のときは演算増幅器１５から直流電力増幅器１
７，１８へ負の信号電圧が印加され、直流電力増
幅器１７の出力電流は増加し直流電力増幅器１８
の出力電流は減少して、上側にある磁極１の吸引
力が増加し下側にある磁極２の吸引力は減少して
検知子運動片６は上昇する。逆に検知子運動片６
が目標位置より上方にあれば上側の磁極１の吸引
力は弱まり下方の磁極２の吸引力が強まつて検知
子運動片６は下降する。通常の駆動状態では常に
検知子運動片６に下向きの重力が作用しているの
で下の磁極２の吸引力は重力分だけ弱い状態で上
の磁極１の吸引力と平衡する。測定中は通常、検
知子運動片６は変位測定装置９の測定範囲の中央
位置付近で浮揚、運動させるが、非測定中には検
知子運動片６は重量のみが作用するので試料容器
の底に沈んでいて目標の位置よりも下方にある。
したがつて測定開始時、電源を接続した瞬間には
検知子運動片６を上方へ引き上げるような磁力が
働く。そして検知子運動片６が目標の位置近くま
で上昇したら、定常的な浮揚、運動状態を開始す
る。被測定流体の粘弾性値は磁力と検知子の変位
との関係から算出する。磁力の直接測定は難しい
ので磁力はコイル３の電圧測定端子１０，１１間
の電圧から求めた電流とコイル４の電圧測定端子
１３，１２間の電圧から求めた電流とから推定さ
れる。検知子運動片６の変位は変位測定器９で測
定される。電流からの磁力算出比例式の校正は検
知子運動片６を被測定流体５中で磁極１，２間の
中央の位置に静止浮揚させたときの検知子運動片
６に作用する重力加速度を基準にして行う。粘弾
性の算出は、検知子運動片６が球形で上下方向に
正弦振動する場合にはストークスの法則を近似的
に適用し、蓄積弾性率（storage modulus）G′、
動的損失（loss modulus）G″を求める。
G′＝F0cosδ／6πrX0
G″＝F0sinδ／6πrX0
ただし、X0は検知子運動片６の振幅（cm）、F0
は磁力の振幅（dyn）、ｒは球の半径（cm）δは
磁力に対する球の変位の位相差（rad）である。
なお弾性率σはσ＝G′、粘性率ηはη＝G″／ω
である。ここにωは振動の角速度（rad／sec）で
ある。以上の説明から明らかなように、本発明に
係る粘度計においては測定のための検知子である
運動片がサーボ機構により制御された吸引磁力で
浮揚、運動させられるという新規な方法を用いて
いるため検知子の機械的支持機構を必要としな
い。したがつて装置の機械的構造が単純化され微
小な検知子が使用でき、さらに機械的支持機構に
起因する誤差が少ない。なお以上の実施例の説明
のうち検知子運動片６の形状については、球の他
に矩形平板や円板、円柱でも可能であり測定値計
算のモデルとして解析し易いものを選択すればよ
い。変位測定装置９については非接触的変位測定
装置９については非接触的変位測定方式であれば
よく、透光性試料では光学的変位測定装置の代わ
りに従来から用いられているフオトセル、フオト
ダイオードも使用可能であり、不透光性試料では
細小Ｘ線ビームを用いるＸ線変位測定装置または
ドツプラー型超音波変位測定装置を使用すればよ
いことは勿論である。また、本発明に係る粘度計
は検知子運動片の変位波形を任意に設定できるた
め動的粘弾性計あるいはレオメーターとしても使
用可能である。
は磁力の振幅（dyn）、ｒは球の半径（cm）δは
磁力に対する球の変位の位相差（rad）である。
なお弾性率σはσ＝G′、粘性率ηはη＝G″／ω
である。ここにωは振動の角速度（rad／sec）で
ある。以上の説明から明らかなように、本発明に
係る粘度計においては測定のための検知子である
運動片がサーボ機構により制御された吸引磁力で
浮揚、運動させられるという新規な方法を用いて
いるため検知子の機械的支持機構を必要としな
い。したがつて装置の機械的構造が単純化され微
小な検知子が使用でき、さらに機械的支持機構に
起因する誤差が少ない。なお以上の実施例の説明
のうち検知子運動片６の形状については、球の他
に矩形平板や円板、円柱でも可能であり測定値計
算のモデルとして解析し易いものを選択すればよ
い。変位測定装置９については非接触的変位測定
装置９については非接触的変位測定方式であれば
よく、透光性試料では光学的変位測定装置の代わ
りに従来から用いられているフオトセル、フオト
ダイオードも使用可能であり、不透光性試料では
細小Ｘ線ビームを用いるＸ線変位測定装置または
ドツプラー型超音波変位測定装置を使用すればよ
いことは勿論である。また、本発明に係る粘度計
は検知子運動片の変位波形を任意に設定できるた
め動的粘弾性計あるいはレオメーターとしても使
用可能である。
第１図は本発明に係る一実施例の装置主要部の
機構説明図であり、第２図はその装置の電気回路
の主要構成図である。 １，２は磁極、３，４はコイル、５は被測定流
体、６は検知子運動片、７は試料容器、８は光
源、９は変位測定装置、１０，１１，１２，１３
は電圧測定端子、１４は波形発生器、１５は演算
増幅器、１６は補償回路、１７，１８は直流電力
増幅器。
機構説明図であり、第２図はその装置の電気回路
の主要構成図である。 １，２は磁極、３，４はコイル、５は被測定流
体、６は検知子運動片、７は試料容器、８は光
源、９は変位測定装置、１０，１１，１２，１３
は電圧測定端子、１４は波形発生器、１５は演算
増幅器、１６は補償回路、１７，１８は直流電力
増幅器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測定流体に接触する検知子としての磁性体
片と、検知子の位置を検出する変位測定装置と、
検知子の目標位置を示す信号を設定する波形発生
器と、吸引磁力を発生し検知子を非接触的に浮揚
運動させる少なくとも１個の電磁石と、検知子の
位置が設定信号に追随するようにその電磁石の磁
力を制御する電子的サーボ機構からなる、流体の
粘度を測定する粘度計。 ２ 検知子の位置を測定する変位測定装置が、光
学的変位測定装置、Ｘ線変位測定装置または超音
波変位測定装置である前記第１項記載の粘度計。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9670083A JPS59221639A (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 粘度計 |
| PCT/JP1984/000241 WO1984004812A1 (en) | 1983-05-31 | 1984-05-14 | Rheometer |
| US06/700,708 US4602501A (en) | 1983-05-31 | 1984-05-14 | Rheometer |
| DE8484902051T DE3473351D1 (en) | 1983-05-31 | 1984-05-14 | Rheometer |
| AT84902051T ATE36412T1 (de) | 1983-05-31 | 1984-05-14 | Rheometer. |
| EP84902051A EP0144437B1 (en) | 1983-05-31 | 1984-05-14 | Rheometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9670083A JPS59221639A (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 粘度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59221639A JPS59221639A (ja) | 1984-12-13 |
| JPH0465333B2 true JPH0465333B2 (ja) | 1992-10-19 |
Family
ID=14172035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9670083A Granted JPS59221639A (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 粘度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59221639A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0566188A (ja) * | 1991-09-06 | 1993-03-19 | Ntc Kogyo Kk | 粘弾性の測定方法 |
| JP3923300B2 (ja) * | 2001-11-27 | 2007-05-30 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| JP5093599B2 (ja) | 2008-04-25 | 2012-12-12 | 国立大学法人 東京大学 | 粘性・弾性測定装置及びその方法 |
| JP5263780B2 (ja) * | 2009-02-13 | 2013-08-14 | セイコーインスツル株式会社 | 粘性測定装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2908469A1 (de) * | 1979-03-05 | 1980-09-11 | Fresenius Chem Pharm Ind | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der visko-elastischen eigenschaften von fluiden |
-
1983
- 1983-05-31 JP JP9670083A patent/JPS59221639A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59221639A (ja) | 1984-12-13 |
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