液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法
【課題】
液体試料の粘度に加え、濃度や密度をも測定すること。
【解決手段】
測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定装置１０であって、音叉振動式の粘度計本体１２と、粘度計本体１２から得られた数値に基づいて試料の粘度を算出する演算処理部４６と、演算処理部４６で算出された粘度が記憶されるメモリ４８とを備え、粘度計本体１２は、試料の温度を検出する試料温度センサ２６を備え、メモリ４８には、試料の「濃度と粘度と試料温度」の関係式が記憶されるものであり、演算処理部４６は、算出された粘度を、試料温度センサ２６で検出された試料温度と、関係式に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する。
液体試料の粘度に加え、濃度や密度をも測定すること。
【解決手段】
測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定装置１０であって、音叉振動式の粘度計本体１２と、粘度計本体１２から得られた数値に基づいて試料の粘度を算出する演算処理部４６と、演算処理部４６で算出された粘度が記憶されるメモリ４８とを備え、粘度計本体１２は、試料の温度を検出する試料温度センサ２６を備え、メモリ４８には、試料の「濃度と粘度と試料温度」の関係式が記憶されるものであり、演算処理部４６は、算出された粘度を、試料温度センサ２６で検出された試料温度と、関係式に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法に関し、特に、試料の粘度に加え、濃度及び／又は密度を測定する液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体試料の粘度と密度等、複数種類の物性値を１台の測定器で同時に測定しようとする場合、特許文献１、特許文献２または特許文献３に記載されるような装置及び方法が用いられていた。
【０００３】
特許文献１に示される液体物性値測定装置及び方法では、振動子に印加した振動電圧の共振周波数から被測定液体の密度ρを検出し、振動センサの電気出力から被測定液体の密度ρと粘度ηの積ξを検出し、この積ξと密度ρから粘度ηを求めていた。
【０００４】
また、特許文献２に示される液体物性値測定装置及び方法では、攪拌機のトルクＴ、回転数ｎ、および、攪拌機の動力特性を用いて、演算を行い、缶内の内容物の粘度η、密度ρを測定していた。
【０００５】
また、特許文献３に示される液体物性値測定装置及び方法では、被測定液体内に音叉型振動片２２を浸漬し、振動片２２を数ｋＨｚ〜２０ｋＨｚという高い共振周波数ｆで振動させ、共振周波数ｆと共振先鋭度Ｑと入出力位相差Ｐの特性から、被測定液体の粘度ηと密度ρを求めていた。
【０００６】
しかし、これらの液体物性値測定装置及び方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８３３５３号公報
【特許文献２】特開平９−２２２３８７号公報
【特許文献３】特開平１１−１７３９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に示された液体物性値測定装置及び方法では、複数種類の物性値を求めるにあたって試料の温度が一切考慮されていないが、粘度は、温度依存性が高く、一般的な液体では１℃の温度変化で５〜１０％も変化するものである。
【０００９】
従って、特許文献１や特許文献２記載の装置や方法で、試料の物性値を精密に管理したり評価しようとする場合には、例えば恒温槽設備を用いて、試料の温度が一定になるように調整する必要があり、コスト増の要因となっていた。しかも、精密な測定を行なえば行なおうとする程、試料の温度を調整するのに時間がかかるため、作業が大幅に遅れたり、試料の経時的物性変化を招くという問題点もあった。
【００１０】
また、特許文献２記載の回転トルク検出方式、特許文献１及び特許文献３記載の共振周波数検出方式では、特に水などの低粘度領域での粘度、濃度、密度などの測定精度が悪いこと、高粘度領域での測定の再現性が乏しいこと、検出される物理量の検出範囲が狭く、１台の測定器（センサ）ではワイドレンジでの検出が出来ないなどの問題があった。
【００１１】
これは、上記方式で検出される各物理量の検出感度が低いという技術的問題に由来している。例えば、回転トルク検出方式ではトルクセンサ１個で検出されるトルク範囲が狭いため、多くの回転子を用意し、レンジを細分化して対応している。この技術の本質的な問題点は、トルク検出にバネ材を利用した発条（ゼンマイ）の変位量として検出していることにある。この回転トルク検出方式は、質量計では「バネばかり」に相当し、最も測定精度の低い方式である。
【００１２】
また、共振周波数方式では、振動子に数ｋＨｚ以上の高周波振動を数十ミクロン程度の微小変位として加えるため、被測定液体と振動子の界面でのすべり・摩擦・摩擦による発熱や機械的ストレスによる試料の物性変化などが発生し、検出精度が向上しないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、試料の温度を所定値に調整する必要なく、粘度と試料温度を測定するだけで、迅速かつ高精度に、密度や濃度をも求めることが出来る液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明にかかる液体物性値測定装置は、測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定装置であって、マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計本体と、前記粘度計本体から得られた数値に基づいて前記試料の粘度を算出する演算処理部と、前記演算処理部で算出された粘度が記憶されるメモリとを備え、前記粘度計本体は、前記試料の温度を検出する試料温度センサを備え、前記メモリには、前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が予め記憶されるものであり、前記演算処理部は、前記試料について算出された粘度を、前記試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算するようにした。
【００１５】
また、本発明にかかる液体物性値測定方法は、測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定方法であって、前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係を、予めメモリに記憶する第１の過程と、マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計で算出された前記試料の粘度を、試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する第２の過程とを有するようにした。
【００１６】
このように構成した液体物性値測定装置及び方法によれば、予めメモリに記憶された「濃度と粘度と試料温度」の相対関係及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係に基づいて、測定対象物について算出された粘度と、検出された試料温度から、濃度及び／又は密度が換算されるので、電磁力を利用した音叉振動式の液体物性値測定装置１台によって、粘度だけでなく、濃度や密度等の複数の物性値を、高精度かつ幅広いダイナミックレンジで求めることが出来る。
【００１７】
更に、「濃度と粘度」又は「密度と粘度」の相対関係に加えて、試料温度が変数として加わっているため、特に温度依存性の高い試料にあっては、恒温槽等により試料温度を一定に保って測定する必要がなく、任意の試料温度で複数種類の物性値を測定することが出来るので、迅速な測定に寄与する。
【００１８】
更に、現在、機械オイル・グリス、液晶用レジスト、印刷用インク、その他産業用液体に求められる各種物理量の測定精度向上、測定時間短縮化、管理評価時間短縮化は、工場ラインでの生産性に直結し、同時に商品の品質改善につながるため、各企業にとっては重要課題となっていて、本発明により、上記産業用液体市場に液体試料の管理評価レベルの向上を提案することが可能となる。
【００１９】
また、前記演算処理部は、前記相対関係が未知である場合、濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶するものであってもよい。
【００２０】
また、前記相対関係が未知である場合、前記第１の過程で、濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶するものであってもよい。
【００２１】
この構成によれば、「濃度と粘度と試料温度」又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が未知の試料についても、異なる濃度の試料で、試料温度を変化させて、粘度を測定することで、これらの関係式が得られ、濃度や密度を求めることが出来るようになる。
【００２２】
また、前記演算処理部は、前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記メモリに記憶された相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算するものであってもよい。
【００２３】
また、前記液体物性値測定方法は、前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算する第３の過程を有するものであってもよい。
【００２４】
この構成によれば、例えば、試料管理や試料評価を行なう際に、試料温度を一定に管理する設備や手間が不要となり、設備投資の削減、管理・評価の容易化が図られる。
【００２５】
また、前記相対関係は、構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶され、前記演算処理部は、入力部からの試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係を前記メモリから呼出すものであってもよい。
【００２６】
また、前記相対関係は、構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶されるものであり、前記第２の過程では、試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係が前記メモリから呼出されてもよい。
【００２７】
この構成によれば、演算処理部は、いつでもメモリから測定対象物に対応する関係式を呼出して、任意の試料の粘度、濃度を求めることが出来、測定の迅速化に寄与する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法によれば、予めメモリに記憶された「濃度と粘度と試料温度」の相対関係及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係に基づいて、測定対象物について算出された粘度と、検出された試料温度から、濃度及び／又は密度が換算されるので、１台の装置によって、粘度だけでなく、濃度や密度等の複数の物性値を求めることが出来る。
【００２９】
更に、「濃度と粘度」又は「密度と粘度」の相対関係に加えて、試料温度が変数として加わっているため、特に温度依存性の高い試料にあっては、恒温槽等により試料温度を一定に保って測定する必要がなく、任意の試料温度で複数種類の物性値を測定することが出来るので、迅速な測定に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施例の液体物性値測定装置１０は、測定対象物である液体試料Ｘの粘度を測定する音叉振動式粘度計であり、図１は、粘度を算出するために必要な数値を検出するための粘度計本体１２のうち、駆動機構部の構造図である。
【００３１】
この粘度計本体１２は、以下詳述するように、マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式を採用している。
【００３２】
この粘度計本体１２の駆動機構部は、断面が概略逆凸型のフレーム１４を有している。フレーム１４の上端側側面には、同一形状の板バネ１６がそれぞれ固設されている。
【００３３】
各板バネ１６の下端側には、試料Ｘ中に浸漬される同一形状の一対の音叉型振動子１８がそれぞれ固設されている。各振動子１８は、セラミック部材や金属部材等の薄肉平板状の板材から形成され、先端に円形状の拡大部が設けられ、一対の振動子１８は、厚み方向の中心軸が試料Ｘ中で同一平面上に位置するように配置される。尚、振動子１８は、対になって２以上あればよい。また、振動子１８は、測定中の試料Ｘの温度変化を出来るだけ少なくするため、熱容量の少ない形状、材質が望ましい。
【００３４】
各振動子１８の上端側には、フレーム１４側に突出するマグネット２０（マグネットと継鉄により構成された磁気回路）が固設されている。このマグネット２０は、フレーム１４の側面に支持された電磁コイル２２の内側に一端側が挿入されており、このマグネット２０と電磁コイル２２との組み合わせにより電磁力を発生させ、振動子１８を電磁振動させる電磁駆動部２３を構成している。一対の振動子１８には、各電磁駆動部２３により相互に逆位相の電磁振動が供給される。
【００３５】
フレーム１４には、一方の電磁コイル２２の上方側に、変位センサ２４が設けられており、この変位センサ２４は、板バネ１６の近くに配置され、電磁振動による板バネ１６の振幅値、すなわち、振動子１８の変動量を検出する。
【００３６】
又、フレーム１４の中心には、試料Ｘ中に浸漬されて、その温度を検出する試料温度センサ２６が設けられている。
【００３７】
図２は、本実施例にかかる液体物性値測定装置１０（音叉振動式粘度計）の制御駆動系のブロック図であるが、当該構成は、従来の音叉振動式粘度計の構成と実質的に変わらないものである。尚、図２に記載の機能ブロックが、電子部品により主としてハードウェア的に実現されるか、ＣＰＵのプログラムにより主としてソフトウェア的に実現されるかは問わない。また、ＡＤ変換器その他の機能ブロックは、マイコン等の演算処理部４６に含まれていてもよい。
【００３８】
まず、本実施例の液体物性値測定装置１０は、粘度計本体１２の変位センサ２４の出力信号が入力されるアンプ３０、整流器３２、整流器３２からの出力と基準振幅値が入力される比較器３４とを備えている。
【００３９】
また、比較器３４の出力信号を受けて、その値に応じて制御信号を自動減衰器３８に出力する制御器３６を有している。自動減衰器３８には、常時一定の駆動信号、例えば、３０Ｈｚの共振駆動信号が入力され、自動減衰器３８では、この駆動信号を制御器３６から送出される制御信号で制御して、アンプ３０を介して、電磁駆動部２３の各電磁コイル２２に供給している。
【００４０】
この際の駆動電流は、電流検出器４０で検出され、Ｉ／Ｖ変換器４２及びＡ／Ｄ変換器４４を介して、演算処理部４６（マイコン）に入力される。また、試料温度センサ２６の入力信号は、Ａ／Ｄ変換器４４を介して演算処理部４６に入力されている。
【００４１】
演算処理部４６には、メモリ４８、表示部５０、キースイッチ部５２が接続されている。以上の構成を備えた液体物性値測定装置１０では、振動子１８を所定の振幅値で共振振動させた際の、電磁駆動部２３の電磁コイル２２への駆動電流が電流検出器４０で測定される。そして、得られた駆動電流の値と所定の検量線とに基づいて、演算処理部４６で、測定対象物である液体試料Ｘの粘度を算出することが出来る。
【００４２】
以上説明したような方式の音叉振動式の粘度計本体１２では、電磁力を利用し、数１０Ｈｚ（本実施例では約３０Ｈｚ）と低い周波数で、約０．４ｍｍ程度の移動量（変動量、振幅値）を振動子１８に加えることで、試料Ｘに大きなエネルギーを加えることなく、また、試料Ｘと振動子１８の界面で発生するすべりを極力抑えるので、試料Ｘの組成を破壊することなく安定した物理量検出が可能となる。
【００４３】
また、比較器３４、制御器３６などの構成により、電磁力により振動子１８の振幅値（変位量）を一定に保ちながら、試料の持つ物理量に合わせて振動子１８の駆動力を制御しているので、質量計では現在最も高精度となる分析用天秤同様、高精度で幅広いダイナミックレンジの測定が可能となる。
【００４４】
また、本実施例の粘度計本体１２の振動子１８は、薄肉金属製であるため熱容量が小さく試料Ｘに対する熱的干渉が少なく、同時に、低周波数での振動子１８の変動量は試料Ｘの量がわずかな量（１０ｍｌ程度）でも検出可能であるため、試料温度が一定となるために必要となる時間が短くて済み、その結果、高精度かつ短時間に粘度を測定することが可能となる。
【００４５】
ここで、本実施例の液体物性値測定装置１０は、上述の構成により試料Ｘの粘度を算出する他、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００４６】
すなわち、本実施例の液体物性値測定装置１０では、予めメモリ４８に「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が既知である試料Ｘについて、当該「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が、構成材料の異なる試料（例えば、食塩水、酢、酒等）毎に記憶されている。
【００４７】
そして、演算処理部４６は、粘度が未知の測定対象物である試料Ｘについて、粘度を算出し、算出された粘度を、試料温度センサ２６で検出された温度と、予めメモリ４８に記憶された関係式とに基づいて、濃度及び／又は密度へ換算することが出来る。
【００４８】
尚、本実施例の液体物性値測定装置１０は、試料温度センサ２６を備えており、物性値の温度依存性が高いような試料でも正確にこれらの物性値を算出することが出来るよう、「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係をメモリ４８に記憶しているが、物性値の温度依存性が比較的低い試料や、測定精度が要求されない試料については、試料温度センサ２６は必須の構成要素ではなく、「濃度と粘度」及び／又は「密度と粘度」の相対関係をメモリ４８に記憶するだけで、算出された粘度と、当該相対関係とに基づいて、粘度から濃度及び／又は密度への換算処理が行なわれるようにしてもよい。
【００４９】
次に、メモリ４８への関係式の記憶処理と、演算処理部４６が行なう換算処理の具体的な内容について、図４，図５のフローチャートを参照しながら説明する。尚、以下においては、粘度及び濃度が未知の試料Ｘの粘度と濃度を算出する場合を説明するが、濃度に代えて密度もしくは濃度と密度の両方を算出するものであってもよい。
【００５０】
まず、試料Ｘ（例えば、食塩水とする）について、「濃度と粘度と試料温度」の相対関係が既知である場合には（Ｓ１１０）、「濃度と粘度と試料温度」の関係式（例えば、ｃ＝Ａη＋ＢＴ：ｃ＝濃度、η＝粘度、Ｔ＝試料温度）を、キースイッチ部５２やキーボード等の入力手段（図示せず）から入力する等してメモリ４８に記憶させる（Ｓ１２０）。尚、密度を求めたい場合には、「密度と粘度と試料温度」の関係式をメモリ４８に記憶させればよい。
【００５１】
試料Ｘの「濃度と粘度と試料温度」の相対関係が未知である場合には（Ｓ１１０）、濃度の異なる複数の試料Ｘ１〜Ｘｎを作製し（Ｓ１３０）、それぞれの試料Ｘ１〜Ｘｎにつき、温度コントローラ等の温度制御装置により試料温度を変化させながら、演算処理部４６で、各試料温度における粘度を算出する（Ｓ１４０）。そして、演算処理部４６は、粘度を算出した結果に基づいて、各濃度における粘度と試料温度の相対関係を式に表し、メモリ４８に記憶する（Ｓ１５０）。尚、試料温度は、試料温度センサ２６で検出された値を用い、粘度は、上述した液体物性値測定装置１０の構成により演算処理部４６で算出される。
【００５２】
本実施例では、濃度０％、１０％、２０％の食塩水（試料Ｘ１〜Ｘ３）を作製し、温度コントローラで加熱（２５℃で開始、４０℃まで加熱）しながら、５℃毎に粘度を算出する。測定結果（濃度毎の粘度と試料温度の相対関係）は、図６のグラフの通りとなる。この測定結果に基づいて、試料Ｘ１〜Ｘ３の粘度ηと試料温度Ｔの相対関係を１次近似すると、試料Ｘの濃度ｃと粘度ηと試料温度Ｔの相対関係（温度Ｔを変数とした濃度ｃと粘度ηの相対関係）は、（１−１）〜（１−３）式の３つの式で表され、これらの式がキースイッチ部５２等の入力手段から入力され、メモリ４８に記憶される。
【００５３】
η１（ｃ＝２０％）＝−０．０２５Ｔ＋２．２［ｍＰａ／ｓ］・・・（１−１）
η２（ｃ＝１０％）＝−０．０１８Ｔ＋１．５８５［ｍＰａ／ｓ］・・・（１−２）
η３（ｃ＝０％）＝−０．０１５Ｔ＋１．２５７［ｍＰａ／ｓ］・・・（１−３）
【００５４】
尚、例えば、粘度と試料温度の測定結果（濃度毎の粘度と試料温度の数値）や、図６のグラフそのものがメモリ４８に記憶され、これらの測定結果（数値）やグラフに基づいて、演算処理部４６が、自動的に試料Ｘの濃度ｃと粘度ηと試料温度Ｔの関係式（１−１）〜（１−３）を演算して、メモリ４８に記憶するものであってもよい。
【００５５】
また、例えば、粘度に温度依存性がほとんどないことが予め分かっている場合には、濃度の異なる複数の試料Ｘ１〜Ｘｎを作製した後、試料温度を一定（例えば、２５℃）にして、それぞれの濃度の試料Ｘ１〜Ｘｎについて粘度を算出し、粘度と濃度の相対関係を算出して、メモリ４８に記憶しておけばよい。温度依存性がない試料の濃度と粘度の相対関係を表すグラフの一例を図７に示す。
【００５６】
図７の測定結果より、２次近似を行なうと、濃度と粘度の関係式は、ｃ＝−３１．７１η２＋１０６．５９η−６９．２４［％］・・・（２−１）で表され、この関係式がキースイッチ部５２等の入力手段により入力され、メモリ４８に記憶される。
【００５７】
尚、上述したＳ１１０〜１５０の手続きは、試料Ｘのみならず、その他の試料Ｙ（例えば、酒）、Ｚ（例えば、砂糖水）についても同様に行なわれていてもよい。また、試料Ｙ，ＺについてのＳ１１０〜１５０の手続きは、後述するフローにおいて物性値が未知の測定対象物である試料Ｙ、Ｚの濃度を算出する直前に行なわれるものであってもよい。
【００５８】
また、試料Ｘ，Ｙ，Ｚの全てについて予め関係式をメモリ４８に記憶しておく場合には、各測定対象物の濃度を算出する際に、試料の種類がＸかＹかＺかを、キースイッチ部５２等の入力手段から選択入力する必要がある。複数種類の試料について関係式をメモリ４８に記憶しておけば、演算処理部４６は、いつでもメモリ４８から測定対象物に対応する関係式を呼出して、任意の試料の粘度、濃度を求めることが出来、測定の迅速化に寄与する。
【００５９】
次に、液体物性値測定装置１０は、粘度及び濃度が未知の測定対象物である試料Ｘ（食塩水）の粘度η０を算出し、試料温度センサ２６から試料温度Ｔ０を検出して、これらをメモリ４８に記憶する（Ｓ２１０）。尚、粘度η０は、先のフロー同様にして演算処理部４６で算出されるものであり、温度Ｔ０は、試料温度センサ２６から検出される値である。本実施例では、η０＝１．２７［ｍＰａ・ｓ］、Ｔ０＝２７．５［℃］である。
【００６０】
ここで、先にメモリ４８に記憶された試料Ｘの「濃度と粘度と試料温度」の関係式が、１つである場合には（Ｓ２２０）、演算処理部４６は、当該関係式をメモリ４８から呼出して、関係式の変数η（粘度）と変数Ｔ（試料温度）に、先に求められたη０とＴ０をそれぞれ代入し、濃度ｃを算出する（Ｓ２３０）。例えば、粘度に温度依存性のない試料の場合は、濃度ｃと粘度ηの関係式が１つ、メモリ４８に記憶されているので、例えば先の（２−１）式の変数ηにη０を代入すれば、試料Ｘの濃度ｃが算出される。
【００６１】
また、先の（１−１）〜（１−３）式のように、「濃度と粘度と試料温度」の関係式が複数である場合には（Ｓ２２０）、演算処理部４６は、当該関係式をメモリ４８から呼出して、それぞれの式の変数ＴにＴ０を代入し、各濃度ｃにおける粘度η１〜η３を算出する（Ｓ２４０）。
【００６２】
具体的には、関係式（１−１）〜（１−３）式の各変数ＴにＴ０＝２７．５を代入し、２７．５℃での粘度を濃度毎に算出すると、以下の（３−１）〜（３−３）式が得られる。
【００６３】
η１（ｃ＝２０％）＝１．５１［ｍＰａ・ｓ］・・・（３−１）
η２（ｃ＝１０％）＝１．０９［ｍＰａ・ｓ］・・・（３−２）
η３（ｃ＝０％）＝０．８４［ｍＰａ・ｓ］・・・（３−３）
【００６４】
（３−１）〜（３−３）式を、濃度と粘度の相対関係として、グラフに表すと、図８のようになる。このグラフ、ないし、（３−１）〜（３−３）式の数値（粘度と濃度）に基づき、濃度と粘度の相対関係を式に表すと、（４−１）式が得られる。尚、（４−１）式は２次近似により得られたものである。
【００６５】
ｃ＝−２４．１７η２＋８６．６４η−５５．７３［％］・・・（４−１）
【００６６】
つまり演算処理部４６は、試料温度センサ２６で検出された試料温度Ｔｏにおける濃度と粘度の関係式を算出し、メモリ４８に記憶するものである（Ｓ２５０）。
【００６７】
演算処理部４６は、メモリ４８に記憶された関係式（４−１）を呼出して、（４−１）式の変数ηにη０＝１．２７を代入し、濃度ｃを算出する（Ｓ２６０）。具体的には、ｃ＝−２４．１７（１．２７）２＋８６．６４（１．２７）−５５．７３＝１５．３［％］となる。
【００６８】
尚、確認のため、この試料Ｘについて、Ｔ＝２７．５℃の時の濃度を液体物性値測定装置１０以外の測定器によって測定すると、１５％であり、本実施例の液体物性値測定装置１０によって、正しく濃度の測定が行なわれることが分かった。
【００６９】
表示部５０は、演算処理部４６によって算出された粘度及び濃度と、試料温度センサ２６で検出された試料温度を表示する（Ｓ２７０）。
【００７０】
以上のように構成された液体物性値測定装置１０によれば、予めメモリ４８に記憶された「濃度と粘度と試料温度」の相対関係及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係に基づいて、測定対象物について算出された粘度と、検出された試料温度から、濃度及び／又は密度が換算されるので、１台の装置によって、粘度だけでなく、濃度や密度等の複数の物性値を求めることが出来る。
【００７１】
更に、「濃度と粘度」又は「密度と粘度」の相対関係に加えて、試料温度が変数として加わっているため、特に温度依存性の高い試料にあっては、恒温槽等により試料温度を一定に保って測定する必要がなく、任意の試料温度で複数種類の物性値を測定することが出来るので、迅速な測定に寄与する。
【００７２】
また、「濃度と粘度と試料温度」又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が未知の試料についても、異なる濃度の試料で、試料温度を変化させて、粘度を測定することで、これらの関係式が得られ、濃度や密度を求めることが出来るようになる。
【００７３】
また、「濃度と粘度と試料温度」又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係がメモリ４８に記憶されているため、演算処理部４６は、この相対関係に基づいて、検出された試料温度における物性値から所定の試料温度における物性値への換算を行なうことも出来る。この構成により、例えば、試料管理や試料評価を行なう際に、試料温度を一定に管理する設備や手間が不要となり、設備投資の削減、管理・評価の容易化が図られる。
【００７４】
従来の試料管理においては、試料温度の管理精度が物性値の測定精度に及ぼす影響が大きいものであったが、特に、粘度計本体１２の振動子１８が、金属製薄板状である場合には、振動子１８の熱容量が小さく、試料の温度管理を行いながら物性値を測定する必要がなくなるため、試料の評価管理にかかる時間が短縮され、かつ、物性値の測定精度が維持される。
【００７５】
また、試料中に浸漬される振動子１８の熱容量が小さいと同時に、試料の量がわずかで済む音叉振動式粘度計本体１２を用いれば、試料温度の安定時間が短く、その結果、短時間での物性値測定、試料評価・管理が可能となる。
【００７６】
現在、機械オイル・グリス、液晶用レジスト、印刷用インク、その他産業用液体に求められる各種物理量の測定精度向上、測定時間短縮化、管理評価時間短縮化は、工場ラインでの生産性に直結し、同時に商品の品質改善につながるため、各企業にとっては重要課題となっていて、本発明により、上記産業用液体市場に液体試料の管理評価レベルの向上を提案することが可能となる。
【００７７】
以上、液体物性値測定装置１０の実施例につき説明したが、本発明の液体物性値測定装置は、上記実施例で説明した構成要件の全てを備えた液体物性値測定装置に限定されるものではなく、各種の変更及び修正が可能である。又、かかる変更及び修正についても本発明の特許請求の範囲に属することは言うまでもない。
【００７８】
例えば、関係式を記憶するメモリ４８、濃度及び／又は密度の換算を行なう演算処理部４６は、先の実施例の液体物性値測定装置１０のその他の構成手段と一体に構成されている必要はなく、外部に設置されたコンピュータ等の外部機器１３が有していてもよい。この場合の、液体物性値測定装置１０ａの制御系ブロック図の一例を図３に示す。尚、図３の粘度計本体１２ａのハードウェア構成例は図２のメモリ４８と演算処理部４６以外の構成手段と同様であり、図３の粘度計本体１２ａは、図２の液体物性値測定装置１０の一部の構成のみを抽出したものであり、その他は省略されている。
【００７９】
図３に示した外部機器１３は、演算処理部４６と、演算処理部４６に接続されたメモリ４８、入力部５２ａ、表示部５０を有している。又、外部機器１３と粘度計本体１２ａとは、各々に設けられた通信手段５４によって接続され、これら外部機器１３と粘度計本体１２ａとが液体物性値測定装置１０ａを構成している。
【００８０】
尚、演算処理部４６及びメモリ４８が、外部機器１３と粘度計本体１２ａとにそれぞれ設けられていてもよく、その場合には、粘度計本体１２ａ側の演算処理部４６が粘度を算出する機能を有し、外部機器１３側の演算処理部４６が粘度から濃度及び／又は密度を算出する機能を有する、というように、機能を分けることが出来る。これによって、外部機器１３は市販のコンピュータを採用し、粘度計本体１２ａは従来の音叉振動式粘度計を採用して、これに粘度の値を外部に送信するような通信機能を設けるだけでよい。尚、双方向通信は必ずしも必要ではないので、外部出力端子付きの音叉振動式粘度計が粘度計本体１２ａを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】液体物性値測定装置の駆動機構部の側面図である。
【図２】液体物性値測定装置の電気的構成を示す制御ブロック図である。
【図３】液体物性値測定装置の電気的構成を示す他の制御ブロック図である。
【図４】本発明にかかる液体物性値測定装置で関係式を記憶する際の手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明にかかる液体物性値測定装置で濃度を算出する際の手順を示すフローチャート図である。
【図６】粘度と試料温度の相対関係を濃度毎に示すグラフである。
【図７】粘度と濃度の相対関係を示すグラフである。
【図８】試料温度２７．５℃における粘度と濃度の相対関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０：液体物性値測定装置
１２：粘度計本体
１３：外部機器
１４：フレーム
１６：板バネ
１８：振動子
２０：マグネット
２２：電磁コイル
２３：電磁駆動部
２４：変位センサ
２６：試料温度センサ
３０：アンプ
３２：整流器
３４：比較器
３６：制御器
３８：自動減衰器
４０：電流検出器
４２：Ｉ／Ｖ変換器
４４：Ａ／Ｄ変換器
４６：演算処理部
４８：メモリ
５０：表示部
５２：キースイッチ部（入力部）
５４：通信手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法に関し、特に、試料の粘度に加え、濃度及び／又は密度を測定する液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体試料の粘度と密度等、複数種類の物性値を１台の測定器で同時に測定しようとする場合、特許文献１、特許文献２または特許文献３に記載されるような装置及び方法が用いられていた。
【０００３】
特許文献１に示される液体物性値測定装置及び方法では、振動子に印加した振動電圧の共振周波数から被測定液体の密度ρを検出し、振動センサの電気出力から被測定液体の密度ρと粘度ηの積ξを検出し、この積ξと密度ρから粘度ηを求めていた。
【０００４】
また、特許文献２に示される液体物性値測定装置及び方法では、攪拌機のトルクＴ、回転数ｎ、および、攪拌機の動力特性を用いて、演算を行い、缶内の内容物の粘度η、密度ρを測定していた。
【０００５】
また、特許文献３に示される液体物性値測定装置及び方法では、被測定液体内に音叉型振動片２２を浸漬し、振動片２２を数ｋＨｚ〜２０ｋＨｚという高い共振周波数ｆで振動させ、共振周波数ｆと共振先鋭度Ｑと入出力位相差Ｐの特性から、被測定液体の粘度ηと密度ρを求めていた。
【０００６】
しかし、これらの液体物性値測定装置及び方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８３３５３号公報
【特許文献２】特開平９−２２２３８７号公報
【特許文献３】特開平１１−１７３９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に示された液体物性値測定装置及び方法では、複数種類の物性値を求めるにあたって試料の温度が一切考慮されていないが、粘度は、温度依存性が高く、一般的な液体では１℃の温度変化で５〜１０％も変化するものである。
【０００９】
従って、特許文献１や特許文献２記載の装置や方法で、試料の物性値を精密に管理したり評価しようとする場合には、例えば恒温槽設備を用いて、試料の温度が一定になるように調整する必要があり、コスト増の要因となっていた。しかも、精密な測定を行なえば行なおうとする程、試料の温度を調整するのに時間がかかるため、作業が大幅に遅れたり、試料の経時的物性変化を招くという問題点もあった。
【００１０】
また、特許文献２記載の回転トルク検出方式、特許文献１及び特許文献３記載の共振周波数検出方式では、特に水などの低粘度領域での粘度、濃度、密度などの測定精度が悪いこと、高粘度領域での測定の再現性が乏しいこと、検出される物理量の検出範囲が狭く、１台の測定器（センサ）ではワイドレンジでの検出が出来ないなどの問題があった。
【００１１】
これは、上記方式で検出される各物理量の検出感度が低いという技術的問題に由来している。例えば、回転トルク検出方式ではトルクセンサ１個で検出されるトルク範囲が狭いため、多くの回転子を用意し、レンジを細分化して対応している。この技術の本質的な問題点は、トルク検出にバネ材を利用した発条（ゼンマイ）の変位量として検出していることにある。この回転トルク検出方式は、質量計では「バネばかり」に相当し、最も測定精度の低い方式である。
【００１２】
また、共振周波数方式では、振動子に数ｋＨｚ以上の高周波振動を数十ミクロン程度の微小変位として加えるため、被測定液体と振動子の界面でのすべり・摩擦・摩擦による発熱や機械的ストレスによる試料の物性変化などが発生し、検出精度が向上しないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、試料の温度を所定値に調整する必要なく、粘度と試料温度を測定するだけで、迅速かつ高精度に、密度や濃度をも求めることが出来る液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明にかかる液体物性値測定装置は、測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定装置であって、マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計本体と、前記粘度計本体から得られた数値に基づいて前記試料の粘度を算出する演算処理部と、前記演算処理部で算出された粘度が記憶されるメモリとを備え、前記粘度計本体は、前記試料の温度を検出する試料温度センサを備え、前記メモリには、前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が予め記憶されるものであり、前記演算処理部は、前記試料について算出された粘度を、前記試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算するようにした。
【００１５】
また、本発明にかかる液体物性値測定方法は、測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定方法であって、前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係を、予めメモリに記憶する第１の過程と、マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計で算出された前記試料の粘度を、試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する第２の過程とを有するようにした。
【００１６】
このように構成した液体物性値測定装置及び方法によれば、予めメモリに記憶された「濃度と粘度と試料温度」の相対関係及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係に基づいて、測定対象物について算出された粘度と、検出された試料温度から、濃度及び／又は密度が換算されるので、電磁力を利用した音叉振動式の液体物性値測定装置１台によって、粘度だけでなく、濃度や密度等の複数の物性値を、高精度かつ幅広いダイナミックレンジで求めることが出来る。
【００１７】
更に、「濃度と粘度」又は「密度と粘度」の相対関係に加えて、試料温度が変数として加わっているため、特に温度依存性の高い試料にあっては、恒温槽等により試料温度を一定に保って測定する必要がなく、任意の試料温度で複数種類の物性値を測定することが出来るので、迅速な測定に寄与する。
【００１８】
更に、現在、機械オイル・グリス、液晶用レジスト、印刷用インク、その他産業用液体に求められる各種物理量の測定精度向上、測定時間短縮化、管理評価時間短縮化は、工場ラインでの生産性に直結し、同時に商品の品質改善につながるため、各企業にとっては重要課題となっていて、本発明により、上記産業用液体市場に液体試料の管理評価レベルの向上を提案することが可能となる。
【００１９】
また、前記演算処理部は、前記相対関係が未知である場合、濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶するものであってもよい。
【００２０】
また、前記相対関係が未知である場合、前記第１の過程で、濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶するものであってもよい。
【００２１】
この構成によれば、「濃度と粘度と試料温度」又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が未知の試料についても、異なる濃度の試料で、試料温度を変化させて、粘度を測定することで、これらの関係式が得られ、濃度や密度を求めることが出来るようになる。
【００２２】
また、前記演算処理部は、前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記メモリに記憶された相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算するものであってもよい。
【００２３】
また、前記液体物性値測定方法は、前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算する第３の過程を有するものであってもよい。
【００２４】
この構成によれば、例えば、試料管理や試料評価を行なう際に、試料温度を一定に管理する設備や手間が不要となり、設備投資の削減、管理・評価の容易化が図られる。
【００２５】
また、前記相対関係は、構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶され、前記演算処理部は、入力部からの試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係を前記メモリから呼出すものであってもよい。
【００２６】
また、前記相対関係は、構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶されるものであり、前記第２の過程では、試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係が前記メモリから呼出されてもよい。
【００２７】
この構成によれば、演算処理部は、いつでもメモリから測定対象物に対応する関係式を呼出して、任意の試料の粘度、濃度を求めることが出来、測定の迅速化に寄与する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる液体物性値測定装置及び液体物性値測定方法によれば、予めメモリに記憶された「濃度と粘度と試料温度」の相対関係及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係に基づいて、測定対象物について算出された粘度と、検出された試料温度から、濃度及び／又は密度が換算されるので、１台の装置によって、粘度だけでなく、濃度や密度等の複数の物性値を求めることが出来る。
【００２９】
更に、「濃度と粘度」又は「密度と粘度」の相対関係に加えて、試料温度が変数として加わっているため、特に温度依存性の高い試料にあっては、恒温槽等により試料温度を一定に保って測定する必要がなく、任意の試料温度で複数種類の物性値を測定することが出来るので、迅速な測定に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施例の液体物性値測定装置１０は、測定対象物である液体試料Ｘの粘度を測定する音叉振動式粘度計であり、図１は、粘度を算出するために必要な数値を検出するための粘度計本体１２のうち、駆動機構部の構造図である。
【００３１】
この粘度計本体１２は、以下詳述するように、マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式を採用している。
【００３２】
この粘度計本体１２の駆動機構部は、断面が概略逆凸型のフレーム１４を有している。フレーム１４の上端側側面には、同一形状の板バネ１６がそれぞれ固設されている。
【００３３】
各板バネ１６の下端側には、試料Ｘ中に浸漬される同一形状の一対の音叉型振動子１８がそれぞれ固設されている。各振動子１８は、セラミック部材や金属部材等の薄肉平板状の板材から形成され、先端に円形状の拡大部が設けられ、一対の振動子１８は、厚み方向の中心軸が試料Ｘ中で同一平面上に位置するように配置される。尚、振動子１８は、対になって２以上あればよい。また、振動子１８は、測定中の試料Ｘの温度変化を出来るだけ少なくするため、熱容量の少ない形状、材質が望ましい。
【００３４】
各振動子１８の上端側には、フレーム１４側に突出するマグネット２０（マグネットと継鉄により構成された磁気回路）が固設されている。このマグネット２０は、フレーム１４の側面に支持された電磁コイル２２の内側に一端側が挿入されており、このマグネット２０と電磁コイル２２との組み合わせにより電磁力を発生させ、振動子１８を電磁振動させる電磁駆動部２３を構成している。一対の振動子１８には、各電磁駆動部２３により相互に逆位相の電磁振動が供給される。
【００３５】
フレーム１４には、一方の電磁コイル２２の上方側に、変位センサ２４が設けられており、この変位センサ２４は、板バネ１６の近くに配置され、電磁振動による板バネ１６の振幅値、すなわち、振動子１８の変動量を検出する。
【００３６】
又、フレーム１４の中心には、試料Ｘ中に浸漬されて、その温度を検出する試料温度センサ２６が設けられている。
【００３７】
図２は、本実施例にかかる液体物性値測定装置１０（音叉振動式粘度計）の制御駆動系のブロック図であるが、当該構成は、従来の音叉振動式粘度計の構成と実質的に変わらないものである。尚、図２に記載の機能ブロックが、電子部品により主としてハードウェア的に実現されるか、ＣＰＵのプログラムにより主としてソフトウェア的に実現されるかは問わない。また、ＡＤ変換器その他の機能ブロックは、マイコン等の演算処理部４６に含まれていてもよい。
【００３８】
まず、本実施例の液体物性値測定装置１０は、粘度計本体１２の変位センサ２４の出力信号が入力されるアンプ３０、整流器３２、整流器３２からの出力と基準振幅値が入力される比較器３４とを備えている。
【００３９】
また、比較器３４の出力信号を受けて、その値に応じて制御信号を自動減衰器３８に出力する制御器３６を有している。自動減衰器３８には、常時一定の駆動信号、例えば、３０Ｈｚの共振駆動信号が入力され、自動減衰器３８では、この駆動信号を制御器３６から送出される制御信号で制御して、アンプ３０を介して、電磁駆動部２３の各電磁コイル２２に供給している。
【００４０】
この際の駆動電流は、電流検出器４０で検出され、Ｉ／Ｖ変換器４２及びＡ／Ｄ変換器４４を介して、演算処理部４６（マイコン）に入力される。また、試料温度センサ２６の入力信号は、Ａ／Ｄ変換器４４を介して演算処理部４６に入力されている。
【００４１】
演算処理部４６には、メモリ４８、表示部５０、キースイッチ部５２が接続されている。以上の構成を備えた液体物性値測定装置１０では、振動子１８を所定の振幅値で共振振動させた際の、電磁駆動部２３の電磁コイル２２への駆動電流が電流検出器４０で測定される。そして、得られた駆動電流の値と所定の検量線とに基づいて、演算処理部４６で、測定対象物である液体試料Ｘの粘度を算出することが出来る。
【００４２】
以上説明したような方式の音叉振動式の粘度計本体１２では、電磁力を利用し、数１０Ｈｚ（本実施例では約３０Ｈｚ）と低い周波数で、約０．４ｍｍ程度の移動量（変動量、振幅値）を振動子１８に加えることで、試料Ｘに大きなエネルギーを加えることなく、また、試料Ｘと振動子１８の界面で発生するすべりを極力抑えるので、試料Ｘの組成を破壊することなく安定した物理量検出が可能となる。
【００４３】
また、比較器３４、制御器３６などの構成により、電磁力により振動子１８の振幅値（変位量）を一定に保ちながら、試料の持つ物理量に合わせて振動子１８の駆動力を制御しているので、質量計では現在最も高精度となる分析用天秤同様、高精度で幅広いダイナミックレンジの測定が可能となる。
【００４４】
また、本実施例の粘度計本体１２の振動子１８は、薄肉金属製であるため熱容量が小さく試料Ｘに対する熱的干渉が少なく、同時に、低周波数での振動子１８の変動量は試料Ｘの量がわずかな量（１０ｍｌ程度）でも検出可能であるため、試料温度が一定となるために必要となる時間が短くて済み、その結果、高精度かつ短時間に粘度を測定することが可能となる。
【００４５】
ここで、本実施例の液体物性値測定装置１０は、上述の構成により試料Ｘの粘度を算出する他、以下に説明する点に顕著な特徴がある。
【００４６】
すなわち、本実施例の液体物性値測定装置１０では、予めメモリ４８に「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が既知である試料Ｘについて、当該「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が、構成材料の異なる試料（例えば、食塩水、酢、酒等）毎に記憶されている。
【００４７】
そして、演算処理部４６は、粘度が未知の測定対象物である試料Ｘについて、粘度を算出し、算出された粘度を、試料温度センサ２６で検出された温度と、予めメモリ４８に記憶された関係式とに基づいて、濃度及び／又は密度へ換算することが出来る。
【００４８】
尚、本実施例の液体物性値測定装置１０は、試料温度センサ２６を備えており、物性値の温度依存性が高いような試料でも正確にこれらの物性値を算出することが出来るよう、「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係をメモリ４８に記憶しているが、物性値の温度依存性が比較的低い試料や、測定精度が要求されない試料については、試料温度センサ２６は必須の構成要素ではなく、「濃度と粘度」及び／又は「密度と粘度」の相対関係をメモリ４８に記憶するだけで、算出された粘度と、当該相対関係とに基づいて、粘度から濃度及び／又は密度への換算処理が行なわれるようにしてもよい。
【００４９】
次に、メモリ４８への関係式の記憶処理と、演算処理部４６が行なう換算処理の具体的な内容について、図４，図５のフローチャートを参照しながら説明する。尚、以下においては、粘度及び濃度が未知の試料Ｘの粘度と濃度を算出する場合を説明するが、濃度に代えて密度もしくは濃度と密度の両方を算出するものであってもよい。
【００５０】
まず、試料Ｘ（例えば、食塩水とする）について、「濃度と粘度と試料温度」の相対関係が既知である場合には（Ｓ１１０）、「濃度と粘度と試料温度」の関係式（例えば、ｃ＝Ａη＋ＢＴ：ｃ＝濃度、η＝粘度、Ｔ＝試料温度）を、キースイッチ部５２やキーボード等の入力手段（図示せず）から入力する等してメモリ４８に記憶させる（Ｓ１２０）。尚、密度を求めたい場合には、「密度と粘度と試料温度」の関係式をメモリ４８に記憶させればよい。
【００５１】
試料Ｘの「濃度と粘度と試料温度」の相対関係が未知である場合には（Ｓ１１０）、濃度の異なる複数の試料Ｘ１〜Ｘｎを作製し（Ｓ１３０）、それぞれの試料Ｘ１〜Ｘｎにつき、温度コントローラ等の温度制御装置により試料温度を変化させながら、演算処理部４６で、各試料温度における粘度を算出する（Ｓ１４０）。そして、演算処理部４６は、粘度を算出した結果に基づいて、各濃度における粘度と試料温度の相対関係を式に表し、メモリ４８に記憶する（Ｓ１５０）。尚、試料温度は、試料温度センサ２６で検出された値を用い、粘度は、上述した液体物性値測定装置１０の構成により演算処理部４６で算出される。
【００５２】
本実施例では、濃度０％、１０％、２０％の食塩水（試料Ｘ１〜Ｘ３）を作製し、温度コントローラで加熱（２５℃で開始、４０℃まで加熱）しながら、５℃毎に粘度を算出する。測定結果（濃度毎の粘度と試料温度の相対関係）は、図６のグラフの通りとなる。この測定結果に基づいて、試料Ｘ１〜Ｘ３の粘度ηと試料温度Ｔの相対関係を１次近似すると、試料Ｘの濃度ｃと粘度ηと試料温度Ｔの相対関係（温度Ｔを変数とした濃度ｃと粘度ηの相対関係）は、（１−１）〜（１−３）式の３つの式で表され、これらの式がキースイッチ部５２等の入力手段から入力され、メモリ４８に記憶される。
【００５３】
η１（ｃ＝２０％）＝−０．０２５Ｔ＋２．２［ｍＰａ／ｓ］・・・（１−１）
η２（ｃ＝１０％）＝−０．０１８Ｔ＋１．５８５［ｍＰａ／ｓ］・・・（１−２）
η３（ｃ＝０％）＝−０．０１５Ｔ＋１．２５７［ｍＰａ／ｓ］・・・（１−３）
【００５４】
尚、例えば、粘度と試料温度の測定結果（濃度毎の粘度と試料温度の数値）や、図６のグラフそのものがメモリ４８に記憶され、これらの測定結果（数値）やグラフに基づいて、演算処理部４６が、自動的に試料Ｘの濃度ｃと粘度ηと試料温度Ｔの関係式（１−１）〜（１−３）を演算して、メモリ４８に記憶するものであってもよい。
【００５５】
また、例えば、粘度に温度依存性がほとんどないことが予め分かっている場合には、濃度の異なる複数の試料Ｘ１〜Ｘｎを作製した後、試料温度を一定（例えば、２５℃）にして、それぞれの濃度の試料Ｘ１〜Ｘｎについて粘度を算出し、粘度と濃度の相対関係を算出して、メモリ４８に記憶しておけばよい。温度依存性がない試料の濃度と粘度の相対関係を表すグラフの一例を図７に示す。
【００５６】
図７の測定結果より、２次近似を行なうと、濃度と粘度の関係式は、ｃ＝−３１．７１η２＋１０６．５９η−６９．２４［％］・・・（２−１）で表され、この関係式がキースイッチ部５２等の入力手段により入力され、メモリ４８に記憶される。
【００５７】
尚、上述したＳ１１０〜１５０の手続きは、試料Ｘのみならず、その他の試料Ｙ（例えば、酒）、Ｚ（例えば、砂糖水）についても同様に行なわれていてもよい。また、試料Ｙ，ＺについてのＳ１１０〜１５０の手続きは、後述するフローにおいて物性値が未知の測定対象物である試料Ｙ、Ｚの濃度を算出する直前に行なわれるものであってもよい。
【００５８】
また、試料Ｘ，Ｙ，Ｚの全てについて予め関係式をメモリ４８に記憶しておく場合には、各測定対象物の濃度を算出する際に、試料の種類がＸかＹかＺかを、キースイッチ部５２等の入力手段から選択入力する必要がある。複数種類の試料について関係式をメモリ４８に記憶しておけば、演算処理部４６は、いつでもメモリ４８から測定対象物に対応する関係式を呼出して、任意の試料の粘度、濃度を求めることが出来、測定の迅速化に寄与する。
【００５９】
次に、液体物性値測定装置１０は、粘度及び濃度が未知の測定対象物である試料Ｘ（食塩水）の粘度η０を算出し、試料温度センサ２６から試料温度Ｔ０を検出して、これらをメモリ４８に記憶する（Ｓ２１０）。尚、粘度η０は、先のフロー同様にして演算処理部４６で算出されるものであり、温度Ｔ０は、試料温度センサ２６から検出される値である。本実施例では、η０＝１．２７［ｍＰａ・ｓ］、Ｔ０＝２７．５［℃］である。
【００６０】
ここで、先にメモリ４８に記憶された試料Ｘの「濃度と粘度と試料温度」の関係式が、１つである場合には（Ｓ２２０）、演算処理部４６は、当該関係式をメモリ４８から呼出して、関係式の変数η（粘度）と変数Ｔ（試料温度）に、先に求められたη０とＴ０をそれぞれ代入し、濃度ｃを算出する（Ｓ２３０）。例えば、粘度に温度依存性のない試料の場合は、濃度ｃと粘度ηの関係式が１つ、メモリ４８に記憶されているので、例えば先の（２−１）式の変数ηにη０を代入すれば、試料Ｘの濃度ｃが算出される。
【００６１】
また、先の（１−１）〜（１−３）式のように、「濃度と粘度と試料温度」の関係式が複数である場合には（Ｓ２２０）、演算処理部４６は、当該関係式をメモリ４８から呼出して、それぞれの式の変数ＴにＴ０を代入し、各濃度ｃにおける粘度η１〜η３を算出する（Ｓ２４０）。
【００６２】
具体的には、関係式（１−１）〜（１−３）式の各変数ＴにＴ０＝２７．５を代入し、２７．５℃での粘度を濃度毎に算出すると、以下の（３−１）〜（３−３）式が得られる。
【００６３】
η１（ｃ＝２０％）＝１．５１［ｍＰａ・ｓ］・・・（３−１）
η２（ｃ＝１０％）＝１．０９［ｍＰａ・ｓ］・・・（３−２）
η３（ｃ＝０％）＝０．８４［ｍＰａ・ｓ］・・・（３−３）
【００６４】
（３−１）〜（３−３）式を、濃度と粘度の相対関係として、グラフに表すと、図８のようになる。このグラフ、ないし、（３−１）〜（３−３）式の数値（粘度と濃度）に基づき、濃度と粘度の相対関係を式に表すと、（４−１）式が得られる。尚、（４−１）式は２次近似により得られたものである。
【００６５】
ｃ＝−２４．１７η２＋８６．６４η−５５．７３［％］・・・（４−１）
【００６６】
つまり演算処理部４６は、試料温度センサ２６で検出された試料温度Ｔｏにおける濃度と粘度の関係式を算出し、メモリ４８に記憶するものである（Ｓ２５０）。
【００６７】
演算処理部４６は、メモリ４８に記憶された関係式（４−１）を呼出して、（４−１）式の変数ηにη０＝１．２７を代入し、濃度ｃを算出する（Ｓ２６０）。具体的には、ｃ＝−２４．１７（１．２７）２＋８６．６４（１．２７）−５５．７３＝１５．３［％］となる。
【００６８】
尚、確認のため、この試料Ｘについて、Ｔ＝２７．５℃の時の濃度を液体物性値測定装置１０以外の測定器によって測定すると、１５％であり、本実施例の液体物性値測定装置１０によって、正しく濃度の測定が行なわれることが分かった。
【００６９】
表示部５０は、演算処理部４６によって算出された粘度及び濃度と、試料温度センサ２６で検出された試料温度を表示する（Ｓ２７０）。
【００７０】
以上のように構成された液体物性値測定装置１０によれば、予めメモリ４８に記憶された「濃度と粘度と試料温度」の相対関係及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係に基づいて、測定対象物について算出された粘度と、検出された試料温度から、濃度及び／又は密度が換算されるので、１台の装置によって、粘度だけでなく、濃度や密度等の複数の物性値を求めることが出来る。
【００７１】
更に、「濃度と粘度」又は「密度と粘度」の相対関係に加えて、試料温度が変数として加わっているため、特に温度依存性の高い試料にあっては、恒温槽等により試料温度を一定に保って測定する必要がなく、任意の試料温度で複数種類の物性値を測定することが出来るので、迅速な測定に寄与する。
【００７２】
また、「濃度と粘度と試料温度」又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が未知の試料についても、異なる濃度の試料で、試料温度を変化させて、粘度を測定することで、これらの関係式が得られ、濃度や密度を求めることが出来るようになる。
【００７３】
また、「濃度と粘度と試料温度」又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係がメモリ４８に記憶されているため、演算処理部４６は、この相対関係に基づいて、検出された試料温度における物性値から所定の試料温度における物性値への換算を行なうことも出来る。この構成により、例えば、試料管理や試料評価を行なう際に、試料温度を一定に管理する設備や手間が不要となり、設備投資の削減、管理・評価の容易化が図られる。
【００７４】
従来の試料管理においては、試料温度の管理精度が物性値の測定精度に及ぼす影響が大きいものであったが、特に、粘度計本体１２の振動子１８が、金属製薄板状である場合には、振動子１８の熱容量が小さく、試料の温度管理を行いながら物性値を測定する必要がなくなるため、試料の評価管理にかかる時間が短縮され、かつ、物性値の測定精度が維持される。
【００７５】
また、試料中に浸漬される振動子１８の熱容量が小さいと同時に、試料の量がわずかで済む音叉振動式粘度計本体１２を用いれば、試料温度の安定時間が短く、その結果、短時間での物性値測定、試料評価・管理が可能となる。
【００７６】
現在、機械オイル・グリス、液晶用レジスト、印刷用インク、その他産業用液体に求められる各種物理量の測定精度向上、測定時間短縮化、管理評価時間短縮化は、工場ラインでの生産性に直結し、同時に商品の品質改善につながるため、各企業にとっては重要課題となっていて、本発明により、上記産業用液体市場に液体試料の管理評価レベルの向上を提案することが可能となる。
【００７７】
以上、液体物性値測定装置１０の実施例につき説明したが、本発明の液体物性値測定装置は、上記実施例で説明した構成要件の全てを備えた液体物性値測定装置に限定されるものではなく、各種の変更及び修正が可能である。又、かかる変更及び修正についても本発明の特許請求の範囲に属することは言うまでもない。
【００７８】
例えば、関係式を記憶するメモリ４８、濃度及び／又は密度の換算を行なう演算処理部４６は、先の実施例の液体物性値測定装置１０のその他の構成手段と一体に構成されている必要はなく、外部に設置されたコンピュータ等の外部機器１３が有していてもよい。この場合の、液体物性値測定装置１０ａの制御系ブロック図の一例を図３に示す。尚、図３の粘度計本体１２ａのハードウェア構成例は図２のメモリ４８と演算処理部４６以外の構成手段と同様であり、図３の粘度計本体１２ａは、図２の液体物性値測定装置１０の一部の構成のみを抽出したものであり、その他は省略されている。
【００７９】
図３に示した外部機器１３は、演算処理部４６と、演算処理部４６に接続されたメモリ４８、入力部５２ａ、表示部５０を有している。又、外部機器１３と粘度計本体１２ａとは、各々に設けられた通信手段５４によって接続され、これら外部機器１３と粘度計本体１２ａとが液体物性値測定装置１０ａを構成している。
【００８０】
尚、演算処理部４６及びメモリ４８が、外部機器１３と粘度計本体１２ａとにそれぞれ設けられていてもよく、その場合には、粘度計本体１２ａ側の演算処理部４６が粘度を算出する機能を有し、外部機器１３側の演算処理部４６が粘度から濃度及び／又は密度を算出する機能を有する、というように、機能を分けることが出来る。これによって、外部機器１３は市販のコンピュータを採用し、粘度計本体１２ａは従来の音叉振動式粘度計を採用して、これに粘度の値を外部に送信するような通信機能を設けるだけでよい。尚、双方向通信は必ずしも必要ではないので、外部出力端子付きの音叉振動式粘度計が粘度計本体１２ａを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】液体物性値測定装置の駆動機構部の側面図である。
【図２】液体物性値測定装置の電気的構成を示す制御ブロック図である。
【図３】液体物性値測定装置の電気的構成を示す他の制御ブロック図である。
【図４】本発明にかかる液体物性値測定装置で関係式を記憶する際の手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明にかかる液体物性値測定装置で濃度を算出する際の手順を示すフローチャート図である。
【図６】粘度と試料温度の相対関係を濃度毎に示すグラフである。
【図７】粘度と濃度の相対関係を示すグラフである。
【図８】試料温度２７．５℃における粘度と濃度の相対関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１０：液体物性値測定装置
１２：粘度計本体
１３：外部機器
１４：フレーム
１６：板バネ
１８：振動子
２０：マグネット
２２：電磁コイル
２３：電磁駆動部
２４：変位センサ
２６：試料温度センサ
３０：アンプ
３２：整流器
３４：比較器
３６：制御器
３８：自動減衰器
４０：電流検出器
４２：Ｉ／Ｖ変換器
４４：Ａ／Ｄ変換器
４６：演算処理部
４８：メモリ
５０：表示部
５２：キースイッチ部（入力部）
５４：通信手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定装置であって、
マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計本体と、
前記粘度計本体から得られた数値に基づいて前記試料の粘度を算出する演算処理部と、
前記演算処理部で算出された粘度が記憶されるメモリとを備え、
前記粘度計本体は、
前記試料の温度を検出する試料温度センサを備え、
前記メモリには、
前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が予め記憶されるものであり、
前記演算処理部は、
前記試料について算出された粘度を、前記試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する
ことを特徴とする液体物性値測定装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、
前記相対関係が未知である場合、
濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体物性値測定装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、
前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記メモリに記憶された相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体物性値測定装置。
【請求項４】
前記相対関係は、
構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶され、
前記演算処理部は、
入力部からの試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係を前記メモリから呼出す
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体物性値測定装置。
【請求項５】
測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定方法であって、
前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係を、予めメモリに記憶する第１の過程と、
マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計で算出された前記試料の粘度を、試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する第２の過程とを
有することを特徴とする液体物性値測定方法。
【請求項６】
前記相対関係が未知である場合、前記第１の過程で、
濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶する
ことを特徴とする請求項５に記載の液体物性値測定方法。
【請求項７】
前記液体物性値測定方法は、
前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算する第３の過程を
有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液体物性値測定方法。
【請求項８】
前記相対関係は、
構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶されるものであり、
前記第２の過程では、
試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係が前記メモリから呼出される
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の液体物性値測定方法。
【請求項１】
測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定装置であって、
マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計本体と、
前記粘度計本体から得られた数値に基づいて前記試料の粘度を算出する演算処理部と、
前記演算処理部で算出された粘度が記憶されるメモリとを備え、
前記粘度計本体は、
前記試料の温度を検出する試料温度センサを備え、
前記メモリには、
前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係が予め記憶されるものであり、
前記演算処理部は、
前記試料について算出された粘度を、前記試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する
ことを特徴とする液体物性値測定装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、
前記相対関係が未知である場合、
濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体物性値測定装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、
前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記メモリに記憶された相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体物性値測定装置。
【請求項４】
前記相対関係は、
構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶され、
前記演算処理部は、
入力部からの試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係を前記メモリから呼出す
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体物性値測定装置。
【請求項５】
測定対象物である液体試料の物性値を測定する液体物性値測定方法であって、
前記試料の「濃度と粘度と試料温度」及び／又は「密度と粘度と試料温度」の相対関係を、予めメモリに記憶する第１の過程と、
マグネットと継鉄により構成される磁気回路と電磁コイルの組み合わせにより発生する電磁力により、対になった２以上の振動子を駆動し、駆動された振動子の変動量を変位センサにより測定検出する方式の音叉振動式粘度計で算出された前記試料の粘度を、試料温度センサで検出された試料温度と、前記相対関係に基づいて、濃度及び／又は密度に換算する第２の過程とを
有することを特徴とする液体物性値測定方法。
【請求項６】
前記相対関係が未知である場合、前記第１の過程で、
濃度及び／又は密度が異なる複数の前記試料について、試料温度を変化させて粘度を算出し、前記試料温度をパラメータとした濃度と粘度及び／又は密度と粘度の相対関係から近似式を算出して前記メモリに記憶する
ことを特徴とする請求項５に記載の液体物性値測定方法。
【請求項７】
前記液体物性値測定方法は、
前記算出された粘度と、前記換算された濃度及び／又は密度とを、前記相対関係に基づいて、所定の温度における値に換算する第３の過程を
有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液体物性値測定方法。
【請求項８】
前記相対関係は、
構成材料の異なる試料毎に前記メモリに記憶されるものであり、
前記第２の過程では、
試料種類の選択入力に応じて、測定対象物に対応する前記相対関係が前記メモリから呼出される
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の液体物性値測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２１４８４２（Ｐ２００６−２１４８４２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７２５５（Ｐ２００５−２７２５５）
【出願日】平成１７年２月３日（２００５．２．３）
【出願人】（０００１２７５７０）株式会社エー・アンド・デイ (136)
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月３日（２００５．２．３）
【出願人】（０００１２７５７０）株式会社エー・アンド・デイ (136)
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