JP6016934B2 - 流動体のずり速度を求める方法、そのプログラム及び装置 - Google Patents
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Description
η=S/D ・・・(1)
D=(2πNr/60)×(1/rφ)=(2πN/60)×(1/φ)
・・・(2)
D=0.2094N/{1−(Rb/Rc)2}・・・(3)
音叉振動式粘度計では、振動子1がサンプル液9中でサイン波での往復運動を行うときに、往復運動に必要なエネルギーが、サンプル液9中で振動子1を動かすのに必要な力(トルク)として測定される。即ち、この振動子1の接液部1aの中心1oにおける駆動力Fを、振動子1の接液面積A(接液部1aの面積)で割ると、サンプル液9と振動子1間に発生するずり応力Sを求めることができる(式(4))。接液面積Aは、装置構成から既知の値となる。
S=F/A・・・(4)
ずり応力取得工程で必要となる駆動力Fは、駆動力取得工程から得る。
振動子の接液部中心1oにおける駆動力Fは、電磁駆動部2で発生する力F1を、振動子1の支点となる板バネ4の最薄肉部4aの上下方向中心を基準とし、電磁駆動部2の上下方向中心までの距離d1と振動子の接液部中心1oまでの距離d2の比(てこ比)αで除すことで求められる(式(5))。てこ比αは、装置構成から既知の値となる。
F=F1/α・・・(5)
電磁駆動部2で発生する力F1は、コイル22の磁束密度B、コイル22に流れる駆動電流I及びコイル22のコイル長Lの積から求められる(式(6))。磁束密度B、コイル長Lは、装置構成から既知の値となる。
F1=BIL・・・(6)
ここで、駆動電流Iを実効値として扱えば、振動子の接液部中心1oにおける駆動力Fは、式(6)で電磁駆動部2で発生する力F1を算出する第一工程と、得られたF1値を式(5)に代入して得る第二工程から、式(7)で求められる。
F=BIL/α・・・(7)
サンプル液9の粘度ηは、上述の測定により得られる。予めサンプル液9の粘度ηが既知である場合には、キースイッチ部23から入力しても良い。或いは、メモリ21に予め記録したものを読みだしても良い。
D=BIL/αηA・・・(8)
サンプル液9はニュートン流体であるイオン交換水(25[℃]一定条件下)45mlを用いた。測定条件は、測定時間11分、振幅の下限値0.2mm、上限値1.2mm、振幅の時間割の変化量Δ0.2mm/分、振幅は上昇ののち下降させ、往復させた。また、イオン交換水(25[℃])の粘度は既知(JIS Z8803に準拠)であるため、値を入力して測定を行った。この結果得られたずり速度を、横軸にずり速度[1/s]、縦軸に粘度[mPa・s]として線描したものを図7に示す。
サンプル液9は非ニュートン流体である肌用保湿クリーム(25[℃]一定条件下)45mlを用いた。測定は、測定時間15分、振幅下限値0.07mm、振幅上限値1.2mm、振幅変化量0.07,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2mmを1分毎に変化させた。振幅は上昇ののち、下降させ、往復させた。粘度は測定開始後 、各振幅1分後の粘度値を取得した。この結果得られたずり速度を、横軸にずり速度[1/s]、縦軸に粘度[mPa・s]として線描したものを図8に示す。
サンプル液9はニュートン流体であるイオン交換水に続き、標準液JS20、JS200、JS2000、JS14000(いずれも25[℃]一定条件下)45mlを用いた。測定条件は、実施例1と同様に行った。また、いずれの粘度も既知(JIS Z8803に準拠)であるため、値を入力して測定を行った。この結果得られたずり速度を、横軸に粘度[mPa・s]、縦軸にずり速度[1/s]として、各液で線描したものを図9に示す。
D=τ/η・・・(9)
1a 接液部
1o 接液部中心
2 電磁駆動部
2a フェライト磁石
2b 電磁コイル
3 温度センサ
4 板バネ
4a 最薄肉部
5 変位センサ
7 容器
8 中央支持部材(板ばね固定)
9 サンプル液
10 駆動機構部
32 回転子である円錐ロータ
34 回転しである円筒
35 円筒状振動子
Claims (6)
- サンプル液中に浸漬した一対の振動子を、コイルを備えた電磁駆動部によって振動させ、前記振動子の振幅が設定された振幅値となるように前記コイルに駆動電流を流し、前記駆動電流を測定してサンプル液の粘度を算出する音叉振動式粘度計における、サンプル液に発生するずり速度を求める方法であって、
サンプル液の粘度を取得する粘度取得工程と、
駆動電流から振動子の接液部中心における駆動力を求める駆動力取得工程と、
駆動力と振動子の接液面積からサンプル液に働くずり応力を求めるずり応力取得工程と、を有し、
ずり速度をずり応力と粘度の比から求めることを特徴とするずり速度の測定方法。 - 前記駆動力取得工程は、振動子の接液部中心における駆動力は、
前記電磁駆動部で発生する力を、磁束密度、駆動電流及びコイル長の積から求める第一工程と、
電磁駆動部で発生する力を、振動子の支点となる板バネの最薄肉部中心を基準とし、電磁駆動部中心までの距離と振動子の接液部中心までの距離の比で除する第二工程と、
から求めることを特徴とする請求項1に記載のずり速度の測定方法。 - サンプル液中に浸漬した一対の振動子を、コイルを備えた電磁駆動部によって振動させ、前記振動子の振幅が設定された振幅値となるように前記コイルに駆動電流を流し、前記駆動電流を測定してサンプル液の粘度を算出する音叉振動式粘度計であって、
サンプル液の粘度を取得する粘度取得手段と、
駆動電流から振動子の接液部中心における駆動力を求める駆動力取得手段と、
駆動力と振動子の接液面積からサンプル液に働くずり応力を求めるずり応力取得手段と、を有し、
ずり速度をずり応力と粘度の比から求めることを特徴とする音叉振動式粘度計。 - 前記請求項1又は2に記載のずり速度の測定方法を、コンピュータプログラムで記載し、それを実行可能にしたことを特徴とする、ずり速度計算プログラム。
- サンプル液中に浸漬した回転子でサンプル液を層流状態で回転流動させ、回転子がサンプル液中で一定の回転数を維持するのに必要となるトルクを測定して、サンプル液の粘度を算出する回転式粘度計における、サンプル液に発生するずり速度を求める方法であって、
サンプル液の粘度を取得する粘度取得工程と、
測定した前記トルク値をサンプル液に働くずり応力として取得するずり応力取得工程と、を有し、
ずり速度をずり応力と粘度の比から求めることを特徴とするずり速度の測定方法。 - サンプル液中に浸漬した一の振動子を回転方向に共振させ、該振動子が一定の振幅を維持するのに必要となるトルクを測定して、サンプル液の粘度を算出する回転振動式粘度計における、サンプル液に発生するずり速度を求める方法であって、
サンプル液の粘度を取得する粘度取得工程と、
測定した前記トルク値をサンプル液に働くずり応力として取得するずり応力取得工程と、を有し、
ずり速度をずり応力と粘度の比から求めることを特徴とするずり速度の測定方法。
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