KR100763939B1 - Apparatus of generating torsional deflection and viscometer using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 크기가 작게 제작되는 것이 가능하고 유체와 접촉하여 유동에 저항하는 변위를 편리하게 발생시킬 수 있는 변위 발생기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 변위 발생기를 이용하여 작게 제작하는 것이 용이하고, 정확한 측정이 가능하며, 감도가 우수한 새로운 구조의 유체의 물성 측정 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 소정 길이의 프루브가 중심축 둘레로 회전 변위를 발생할 수 있게 하는 회전 변위 발생기로서, 상기 프루브의 일측에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 압전 엑츄에이터는 탄성체에 압전 소자가 하나 이상 부착되어 만들어진 회전 변위 발생기를 제공한다. 또한, 이러한 회전 변위 발생기를 기구부로 채용한 유체의 물성 측정 장치를 제공한다. It is an object of the present invention to provide a displacement generator which can be made small in size and which can conveniently generate a displacement which resists flow in contact with the fluid. It is also an object of the present invention to provide an apparatus for measuring physical properties of a fluid having a novel structure that is easy to manufacture small, accurate measurement is possible, and has excellent sensitivity by using the displacement generator as described above. To this end, in the present invention, a rotation displacement generator that allows a probe of a predetermined length to generate a rotational displacement around a central axis, comprising a piezoelectric actuator connected to one side of the probe to rotate the probe in the axial direction. Piezoelectric actuators provide a rotational displacement generator made by attaching one or more piezoelectric elements to an elastic body. The present invention also provides an apparatus for measuring physical properties of a fluid employing such a rotation displacement generator as a mechanism part.
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면. 1 is a view showing a schematic configuration of an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 보여주는 사시도. FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a mechanism part of the apparatus for measuring physical properties of fluid shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 도 2의 III 방향에서 바라본 평면도. 3 is a plan view seen from the direction III of FIG.
도 4는 모노모프 엑츄에이터의 구동 원리를 개략적으로 보여주는 도면. 4 shows schematically the driving principle of a monomorph actuator.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 프루브가 소정 각도 회전된 상태를 보여주는 평면도.5 is a plan view illustrating a state in which the probes shown in FIGS. 2 and 3 are rotated by an angle.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면. 6 is a view showing a schematic configuration of an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 보여주는 분리 사시도. FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of a mechanism part of the apparatus for measuring physical properties of fluid shown in FIG. 6; FIG.
도 8은 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 7.
도 9는 도 7에 도시된 기구부의 변형예의 구성을 보여주는 분리 사시도. 9 is an exploded perspective view showing the configuration of a modification of the mechanism shown in FIG. 7;
도 10은 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도. 10 is a cross-sectional view taken along the line X-X of FIG.
도 11은 도 7 및 도 9에 도시된 기구부의 다른 변형예의 구성을 보여주는 분리 사시도. 11 is an exploded perspective view showing a configuration of another modification of the mechanism shown in FIGS. 7 and 9.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치를 구성하는 기구부에 사용되는 압전 엑츄에이터의 사시도. 12 is a perspective view of a piezoelectric actuator used for a mechanism part constituting an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to a third embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치를 구성하는 기구부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면. FIG. 13 is a view schematically showing a configuration of a mechanism part constituting an apparatus for measuring physical properties of a fluid according to a third embodiment of the present invention. FIG.
도 14는 도 13의 XIV-XIV 선을 따라 취한 단면도. FIG. 14 is a sectional view taken along the line XIV-XIV in FIG. 13; FIG.
도 15는 도 13에 도시된 기구부의 다른 변형예를 보여주는 도면. 15 is a view showing another modified example of the mechanism shown in FIG. 13;
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에 사용되는 압전 엑츄에이터의 동작 모습을 보여주는 도면. 16 is a view showing the operation of the piezoelectric actuator used in the physical property measurement device of the fluid according to the fourth embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에 사용되는 기구부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면. FIG. 17 is a view schematically showing a configuration of a mechanism part used in a device for measuring physical properties of a fluid according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
20, 120, 220, 420, 520: 기구부20, 120, 220, 420, 520: Mechanism part
21, 521: 압전 엑츄에이터21, 521: piezo actuator
23: 탄성체 25: 하우징23: elastic body 25: housing
26, 126, 426, 526: 프루브 27: 커버26, 126, 426, 526: probe 27: cover
30: 전원부 40: 제어부30: power supply unit 40: control unit
50: 디스플레이부 60, 160: 용기50:
70: 유체 126a: 나사산70:
128, 528: 외측 마감재 129, 529: 내측 마감재128, 528:
130: 마감재 지지봉 328: 질량부130: finish support rod 328: mass part
421: 압전 소자 429: 마감재421: piezoelectric element 429: finish
430, 530, 535: 고정 부재430, 530, 535: fixed member
S1, S2: 구동용 압전 소자 R1, R2: 센싱용 압전 소자S1, S2: piezoelectric elements for driving R1, R2: piezoelectric elements for sensing
본 발명은 회전 변위 발생기 및 이를 이용한 유체의 물성 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전 소자를 이용하여 크기를 작게 제작하는 것이 용이한 회전 변위 발생기와, 이러한 회전 변위를 발생시키는 기구부를 구비한 유체의 물성 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a rotation displacement generator and an apparatus for measuring physical properties of a fluid using the same. More particularly, the present invention provides a rotation displacement generator that can be easily manufactured in a small size using a piezoelectric element, and a mechanism for generating such rotation displacement. It relates to a device for measuring the physical properties of fluids.
유체는 유체가 흐를 때 유동에 저항하는 성질을 가지고 있는데, 이러한 성질을 점성(viscosity)이라고 한다. 즉, 유체가 흐르고 있을 때, 유체 내의 각 층 사이 또는 유체와 고체사이에서 분자간의 잡아당기는 힘에 의해 서로 운동을 막으려고 하는 힘이 작용하는 데 이러한 성질이 점성이다. 이러한 점성의 크기를 점성계수 또는 점도라고 한다. Fluids have the property of resisting flow as they flow, which is called viscosity. That is, when a fluid is flowing, a force that tries to prevent motion from each other by an intermolecular pulling force between each layer in the fluid or between the fluid and the solid is a viscosity. This magnitude of viscosity is referred to as viscosity or viscosity.
보통 유체의 점도는 온도와 압력에 따라 다른데, 액체의 경우에는 온도가 높아지면 점도는 감소하고 압력이 증가하면 점도는 증가한다. 운동중인 유체에서 인접 부분의 유체요소가 서로 다른 속도로 흐를 때 그 인접 두 부분 사이에는 속도 구배가 발생하며 이 속도 구배는 전단 응력과 연관되어있다. 전단 응력이 속도 구배에 정비례하는 유체를 뉴턴 유체(Newtonian fluid)라고 하고 그렇지 않은 모든 유체를 비뉴턴유체(Non-Newtonian fluid)라 한다. Usually the viscosity of a fluid varies with temperature and pressure. For liquids, the viscosity decreases with increasing temperature and the viscosity increases with increasing pressure. When fluid elements in adjacent parts flow at different speeds in a moving fluid, a velocity gradient occurs between the two adjacent parts, which are associated with shear stress. Fluids whose shear stress is directly proportional to the velocity gradient are called Newtonian fluids, and all other fluids are called non-Newtonian fluids.
이와 같은 유체의 점도를 측정하는 장치를 점도계(viscometer)라 하며, 현재 많이 사용되는 종류는 모세관 점도계, 회전식 점도계, 낙구식 점도계 등이 있다. 이러한 점도계의 측정원리 및 기능을 간단히 살펴보면 다음과 같다. Such a device for measuring the viscosity of the fluid is called a viscometer (viscometer), the type that is currently used a lot, such as capillary viscometer, rotary viscometer, falling viscometer. The principle and function of this viscometer will be briefly described as follows.
회전식 점도계는 운동중인 유체가 원통 혹은 원판에 미치는 저항력을 측정하여 유체의 점도를 측정하는 기기이다. 회전식 점도계는, 통상 대기 중에 놓은 프루브(probe)를 모터로 회전시키는데 소요되는 토크와, 유체에 접촉한 상태의 프루브를 모터로 회전시키는데 소요되는 토크와의 차이를 측정하여 유체의 저항력인 점도를 측정한다. 그러나 회전식 점도계는 회전을 위한 구동원으로 사용되는 모터, 프루브의 회전을 위해 모터와 프루브 사이에 설치되는, 벨트, 기어 등의 동력 전달 요소들로 인해 그 크기가 크게 제작될 수밖에 없는 단점이 있다. A rotary viscometer is a device that measures the viscosity of a fluid by measuring the resistive force of a moving fluid on a cylinder or disc. Rotary viscometers measure the viscosity of the fluid's resistive force by measuring the difference between the torque required to rotate the probe placed in the atmosphere with the motor and the torque required to rotate the probe in contact with the fluid with the motor. do. However, the rotational viscometer has a disadvantage in that the size of the rotary viscometer is large due to the power transmission elements such as a belt and a gear installed between the motor and the probe for the rotation of the motor and the probe.
낙구식 점도계는 액체 중에서 낙하하는 구의 종말속도(terminal velocity)를 측정하여 점도를 측정하는 기기인데, 별도의 샘플을 채취하여 실험실에서 점도를 측정하는 경우라면 점도 측정 수단으로서 적절히 사용될 수 있겠지만, 산업용으로 유체가 담긴 용기에 직접 적용하여 유체의 점도를 측정하기에는 적절하지 못한 단점을 가지고 있다. Falling-type viscometer is a device that measures the viscosity by measuring the terminal velocity (falling velocity) of the falling sphere in the liquid, if a separate sample is taken to measure the viscosity in the laboratory can be used as a means of measuring the viscosity, but for industrial It has a disadvantage that it is not suitable to measure the viscosity of the fluid by applying directly to the container containing the fluid.
모세관 점도계는 정상유동상태인 유체의 질량유량과 압력 강하량을 측정하고 포아죄유의 법칙(Poiseuille' law)을 이용하여 점도를 측정하는 기기이다. 유체의 정상유동(steady flow) 상태란 유체의 흐름상태가 시간에 따라 변화하지 않고 일정한 상태를 유지하는 유동을 말하며, 과도유동 또는 비정상(transient flow)유동은 흐름의 상태가 시간에 따라 변화하는 유체의 유동상태를 말하는 것이다. 기존의 모세관 점도계는 점도측정에 있어서 정상상태에서 이루어지므로 주어진 전단률에서 실험결과를 얻는데 많은 시간이 소요되며, 이 경우에도 산업용으로 사용하기 위해 작게 제작하는 데에는 한계가 있다. A capillary viscometer is a device that measures the mass flow rate and pressure drop of a fluid under normal flow and measures the viscosity using Poiseuille's law. The steady flow state of a fluid is a flow in which the flow state of the fluid does not change with time and remains constant. A transient or transient flow is a fluid whose flow state changes with time. Is the state of flow. Existing capillary viscometer takes a lot of time to obtain the experimental results at a given shear rate because it is made in the steady state in viscosity measurement, even in this case there is a limit to make small for industrial use.
또한, 이러한 종래의 점도계들의 경우, 밀도를 함께 측정하는 것이 불가능하다. 유체의 특성을 파악하기 위해 많이 측정하는 물성 중에 동점도가 있는데 이는 점도를 밀도로 나눈 값이다. 이러한 동점도를 결정하기 위해서는 종래에는 별도로 결정한 밀도를 측정하여야 하였다. 흔히 유체의 밀도를 측정하기 위해서 유체의 무게와 부피를 측정하여 밀도의 정의로부터 계산하는 방법을 사용한다. 그러나, 실험실에서라면 이와 같은 방식으로 측정하는 것이 용이할 수 있지만, 산업 현장에서는 이러한 무게와 부피를 측정하는 방법으로는 밀도를 결정하기 어렵다. In addition, for these conventional viscometers, it is impossible to measure the density together. The kinematic viscosity is one of the many properties measured to determine the properties of a fluid, which is the viscosity divided by the density. In order to determine the kinematic viscosity, it was necessary to measure the density separately determined in the prior art. Often, to determine the density of a fluid, a method of measuring the weight and volume of the fluid and calculating it from the definition of density is used. However, in the laboratory it can be easy to measure in this way, but in the industrial field such a method of measuring weight and volume makes it difficult to determine the density.
또한, 각종 기계장치를 구성하는 터빈이나 엔진, 차량의 트랜스미션과 같이 오일이 사용되고 그 오일의 상태가 기계 장치의 작동에 많은 영향을 미치는 경우에는 오일의 여러 가지 물성을 실시간으로 측정할 필요성이 매우 크다. 그러나 종래의 (절대)점도, 동점도 및 밀도 등의 유체의 물성 측정 방법들은 실험실에서 측정하기에는 적합할 수 있으나, 실시간으로 기계 장치의 작동에 반영하기 위해 이러한 물성 데이터들을 제공하기에는 적합하지 않다. 이에 기존의 기계 장치에 장착되어 기존의 기계 장치의 설계에 크게 영향을 미치지 않는 작은 크기로 제작이 가능하고 동시에 유체의 물성을 정확히 측정할 수 있는 장치의 개발 필요성이 크게 대두되고 있다. In addition, when oil is used, such as a transmission of a turbine, an engine, or a vehicle, which constitutes various machinery, and the state of the oil affects the operation of the machinery, it is very necessary to measure various physical properties of the oil in real time. . However, conventional methods of measuring physical properties of fluids such as (absolute) viscosity, kinematic viscosity and density may be suitable for measuring in a laboratory, but are not suitable for providing such physical data to reflect the operation of a mechanical device in real time. Therefore, there is a great need to develop a device that can be manufactured in a small size that does not significantly affect the design of the existing mechanical device and at the same time accurately measure the physical properties of the fluid.
또한, 제조 공정 중에 용융된 플라스틱류의 상태, 된장이나 간장 등의 식품류의 발효상태를 확인하거나, 기타 정밀화학, 고분자, 접착제, 코팅용 페인트, 일반 페인트, 수용액류, 이상(two-phase) 또는 다상(multi-phase) 유동체의 상태를 확인하기 위해 산업 현장에서 실시간으로 유체의 물성을 측정할 수 있도록 크기를 작게 제작하는 것이 용이하고 정확한 유체의 물성 측정이 가능한 유체의 물성 측정 장치를 개발할 필요성이 매우 크다. In addition, during the manufacturing process, check the state of the molten plastics, fermentation of foods such as miso or soy sauce, or other fine chemicals, polymers, adhesives, coating paints, general paints, aqueous solutions, two-phase or In order to check the condition of multi-phase fluids, it is necessary to develop a device for measuring the physical properties of fluids that is easy to manufacture and to accurately measure the physical properties of fluids in the industrial field. very big.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 크기가 작게 제작되는 것이 가능하고 유체와 접촉하여 유동에 저항하는 변위를 편리하게 발생시킬 수 있는 변위 발생기를 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a displacement generator that can be made small in size and can conveniently generate displacement resistant to flow in contact with a fluid.
또한, 본 발명의 목적은 상기와 같은 변위 발생기를 이용하여 작게 제작하는 것이 용이하고, 정확한 점도의 측정이 가능하며, 감도가 우수한 새로운 구조의 유체의 물성 측정 장치를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide an apparatus for measuring physical properties of a fluid having a novel structure, which is easy to manufacture small using the displacement generator as described above, accurate measurement of viscosity, and excellent sensitivity.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 유체와 접하여 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시키는 변위 발생부; 상기 변위 발생부에 동력을 제공하는 전원부; 상기 변위 발생부에 설치되어 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부; 및 상기 전원부로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부 의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 제어부를 포함하는 유체의 물성 측정 장치를 제공함으로써 달성된다. An object of the present invention as described above, the displacement generating unit for generating a displacement in the direction of resistance to the viscous resistance in contact with the fluid; A power supply unit providing power to the displacement generator; A sensor unit installed in the displacement generating unit and outputting a signal according to the generated displacement; And a control unit supplying power from the power supply unit as an input signal to the displacement generating unit, and comparing the pre-stored data based on the output of the sensor unit to calculate physical property data of the fluid. By providing.
여기서, 상기 변위 발생부는, 유체에 직접 접하는 프루브; 및 상기 프루브의 일측에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하는 것이 바람직하다. Here, the displacement generating unit, the probe in direct contact with the fluid; And a piezoelectric actuator connected to one side of the probe to rotate the probe in the axial direction.
여기서, 상기 압전 엑츄에이터는 탄성체와 제1 압전 소자가 부착되어 만들어지는 모노모프 엑츄에이터인 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric actuator is preferably a monomorph actuator made by attaching an elastic body and a first piezoelectric element.
여기서, 상기 센서부는 상기 모노모프 엑츄에이터의 일면에 부착된 제2 압전 소자를 포함하는 것이 바람직하다. Here, the sensor unit preferably includes a second piezoelectric element attached to one surface of the monomorph actuator.
여기서, 상기 제어부는 제1 압전 소자에 구동 신호를 인가하고, 상기 모노모프 엑츄에이터가 변형됨에 따라 변형되어 전압 신호를 발생하는 상기 제2 압전 소자로부터 출력 신호를 입력받아 점도를 계산하는 것이 바람직하다. Herein, the controller may apply a driving signal to the first piezoelectric element, and calculate the viscosity by receiving an output signal from the second piezoelectric element that is deformed and generates a voltage signal as the monomorph actuator is deformed.
여기서, 상기 프루브는 실린더 형상으로 만들어지고, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개가 설치되며, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 각각 일단이 상기 프루브의 일측에 고정되며 타단은 하우징에 고정되어 상기 프루브를 길이 방향의 중심축 둘레로 회전하는 회전 변위를 발생하도록 하는 것이 바람직하다. Here, the probe is made in a cylindrical shape, a plurality of piezoelectric actuators are installed, each of the plurality of piezoelectric actuators, one end is fixed to one side of the probe and the other end is fixed to the housing so that the probe is the central axis of the longitudinal direction It is desirable to generate a rotational displacement that rotates around.
여기서, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 서로 일정한 간격으로 배치되고, 상기 프루브에 실질적으로 직각을 이루면서 고정된 것이 바람직하다. Here, the plurality of piezoelectric actuators are disposed at regular intervals from each other, it is preferably fixed to form a substantially right angle to the probe.
또는 여기서, 상기 프루브는 중공의 실린더 형상을 가지고, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개가 설치되며, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 상기 프루브의 내부에 배치되고 각각 그 단부가 상기 프루브의 양단부에 고정되며, 상기 프루브는 일단이 하우징에 고정되고 상기 프루브의 길이 방향의 중심축 둘레로 회전하는 회전 변위를 발생하는 것이 바람직하다. Alternatively, the probe may have a hollow cylindrical shape, and a plurality of piezoelectric actuators may be installed, and the plurality of piezoelectric actuators may be disposed inside the probes, and ends thereof may be fixed to both ends of the probes. Preferably, one end is fixed to the housing and generates a rotational displacement that rotates around the longitudinal central axis of the probe.
여기서, 상기 프루브가 하우징에 고정된 반대편 단부에는 소정의 질량부가 부착되어 있을 수 있고, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 서로 일정한 간격으로 상기 프루브의 길이 방향에 나란하게 배치된 것이 바람직하다. Here, a predetermined mass part may be attached to an opposite end portion of the probe fixed to the housing, and the plurality of piezoelectric actuators may be disposed in parallel to the length direction of the probe at regular intervals.
또는 여기서, 상기 압전 엑츄에이터는 중공부가 형성되고 실린더 형상으로 만들어진 압전 소자와, 상기 압전 소자의 종공부에 고정된 고정 부재를 포함할 수 있다. Alternatively, the piezoelectric actuator may include a piezoelectric element having a hollow portion formed in a cylindrical shape, and a fixing member fixed to an end portion of the piezoelectric element.
여기서, 상기 압전 소자는 상기 프루브의 내부에 설치되고, 상기 압전 소자의 외면과 상기 프루브의 내면은 원주방향의 힘에 대해 함께 변형되도록 결합된 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric element is installed in the inside of the probe, it is preferable that the outer surface of the piezoelectric element and the inner surface of the probe are coupled to be deformed together with respect to the force in the circumferential direction.
또는 여기서, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개의 압전 소자들이 함께 원통형의 실린더 형상을 가지도록 결합되어 만들어진 것이 바람직하다. Alternatively, the piezoelectric actuator is preferably formed by combining a plurality of piezoelectric elements together to have a cylindrical cylinder shape.
여기서, 상기 압전 엑츄에이터에는 그 중심축을 따라서 중공부가 형성되어 있고, 상기 중공부에는 외측 고정 부재 및 내측 고정 부재가 삽입 고정되며, 상기 외측 고정 부재는 상기 프루브의 외측 단부에 고정된 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric actuator has a hollow portion formed along a central axis thereof, and an outer fixing member and an inner fixing member are inserted into and fixed to the hollow portion, and the outer fixing member is fixed to an outer end of the probe.
지금까지 언급된 모든 유체의 물성 측정 장치에서, 상기 프루브는 직경에 비하여 길이가 5배 이상 긴 것이 바람직하다. In all the physical property measuring devices of the fluids mentioned so far, it is preferable that the probe is at least five times longer than the diameter.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 소정 길이의 프루브가 중심축 둘레로 회전 변위를 발생할 수 있게 하는 회전 변위 발생기로서, 상기 프루브의 일측에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 압전 엑츄에이터는 탄성체에 압전 소자가 하나 이상 부착되어 만들어진 회전 변위 발생기를 제공함으로써 달성된다. In addition, the object of the present invention as described above, a rotation displacement generator that allows a probe of a predetermined length to generate a rotational displacement around a central axis, piezoelectric actuator connected to one side of the probe to rotate the probe in the axial direction Wherein the piezoelectric actuator is achieved by providing a rotational displacement generator made by attaching one or more piezoelectric elements to an elastic body.
여기서, 상기 프루브는 실린더 형상으로 만들어지고, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개가 설치되며, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 각각 일단이 상기 프루브의 일측에 고정되며 타단은 하우징에 고정되어 상기 프루브를 길이 방향의 중심축 둘레로 회전하는 회전 변위를 발생하도록 하는 것이 바람직하다. Here, the probe is made in a cylindrical shape, a plurality of piezoelectric actuators are installed, each of the plurality of piezoelectric actuators, one end is fixed to one side of the probe and the other end is fixed to the housing so that the probe is the central axis of the longitudinal direction It is desirable to generate a rotational displacement that rotates around.
여기서, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 서로 일정한 간격으로 배치되고, 상기 프루브에 실질적으로 직각을 이루면서 고정된 것이 바람직하다. Here, the plurality of piezoelectric actuators are disposed at regular intervals from each other, it is preferably fixed to form a substantially right angle to the probe.
또는 여기서, 상기 프루브는 중공의 실린더 형상을 가지고, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개가 설치되며, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 상기 프루브의 내부에 배치되고 각각 그 단부가 상기 프루브의 양단부에 고정되고, 상기 프루브는 일단이 하우징에 고정되고 상기 프루브의 길이 방향의 중심축 둘레로 회전하는 회전 변위를 발생하는 것이 바람직하다. Alternatively, the probe may have a hollow cylindrical shape, and a plurality of piezoelectric actuators may be installed, and the plurality of piezoelectric actuators may be disposed inside the probes, and ends thereof may be fixed to both ends of the probes. Preferably, one end is fixed to the housing and generates a rotational displacement that rotates around the longitudinal central axis of the probe.
여기서, 상기 프루브가 하우징에 고정된 반대편 단부에는 소정의 질량부가 부착되어 있는 것이 바람직하고, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터는 서로 일정한 간격으로 상기 프루브의 길이 방향에 나란하게 배치된 것이 바람직하다. Here, it is preferable that a predetermined mass part is attached to the opposite end where the probe is fixed to the housing, and the plurality of piezoelectric actuators are arranged side by side in the longitudinal direction of the probe at regular intervals from each other.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은 소정 길이의 프루브가 중심축 둘레로 회전 변위를 발생할 수 있게 하는 회전 변위 발생기로서, 상기 프루브의 일측에 연결되어 상기 프루브가 축방향으로 회전하도록 하는 압전 엑츄에이터를 포함하고, 상기 압전 엑츄에이터는, 실린더 형상으로 만들어진 압전 소자와 상기 압전 소자에 결합된 고정부재를 포함하는 것을 회전 변위 발생기를 제공함으로써 달성된다. In addition, the object of the present invention as described above is a rotation displacement generator that allows a probe of a predetermined length to generate a rotational displacement around a central axis, the piezoelectric actuator is connected to one side of the probe to rotate the probe in the axial direction And the piezoelectric actuator is achieved by providing a rotational displacement generator comprising a piezoelectric element made in a cylindrical shape and a fixed member coupled to the piezoelectric element.
여기서, 상기 압전 소자는 상기 프루브의 내부에 설치되고, 상기 압전 소자의 외면과 상기 프루브의 내면은 원주방향의 힘에 대해 함께 변형되도록 결합된 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric element is installed in the inside of the probe, it is preferable that the outer surface of the piezoelectric element and the inner surface of the probe are coupled to be deformed together with respect to the force in the circumferential direction.
여기서, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개의 압전 소자들이 함께 원통형의 실린더 형상을 가지도록 결합되어 만들어진 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric actuator is preferably made by combining a plurality of piezoelectric elements to have a cylindrical cylinder shape.
여기서, 상기 압전 엑츄에이터에는 그 중심축을 따라서 중공부가 형성되어 있고, 상기 중공부에는 외측 고정 부재 및 내측 고정 부재가 삽입 고정되며, 상기 외측 고정 부재는 상기 프루브의 외측 단부에 고정된 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric actuator has a hollow portion formed along a central axis thereof, and an outer fixing member and an inner fixing member are inserted into and fixed to the hollow portion, and the outer fixing member is fixed to an outer end of the probe.
여기서, 상기 프루브는 실린더 형상으로 만들어지고, 상기 압전 엑츄에이터는 복수 개가 설치되며, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터 중 일부는 구동용으로 사용되고, 일부는 구동용 압전 엑츄에이터에 의해 발생한 회전 변위의 측정용으로 사용되는 것이 바람직하다. Here, the probe is made in a cylindrical shape, a plurality of piezoelectric actuators are installed, some of the plurality of piezoelectric actuators are used for driving, some are used for the measurement of the rotational displacement generated by the driving piezoelectric actuators It is preferable.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention.
<제1 실시예><First Embodiment>
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 개 략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. 1 is a view schematically showing the configuration of a device for measuring the physical properties of a fluid according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 기구부(20), 전원부(30) 및 제어부(40)를 포함한다. As illustrated in FIG. 1, the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a
상기 기구부(20)는, 유체와 접하는 프루브(26), 상기 프루브(26)가 점성저항에 저항하는 방향으로 변위를 발생시키도록 하는 변위 발생부 및 상기 변위 발생부에 설치되어 발생된 변위에 따른 신호를 출력하는 센서부를 포함한다. 도 1에서는 커버(27)에 의해 변위 발생부 및 센서부의 상세한 구성이 드러나지는 않지만, 상기 변위 발생부는 기구부의 하우징(25) 하측에 연장된 프루브(26)를 그 중심축 둘레로 제자리에서 회전하는 방향으로 회전 변위를 발생시키는 기능을 한다. 또한, 상기 센서부는 상기 프루브의 회전 방향 변위가 대기 중에서와 유체에 잠긴 상태에서 서로 상이하게 되는 상대적인 크기를 출력하는 기능을 한다. The
상기 전원부(30)는 상기 변위 발생부에 동력을 제공하는 기능을 수행한다. The
상기 제어부(40)는 상기 전원부(30)로부터의 동력을 상기 변위 발생부에 입력 신호로 공급하고, 상기 센서부의 출력을 바탕으로 미리 저장된 데이터와 비교하거나 미리 저장된 수식을 이용하여 연산하여 유체의 물성 데이터를 계산하는 기능을 수행한다. 여기서 측정이 가능한 유체의 물성 데이터는 통상 점도이지만, 경우에 따라서는 밀도 등 다른 물성 데이터도 측정 가능하다. The
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에는 별도의 온도계(미도시)를 설치하여 유체의 온도를 측정할 수 있고, 온도 데이터를 상기 제어부에 디지털 신호로 입력하여 점도 등의 물성 데이터 연산에 활용할 수도 있다. In addition, the apparatus for measuring physical properties of the fluid according to the first embodiment of the present invention may be provided with a separate thermometer (not shown) to measure the temperature of the fluid, and input the temperature data as a digital signal to the controller, such as viscosity. It can also be used to calculate property data.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에는 디스플레이부(50)가 더 설치되어 상기 제어부에서 연산한 데이터에 대한 정보를 사용자가 볼 수 있도록 디스플레이 하도록 할 수도 있다. In addition, the apparatus for measuring the physical properties of the fluid according to the first exemplary embodiment of the present invention may further include a
도 2에는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치에서 커버가 개방된 상태를 보여주는 사시도로서, 기구부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 III 방향에서 바라본 평면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 2에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부에 사용되는 압전 엑츄에이터의 구성 원리를 간략히 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 5에는 도 3과 비교되는 도면으로 프루브가 소정 각도 회전된 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which a cover is opened in the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. A plan view seen in the direction III is shown, and FIG. 4 is a schematic view showing the principle of construction of a piezoelectric actuator used in the mechanism of the device for measuring the physical properties of the fluid shown in FIG. 2, and FIG. 5 is compared with FIG. 3. The figure shows the state in which the probe is rotated by a predetermined angle.
도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 유체의 물성 측정 장치의 기구부(20)를 구성하는 변위 발생부는, 하측으로부터 연장되어 점도 측정 대상 유체에 일정 부분 이상 잠기는 프루브(26)를 상부 양측에서 지지하는 두 개의 압전 엑츄에이터(21)를 포함한다. 상기 프루브(26)는 실린더 형상인 것이 바람직하고, 하부의 점도 측정 대상 유체에 잠기는 부분의 길이는 직경의 5배 이상 긴 것이 바람직하다. 상기 압전 엑츄에이터(21)는 일단은 상기 프루브(26)에 고정되고 타단은 하우징(25)에 고정된다. As shown in Fig. 2 and 3, the displacement generating portion constituting the
상기 프루브(26)가 실린더 형상인 것이 바람직한 것은, 유체의 점도를 측정할 때의 이상적인 기구부의 형상이 무한히 긴 바운더리 시스템(boundary system)인 것을 고려한 것으로, 구석 효과(side effect)를 최소화할 수 있고 산업용으로 제작 하기에 적합한 형상이 실린더 형상이기 때문이다. 또한, 프루브(26)의 길이가 직경의 5배 이상 긴 것은, 길이가 길면 길수록 구석 효과의 영향을 피할 수 있기 때문으로, 5배 이상이면 구석 효과가 무시할 수 있는 수준으로 작아지기 때문이다. It is preferable that the
상기 각각의 압전 엑츄에이터(21)는 폭에 비해 두께가 얇고 길게 형성된 판상의 탄성체(23)와, 상기 탄성체(23)의 일면에 부착된 압전 소자(S1, S2)를 포함한다. Each of the
도 2 및 도 3에 도시된 압전 엑츄에이터(21)를 도 4에 도시된 것과 같이 일단을 고정시킨 상태로 배치하고, 상기 압전 소자(S1)의 양면에 전압을 인가하면, 상기 압전 소자(S1)는 변형된다. 변형의 방향은 압전 소자(S1)의 분극 방향과 어느 쪽에 + 또는 - 전압을 인가하는지의 전압 인가 방향에 따라 달라진다. 어떠한 경우라도 압전 소자(S1)의 분극 방향과 전압 인가 방향을 조절하여 압전 소자(S1)의 길이가 길어지거나 짧아지도록 조절할 수 있다. When the
전압이 인가됨에 따라 압전 소자(S1)의 길이가 길어지도록 조절하면, 도 4에 점선으로 표시된 것과 같이 압전 엑츄에이터(21)가 일방향으로 변형하게 된다. 인가되는 전압의 크기를 조절하여 압전 엑츄에이터(21)의 변형량을 조절할 수도 있다. If the length of the piezoelectric element S1 is adjusted to be longer as a voltage is applied, the
이와 같이 구동되는 압전 엑츄에이터(21)를 이용하는 도 3에 도시된 기구부(20)에서 적절한 전압을 인가하는 경우에는 도 5에 도시된 것과 같이 프루브(26)를 회전시킬 수 있다. 그리고 인가한 전압을 제거하는 경우에는 도 3에 도시된 상태로 복원된다. 이와 같은 원리에 의해 변위 발생부가 작동하게 된다. When the appropriate voltage is applied from the
한편, 압전 엑츄에이터(21)의 구동의 위해서는 탄성체(23)의 일면에만 압전 소자(S1, S2)가 부착된 모노모프(monomorph) 형태여도 위와 같은 운동을 일으킬 수 있고, 만약 양면에 각각 압전 소자(S1, S2, R1, R2)를 부착하는 바이모프(bimorph) 형태로 압전 엑츄에이터(21)를 구성하는 경우에는 변위를 더욱 크게 할 수 있다. On the other hand, in order to drive the
또한, 바이모프 형태로 압전 엑츄에이터(21)를 구성한 상태에서 일측의 압전 소자(S1, S2)만을 구동에 사용하고, 타측의 압전 소자(R1, R2)는 센싱을 위해 사용할 수도 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치를 구성하는 기구부 중 센서부로서 구동에 사용되지 않는 압전 소자(R1, R2)를 사용할 수 있다. In addition, in the state where the
도 3에 도시된 것과 같이, 탄성체 양면에 각각 압전 소자(S1, S2, R1, R2)가 배치된 상태에서, 일측면의 압전 소자(S1, S2)에 전압을 인가하여 프루브(26)를 소정 각도 회전시키고, 일측의 압전 소자(S1, S2)가 변형됨에 따라 함께 변형된 타측면의 압전 소자(R1, R2)에서는 압전 소자의 물리적 특성에 의해 변형량에 비례하는 전압이 발생한다. 이와 같이 타측면의 압전 소자(R1, R2)에서 발생한 전압을 측정하면 프루브(26)의 회전 변위를 측정할 수 있다. 또한, 소정의 전압을 인가할 때의 대기 중에서의 프루브(26)의 회전 변위와, 점도를 측정하고자 하는 유체에 프루브(26)가 일정 깊이 이상 잠긴 상태에서의 프루브(26)의 회전 변위를 각각 측정함으로써 이를 토대로 해당 유체의 점도를 계산할 수 있다. As shown in FIG. 3, in the state in which the piezoelectric elements S1, S2, R1, and R2 are disposed on both surfaces of the elastic body, a voltage is applied to the piezoelectric elements S1 and S2 on one side thereof so that the
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 복수 개의 압전 엑츄에이터(21)는 서로 일정한 간격으로 배치된 것이 바람직하다. 이는 압전 엑츄에이터(21) 가 프루브(26)에 작용하는 힘이 균일하여야 프루브(26)를 균일하게 회전시킬 수 있기 때문이다. 또한, 도 2 및 도 3에는 상기 압전 엑츄에이터(21)들이 상기 프루브(26)에 실질적으로 직각을 이루면서 고정된 상태로 도시되어 있는데, 본 발명은 이에 한정되지 않고 압전 엑츄에이터(21)들이 상기 프루브(26)에 경사를 가지면서 고정된 경우도 포함한다. Meanwhile, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the plurality of
<제2 실시예>Second Embodiment
도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 구성을 개략적으로 보여주는 분리 사시도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 7의 VIII-VIII 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 6 is a view showing the configuration of the physical properties of the fluid measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, Figure 7 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the mechanism of the physical properties measuring device of the fluid shown in FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 제1 실시예와 마찬가지로 기구부(120), 전원부(30) 및 제어부(40)를 포함한다. As shown in FIG. 6, the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the second exemplary embodiment of the present invention includes a
제2 실시예가 앞서 설명한 제1 실시예와 다른 점은, 상기 기구부(120)의 구성이 제1 실시예의 기구부(20)의 구성과 상이하다는 것이다. 제2 실시예에 있어서의 기구부(120)의 구성은 다음과 같다. The second embodiment differs from the first embodiment described above in that the structure of the
도 7에 도시된 것과 같이 본 발명의 제2 실시예에 다른 유체의 물성 측정 장치의 기구부(120)는 일측에 나사산(126a)이 형성된 중공 실린더형의 프루브(126)와, 상기 프루브(126) 내측에 설치되는 압전 엑츄에이터(21)를 포함한다. 상기 압전 엑츄에이터(21)는 두 개가 설치되고, 상기 프루브(126)의 양단부를 마감하는 외 측 마감재(128) 및 내측 마감재(129)에 각각 그 단부가 고정된다. 상기 외측 마감재(128)는 상기 프루브(126)의 단부 외측에서 상기 프루브(126)와 고정되고, 상기 내측 마감재(129)는 상기 프루브의 내측에서 상기 프루브(126)와 고정됨으로써, 실질적으로 상기 압전 엑츄에이터(21)들은 상기 프루브(126)의 양단부에 고정된 것과 같이 배치된다. As shown in FIG. 7, the
상기 두 개의 압전 엑츄에이터(21)는 상기 프루브(126)의 중심축에 대해 서로 실질적으로 180도를 이루면서 배치되어 있고, 상기 프루브(126)와 실질적으로 평행하게 배치되는 것이 공간을 축소하는데 유리하기 때문에 바람직하다. 다만, 상기 압전 엑츄에이터(21)는 상기 프루브(126)와 반드시 평행하게 배치되어야 하는 것은 아니고 평행하게 배치되지 않고 경사를 이루면서 배치되는 경우도 본 발명에 포함된다. The two
상기 압전 엑츄에이터(21)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 탄성체(23)에 구동을 위한 압전 소자(S1, S2)와 센싱을 위한 압전 소자(R1, R2)가 각각 부착된 형태로 구성된다. As in the first embodiment, the
상기 프루브(126)는 일측에 형성된 나사산(126a)을 이용하여 점도 측정 대상 유체(70)를 수용하고 있는 용기(160)의 벽면에 고정될 수 있고, 고정된 상태에서 상기 압전 엑츄에이터(21)의 구동에 의해 회전 변위를 일으키면서 점도를 측정할 수 있게 한다. 점도의 측정 방식은 제1 실시예에서와 동일하다. The
도 9에는 도 7에 도시된 기구부의 변형예가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 X-X 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 9 shows a variant of the mechanism shown in FIG. 7, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line X-X of FIG. 9.
도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 본 변형예의 기구부에서는 압전 엑츄에이터(21)가 4개가 사용되어 서로 실질적으로 직각을 이루면서 배치되어 있다. 이와 같이 4개의 동일한 형태의 압전 엑츄에이터(21)를 사용하는 경우, 프루브(126)의 회전 변위를 더 크게 증가시킬 수 있고, 각각의 압전 엑츄에이터(21)에 부착된 센싱용 압전 소자(R1, R2)에서 측정되는 값들을 종합하여 측정의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다. As shown in Fig. 9 and Fig. 10, in the mechanism part of the present modification, four
도 11에는 도 7에 도시된 기구부의 다른 변형예가 도시되어 있다. 11 shows another modification of the mechanism shown in FIG. 7.
도 11에 도시된 것과 같이, 본 변형예의 기구부에서는 프루브(126)의 단부, 즉 외측 마감재(128)의 단부면에 질량부(328)가 부착된다. 상기 질량부(328)가 더 부착됨으로써, 프루브(126)가 회전 변위를 일으키는 동작 중에 프루브(126)의 회전 모멘텀이 더 크게 발생할 수 있게 되고, 보다 정확한 점도 측정에 도움이 된다. As shown in FIG. 11, in the mechanism part of this modification, the
도 6 내지 도 11에 도시된 프루브(126)의 경우에도 직경에 비하여 유체에 접하는 부분의 길이가 5배 이상 긴 것이 구석 효과를 피할 수 있어 바람직하다. Also in the case of the
<제3 실시예>Third Embodiment
도 12 내지 도 14에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다. 12 to 14 are views for explaining the configuration of the physical property measurement device of the fluid according to the third embodiment of the present invention.
도 12 내지 도 14를 참조로 설명되는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 기본적으로 도 6에 도시된 제2 실시예와 유사한 방식으로 유체가 담긴 용기의 일측에 설치되어 사용될 수 있다. 또한, 제2 실시에와 다른 점은 그 기구부의 구성이 상이하다는 것이다. The physical property measurement apparatus of the fluid according to the third embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 12 to 14 is basically installed and used on one side of the container containing the fluid in a manner similar to the second embodiment shown in FIG. Can be. The difference from the second embodiment is that the structure of the mechanism part is different.
도 12에 도시된 것과 같이, 제3 실시예에서는 전압을 인가하면 비틀림 변위가 발생하는 압전 엑츄에이터를 사용한다. 상기 압전 엑츄에이터는 중공부가 형성된 실린더 형상을 가지는 압전 소자(421)와, 상기 압전 소자(421)의 중공부에 고정되는 고정 부재(430)를 포함한다. 이와 같이 구성된 상태에서 상기 압전 소자(421)에 소정의 방향으로 전압을 인가하면 상기 고정 부재(430)를 중심으로 비틀림 변위가 발생한다. 또한, 전압의 인가 방향을 조절하여 비틀림 변위의 방향을 조절할 수 있다. As shown in Fig. 12, the third embodiment uses a piezoelectric actuator in which a torsional displacement occurs when a voltage is applied. The piezoelectric actuator includes a
도 13 및 도 14에 도시된 것과 같이, 도 12에 도시된 압전 엑츄에이터를 일측이 막힌 중공형 실린더형 프루브(426)의 내측에 삽입하고 상기 프루브(426)의 내면과 상기 압전 소자(421)의 외면이 고정되도록 하여 회전 변위 발생기(420)를 제작한다. 즉, 고정 부재(430)의 비틀림 강성이 프루브(426)의 비틀림 강성보다 훨씬 크게 제작하는 경우에는 고정 부재(430)를 중심으로 상기 프루브(426)가 회전 변위를 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 고정 부재(430)는 상기 프루브와 고정되는 마감재(429)에 고정되고, 상기 마감재에는 유체를 담고있는 용기와 고정되는 고정 수단, 예를 들어 나사산(429a)이 형성되어 있다. 이 회전 변위 발생기(420)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 기구부로 기능하게 된다. 이와 같이 구성되는 기구부를 이용하는 경우, 상기 압전 엑츄에이터가 회전 변위 발생 및 측정의 기능을 동시에 수행하게 된다. As shown in FIG. 13 and FIG. 14, the piezoelectric actuator shown in FIG. 12 is inserted into the hollow
한편, 상기 프루브(426)의 내면과 상기 압전 소자(421)의 외면이 고정되도록 하는 방법은 여러 가지가 사용될 수 있는데, 회전 방향으로만 서로 결합되면 원하 는 프루브(426)의 회전 변위의 발생이 가능하므로 상기 프루브(426)의 내면과 상기 압전 소자(421)의 외면이 임의의 형상으로 형상 결합이 가능하도록 표면을 가공하는 방법도 적용될 수 있다. 또한, 접착제 등을 사용하는 방법도 가능하다. On the other hand, a variety of methods for fixing the inner surface of the
도 15에는 도 12 내지 도 14를 참조로 설명된 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 기구부의 변형예가 도시되어 있다. 15 shows a modification of the mechanical part of the apparatus for measuring physical properties of a fluid according to the third embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 12 to 14.
도 15에 도시된 경우와 같이, 본 변형예는 제3 실시예의 기구부에서 하나의 압전 소자가 사용되던 것을 비교적 크기가 작은 복수 개의 압전 소자로 변경한 것이다. 이와 같이 구성하는 경우에는 압전 소자의 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 여기서 두 개의 압전 소자(421a, 421b)가 설치된 것으로 도시되어 있지만, 경우에 따라서 압전 소자는 세 개 이상 사용될 수 있다. 또한, 복수 개의 압전 소자가 설치되는 경우에는 일부 압전 소자는 회전 변위 발생의 구동용으로 사용하고, 나머지 압전 소자는 변위 측정용으로 사용할 수도 있다. As shown in Fig. 15, the present modification is to change the use of one piezoelectric element in the mechanism part of the third embodiment to a plurality of relatively small piezoelectric elements. In such a configuration, there is an advantage that the driving voltage of the piezoelectric element can be lowered. In addition, although two
<제 4 실시예>Fourth Embodiment
도 16 및 도 17에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. 16 and 17 are diagrams schematically showing the configuration of the device for measuring the physical properties of the fluid according to the fourth embodiment of the present invention.
도 16 및1 도 17에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치는 기본적으로 도 6에 도시된 제2 실시예와 유사한 방식으로 유체가 담긴 용기의 일측에 설치되어 사용될 수 있다. The physical property measurement apparatus of the fluid according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 16 and 17 may basically be installed and used on one side of the container containing the fluid in a manner similar to the second embodiment shown in FIG. have.
도 16에 도시된 것과 같이, 제4 실시예에서는 제3 실시예와 유사하게 전압을 인가하면 비틀림 변위가 발생하는 압전 엑츄에이터(521)를 사용한다. 그러나, 제3 실시예에서 사용되는 압전 엑츄에이터와 다른 점은, 복수 개의 부분 가공된 압전 소자들이 결합되어 만들어지는 압전 엑츄에이터(521)라는 것이다. As shown in Fig. 16, the fourth embodiment uses a
도 16에 도시된 것과 같이, 예를 들어 4개의 부분 가공되고 분극 처리된 압전 소자들을 서로 결합하여 중공부가 형성된 실린더 형상으로 압전 엑츄에이터(521)를 만든다. 이러한 압전 엑츄에이터(521)는 도면에 도시된 것과 같이 전극을 부착하고 전위를 인가하면 오른쪽 도면과 같이 상하부가 서로 반대 방향으로 비틀림 변위를 발생시키고, 인가된 전위를 제거하면 다시 원래의 형상으로 돌라온다. 도면의 오른쪽의 변형된 형상은 비틀림 변위의 형상을 과장하여 그린 것으로 실제로는 육안으로 확인하기 어려운 정도로만 변형된다. As shown in Fig. 16, for example, four partially machined and polarized piezoelectric elements are joined to each other to form a
도 17에 도시된 것과 같이, 도 16에 도시된 압전 엑츄에이터(521)의 중공부에 고정 부재(530, 535)를 설치하고, 실린더 형상의 프루브(526) 내측에 설치한다. 상기 압전 엑츄에이터(521)의 외면과 상기 프루브(526)의 내면 사이에는 약간의 간극이 형성된다. 상기 고정 부재는 상기 압전 엑츄에이터(521)의 중공부 내측에서 외측 고정 부재(530)와 내측 고정 부재(535)가 서로 분리되어 있다. 그리고, 상기 외측 고정 부재(530)는 외측 마감재(528)와 고정되고, 상기 외측 마감재(528)는 상기 프루브(526)의 외측 단부와 고정된다. 상기 프루브(526)의 내측 단부는 내측 마감재(529)에 고정된다. 상기 내측 고정 부재(535)는 상기 내측 마감재(529)에 고정된다. 또한, 상기 내측 마감재에는 유체를 담고 있는 용기의 벽면과 결합하기 위한 결합 수단이 형성될 수 있는데, 도면에 도시된 것과 같이 간단히 나사산 (529a)이 형성되어 용기 벽면의 결합공에 체결될 수 있다. As shown in FIG. 17, fixing
이와 같이 구성된 상태에서 상기 압전 엑츄에이터(529)에 소정의 방향으로 전압을 인가하면 상기 내측 고정 부재(535)를 중심으로 비틀림 변위가 발생한다. 즉, 상기 내측 고정 부재(535) 및 외측 고정 부재(530)의 비틀림 강성이 상기 프루브(526)의 비틀림 강성보다 훨씬 큰 경우에는 상기 내측 고정 부재(535)를 중심으로 상기 프루브(526)가 회전 변위를 발생시킬 수 있다. 또한, 전압의 인가 방향을 조절하여 비틀림 변위의 방향을 조절할 수 있다. When a voltage is applied to the
도 17에 도시된 것과 같은 회전 변위 발생기를 도 6에 도시된 것과 같은 유체의 물성 측정 장치의 기구부로 사용하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체의 물성 측정 장치를 완성한다. A rotational displacement generator as shown in FIG. 17 is used as a mechanism part of the physical property measuring device of the fluid as shown in FIG. 6 to complete the fluid property measuring device according to the fourth embodiment of the present invention.
이와 같이 구성되는 기구부를 이용하는 경우, 상기 압전 엑츄에이터가 회전 변위 발생 및 측정의 기능을 동시에 수행하게 된다. In the case of using the mechanism configured as described above, the piezoelectric actuator performs the functions of generating rotational displacement and measuring at the same time.
별도로 도시하지는 않았지만, 도 16에 도시된 것과 같은 압전 엑츄에이터를 직렬로 복수 개를 사용하여 회전 변위를 증가시키거나 구동 전압을 낮추는 것도 가능하다. Although not separately illustrated, it is also possible to increase rotational displacement or lower the driving voltage by using a plurality of piezoelectric actuators as shown in FIG. 16 in series.
이상에서 설명한 실시예들에서 변위 발생기를 포함하는 기구부가 용기의 벽면에 고정되는 구조는 간단히 내측 단부에 나사산이 형성된 형태로만 도시하고 있으나, 별도의 플랜지가 사용될 수도 있으며 기타 다른 고정 수단이 사용되는 경우에도 본 발명의 범위에 속하는 것이다. In the above-described embodiments, the structure in which the mechanism part including the displacement generator is fixed to the wall of the container is only shown in the form of a screw thread formed at the inner end thereof, but a separate flange may be used and other fixing means may be used. Also belongs to the scope of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 직경에 비해 길이가 길게 형성된 프루브를 중심축에 대해 소정 각도 반복적으로 회전할 수 있는 회전 변위 발생기가 제공된다. 특히 이 회전 변위 발생기는 압전 소자를 엑츄에이터로 사용함으로써 크기를 작게 만들 수 있고, 인가되는 전압과 변위가 선형적인 관계를 가지므로 점도측정장치에 사용되는 경우 점도 측정 성능을 크게 향상시키는 점을 가진다. 또한, 이 회전 변위 발생기는 반복적인 회전 변위의 발생이 가능하다. As described above, according to the present invention, there is provided a rotation displacement generator capable of repeatedly rotating a probe having a length longer than a diameter with respect to a central axis. In particular, this rotational displacement generator can be made small in size by using a piezoelectric element as an actuator, and has a linear improvement in viscosity measurement performance when it is used in a viscosity measuring device because the applied voltage and displacement have a linear relationship. In addition, the rotational displacement generator can generate repetitive rotational displacement.
한편, 변위 발생기의 단부에 질량을 추가하여 회전 모멘텀을 더 크게 발생시킴으로써, 선형적인 데이터를 얻을 수 있는 구간을 늘려, 유체의 물성 측정 장치에 사용되는 경우, 유체의 물성 측정 장치의 감도(sensibility)를 향상시킬 수 있다. On the other hand, by adding a mass at the end of the displacement generator to generate a greater rotation momentum, by increasing the interval for obtaining linear data, when used in the physical properties of the fluid, the sensitivity of the physical properties of the fluid measuring device Can improve.
또한, 이러한 회전 변위 발생기를 기구부로 채용하는 점도측정장치를 사용하면 크기가 작으면서도 정확하게 실시간 점도 측정이 가능한 유체의 물성 측정 장치를 제공할 수 있다. 특히, 압전 소자를 엑츄에이터와 센서로서 사용함으로써 전압 신호로써 기구부의 동작을 정교하게 조절할 수 있고, 점도 측정 대상 유체의 점도에 따라 정확하게 점도를 측정해 낼 수 있다. In addition, the use of a viscosity measuring device employing such a rotational displacement generator as a mechanism portion can provide a device for measuring the physical properties of a fluid that is small in size and capable of accurately measuring real-time viscosity. In particular, by using the piezoelectric element as the actuator and the sensor, the operation of the mechanism part can be precisely controlled by the voltage signal, and the viscosity can be accurately measured according to the viscosity of the fluid to be measured.
본 발명에 따른 유체의 물성 측정 장치는 크기를 작게 제작하기에 용이한 구조를 가짐으로써 산업 현장에서 제조 공정 중의 유체 상태의 원료나 제품의 상태를 점검하기 위해 사용되기 적합하다. 또한, 터빈이나 엔진 등의 기계 장치에서 기계 장치의 기존 설계를 크게 변경하지 않고도 장착이 가능할 정도로 작게 제작하는 것이 가능하며, 이를 통해 기계 장치의 작동에 큰 영향을 미치는 윤활유 등의 상태를 점검하도록 장착하기에 적합하다. Apparatus for measuring the physical properties of fluids according to the present invention has a structure that is easy to fabricate a small size is suitable for use in the industrial field to check the state of the raw materials or products in the fluid state during the manufacturing process. In addition, it is possible to manufacture a mechanical device such as a turbine or an engine so small that it can be mounted without changing the existing design of the mechanical device. This enables to check the state of lubricants and the like that greatly affect the operation of the mechanical device. Suitable for
지금까지 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 한다. So far, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (30)
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---|---|---|---|
KR1020050035568A KR100763939B1 (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Apparatus of generating torsional deflection and viscometer using the same |
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KR1020050035568A KR100763939B1 (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | Apparatus of generating torsional deflection and viscometer using the same |
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ID=37651321
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Citations (1)
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JPH0886733A (en) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Yamaichi Electron Co Ltd | Viscosity detecting device |
-
2005
- 2005-04-28 KR KR1020050035568A patent/KR100763939B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0886733A (en) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Yamaichi Electron Co Ltd | Viscosity detecting device |
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