回転粘度計の仕組みと粘度測定における役割

粘度は流体の流動抵抗の尺度であり、化学、医薬品、食品、化粧品など、様々な業界において重要な特性です。正確な粘度測定は、製品の品質確保、製造プロセスの最適化、そして規制要件の遵守に不可欠です。 回転粘度計さまざまな流体の粘度を測定するために特別に設計された粘度計は、これらの業界では欠かせないツールとなっています。

回転粘度計 流体内の回転要素によって発生するトルクと角速度を分析することで、流体の粘度を測定する多用途の装置です。これらの装置は流体のレオロジー特性に関する貴重な情報を提供し、研究者やエンジニアが様々な条件下での材料の挙動を理解することを可能にします。

このブログ投稿では、回転粘度計の内部の仕組みを詳しく説明し、その基本原理、さまざまなタイプ、そしてニュートン流体と非ニュートン流体の両方の粘度を正確に測定する際に回転粘度計が果たす基本的な役割を探ります。 

A. 回転粘度計の原理

回転式粘度計の原理は、流体内の回転体によって発生するトルクと角速度を測定するというものです。流体と回転体との間のこの相互作用は、流体のレオロジー特性に関する貴重な情報を提供し、その情報に基づいて粘度を測定することができます。

1. 回転粘度計の原理は何ですか?

回転粘度計は、回転体が流体中を移動する際にどれだけの抵抗を受けるかを測定することで機能します。この抵抗は流体の粘度と直接関係しており、トルクと角速度で表されます。回転粘度計は、トルクと角速度の関係を分析することで、流体の粘度とレオロジー特性に関する定量的な情報を提供します。

2. せん断応力とせん断速度

回転式粘度計の動作は、せん断応力とせん断速度という2つの基本概念に基づいています。せん断応力は、流体の流れを引き起こす単位面積あたりに加えられる力であり、せん断速度は、加えられた力に応じて流体の速度が変化する速度です。これら2つの量は、様々な条件下での流体の挙動を理解するために不可欠であり、回転式粘度計による測定の基礎となります。

3. せん断応力、せん断速度、粘度の関係

せん断応力、せん断速度、粘度の関係は次の式で表されます。

η = τ / γ̇

ここで、ηは粘度、τはせん断応力、γ̇はせん断速度を表します。ここで、粘度はせん断応力とせん断速度の比として定義され、パスカル秒（Pa·s）やセンチポアズ（cP）などの単位で表されます。

4. 粘度の分類：ニュートン流体と非ニュートン流体

流体は、その粘度挙動に基づいてニュートン流体と非ニュートン流体に分類できます。ニュートン流体は、せん断応力とせん断速度の間に直線関係を示し、加えられた力に関わらず粘度は一定です。ニュートン流体の例としては、水、グリセリン、そして多くの油が挙げられます。

一方、非ニュートン流体は、せん断応力とせん断速度の間により複雑な関係を示し、加えられた力の変化に応じて粘度が変化します。非ニュートン流体は、せん断流動性流体、せん断粘稠性流体、時間依存流体など、さらにいくつかのカテゴリーに分類できます。非ニュートン流体の例としては、血液、塗料、歯磨き粉などが挙げられます。

5. 回転粘度計の種類

回転粘度計には、共軸円筒粘度計、円錐台粘度計、回転スピンドル粘度計など、いくつかの種類があります。各粘度計にはそれぞれ長所と短所があり、適切な粘度計の選択は測定の具体的な要件によって異なります。

回転粘度測定の原理とさまざまな種類の流体を理解することは、適切な測定手法を選択し、ASTM 回転粘度計またはその他の回転粘度計を使用して正確な粘度測定を行うために重要です。

B. 回転粘度計の試験手順と重要な考慮事項

回転粘度計は、多くの用途において重要な特性である流体の粘度を測定するために、様々な業界で広く使用されています。回転粘度計を用いた粘度測定には、回転粘度計特有の試験手順が必要であり、その基本原理を理解することが不可欠です。では、回転粘度計を用いた粘度測定とは一体何でしょうか？早速見ていきましょう。

1. サンプルの準備

最初のステップは、サンプルを準備し、不純物や汚染物質がないことを確認することです。これには、気泡やその他の汚染物質を除去するためのろ過、脱ガス、遠心分離などが含まれる場合があります。

2.温度制御

温度管理は粘度に大きな影響を与えるため、非常に重要です。測定プロセス中は、温度を一定に保ち、適切に管理することが重要です。これは、温度制御機能付き粘度計を使用するか、粘度計を温度制御された環境に設置することで実現できます。

3. 測定手順

回転粘度計のテスト手順には、次の手順が含まれます。

• 適切な回転要素の選択: これは、具体的な測定要件と測定対象流体の種類によって異なります。一般的な粘度計としては、共軸円筒型、コーンプレート型、回転スピンドル型などがあります。
• 回転速度の設定: 特定の流体に適した手順に従って設定する必要があります。回転速度は、流体が適切なせん断速度にさらされるように選択されます。
• トルクと角速度の測定: これはトランスデューサーまたはセンサーを用いて行われます。これら2つの量の関係は粘度を決定する上で非常に重要です。
• 粘度の計算: 粘度は回転粘度計の式を使用して計算されます。 η = (τ / γ̇)

ここで、ηは粘度、τはせん断応力、γ̇はせん断速度です。この式は回転粘度計式としても知られています。

4 データ分析

回転粘度計の図から得られたデータは、誤差や外れ値がないか注意深く分析する必要があります。適切な統計手法を用いてデータを分析し、流体の粘度はせん断速度、温度、その他の関連要因の関数として計算できます。

5. 回転粘度計の校正

回転式粘度計の校正は、正確で一貫性のある測定を保証するために不可欠です。信頼性の高い結果を得るには、適切に校正された粘度計が不可欠です。これは、既知の粘度を持つ校正液の使用や、校正システムを内蔵した粘度計の使用など、適切な校正技術を用いることで実現できます。

6. 結果の報告

粘度測定の結果は、流体の種類、測定条件、および算出された粘度を含め、明確かつ正確に報告する必要があります。結果は適切な単位（cPまたはPa・s）で報告し、測定の不確かさを示す必要があります。

研究者やエンジニアが正しい手順に従い、適切に校正された粘度計を使用し、回転粘度計の方程式と公式を理解することで、正確で一貫した粘度測定を実現できます。これは、製品品質の維持、プロセスの最適化、そして新しい材料や技術の開発に不可欠です。

C. 回転粘度計の利点と限界

回転粘度計 回転式粘度計は、その汎用性と有効性から、様々な業界で流体の粘度測定に広く利用されています。しかし、他の測定技術と同様に、回転式粘度計にもそれぞれ独自の利点と限界があり、特定の用途に適した粘度計を選択する際には、それらを考慮する必要があります。回転式粘度計の主な利点と限界を見ていきましょう。

1. 回転式粘度計の利点

• 多様性： 回転粘度計には、共軸シリンダー、コーンアンドプレート、回転スピンドル設計など、さまざまな構成が用意されており、低粘度液体から高粘度材料まで、さまざまな流体の粘度を測定するために使用できます。
• 精度と精度: 回転粘度計は、正確で精密な粘度測定が可能で、品質管理、プロセス最適化、研究用途に適しています。
• せん断速度制御: 多くの回転粘度計の設計では、流体に適用されるせん断速度の制御と調整が可能であり、ニュートン流体と非ニュートン流体の両方の挙動を測定できます。
• 連続測定: 回転粘度計は連続的な粘度測定を提供し、時間の経過に伴う流体特性の変化を監視することを可能にします。これは、プロセスの制御と最適化に特に役立ちます。
• 使いやすさ： 回転式粘度計、特に自動またはコンピュータ制御で操作されるものは、一般的に使いやすく、オペレーターのトレーニングも最小限で済むため、幅広いユーザーが利用できます。

2. 回転粘度計の限界

• 温度に対する感度: 前の章で述べたように、流体の粘度は温度変化に非常に敏感であるため、回転粘度計では正確で一貫した測定を行うために慎重な温度制御が必要です。
• 制限されたせん断速度範囲: 回転式粘度計は広範囲のせん断速度に対応できますが、極端に高いまたは低いせん断速度を必要とする流体の粘度の測定には適していない可能性があり、そのような場合には他のタイプの粘度計の方が適している場合があります。
• せん断誘起構造変化の可能性: 回転粘度計内の流体が受ける高いせん断速度により、高分子の配列や凝集体の分解など、流体の構造変化が誘発される可能性があり、測定される粘度に影響を与え、不正確な結果につながる可能性があります。
• サンプル量要件: 回転粘度計では通常、回転要素が適切に浸漬されるようにするために最小限のサンプル量が必要ですが、これはサンプル量が制限されているアプリケーションでは制限となる可能性があります。
• メンテナンスと校正: 回転粘度計は、正確で信頼性の高いパフォーマンスを確保するために定期的なメンテナンスと校正が必要であり、所有および運用にかかる全体的なコストが増加する可能性があります。

結論として、回転式粘度計は様々な利点を備えており、様々な業界で粘度測定に広く採用されています。しかし、特定の用途に適した粘度計を選択する際には、その限界を理解し、アプリケーションの具体的な要件を慎重に検討することが重要です。

D. 回転粘度計の用途

回転粘度計 多用途性、精度、および流体のレオロジー特性に関する貴重な洞察を提供する能力により、さまざまな業界で幅広く応用されています。

1. 品質管理とプロセス監視

回転式粘度計は品質管理アプリケーションで広く使用されており、様々な製品の一貫性と安定性を確保する上で重要な役割を果たしています。食品、化粧品、医薬品業界では、原材料、中間製品、最終製剤の粘度を監視するために回転式粘度計が採用されており、製品の品質、性能、または保存期間に影響を与える可能性のある変動を検出することができます。

2。 研究開発

回転粘度計は、特に材料科学、高分子工学、複雑な流体力学の分野における研究開発において非常に貴重なツールです。研究者はこれらの装置を用いて、ポリマー溶融体、懸濁液、エマルジョンといった新規材料のレオロジー挙動を調査し、それらの構造と特性の関係をより深く理解し、性能を最適化しています。

3. 潤滑油と燃料の試験

自動車および産業機械分野では、回転式粘度計を用いて潤滑油、グリース、燃料の粘度特性を評価しています。この情報は、これらの重要部品の性能、効率、寿命を予測する上で極めて重要であり、適切な潤滑を確保し、摩耗を低減し、エンジンや機械の最適な動作を維持するのに役立ちます。

4. コーティングとインクの配合

コーティング剤、塗料、インクの粘度は、その流動性、伸び、塗布特性を決定する重要なパラメータです。回転式粘度計はこれらの材料の開発と品質管理に用いられ、スプレー、刷毛塗り、印刷など、望ましい塗布特性に合わせて粘度を最適化することができます。

5. バイオメディカルおよび製薬分野への応用

バイオメディカルおよび製薬業界では、回転粘度計を用いて、血液、関節液、医薬品製剤など、様々な流体のレオロジー特性を評価しています。この情報は、これらの複雑な流体が人体内でどのように挙動するかを理解し、効果的で安全な医薬品を開発するために不可欠です。

6。 食品および飲料の処理

食品・飲料業界では、ソースやドレッシングからフルーツジュースや乳製品に至るまで、幅広い製品の粘度を監視するために回転式粘度計が広く利用されています。最適な粘度を維持することは、製品の品質、食感、口当たりの一貫性を確保するだけでなく、製造プロセスを最適化するためにも不可欠です。

まとめると、回転式粘度計は、その汎用性、精度、そして使いやすさから、様々な業界や用途で広く使用されています。製品開発、品質管理、プロセス最適化、研究開発に役立ち、製品性能の一貫性、効率性の向上、廃棄物の削減を実現します。

結論：回転粘度計 - 産業の成功のための堅牢なツール

回転粘度計 は単なる科学機器ではありません。産業の成功に直接影響を与える堅牢なツールです。流体の粘度を正確に測定することで、これらの機器はメーカーにとって製品品質の確保、生産プロセスの最適化、革新的な新素材の開発に役立ちます。

食品、医薬品、化粧品などの業界では、回転式粘度計が製品の食感と性能の一貫性を維持する上で重要な役割を果たしています。ソースの滑らかな流れ、クリームの均一な塗布、そして薬剤の適切な投与量を確保する上で重要な役割を果たします。製造分野では、これらの装置は効率的な混合、ポンピング、コーティングに最適な粘度を特定することで、生産プロセスの最適化に貢献します。また、研究開発分野では、望ましい特性を持つ新素材の開発を可能にし、様々な分野におけるイノベーションを推進しています。

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参照：

• アラン・S・モリス、レザー・ランガリ。 （2016年）。 第 21 章 - その他の測定の概要。 計測と計測（第633版）. アカデミック・プレス. 672-XNUMXページ
• バーンズ、ハワード（2019）。 工場における非ニュートン液体製品の品質管理における回転粘度計の使用に関する調査。 応用レオロジー. 11. 89-101. 10.1515/arh-2001-0006.
• ヤコブ・クラフトマッカー（2010）。 物理教育45. IOP出版株式会社