Rheonics SR 型センサーは、流体の粘度や密度、温度、およびこれらの値からの微分値をリアルタイムで測定するインライン機器です。 Rheonics は、粘度を測定する SRV プロセス粘度計と、流体の密度と粘度の値を測定するインライン密度計 SRD を提供します。 どちらのセンサー プローブもコンパクト、軽量で密閉されているため、液体を含むあらゆる工業プロセスに適しています。

SRV センサーと SRD センサーはどちらも平衡ねじり共振器 (BTR) テクノロジーに基づいています。 どちらのセンサーも、接触している流体の粘度を測定し、測定値を出力します。 ニュートン流体の場合、使用する機器に関係なく同じ粘度が得られます。 しかし、非ニュートン流体の場合はそうではなく、さまざまな機器が異なる粘度の値を測定します。これは多くの場合、機器自体の不正確さによるものではなく、粘度のせん断依存性と、さまざまな機器が異なる粘度で測定するという事実によるものです。せん断速度。

非ニュートン流体の粘度はこのせん断依存性があるため、また、異なる粘度計間（多くの場合、SRV などのプロセス粘度計と回転粘度計やレオメーターなどの実験室機器との間）の比較を可能にするために、SRV が適用される有効せん断速度を理解することが望まれます。または SRD が測定を行っています。 以下の分析では SRV について言及していますが、SRD にも同様に当てはまります。

SRV センサーの感知要素はロッドとその端に取り付けられた質量で構成され、このロッドと先端は円筒形です。 もう一方の端は、励起および感知用のトランスデューサーを含む本体に接続されています。

センサーはねじりで振動し、ねじり共振器はより安定し、機械的環境からより適切に隔離されます。 円筒形のねじり共振器は、それ自体の表面に平行に振動します。 これらはせん断力の影響を受けるため、質量負荷効果 (慣性減衰とも呼ばれる) よりも主に散逸力 (粘性減衰) に敏感です。

非ニュートン流体の粘度は、受けるせん断速度に応じて変化します。 これは、すべての状態 (静的、異なる速度で流れるなど) の下で、単一の粘度値をこの種の流体に関連付けることはできないことを意味します。 

実験室用粘度計では、粘度を測定する際のせん断速度や回転速度を変更できることがよくあります。 Rheonics SRV および SRD のせん断速度は通常、実験室用機器のせん断速度よりもはるかに高く、ユーザーはそれを変更できません。

SRV 粘度センサーで予想されるせん断の範囲について定性的なアイデアを得ることが可能であり、計算はこの記事に示されています。 これは、粘度が測定される条件を特定し（ある程度定量化し）、測定値を他の機器と相関付けるのに役立ちます。

ただし、タイプ SR 粘度測定のせん断力と他の実験室機器との間の実際の相関関係は、ほとんどが経験的なものであり、定性的な推定を満たさない場合があります。 推定されたせん断速度は、レオメーターからの粘度値と正確に一致しない場合があります。 それを考慮してください Rheonics センサーは単なる粘度センサーではなく、非常に高い再現性と、比類のない分解能 (多くの場合実験室機器の 10 ～ 100 倍高い) による測定の再現性に重点を置いたプロセス制御デバイスです。

せん断推定にとって最も重要なパラメータは、速度振幅と境界層の厚さの XNUMX つです。 以下のパラメータを計算する必要があります。
せん断応力は次の式で与えられます。

式 1: せん断応力。

ニュートン流体の場合、η は流体の材料定数特性、∂v/∂x は流体のせん断速度です。ナビエ・ストークス方程式を適用して、周期的な一軸条件の下で解くと、速度振幅の解は次のようになります。

式 2: 速度振幅

どこ：

• x: センサー壁からの距離
• V: センサー表面の速度振幅、R は先端の半径
• d： は境界層の厚さです
• i: -1 の平方根です

この 境界層の厚さ は次の方程式で求められます。

式 2: 境界層の厚さ

• η：動粘度
• ω： 角周波数
• ρ: 流体密度

それを考慮すると、 x=2δ 速度はセンサー表面での値の 13 % に低下します。 せん断速度 γ=∂v(0)/∂x センサーの表面 (x=0) では次のようになります。

式 4: せん断速度

ここで、速度振幅 V(R) (5) は次の式で与えられます。

 式 5: 速度振幅

• R：振動軸からセンサー面までの距離
• φ：角振動振幅。

SRV からの先端は正弦波回転振動を実行します φ 対称軸について。

 式 5: 正弦波回転振動

SRV の場合、速度 V(R) は約 50 mm/s、周波数は 7500 Hz → ω=2π x 7500

パラメータ V(R) 粘度には依存しませんが、流体の境界層の厚さは影響しません。 δ が増加します。 次のグラフは、せん断速度と粘度の関係を示しており、調査対象の流体の粘度と密度の両方によるせん断速度の変化を示しています。