インライン粘度計SRVによる非ニュートン流体粘度測定
ほとんどではないにしても、多くの流体は非ニュートンの振る舞いを示します。 測定された粘度が測定が行われる剪断速度に依存するとき、流体は非ニュートン流体であると言われます。
1.非ニュートン流体の簡単な紹介
粘度は、図1に模式的に示されているように、流体が均一なせん断を受ける場合のせん断応力とせん断速度の比として定義されます。
図1：XNUMXつの平行なプレート間でせん断されるニュートン流体
抗力（せん断応力）が下部プレートの速度（せん断速度）に比例する場合、流体はニュートン流体と呼ばれます。 その粘度は、抗力と速度の比に比例します。 したがって、粘度は剪断速度に依存しません。 せん断応力は、せん断速度に対応するために単純に増加します。 せん断応力とせん断速度の比率が大きいほど、粘度が高くなります（図2のXNUMXつの直線）。
図2：ニュートン流体とずり減粘流体の挙動
ニュートン流体と非ニュートン流体
ニュートン流体、流体に加える力を変更しても、粘度は変わりません。 適用される力が変化しても、粘度は一定のままです。 で ニュートン流体 せん断応力とせん断速度の関係は線形であり、原点を通過します。比例定数は粘度係数です。
非ニュートン 流体には、流体に加えられる力の量に応じて変化する粘度があります。 適用される力が変化すると、粘度が変化します。 で 非ニュートン流体 せん断応力とせん断速度の関係は異なり、時間に依存することもあります（時間依存粘度）。非ニュートン流体の場合とは異なり、一定の粘度係数を定義することはできません。
非ニュートン流体の場合、流体力学で流体のせん断特性を特徴付けるために通常使用される粘度の概念は、適切ではありません。 代わりに、それらは、さまざまなデバイスまたはレオメーターを使用して測定される多くのさまざまな流動条件下での応力およびひずみ速度テンソルに関連する他のいくつかのレオロジー特性を通じて最もよく研究されます。
参照 - https://www.wikilectures.eu/w/Non-Newtonian_fluid （画像–クリエイティブコモンズライセンス）
多くの流体に共通する一種の非ニュートン挙動は、粘度計の剪断速度が上がるにつれて測定された粘度が低下することです。 これはずり減粘挙動と呼ばれます。 ずり流動化液体のずり応力とずり速度の比率は、最初は高くなりますが、ずり速度が増加するにつれて小さくなります。 上の図2では、ずり減粘液体のずり応力対ずり速度の曲線は、高粘度の流体と平行に始まり、低粘度の流体と平行に巻き上げられます。 流体は、せん断されるほど速く薄くなります。
ほとんどの流体は、せん断応力とせん断速度の間に非線形の関係を示します。 つまり、測定される粘度は、測定に使用される粘度計のタイプに依存します。 SRVは、ほとんどの回転式、毛細管式、排出カップ式粘度計よりもはるかに高い剪断速度を持っています。 したがって、SRVは、実験室の回転機器とは大幅に異なる粘度を示すことがよくあります。
次の段落では、典型的なずり減粘流体の測定と、Rheonics SRVを使用したインライン測定の影響について説明します。
2.ずり減粘材料の粘度測定
シャンプー、食器用洗剤、柔軟剤などの濃縮洗剤溶液は、通常、ずり減粘挙動を示します。 Brookfield DVなどの回転粘度計を使用して粘度を測定する場合、スピンドルの回転速度が上がると、表示される粘度は下がります。 次の図3は、このずり減粘挙動を示しています。
図3（a）典型的な回転粘度計– Brookfield DV3（b） 回転粘度計で生地を軟化させるための粘度と粘度計のスピンドル速度の表示
せん断速度はほとんどの粘度計で明確に定義されていませんが、Rheonics SRVなどの振動式粘度計のせん断速度は、典型的なBrookfield、Fann、または他の回転粘度計のそれよりもXNUMX倍以上高いことを示すことができます。 つまり、SRVはせん断速度曲線の高せん断テールで動作します。 それが示す粘度は、他のほとんどの非振動粘度測定プロセスよりも大幅に低くなっています。
Rheonics SRV粘度計で測定すると、柔軟剤は9.7 cPsの粘度を示します。 はるかに低い値は、図1に見られるのと同じ現象をたどることができ、スピンドル速度の増加に伴う粘度の低下を示しています。 材料はずり減粘であり、SRVのずり速度は通常の回転粘度計で得られるよりも約XNUMX桁高くなります。 したがって、厳密にニュートン流体、つまりせん断速度に依存しない流体を除いて、SRVと回転粘度計の数値を一致させることはできません。
これは、流体がせん断に大きく依存するアプリケーションに対して何を意味しますか？ これは、SRVの用途に大きく依存します。
図4.インライン粘度計（左）とフローラインアダプターに取り付けてインラインアプリケーション用
インライン粘度計の一般的な用途のXNUMXつは、製品の粘度を監視して、その粘度が一定に保たれていることを確認することです。 次に、オペレーターがプロセスパラメーターを調整して、粘度を指定された範囲内に保つことができます。 その場合、Rheonics SRVの読み取り値を、定義されたせん断条件での実験室の測定値と相関させることができる変換式を導き出すことが可能な場合があります。
あるいは、Rheonics SRVを制御ループのセンサーとして使用して、製品の粘度を指定された制限内に保つためにXNUMXつ以上のプロセスパラメーターを自動的に調整することもできます。 典型的な用途はフレキソ印刷機またはグラビア印刷機で、Rheonics SRVを使用して印刷インキの粘度を一定に保ちます。
どちらの場合も、石鹸や界面活性剤を含む製品などの非ニュートン流体が監視または制御されている場合、センサーを通過する流体でSRVを操作する必要があります。 単に製品のビーカーに浸しただけでは、再現性のある測定値は得られません。 流動性のある製品を含むラインで使用すると、製品の粘度の変化に対して明確で再現性のある応答が得られます。
注意： 非ニュートンプロセス流体で信頼性が高く正確なモニタリングを行うには、流動様式（一貫性）が重要です。 センサー全体に流体を流し、すべての測定中に同様の流体速度と断面積を持つことにより、一貫した流れレジームを確保します。
3.非ニュートン流体での測定に対するRheonics SRVの適用性をテストするための推奨事項
特定のインライン測定でRheonics SRVを評価する場合、実際のプロセス条件下でSRVを動作させることが不可欠です。 SRVは、製品が流れているプロセスラインに配置する必要があり、プロセスラインの稼働中に粘度と温度が記録されます。
SRVが静的測定に基づいて評価されないことが絶対に不可欠です。 SRVを静止流体のビーカーに入れると、通常、実際のプロセスラインで測定された測定値と一致する測定値が得られません。
Rheonics SRVが有用な測定値を提供するかどうかが不明なアプリケーションの場合は、Rheonicsに連絡して、アプリケーションのSRVセンサーのXNUMXつのトライアルを手配してください。
図5.パイプへのSRVとSRDの設置
