粘度センサとなる振動体
液体の粘度を測定する方法としては、回転式粘度計が広く用いられています。但し試料を測定するには、相当な量を必要とします。一方少量の試料でも容易に測定できる方法として、超音波粘度時計が開発されています。この粘度計は試料中に粘度センサの振動体を挿入することで、粘度を測定する原理です。センサの振動振幅というものは、液体粘度の大きさにより左右されます。粘性抵抗が大きいほど振動は抑制されるので、振幅自体も低下する原理によるものです。それを定振幅回路によって、抑制力に対応する入電力を行います。入電力量を測ることで試料の粘度が算出できるわけです。
国際単位系の粘度となる粘性係数は、流体内に生ずるせん断ひずみの時間変化によって表されます。その時間変化はせん断ひずみ速度を表し、せん断応力と関係から粘度が算出される原理になるわけです。これはせん断運動についての粘性抵抗を示しており、液体密度とは関係しません。また液体に温度変化がある場合は、粘性係数も左右されます。
粘性抵抗に打ち克つ原理
超音波粘度計には定振幅回路が備わっており、振動体が粘性抵抗に打ち克つように電流が流れる原理になっています。そして振動体の駆動電流を測定することで、粘度を演算処理して割り出すことになります。
超音波粘度計はJIS規格に基づく粘度計校正用標準液によって校正されます。それゆえ測定する液体試料の種類に関わらず、標準液との比較測定になるわけです。粘性が運動に及ぼす影響は、動粘度とも呼ばれます。せん断運動の際には、粘性によってエネルギーが消費されます。運動速度を一定に保とうとすれば、その分エネルギーを消費する原理になります。その消費電力を測定することで粘度が測れるというものです。その際には温度上昇も伴うので、同時に温度も図る必要があります。また液体試料に導電性があると、液体の粘度を正確に測ることが難しくなります。それに対して超音波粘度計の場合は、圧電振動体の片面をシリコン樹脂にする方法があります。
まとめ
溶液中に振動体センサを挿入して振動させると、溶液の粘性特性によって抵抗を受けます。そのためセンサの振幅は、溶液の粘度が大きいほど粘性抵抗が大きくなり、振幅が小さくなるわけです。液体試料の粘度測定は、大きく6つの方法に分類されます。細管タイプや落球タイプをはじめ、円筒型タイプや振動タイプとなります。円筒型にも2種類があります。振動タイプの粘度計は、応答が素早く連続測定ができるのが大きな特徴です。当粘度計はインライン化が可能であり、データの処理がしやすいのもメリットです。
