石油化学業界では、粘度計の核心は流体の流れを測定する際の内摩擦力によってその粘度を決定することであり、このような内摩擦力の表現形式は測定方法と密接に関連している。異なるタイプの粘度計は原理にそれぞれ重点があるが、流体の変形に抵抗する特性を中心に展開されている。
毛細管粘度計:流動時間による粘度の計算
原理コア:重力または圧力作用下で毛細管を通過する流体の時間を利用して粘度を計算する。
石油製品(例えば潤滑油、燃料油)は特定の温度で、一定の長さと内径の毛細管を通過する時、その流動速度は粘度に反比例する——粘度が大きいほど、流動が遅くなり、所要時間が長くなる。
ポアズ葉の法則によると、層流状態において、毛細管を流れる流体の体積流量は粘度に反比例し、一定体積流体の流動時間を測定することにより、毛細管のサイズ、流体密度などのパラメータを結合し、直接運動粘度(石油化学工業において常用単位はmm²/s)を算出することができる。
このような粘度計は構造が簡単で、実験室の透明または半透明石油製品の通常の粘度検査に適している。
回転粘度計かいてんねんどけい:トルクで粘度を逆押しする
原理コア:回転部品が流体中で受ける抵抗トルクを測定することにより粘度を決定する。
計器の回転子(または外筒)はモーターの駆動下で一定の回転速度で回転し、回転子が原油、ポリマー溶液などの石油流体に浸漬すると、流体は回転子に粘性抵抗を生じ、回転子がトルクを受けることになる。粘度が大きいほど抵抗が大きくなり、トルクも大きくなります。
センサはトルク信号を電気信号に変換し、ロータ型式、回転速度などのパラメータを結合して、流体の動力粘度(単位はmPa・s)を直接表示する。
回転粘度計は高粘度または非ニュートン流体(例えば原油、重油)の測定に適しており、パイプ輸送、攪拌などのプロセスにおける流動状態をシミュレーションすることができる。
落球粘度計:重力加速度による粘度測定
原理コア:流体中で球が自由に落下する速度に基づいて粘度を計算します。
垂直ガラス管内では、流体よりも密度の高い標準球体が重力によって落下し、流体の粘性抵抗を受ける。ストークスの法則によると、球体が等速運動をするとき、粘性抵抗は球体の落下速度、半径、流体粘度と関連している--粘度が大きいほど、球体の落下は遅くなる。
球が一定距離落下した時間を測定することで、流体の動力粘度を算出することができる。このような粘度計は原油採掘において現場での迅速な検出によく用いられ、特に高粘度原油の粗い測定に適している。
振動粘度計:振動減衰による定粘度
原理コア:流体中で振動素子が振動する際の減衰変化を利用して粘度を反映する。
計器中の振動プローブ(音叉、棒状センサーなど)は固定周波数で振動し、プローブが石油流体に浸入すると、流体はその振動を阻害し、振動幅や周波数の変化を招く。粘度が大きいほど減衰が強くなり、振動減衰が顕著になる。
振動パラメータの変化を検出することにより、粘度値に変換することができる。その利点は、応答が速く、ラインでリアルタイムに監視するのに適しており(例えば、配管中の油製品の粘度変化)、生産過程中の流体特性をタイムリーにフィードバックすることができる。
まとめ:粘度計原理の共通と差異
いずれのタイプにおいても、石油化学業界の粘度計は流動や変形に抵抗する流体の能力を測定コアとし、異なる方法(流動時間、トルク、落下速度、振動減衰)でこの能力を量子化可能な粘度値に変換するだけである。
毛細管粘度計は高精度実験室の分析に適し、回転粘度計は複雑な流体に適し、落球粘度計は現場の迅速な検査に便利で、振動粘度計はオンラインリアルタイムの監視に満足し、それらは共同で石油製品の生産、貯蔵輸送と品質制御に重要なデータの支持を提供する。