毛細管粘度計:液体粘度の精密測定原理と手順
毛細管粘度計は、液体が細径管(毛細管)を流れるのにかかる時間を測定し、液体の粘度(粘り気)を測定する器具です。流出時間は液体の動粘度に比例し、各器具固有の換算係数を用いて直接粘度に変換できます。粘度は一般的に温度依存性が高いため、毛細管粘度計は通常、特定温度に設定した恒温水槽内で使用されます。
粘度の物理的意味
粘度は液体の内部摩擦、あるいは流れることへの抵抗と捉えられます。したがって流体の重要な特性です。潤滑油、塗料、飲料、液体の移送・攪拌・操作を伴うあらゆる場面で極めて重要な関心事です。
代表的設計:U字型オストワルト粘度計
毛細管粘度計はいくつかの設計がありますが、最も一般的はU字型またはオストワルト粘度計で、キャノン・フェンスキー型とウベローデ型が典型的です。キャノン・フェンスキー型毛細管粘度計は、一方の腕に2つのガラス球(チャンバー)を持ち、校正済み長さの毛細管で分離されています。もう一方の腕の下部にさらに球があり、ここに試料を充填します。試料と粘度計を一定温度水槽に吊るし、熱平衡に達するまで待ちます。
測定手順
熱平衡到達後、試料を上部チャンバーまで吸引し、測定開始。試料が上部チャンバーから毛細管を通って下部へ流れるのを許し、毛細管長を通過する流出時間を測定します。毛細管粘度計にはメーカー供給の換算係数が付属し、流出時間から直接動粘度を計算可能です。
高粘度液体への対応
高粘度液体の場合、適切な溶媒中での溶液を用い、様々な濃度での溶液粘度を測定。濃度対粘度のグラフを作成し、ゼロ溶媒濃度へ外挿することで純液体の粘度を求めます。
単位系
SI単位系では粘度単位はPa・s(パスカル秒)。多くの液体には大きすぎるため、mPa・s(ミリパスカル秒=1/1000 Pa・s)が常用されます。CGS単位系(米国材料試験学会ASTMでも使用)ではポアズ、より一般的にセンチポアズ(cP=1/100ポアズ)が用いられます。両単位系ともメートル法ベースなので換算は簡単で、1 cP = 1 mPa・s です。
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