粒度相關(guān)解釋

1、粒度測試是通過特定的儀器和方法對粉體粒度特性進(jìn)行表征的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn) 工作。粉體在我們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛。如面粉、水泥、塑 料、造紙、橡膠、陶瓷、藥品等等。在的不同應(yīng)用領(lǐng)域中，對粉體特性的要求是 各不相同的，在所有反映粉體特性的指標(biāo)中，粒度分布是所有應(yīng)用領(lǐng)域中最受關(guān) 注的一項(xiàng)指標(biāo)。所以客觀真實(shí)地反映粉體的粒度分布是一項(xiàng)非常重要的工作。下面具體講一下關(guān)于粒度測試方面的基知識和基本方法。一、粒度測試的基本知識1、顆粒：在一尺寸范圍內(nèi)具有特定形狀的幾何體。這里所說的一尺寸一般 在毫米到納米之間，顆粒不僅指固體顆粒，還有霧滴、油珠等液體顆粒。2、粉休：由大量的不同尺寸的顆粒組成的顆粒群。3

2、、粒度：顆粒的大小叫做顆粒的粒度。4、粒度分布：用特定的儀器和方法反映出的不同粒徑顆粒占粉體總量的百 分?jǐn)?shù)。有區(qū)間分布和累計(jì)分布兩種形式。區(qū)間分布又稱為微分分布或頻率分布，它表示一系列粒徑區(qū)間中顆粒的百分含量。 累計(jì)分布也叫積分分布，它表示小于 或大于某粒徑顆粒的百分含量。5、粒度分布的表示方法： 表格法：用表格的方法將粒徑區(qū)間分布、累計(jì)分布列出的方法。 圖形法：在直角標(biāo)系中用直方圖和曲線等形式表示粒度分布的方法。 函數(shù)法：用數(shù)學(xué)函數(shù)表示粒度分布的方法。這種方法一般在理論研究時(shí)用。如著名的Rosin-Rammler分布就是函數(shù)分布。6粒徑和等效粒徑：粒徑就是顆粒直徑。這概念是很簡單明確的，那么

3、什么是等效粒徑呢，粒徑 和等效粒徑有什么關(guān)系呢？我們知道， 只有圓球體才有直徑，其它形狀的幾何體 是沒有直徑的，而組成粉體的顆粒又絕大多數(shù)不是圓球形的， 而是各種各樣不規(guī) 則形狀的，有片狀的、針狀的、多棱狀的等等。這些復(fù)雜形狀的顆粒從理論上講 是不能直接用直徑這個(gè)概念來表示它的大小的。 而在實(shí)際工作中直徑是描述一個(gè) 顆粒大小的最直觀、最簡單的一個(gè)量，我們又希望能用這樣的一個(gè)量來描述顆粒 大小，所以在粒度測試的實(shí)踐中的我們引入了等效粒徑這個(gè)概念。等效粒徑是指當(dāng)一個(gè)顆粒的某一物理特性與同質(zhì)的球形顆粒相同或相近時(shí)，我們就用該球形顆粒的直徑來代表這個(gè)實(shí)際顆粒的直徑。那么這個(gè)球形顆粒的粒 徑就是該實(shí)際顆

4、粒的等效粒徑。等效粒徑具體有如下幾種： 等效體積徑：與實(shí)際顆粒體積相同的球的直徑。一般認(rèn)為激光法所測的 直徑為等效體積徑。 等效沉速徑：在相同條件下與實(shí)際顆粒沉降速度相同的球的直徑。沉降 法所測的粒徑為等效沉速徑，又叫 Stokes徑。 等效電阻徑：在相同條件下與實(shí)際顆粒產(chǎn)生相同電阻效果的球形顆粒的 直徑。庫爾特法所測的粒徑為等效電阻徑。 等效投進(jìn)面積徑：與實(shí)際顆粒投進(jìn)面積相同的球形顆粒的直徑。顯向鏡法和圖像法所測的粒徑大多是等效投影面積直徑。7、表示粒度特性的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)： D50:個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到 50%寸所對應(yīng)的粒徑。它的物 理意義是粒徑大于它的顆粒占 50%小于它的顆粒也

5、占50% D50也叫中位徑或 中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。 D97 :一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布數(shù)達(dá)到 97%寸所對應(yīng)的粒徑。它的物理意 義是粒徑小于它的的顆粒占97% D97常用來表示粉體粗端的粒度指標(biāo)。其它如D16 D90等參數(shù)的定義與物理意義與 D97相似。 比表面積：單位重量的顆粒的表面積之和。比表面積的單位為m2/kg或cm2/g。比表面積與粒度有一定的關(guān)系，粒度越細(xì)，比表面積越大，但這種關(guān)系 并不一定是正比關(guān)系。|8、粒度測試的重復(fù)性：同一個(gè)樣品多次測量結(jié)果之間的偏差。重復(fù)性指標(biāo) 是衡量一個(gè)粒度測試儀器和方法好壞的最重要的指標(biāo)。它的計(jì)算方法是：其中，n為測量次數(shù)（一般n&

6、gt;=10）；x i為每次測試結(jié)果的典型值（一般為 D50值）；x為多次測試結(jié)果典型值的平均值；c為標(biāo)準(zhǔn)差；S為重復(fù)性相對誤差。影響粒度測試重復(fù)性有儀器和方法本身的因素； 樣品制備方面的因素；環(huán)境 與操作方面的因素等。粒度測試應(yīng)具有良好的重復(fù)性是對儀器和操作人員的基本要 求。9、粒度測試的真實(shí)性：通常的測量儀器都有準(zhǔn)確性方面的指標(biāo)。 由于粒度測試的特殊性，通常用真 實(shí)性來表示準(zhǔn)確性方面的含義。由于粒度測試所測得的粒徑為等效粒徑， 對同一 個(gè)顆粒，不同的等效方法可能會得到不同的等效粒徑?？梢?，由于測量方法不同，同一個(gè)顆粒得到了兩個(gè)不同的結(jié)果。也就是說， 一個(gè)不規(guī)則形狀的顆粒，如果用一個(gè)數(shù)值來表

7、示它的大小時(shí)， 這個(gè)數(shù)值不是唯一 的，而是有一系列的數(shù)值。而每一種測試方法的都是針對顆粒的某一個(gè)特定方面 進(jìn)行的，所得到的數(shù)值是所有能表示顆粒大小的一系列數(shù)值中的一個(gè)，所以相同樣品用不同的粒度測試方法得到的結(jié)果有所不同的是客觀原因造成的。顆粒的形狀越復(fù)雜，不同測試方法的結(jié)果相差越大。但這并不意味著粒度測試結(jié)果可以漫 無邊際，而恰恰應(yīng)具有一定的真實(shí)性，就是應(yīng)比較真實(shí)地反映樣品的實(shí)際粒度分 布。真實(shí)性目前還沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)定性的概念。但有些現(xiàn)象可以做為測 試結(jié)果真實(shí)性好壞的依據(jù)。比如儀器對標(biāo)準(zhǔn)樣的測量結(jié)果應(yīng)在標(biāo)稱值允許的誤差 范圍內(nèi)；經(jīng)粉碎后的樣品應(yīng)比粉粉碎前更細(xì)； 經(jīng)分級后的樣品的大顆粒含

8、量應(yīng)減 少；結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或公認(rèn)的方法一致等。二、粒度測試的基本方法粒度測試的方法很多，具統(tǒng)計(jì)有上百種。目前常用的有沉降法、激光法、篩 分法、圖像法和電阻法五種，另外還有幾種在特定行業(yè)和領(lǐng)域中常用的測試方 法。1、沉降法：沉降法是根據(jù)不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測量粒度分布的一 種方法。它的基本過程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下將發(fā)生沉降。不同粒徑顆粒的沉降速度是不同 的，大顆粒的沉降速度較快，小顆粒的沉降速度較慢。那么顆粒的沉降速度與粒 徑有怎樣的數(shù)量關(guān)系，通過什么方式反映顆粒的沉降速度呢？Stokes定律：在重力場中，懸浮在液體中的顆

9、粒受重力、浮力和粘滯阻 力的作用將發(fā)生運(yùn)動，其運(yùn)動方程為:這就是Stokes定律。從Stokes定律中我們看到，沉降速度與顆粒直徑的平方成正比。比如兩個(gè) 粒徑比為1:10的顆粒，其沉降速度之比為1:100，就是說細(xì)顆粒的沉降速度要 慢很多。為了加快細(xì)顆粒的沉降速度，縮短測量時(shí)間，現(xiàn)代沉降儀大都引入離心 沉降方式。在離心沉降狀態(tài)下，顆粒的沉降事度與粒度的關(guān)系如下：這就是Stokes定律在離心狀態(tài)下的表達(dá)式。由于離心轉(zhuǎn)速都在數(shù)百轉(zhuǎn)以上， 離心加速度3 2r遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力加速度g，Vc>>V所以在粒徑相同的條件下，離 心沉降的測試時(shí)間將大大縮短。比爾定律：如前所述，沉降法是根據(jù)顆粒的沉降速

10、度來測試粒度分布的。但直接測量顆粒的沉降速度是很困難的。所以在實(shí)際應(yīng)用過程中是通過測量不同時(shí)刻透過懸浮 液光強(qiáng)的變化率來間接地反映顆粒的沉降速度的。那么光強(qiáng)的變化率與粒徑之間的關(guān)系又是怎樣的呢？比爾是律告訴我們：設(shè)在T1、T2、T3、Ti時(shí)刻測得一系列的光強(qiáng)值I1<i2<i3<ii，這 些光強(qiáng)值對應(yīng)的顆粒粒徑 D2>D3a>Di，將這些光強(qiáng)值和粒徑值代入式（5）， 再通過計(jì)算機(jī)處理就可以得到粒度分布了。2、激光法:激光法是根據(jù)激光照射到顆粒后，顆粒能使激光產(chǎn)生衍射或散射的現(xiàn)象來測 試粒度分布的。由激光器的發(fā)生的激光，經(jīng)擴(kuò)束后成為一束直徑為10mm左右的平行光。在沒

11、有顆粒的情況下該平行光通過富氏透鏡后匯聚到后焦平面上。如下圖所示：當(dāng)通過適當(dāng)?shù)姆绞綄⒁欢康念w粒均勻地放置到平行光束中時(shí)，平行光將發(fā)生散現(xiàn)象。一部分光將與光軸成一定角度向外傳播。如下圖：那么，散射現(xiàn)象與粒徑之間有什么關(guān)系呢？理論和實(shí)驗(yàn)都證明：大顆粒引發(fā)的散射光的角度小，顆粒越小，散光與軸之間的角度就越大。這些不同角度的散 射光通過富姓氏透鏡后在焦平面上將形成一系列有不同半徑的光環(huán)，由這些光環(huán)組成的明暗交替的光斑稱為 Airy斑。Airy斑中包含著豐富粒度信息，簡單地理 解就是半徑大的光環(huán)對應(yīng)著較小的粒徑； 半徑小的光環(huán)對應(yīng)著較大的粒徑；不同 半徑的光環(huán)光的強(qiáng)弱， 包含該粒徑顆粒的數(shù)量信息。 這

12、樣我們在焦平面上放置一 系列的光電接收器， 將由不同粒徑顆粒散射的光信號轉(zhuǎn)換成電信號， 并傳輸?shù)接?jì) 算機(jī)中，通過米氏散理論對這些信號進(jìn)行數(shù)學(xué)處理， 就可以得到粒度分布了。3、篩分法：篩分法是一種最傳統(tǒng)的粒度測試方法。 它是使顆粒通過不同尺寸的篩孔來測 試粒度的。 篩分法分干篩和濕篩兩種形式， 可以用單個(gè)篩子來控制單一粒徑顆粒 的通過率， 也可以用多個(gè)篩子疊加起來同時(shí)測量多個(gè)粒徑顆粒的通過率， 并計(jì)算 出百分?jǐn)?shù)。篩分法有手工篩、振動篩、負(fù)壓篩、全自動篩等多種方式。顆粒能否 通過篩幾與顆粒的取向和篩分時(shí)間等素因素有關(guān)， 不同的行業(yè)有各自的篩分方法 標(biāo)準(zhǔn)。4、電阻法： 電阻法又叫庫爾特法，是由美國一

13、個(gè)叫庫爾特的人發(fā)明的一種粒度測試方 法。這種方法是根據(jù)顆粒在通過一個(gè)小微孔的瞬間， 占據(jù)了小微孔中的部分空間 而排開了小微孔中的導(dǎo)電液體， 使小微孔兩端的電阻發(fā)生變化的原理測試粒度分 布的。小孔兩端的電阻的大小與顆粒的體積成正比。 當(dāng)不同大小的粒徑顆粒連續(xù) 通過小微孔時(shí)， 小微孔的兩端將連續(xù)產(chǎn)生不同大小的電阻信號， 通過計(jì)算機(jī)對這 些電阻信號進(jìn)行處理就可以得到粒度分布了。如圖所示：用庫爾特法進(jìn)行粒度測試所用的介質(zhì)通常是導(dǎo)電性能較好的生理鹽水。5、顯微圖像法：顯微圖像法包括顯微鏡、CCD攝像頭（或數(shù)碼像機(jī)）、圖形采集卡、計(jì)算機(jī) 等部分組成。它的基本工作原理是將顯微鏡放大后的顆粒圖像通過CCDg像

14、頭和圖形采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中， 由計(jì)算機(jī)對這些圖像進(jìn)行邊緣識別等處理， 計(jì)算出 每個(gè)顆粒的投影面積， 根據(jù)等效投影面積原理得出每個(gè)顆粒的粒徑， 再統(tǒng)計(jì)出所 設(shè)定的粒徑區(qū)間的顆粒的數(shù)量，就可以得到粒度分布了。由于這種方法單次所測到的顆粒個(gè)數(shù)較少， 對同一個(gè)樣品可以通過更換視場 的方法進(jìn)行多次測量來提高測試結(jié)果的真實(shí)性。 除了進(jìn)行粒度測試之外， 顯微圖 像法還常用來觀察和測試顆粒的形貌。6、其它顆粒度測試方法：除了上述幾種粒度測試方法以外， 目前在生產(chǎn)和研究領(lǐng)域還常用刮板法、 沉 降瓶法、透氣法、超聲波法和動態(tài)光散射法等。(1) 刮板法：把樣品刮到一個(gè)平板的表面上， 觀察粗糙度， 以此來評價(jià)樣品

15、的粒度是否合格。此法是涂料行業(yè)采用的一種方法。是一個(gè)定性的粒度測試方 法。(2) 沉降瓶法：它的原理與前后講的沉降法原理大致相同。 測試過程是首先 將一定量的樣品與液體在 500ml 或 1000l 的量筒里配制成懸浮液， 充分?jǐn)嚢杈鶆?后取出一定量(如20ml)作為樣品的總重量，然后根據(jù) Stokes定律計(jì)算好每種 顆粒沉降時(shí)間， 在固定的時(shí)刻分別放出相同量的懸浮液， 來代表該時(shí)刻對應(yīng)的粒 徑。將每個(gè)時(shí)刻得到的懸浮液烘干、 稱重后就可以計(jì)算出粒度分布了。 此法目前 在磨料和河流泥沙等行業(yè)還有應(yīng)用。(3) 透氣法：透氣法也叫弗氏法。 先將樣品裝到一個(gè)金屬管里并壓實(shí)， 將這 個(gè)金屬管安裝到一個(gè)氣

16、路里形成一個(gè)閉環(huán)氣路。 當(dāng)氣路中的氣體流動時(shí)， 氣體將 從顆粒的縫隙中穿過。 如果樣品較粗， 顆粒之間的縫隙就大， 氣體流邊所受的阻 礙就??；樣品較細(xì)，顆粒之間的縫隙就小，氣體流動所受的阻礙就大。透氣法就 是根據(jù)這樣一個(gè)原理來測試粒度的。 這種方法只能得到一個(gè)平均粒度值， 不能測 量粒度分布。這種方法主要用在磁性材料行業(yè)。(4) 超聲波法：通過不同粒徑顆粒對超聲波產(chǎn)生不同的影響的原理來測量粒 度分布的一種方法。它可以直接測試固液比達(dá)到 70%的高濃度漿料。這種方法是 一種新的技術(shù)， 目前國內(nèi)外都有人進(jìn)行研究， 據(jù)說國外已經(jīng)有了儀器， 國內(nèi)目前 還沒有。(5) 動態(tài)光散射法： 前面所講的激光散射法可以理解為靜態(tài)光散射法。 當(dāng)顆 粒小到一定的程度時(shí)， 顆粒在液體中受布朗運(yùn)動的影響， 呈一種隨機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)， 其運(yùn)動距離與運(yùn)動速度與顆粒的大小有關(guān)。 通過相關(guān)技術(shù)來識別這些顆粒的運(yùn)動 狀態(tài)，就可以得到粒度分布了。 動態(tài)光散射法， 主要用來測量納米材料的粒度分 布。國外已有現(xiàn)成的儀器，國內(nèi)目前還沒有。三、粒度測試技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢我國粒度測試技術(shù)研究工作起步于 70 年代。在 80 年