顆(ke)粒測試(shi)的基(ji)本知識(shi)和(he)基(ji)本方(fang)法

顆(ke)粒(li)測試(shi)的基(ji)本知識(shi)和(he)基(ji)本方(fang)法

粒(li)度測試(shi)是(shi)通(tong)過(guo)特(te)定(ding)的儀(yi)器(qi)和(he)方(fang)法對粉體粒(li)度(du)特(te)性(xing)進(jin)行(xing)表(biao)征(zheng)的(de)壹(yi)項實(shi)驗工作(zuo)。粉體在我(wo)們日(ri)常生(sheng)活和(he)工農業(ye)生產(chan)中的應(ying)用非(fei)常廣(guang)泛(fan)。如面粉、水泥、塑(su)料(liao)、造(zao)紙(zhi)、橡膠、陶(tao)瓷(ci)、藥(yao)品等(deng)等(deng)。在的不(bu)同應(ying)用領(ling)域中，對粉體特(te)性(xing)的要求是(shi)各(ge)不(bu)相同的(de)，在所有(you)反映粉體特(te)性(xing)的指(zhi)標中，粒度(du)分(fen)布是(shi)所有(you)應(ying)用領(ling)域中****的壹(yi)項指(zhi)標。所以(yi)客觀真(zhen)實地反(fan)映粉體的(de)粒(li)度分(fen)布是(shi)壹(yi)項非(fei)常重(zhong)要的(de)工作(zuo)。下(xia)面就(jiu)我(wo)具體講(jiang)壹(yi)下(xia)關於粒(li)度(du)測試(shi)方面的(de)基(ji)知識(shi)和(he)基(ji)本方(fang)法。

壹(yi)、粒度(du)測試(shi)的基(ji)本知識(shi)

1、顆(ke)粒：在壹(yi)尺寸範圍內具有(you)特(te)定(ding)形狀(zhuang)的幾(ji)何(he)體。這裏所說(shuo)的壹(yi)尺寸壹(yi)般(ban)在毫米(mi)到(dao)納米之(zhi)間，顆(ke)粒(li)不(bu)僅(jin)指(zhi)固體顆(ke)粒(li)，還有(you)霧滴、油(you)珠等(deng)液(ye)體顆(ke)粒(li)。

2、粉體：由(you)大(da)量(liang)的不(bu)同尺(chi)寸的顆(ke)粒組成的顆(ke)粒群。

3、粒度(du)：顆(ke)粒的大(da)小(xiao)叫(jiao)做(zuo)顆(ke)粒的(de)粒(li)度(du)。

4、粒(li)度分布：用特(te)定(ding)的儀(yi)器(qi)和(he)方(fang)法反(fan)映出的不(bu)同粒(li)徑顆(ke)粒占粉體總量的百分(fen)數(shu)。有(you)區(qu)間分(fen)布(bu)和(he)累(lei)計分(fen)布(bu)兩種形(xing)式(shi)。區(qu)間分(fen)布(bu)又(you)稱為(wei)微分(fen)分布或(huo)頻(pin)率(lv)分(fen)布(bu)，它表(biao)示(shi)壹(yi)系列粒徑(jing)區(qu)間中顆粒(li)的(de)百分含量。累(lei)計分(fen)布(bu)也叫(jiao)積(ji)分分布，它(ta)表(biao)示(shi)小於(yu)或大(da)於(yu)某粒(li)徑(jing)顆粒(li)的(de)百(bai)分含量。

5、粒度分(fen)布(bu)的(de)表(biao)示(shi)方法：
① 表(biao)格法：用表(biao)格的(de)方(fang)法將(jiang)粒徑(jing)區(qu)間分(fen)布(bu)、累(lei)計分(fen)布(bu)壹(yi)壹(yi)列出的方(fang)法。
② 圖形法：在直(zhi)角標系中用直(zhi)方圖和(he)曲(qu)線等(deng)形式(shi)表(biao)示(shi)粒度(du)分布(bu)的方(fang)法。
③ 函數法：用數學函數表(biao)示(shi)粒度(du)分布(bu)的方(fang)法。這種方法壹(yi)般(ban)在理(li)論研究時用。如著(zhu)名(ming)的(de)Rosin-Rammler分(fen)布(bu)就是(shi)函數分(fen)布。

6、粒(li)徑(jing)和(he)等(deng)效粒(li)徑(jing)：粒徑就是(shi)顆(ke)粒(li)直(zhi)徑。這概念(nian)是(shi)很(hen)簡單(dan)明(ming)確的(de)，那麽什麽是(shi)等(deng)效粒(li)徑(jing)呢(ne)，粒徑(jing)和(he)等(deng)效粒(li)徑(jing)有(you)什麽關系(xi)呢(ne)？我(wo)們知道(dao)，只(zhi)有(you)圓(yuan)球(qiu)體才有(you)直(zhi)徑，其它形(xing)狀(zhuang)的幾(ji)何(he)體是(shi)沒(mei)有(you)直(zhi)徑的(de)，而組成粉體的(de)顆(ke)粒又(you)絕(jue)大(da)多數不(bu)是(shi)圓(yuan)球(qiu)形(xing)的，而(er)是(shi)各(ge)種(zhong)各(ge)樣不(bu)規則形狀(zhuang)的，有(you)片(pian)狀(zhuang)的、針狀(zhuang)的、多棱(leng)狀(zhuang)的等(deng)等(deng)。這些復雜(za)形(xing)狀(zhuang)的顆粒從理(li)論上講是(shi)不(bu)能直(zhi)接用直(zhi)徑這個概念(nian)來(lai)表(biao)示(shi)它的(de)大(da)小(xiao)的。而(er)在實際工作(zuo)中直(zhi)徑是(shi)描(miao)述(shu)壹(yi)個顆(ke)粒大(da)小(xiao)的最直(zhi)觀、***的(de)壹(yi)個量(liang)，我(wo)們又(you)希望(wang)能用這樣的壹(yi)個量(liang)來(lai)描(miao)述(shu)顆(ke)粒大(da)小(xiao)，所以(yi)在粒度(du)測(ce)試(shi)的實(shi)踐(jian)中的我(wo)們引(yin)入了(le)等(deng)效粒(li)徑(jing)這個概念(nian)。

　　等(deng)效粒(li)徑(jing)是(shi)指(zhi)當壹(yi)個顆(ke)粒的(de)某壹(yi)物(wu)理(li)特(te)性(xing)與同(tong)質(zhi)的球(qiu)形(xing)顆粒(li)相同或(huo)相近時，我(wo)們就用該球(qiu)形(xing)顆粒(li)的(de)直(zhi)徑來(lai)代(dai)表(biao)這個實際顆粒(li)的(de)直(zhi)徑。那(na)麽這個球(qiu)形(xing)顆粒(li)的(de)粒(li)徑(jing)就(jiu)是(shi)該(gai)實(shi)際顆粒(li)的(de)等(deng)效粒(li)徑(jing)。等(deng)效粒(li)徑(jing)具體有(you)如下(xia)幾(ji)種：
① 等(deng)效體積(ji)徑(jing)：與實(shi)際顆粒(li)體積(ji)相同的(de)球(qiu)的(de)直(zhi)徑。壹(yi)般(ban)為激(ji)光(guang)法所測(ce)直(zhi)徑為(wei)等(deng)效體積(ji)徑(jing)。
② 等(deng)效沈速徑(jing)：在相同條件下(xia)與實(shi)際顆粒(li)沈降(jiang)速度(du)相同的(de)球(qiu)的(de)直(zhi)徑。沈降(jiang)法所測(ce)的粒(li)徑為(wei)等(deng)效沈速徑(jing)，又(you)叫(jiao)Stokes徑(jing)。
③ 等(deng)效電(dian)阻徑(jing)：在相同條件下(xia)與實(shi)際顆粒(li)產(chan)生(sheng)相同電(dian)阻效果(guo)的(de)球(qiu)形(xing)顆粒(li)的(de)直(zhi)徑。庫(ku)爾(er)特(te)法所測(ce)的粒(li)徑為(wei)等(deng)效電(dian)阻徑(jing)。
④ 等(deng)效投(tou)進(jin)面積(ji)徑(jing)：與實(shi)際顆粒(li)投(tou)進(jin)面積(ji)相同的(de)球(qiu)形(xing)顆粒(li)的(de)直(zhi)徑。顯(xian)向鏡法和(he)圖像法所測(ce)的粒(li)徑大(da)多是(shi)等(deng)效投(tou)影(ying)面積(ji)直(zhi)徑。

7、表(biao)示(shi)粒度(du)特(te)性(xing)的幾(ji)個關(guan)鍵(jian)指(zhi)標：
① D50：壹(yi)個樣(yang)品的(de)累(lei)計粒(li)度(du)分布(bu)百(bai)分(fen)數達到(dao)50%時所對應(ying)的(de)粒(li)徑(jing)。它的物(wu)理(li)意義是(shi)粒(li)徑(jing)大(da)於(yu)它的(de)顆(ke)粒占50%，小於(yu)它(ta)的顆粒(li)也占50%，D50也叫(jiao)中位(wei)徑(jing)或中值粒(li)徑(jing)。D50常用來(lai)表(biao)示(shi)粉體的(de)平均粒(li)度。
② D97：壹(yi)個樣(yang)品的(de)累(lei)計粒(li)度(du)分布(bu)數(shu)達(da)到(dao)97%時所對應(ying)的(de)粒(li)徑(jing)。它的物(wu)理(li)意義是(shi)粒(li)徑(jing)小(xiao)於它的的顆(ke)粒(li)占97%。D97常用來(lai)表(biao)示(shi)粉體粗(cu)端(duan)的粒(li)度指(zhi)標。
其它如(ru)D16、D90等(deng)參數(shu)的(de)定(ding)義與物(wu)理(li)意義與D97相似。
③ 比(bi)表(biao)面積(ji)：單(dan)位(wei)重(zhong)量的(de)顆(ke)粒(li)的(de)表(biao)面積(ji)之(zhi)和(he)。比(bi)表(biao)面積(ji)的(de)單(dan)位(wei)為(wei)m2/kg或cm2/g。比(bi)表(biao)面積(ji)與粒(li)度(du)有(you)壹(yi)定的(de)關系(xi)，粒度越(yue)細，比(bi)表(biao)面積(ji)越(yue)大(da)，但這種關系並不(bu)壹(yi)定是(shi)正(zheng)比(bi)關(guan)系(xi)。

8、粒(li)度(du)測(ce)試(shi)的重(zhong)復性(xing)：同壹(yi)個樣(yang)品多次測(ce)量(liang)結果之(zhi)間的(de)偏差(cha)。重復性(xing)指(zhi)標是(shi)衡(heng)量壹(yi)個粒(li)度測(ce)試(shi)儀(yi)器(qi)和(he)方(fang)法好(hao)壞(huai)的(de)最重(zhong)要的(de)指(zhi)標。它的(de)計算方法是(shi)：
其中，n為測(ce)量(liang)次數（壹(yi)般(ban)n>=10）；
　　　　x i為每(mei)次測(ce)試(shi)結果(guo)的典型值(zhi)（壹(yi)般(ban)為D50值(zhi)）；
　　　　x為多次測(ce)試(shi)結果(guo)典型值(zhi)的(de)平均值(zhi)；
　　　　σ為標準差(cha)；
　　　　δ為重(zhong)復性(xing)相對誤差(cha)。
　　影(ying)響(xiang)粒度(du)測試(shi)重復性(xing)有(you)儀(yi)器(qi)和(he)方(fang)法本身(shen)的(de)因(yin)素(su)；樣(yang)品(pin)制備方面的(de)因(yin)素(su)；環(huan)境(jing)與操(cao)作(zuo)
方(fang)面的(de)因(yin)素(su)等(deng)。粒度(du)測(ce)試(shi)應(ying)具有(you)良好的(de)重復性(xing)是(shi)對儀(yi)器(qi)和(he)操(cao)作(zuo)人員(yuan)的(de)基(ji)本要求。

9、粒(li)度(du)測試(shi)的真(zhen)實性：
通(tong)常(chang)的(de)測量(liang)儀(yi)器(qi)都(dou)有(you)準確性(xing)方面的(de)指(zhi)標。由於(yu)粒度(du)測(ce)試(shi)的特(te)殊性，通(tong)常(chang)用真實(shi)性來(lai)表(biao)示(shi)準確性(xing)方面的(de)含義。由於粒(li)度(du)測(ce)試(shi)所測(ce)得的粒徑為(wei)等(deng)效粒(li)徑(jing)，對同壹(yi)個顆(ke)粒，不(bu)同的(de)等(deng)效方(fang)法可(ke)能會(hui)得到(dao)不(bu)同的(de)等(deng)效粒(li)徑(jing)。
　　 可見，由於(yu)測(ce)量方法不(bu)同，同(tong)壹(yi)個顆(ke)粒得到(dao)了兩個不(bu)同的(de)結果(guo)。也就是(shi)說(shuo)，壹(yi)個不(bu)規則形狀(zhuang)的顆粒，如果用壹(yi)個數(shu)值來(lai)表(biao)示(shi)它的(de)大(da)小(xiao)時，這個數值不(bu)是(shi)**的(de)，而(er)是(shi)有(you)壹(yi)系列的數(shu)值。而(er)每(mei)壹(yi)種測(ce)試(shi)方法的(de)都(dou)是(shi)針對顆粒(li)的(de)某(mou)壹(yi)個特(te)定(ding)方面進(jin)行(xing)的(de)，所得到(dao)的數(shu)值是(shi)所有(you)能表(biao)示(shi)顆粒(li)大(da)小(xiao)的壹(yi)系列數值(zhi)中的壹(yi)個，所以(yi)相同樣(yang)品(pin)用不(bu)同的(de)粒度(du)測試(shi)方法得到(dao)的結(jie)果有(you)所不(bu)同的(de)是(shi)客觀原因造(zao)成的。顆(ke)粒的(de)形狀(zhuang)越復雜(za)，不(bu)同測(ce)試(shi)方法的(de)結果相差(cha)越大(da)。但這並不(bu)意味(wei)著(zhe)粒(li)度(du)測試(shi)結果(guo)可以漫(man)無邊(bian)際，而恰(qia)恰(qia)應(ying)具有(you)壹(yi)定的(de)真實(shi)性，就是(shi)應(ying)比(bi)較真(zhen)實(shi)地反(fan)映樣品(pin)的(de)實際粒度(du)分(fen)布。真實(shi)性目前還(hai)沒(mei)有(you)嚴格的(de)標準，是(shi)壹(yi)個定(ding)性的(de)概念(nian)。但有(you)些現(xian)象(xiang)可以(yi)做(zuo)為(wei)測試(shi)結果(guo)真實性好壞(huai)的(de)依(yi)據(ju)。比(bi)如(ru)儀(yi)器(qi)對標準樣(yang)的測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)應(ying)在標稱值(zhi)允(yun)許(xu)的(de)誤差(cha)範圍內；經(jing)粉碎後(hou)的(de)樣品(pin)應(ying)比(bi)粉粉碎前更(geng)細(xi)；經(jing)分級(ji)後(hou)的(de)樣品(pin)的大(da)顆(ke)粒含量應(ying)減(jian)少(shao)；結(jie)果與行(xing)業(ye)標準或(huo)*的方(fang)法壹(yi)致(zhi)等(deng)。

二(er)、粒(li)度測試(shi)的基(ji)本方(fang)法

　　粒(li)度測試(shi)的方(fang)法很(hen)多，具統(tong)計(ji)有(you)上百種(zhong)。目前常(chang)用的有(you)沈降(jiang)法、激(ji)光(guang)法、篩分(fen)法、圖像法和(he)電(dian)阻法五種(zhong)，另(ling)外還(hai)有(you)幾(ji)種在特(te)定(ding)行(xing)業(ye)和(he)領(ling)域中常用的測(ce)試(shi)方法。
1、沈降(jiang)法：
沈降(jiang)法是(shi)根(gen)據(ju)不(bu)同粒(li)徑的(de)顆粒在液(ye)體中的沈降(jiang)速度(du)不(bu)同測(ce)量粒(li)度分布(bu)的(de)壹(yi)種方(fang)法。它(ta)的基(ji)本過(guo)程是(shi)把(ba)樣(yang)品(pin)放到(dao)某種(zhong)液(ye)體中制成壹(yi)定濃(nong)度的懸浮(fu)液(ye)，懸浮(fu)液(ye)中的顆(ke)粒(li)在重力(li)或(huo)離(li)心(xin)力(li)作(zuo)用下(xia)將(jiang)發生(sheng)沈降(jiang)。不(bu)同粒(li)徑顆(ke)粒的沈降(jiang)速度(du)是(shi)不(bu)同的(de)，大(da)顆(ke)粒的(de)沈降(jiang)速度(du)較快(kuai)，小(xiao)顆粒(li)的沈降(jiang)速度(du)較慢(man)。那(na)麽顆(ke)粒(li)的(de)沈降(jiang)速度(du)與粒(li)徑(jing)有(you)怎樣(yang)的(de)數(shu)量關系(xi)，通(tong)過(guo)什麽方式(shi)反映顆粒(li)的(de)沈降(jiang)速度(du)呢(ne)？
①Stokes定律(lv)：
　　在重力(li)場中，懸浮(fu)在液(ye)體中的顆(ke)粒(li)受重力(li)、浮(fu)力(li)和(he)粘(zhan)滯(zhi)阻(zu)力(li)的(de)作(zuo)用將(jiang)發生(sheng)運動.從(cong)Stokes定(ding)律(lv)中我(wo)們看到(dao)，沈降(jiang)速度(du)與顆(ke)粒(li)直(zhi)徑的(de)平方成正比(bi)。比(bi)如(ru)兩個粒(li)徑(jing)比(bi)為(wei)1:10的(de)顆(ke)粒(li)，其沈降(jiang)速度(du)之(zhi)比(bi)為(wei)1:100，就(jiu)是(shi)說(shuo)細(xi)顆(ke)粒的沈降(jiang)速度(du)要慢(man)很(hen)多。為了(le)加(jia)快(kuai)細(xi)顆粒(li)的沈降(jiang)速度(du)，縮(suo)短(duan)測量(liang)時間，現(xian)代(dai)沈降(jiang)儀(yi)大(da)都(dou)引(yin)入離(li)心(xin)沈降(jiang)方式(shi)。在離(li)心(xin)沈降(jiang)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，顆粒的(de)沈降(jiang)事度(du)與粒(li)度(du)的關系如下(xia)：
　　這就是(shi)Stokes定(ding)律(lv)在離(li)心(xin)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的表(biao)達式(shi)。由於(yu)離(li)心(xin)轉(zhuan)速都(dou)在數百(bai)轉(zhuan)以上，離(li)心(xin)加速度(du)ω2r遠(yuan)遠大(da)於(yu)重力(li)加(jia)速(su)度g，Vc>>V，所以(yi)在粒徑(jing)相同的(de)條件下(xia)，離(li)心(xin)沈降(jiang)的測(ce)試(shi)時間將(jiang)大(da)大(da)縮(suo)短(duan)。
② 比(bi)爾(er)定(ding)律(lv)：
　　如(ru)前所述(shu)，沈降(jiang)法是(shi)根(gen)據(ju)顆粒(li)的沈降(jiang)速度(du)來(lai)測(ce)試(shi)粒度(du)分布的。但直(zhi)接測(ce)量顆粒的沈降(jiang)速度(du)是(shi)很(hen)困難的(de)。所以(yi)在實際應(ying)用過程(cheng)中是(shi)通(tong)過(guo)測(ce)量不(bu)同時刻(ke)透(tou)過懸浮(fu)液(ye)光(guang)強(qiang)的(de)變(bian)化(hua)率(lv)來(lai)間接(jie)地反(fan)映顆粒(li)的(de)沈降(jiang)速度(du)的。那(na)麽光(guang)強(qiang)的(de)變(bian)化(hua)率(lv)與粒(li)徑(jing)之(zhi)間的(de)關(guan)系又(you)是(shi)怎(zen)樣(yang)的(de)呢(ne)？比(bi)爾(er)是(shi)律(lv)告訴我(wo)們：
設(she)在T1、T2、T3、……Ti時刻(ke)測(ce)得壹(yi)系列的光(guang)強(qiang)值(zhi)I1<i2D3>……>Di，將(jiang)這些光(guang)強(qiang)值(zhi)和(he)粒(li)徑(jing)值(zhi)代(dai)入式(shi)（5），再通(tong)過(guo)計(ji)算機處(chu)理(li)就可以得到(dao)粒度(du)分布(bu)了。

2、激(ji)光(guang)法：
　　激(ji)光(guang)法是(shi)根(gen)據(ju)激(ji)光(guang)照射(she)到(dao)顆粒(li)後(hou)，顆(ke)粒能使激(ji)光(guang)產(chan)生(sheng)衍射或(huo)散(san)射(she)的(de)現象(xiang)來(lai)測(ce)試(shi)粒度(du)分布的。由激(ji)光(guang)器(qi)的(de)發(fa)生(sheng)的(de)激(ji)光(guang)，經(jing)擴束後(hou)成為壹(yi)束直(zhi)徑為(wei)10mm左右的平行(xing)光(guang)。在沒(mei)有(you)顆粒(li)的(de)情(qing)況下(xia)該平行(xing)光(guang)通(tong)過(guo)富(fu)氏(shi)透鏡後(hou)匯(hui)聚到(dao)後(hou)焦(jiao)平面上。

　　當通(tong)過(guo)適(shi)當的方(fang)式(shi)將(jiang)壹(yi)定量(liang)的顆(ke)粒均勻(yun)地放(fang)置(zhi)到(dao)平行(xing)光(guang)束中時，平行(xing)光(guang)將(jiang)發生(sheng)散現象(xiang)。壹(yi)部分(fen)光(guang)將(jiang)與光(guang)軸(zhou)成壹(yi)定角(jiao)度向(xiang)外傳播(bo)。