粒度測(ce)試(shi)的基(ji)本(ben)方法

下(xia)面講(jiang)解(jie)壹下(xia)粒度測(ce)試(shi)的基(ji)本(ben)方法。

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　　粒度測(ce)試(shi)的方(fang)法很多，具(ju)統計(ji)有(you)上百(bai)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(xiang)法和(he)電阻(zu)法五(wu)種(zhong)，另外還(hai)有(you)幾種(zhong)在(zai)特(te)行(xing)業(ye)和(he)領(ling)域(yu)中常(chang)用的測(ce)試(shi)方法。
1、沈降(jiang)法：
沈降(jiang)法是(shi)根據不同(tong)粒徑的(de)顆(ke)粒在(zai)液(ye)體(ti)中的沈(chen)降(jiang)速度不同(tong)測(ce)量粒度分(fen)布(bu)的壹種(zhong)方法。它的基(ji)本(ben)過程是(shi)把(ba)樣(yang)品放(fang)到某種(zhong)液體(ti)中制(zhi)成(cheng)壹濃度(du)的懸(xuan)浮(fu)液，懸(xuan)浮(fu)液中的顆(ke)粒在(zai)重力或離心力(li)作用(yong)下(xia)將(jiang)發(fa)生沈(chen)降(jiang)。不同(tong)粒徑顆(ke)粒的沈(chen)降(jiang)速度是(shi)不同(tong)的，大顆粒的沈(chen)降(jiang)速度較(jiao)快，小(xiao)顆粒的沈(chen)降(jiang)速度較(jiao)慢(man)。那麽顆粒的沈(chen)降(jiang)速度與(yu)粒徑有(you)怎樣(yang)的數(shu)量關系，通(tong)過什麽方式(shi)反(fan)映(ying)顆(ke)粒的沈(chen)降(jiang)速度呢(ne)？
①Stokes律(lv)：
　　在(zai)重力場中，懸浮(fu)在(zai)液(ye)體(ti)中的顆(ke)粒受重力、浮(fu)力和(he)粘(zhan)滯阻力的作用(yong)將(jiang)發(fa)生運(yun)動(dong).從(cong)Stokes律(lv)中我們看(kan)到，沈(chen)降(jiang)速度與(yu)顆(ke)粒直徑(jing)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)正比(bi)。比(bi)如(ru)兩(liang)個粒徑比(bi)為(wei)1:10的(de)顆(ke)粒，其沈(chen)降(jiang)速度之(zhi)比(bi)為(wei)1:100，就(jiu)是(shi)說(shuo)細(xi)顆粒的沈(chen)降(jiang)速度要(yao)慢(man)很多(duo)。為(wei)了加快細(xi)顆粒的沈(chen)降(jiang)速度，縮(suo)短(duan)測(ce)量時(shi)間(jian)，現代沈降(jiang)儀(yi)大都(dou)引(yin)入離心沈(chen)降(jiang)方式(shi)。在(zai)離心沈(chen)降(jiang)狀態(tai)下(xia)，顆粒的沈(chen)降(jiang)事度(du)與(yu)粒度的(de)關系如下(xia)：
　　這就(jiu)是(shi)Stokes律(lv)在(zai)離心狀態(tai)下(xia)的表達(da)式(shi)。由(you)於(yu)離心轉速都(dou)在(zai)數(shu)百(bai)轉以上(shang)，離心加(jia)速度ω2r遠(yuan)遠(yuan)大於重力加(jia)速度g，Vc>>V，所以在(zai)粒徑相同(tong)的條(tiao)件(jian)下(xia)，離心沈(chen)降(jiang)的測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)將(jiang)大大縮(suo)短(duan)。
② 比(bi)爾律：
　　如前所述，沈(chen)降(jiang)法是(shi)根據顆粒的沈(chen)降(jiang)速度來測(ce)試(shi)粒度分(fen)布(bu)的。但(dan)直接(jie)測(ce)量顆(ke)粒的沈(chen)降(jiang)速度是(shi)很(hen)困(kun)難(nan)的(de)。所以在(zai)實際(ji)應(ying)用(yong)過程中是(shi)通(tong)過測(ce)量不同(tong)時(shi)刻(ke)透(tou)過懸(xuan)浮(fu)液光(guang)強的變(bian)化(hua)率(lv)來間(jian)接(jie)地反(fan)映(ying)顆(ke)粒的沈(chen)降(jiang)速度的(de)。那麽光強的變(bian)化(hua)率(lv)與(yu)粒徑之(zhi)間的(de)關系又是(shi)怎(zen)樣(yang)的呢(ne)？比(bi)爾是(shi)律(lv)告(gao)訴(su)我們：
設(she)在(zai)T1、T2、T3、……Ti時(shi)刻(ke)測(ce)得壹系列的光(guang)強值(zhi)I1<I2<I3……D2>D3>……>Di，將(jiang)這些光(guang)強值和(he)粒徑值(zhi)代入式(shi)（5），再通(tong)過計(ji)算機處(chu)理就以得(de)到(dao)粒度分(fen)布(bu)了。

2、激(ji)光(guang)法：
　　激(ji)光(guang)法是(shi)根據激(ji)光(guang)照射(she)到顆(ke)粒後，顆粒能使(shi)激(ji)光(guang)產(chan)生衍(yan)射(she)或散射(she)的現象(xiang)來測(ce)試(shi)粒度分(fen)布(bu)的。由(you)激(ji)光(guang)器的發(fa)生的(de)激(ji)光(guang)，經擴束後成(cheng)為壹束直(zhi)徑為(wei)10mm左右的(de)平(ping)行(xing)光(guang)。在(zai)沒(mei)有(you)顆粒的情(qing)況下(xia)該平(ping)行(xing)光(guang)通(tong)過富(fu)氏(shi)透(tou)鏡後匯聚到(dao)後焦(jiao)平(ping)面(mian)上。

　　當(dang)通(tong)過適當(dang)的方式(shi)將(jiang)壹量的(de)顆粒均(jun)勻(yun)地(di)放(fang)置(zhi)到(dao)平(ping)行(xing)光(guang)束中時(shi)，平(ping)行(xing)光(guang)將(jiang)發(fa)生散(san)現象(xiang)。壹部分(fen)光(guang)將(jiang)與(yu)光(guang)軸(zhou)成(cheng)壹角度(du)向(xiang)外傳播。

　　那麽，散射(she)現象(xiang)與(yu)粒徑之(zhi)間有(you)什麽關系呢？理論和(he)實驗(yan)都(dou)證(zheng)明：大顆粒引發(fa)的散射(she)光的(de)角度(du)小，顆(ke)粒越(yue)小(xiao)，散光(guang)與(yu)軸(zhou)之(zhi)間的(de)角度(du)就越(yue)大。這些不同(tong)角度(du)的散(san)射(she)光通(tong)過富(fu)姓(xing)氏(shi)透(tou)鏡後在(zai)焦(jiao)平(ping)面(mian)上將(jiang)形(xing)成(cheng)壹系列有(you)不同(tong)半(ban)徑的(de)光(guang)環，由(you)這些光(guang)環組(zu)成(cheng)的明(ming)暗交(jiao)替的(de)光斑稱為Airy斑。Airy斑(ban)中包含(han)著(zhe)豐富(fu)粒度信(xin)息(xi)，簡單(dan)地理解(jie)就(jiu)是(shi)半(ban)徑大的光(guang)環對應(ying)著(zhe)較小(xiao)的粒徑；半(ban)徑小(xiao)的(de)光(guang)環對應(ying)著(zhe)較大的粒徑；不同(tong)半(ban)徑的(de)光(guang)環光的(de)強弱，包(bao)含該粒徑顆(ke)粒的數(shu)量信(xin)息(xi)。這樣(yang)我們在(zai)焦(jiao)平(ping)面(mian)上放置(zhi)壹系列的光(guang)電接(jie)收器(qi)，將(jiang)由(you)不同(tong)粒徑顆(ke)粒散射(she)的光(guang)信(xin)號(hao)轉換成(cheng)電信(xin)號(hao)，並傳輸到計算機中，通(tong)過米(mi)氏(shi)散(san)理論對這些信(xin)號(hao)進行(xing)數(shu)學處(chu)理，就以得(de)到(dao)粒度分(fen)布(bu)了。

3、篩分(fen)法：
　　篩分(fen)法是(shi)壹種(zhong)傳統的粒度測(ce)試(shi)方法。它是(shi)使(shi)顆(ke)粒通(tong)過不同(tong)尺(chi)寸的(de)篩孔(kong)來測(ce)試(shi)粒度的(de)。篩分(fen)法分(fen)幹(gan)篩和(he)濕(shi)篩兩(liang)種(zhong)形(xing)式(shi)，以用(yong)單(dan)個篩子來控制(zhi)單(dan)壹粒徑顆(ke)粒的通(tong)過率(lv)，也(ye)以用(yong)多(duo)個篩子疊(die)加(jia)起來同(tong)時(shi)測(ce)量多(duo)個粒徑顆(ke)粒的通(tong)過率(lv)，並計算出百(bai)分(fen)數(shu)。篩分(fen)法有(you)手(shou)工篩、振動(dong)篩、負壓篩、自動篩等多種(zhong)方式(shi)。顆粒能否通(tong)過篩幾與(yu)顆(ke)粒的取向(xiang)和(he)篩分(fen)時(shi)間(jian)等素因(yin)素有(you)關，不同(tong)的行(xing)業(ye)有(you)各自的篩分(fen)方(fang)法標準(zhun)。

4、電阻(zu)法：
　　電阻(zu)法又叫庫爾特法，是(shi)由(you)美(mei)國壹個叫(jiao)庫爾特的人發(fa)明的壹種(zhong)粒度測(ce)試(shi)方法。這種(zhong)方法是(shi)根據顆粒在(zai)通(tong)過壹個小(xiao)微(wei)孔(kong)的瞬間，占(zhan)據(ju)了(le)小(xiao)微(wei)孔(kong)中的部分(fen)空(kong)間(jian)而排(pai)開了(le)小微(wei)孔(kong)中的導(dao)電液(ye)體(ti)，使(shi)小(xiao)微(wei)孔(kong)兩(liang)端的電阻(zu)發(fa)生變(bian)化(hua)的原(yuan)理測(ce)試(shi)粒度分(fen)布(bu)的。小(xiao)孔(kong)兩(liang)端的電阻(zu)的(de)大小與(yu)顆(ke)粒的體(ti)積(ji)成(cheng)正比(bi)。當(dang)不同(tong)大小的(de)粒徑顆(ke)粒連續(xu)通(tong)過小(xiao)微(wei)孔(kong)時(shi)，小(xiao)微(wei)孔(kong)的兩(liang)端將(jiang)連(lian)續(xu)產(chan)生不同(tong)大小的(de)電阻(zu)信(xin)號(hao)，通(tong)過計(ji)算機對(dui)這些電阻(zu)信(xin)號(hao)進行(xing)處(chu)理就以得(de)到(dao)粒度分(fen)布(bu)了。用(yong)庫爾特法進行(xing)粒度測(ce)試(shi)所用的介質(zhi)通(tong)常(chang)是(shi)導(dao)電性能較好(hao)的(de)生理鹽水。

5、顯微(wei)圖象(xiang)法：
　　顯微(wei)圖象(xiang)法包括(kuo)顯(xian)微(wei)鏡、CCD攝(she)像(xiang)頭(tou)（或數(shu)碼像(xiang)機）、圖(tu)形(xing)采(cai)集卡、計算機等部分(fen)組(zu)成(cheng)。它的基(ji)本(ben)工作原(yuan)理是(shi)將(jiang)顯(xian)微(wei)鏡放大後的顆粒圖像(xiang)通(tong)過CCD攝(she)像(xiang)頭(tou)和(he)圖(tu)形(xing)采(cai)集卡傳輸到計算機中，由(you)計(ji)算機對(dui)這些圖(tu)像(xiang)進行(xing)邊(bian)緣識(shi)別等處(chu)理，計算出每(mei)個顆(ke)粒的投(tou)影(ying)面積(ji)，根據等效(xiao)投影(ying)面積(ji)原(yuan)理得出每(mei)個顆(ke)粒的粒徑，再(zai)統(tong)計出所設(she)的(de)粒徑區(qu)間(jian)的顆粒的數(shu)量，就(jiu)以得(de)到(dao)粒度分(fen)布(bu)了。
　　由(you)於(yu)這種(zhong)方法單次所測(ce)到的(de)顆粒個數(shu)較少(shao)，對(dui)同(tong)壹個樣(yang)品以通(tong)過更(geng)換(huan)視(shi)場的方(fang)法進行(xing)多(duo)次測(ce)量來提高(gao)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)的真(zhen)實性。除(chu)了(le)進行(xing)粒度測(ce)試(shi)之(zhi)外，顯(xian)微(wei)圖象(xiang)法還(hai)常(chang)用來觀察(cha)和(he)測(ce)試(shi)顆粒的形(xing)貌(mao)。

6、其它顆粒度測(ce)試(shi)方法：
　　除(chu)了(le)上述幾(ji)種(zhong)粒度測(ce)試(shi)方法以外(wai)，目(mu)前在(zai)生產(chan)和(he)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)還(hai)常(chang)用刮板(ban)法、沈降(jiang)瓶(ping)法、透(tou)氣法、超(chao)聲波(bo)法和(he)動(dong)態(tai)光散(san)射(she)法等。
（1） 刮板(ban)法：把樣(yang)品刮(gua)到壹個平(ping)板(ban)的(de)表面(mian)上(shang)，觀察(cha)粗(cu)糙度，以此來評(ping)價樣(yang)品的(de)粒度是(shi)否合格(ge)。此法是(shi)塗料行(xing)業(ye)采用的(de)壹種(zhong)方法。是(shi)壹個性的粒度測(ce)試(shi)方法。
（2） 沈降(jiang)瓶(ping)法：它的原(yuan)理與(yu)前後講(jiang)的(de)沈(chen)降(jiang)法原(yuan)理大致相同(tong)。測(ce)試(shi)過程是(shi)先(xian)將(jiang)壹量的(de)樣(yang)品與(yu)液(ye)體(ti)在(zai)500ml或1000l的量(liang)筒(tong)裏(li)配制(zhi)成(cheng)懸浮(fu)液，充(chong)分(fen)攪拌(ban)均(jun)勻(yun)後取出壹量（如(ru)20ml）作為(wei)樣(yang)品的(de)重量，然(ran)後根據Stokes律計算好(hao)每(mei)種(zhong)顆粒沈降(jiang)時(shi)間(jian)，在(zai)固(gu)的(de)時(shi)刻(ke)分(fen)別放(fang)出相同(tong)量的(de)懸(xuan)浮(fu)液，來代表該(gai)時(shi)刻(ke)對(dui)應(ying)的(de)粒徑。將(jiang)每(mei)個時(shi)刻(ke)得(de)到(dao)的(de)懸(xuan)浮(fu)液烘(hong)幹(gan)、稱(cheng)重後就以計(ji)算出粒度分(fen)布(bu)了。此法目前在(zai)磨(mo)料和(he)河(he)流(liu)泥沙(sha)等行(xing)業(ye)還(hai)有(you)應用。
（3） 透(tou)氣法：透(tou)氣法也(ye)叫(jiao)弗(fu)氏(shi)法。先將(jiang)樣(yang)品裝(zhuang)到壹個金(jin)屬(shu)管裏(li)並壓實，將(jiang)這個金(jin)屬(shu)管安裝(zhuang)到壹個氣(qi)路(lu)裏(li)形(xing)成(cheng)壹個閉(bi)環氣路(lu)。當(dang)氣路(lu)中的氣(qi)體(ti)流(liu)動時(shi)，氣(qi)體(ti)將(jiang)從(cong)顆(ke)粒的縫隙中穿(chuan)過。如(ru)果(guo)樣(yang)品較(jiao)粗(cu)，顆粒之(zhi)間的(de)縫隙就大，氣體(ti)流邊(bian)所受的阻礙(ai)就小；樣(yang)品較(jiao)細(xi)，顆粒之(zhi)間的(de)縫隙就小，氣(qi)體(ti)流(liu)動所受的阻礙(ai)就大。透(tou)氣法就是(shi)根據這樣(yang)壹個原(yuan)理來測(ce)試(shi)粒度的(de)。這種(zhong)方法只能得(de)到(dao)壹個平(ping)均(jun)粒度值(zhi)，不能測(ce)量粒度分(fen)布(bu)。這種(zhong)方法主要(yao)用在(zai)磁(ci)性材(cai)料行(xing)業(ye)。
（4） 超(chao)聲波(bo)法：通(tong)過不同(tong)粒徑顆(ke)粒對超(chao)聲波(bo)產(chan)生不同(tong)的影(ying)響(xiang)的(de)原(yuan)理來測(ce)量粒度分(fen)布(bu)的壹種(zhong)方法。它以直(zhi)接(jie)測(ce)試(shi)固(gu)液(ye)比(bi)達(da)到(dao)70%的(de)高(gao)濃度漿料。這種(zhong)方法是(shi)壹種(zhong)新的(de)技(ji)術，目前外(wai)都(dou)有(you)人進行(xing)研(yan)究(jiu)，據(ju)說(shuo)國外已(yi)經(jing)有(you)了儀(yi)器(qi)，目前還(hai)沒(mei)有(you)。
（5） 動態光散射(she)法：前面(mian)所講(jiang)的(de)激(ji)光(guang)散射(she)法以理解(jie)為(wei)靜(jing)態(tai)光散射(she)法。當(dang)顆粒小到(dao)壹的程度(du)時(shi)，顆(ke)粒在(zai)液(ye)體(ti)中受布(bu)朗(lang)運(yun)動的影響，呈(cheng)壹種(zhong)隨(sui)機的(de)運(yun)動狀態(tai)，其(qi)運(yun)動距(ju)離與(yu)運(yun)動(dong)速度與(yu)顆(ke)粒的大小有(you)關。通(tong)過相關技(ji)術來識(shi)別這些顆(ke)粒的運(yun)動(dong)狀態(tai)，就(jiu)以得(de)到(dao)粒度分(fen)布(bu)了。動(dong)態光(guang)散(san)射(she)法，主要(yao)用來測(ce)量納(na)米材(cai)料的(de)粒度分(fen)布(bu)。國外(wai)已有(you)現成(cheng)的儀(yi)器(qi)，目前還(hai)沒(mei)有(you)。

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