粉體粒度分析及測(cè)量.ppt

第2章 粉體粒度分析及測(cè)量,目錄,單個(gè)顆粒尺寸的表示方法 顆粒的形狀 粉體的粒度分布 顆粒粒度的測(cè)量,2.1顆粒大小和形狀表征,材料的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì)描述了組成材料的物質(zhì)組態(tài)的基本特性，當(dāng)物質(zhì)被“分割”成為粉體之后，上述三類性質(zhì)則不能全面描述材料的性質(zhì)，必須對(duì)粉體材料的組成單元顆粒，進(jìn)行詳細(xì)描述。顆粒的大小和形狀是粉體材料最重要的物性特性表征量。,2.1.1單個(gè)顆粒尺寸的表示方法 顆粒的大小是粉體諸多物性中最主要的特性值，用其在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸來(lái)表示。顆粒的大小通常用“粒徑”和“粒度”來(lái)表示。 粒徑顆粒的尺寸，習(xí)慣上表示顆粒大小時(shí)用粒徑。 粒度顆粒的大小，表示顆粒大小的分布時(shí)用粒度。,直徑D,直徑D、高度H,？,三軸徑 統(tǒng)計(jì)平均徑 當(dāng)量徑,人為規(guī)定了粒徑的三種表示方法,設(shè)一個(gè)顆粒以最大穩(wěn)定度（重心最低）置于一個(gè)水平上，其正視和俯視投影圖如圖2-1所示。這樣在兩個(gè)投影圖中，就能定義一組描述顆粒大小的幾何量：長(zhǎng)、寬、高，定義規(guī)則如下：,1、三軸徑,高度h：顆粒最低勢(shì)能態(tài)時(shí)垂直投 影像的高度 寬度b：顆粒俯視投影圖中，最小 平行線間的夾距 長(zhǎng)度l：顆粒俯視投影圖中，與寬度 方向垂直的平行線的夾距,圖 2-1 顆粒投影圖,表2-1三軸徑的平均值計(jì)算公式,設(shè)顆粒投影像的周長(zhǎng)和面積分別用L和a表示，顆粒的表面積和體積分別用S和V表示。可以用這些幾何量來(lái)表示顆粒的各種粒度或當(dāng)量經(jīng)。,三軸徑,三軸調(diào)和平均徑的推導(dǎo)： V=lbh S=2lb+2lh+2bh,正方體的比表面積 Sv=6/a，球的比表面積 Sv=6/d,三軸徑,2、統(tǒng)計(jì)平均徑,統(tǒng)計(jì)平均徑是平行于一定方向（用顯微鏡）測(cè)得的顆粒投影像的線度，又稱定向經(jīng)。,S1,S2,定向最大徑,Martin徑,Feret徑,對(duì)于一個(gè)不規(guī)則的顆粒，定向經(jīng)與顆粒的取向有關(guān)，可取其所有方向的平均值；對(duì)取向隨機(jī)的顆粒群，可沿一個(gè)方向測(cè)定。,統(tǒng)計(jì)平均徑,圖 2-2 定向徑,統(tǒng)計(jì)平均徑,圖2-3,3. 當(dāng)量直徑,當(dāng)量直徑是利用測(cè)量某些與顆粒大小有關(guān)的性質(zhì)推導(dǎo)而來(lái)的，并使之與線性量綱有關(guān)。用得最多的是球當(dāng)量徑。,等體積球當(dāng)量徑dV：與顆粒同體積球的直徑,等表面積球當(dāng)量徑dS：與顆粒等表面積球的直徑,等體積比表面積球當(dāng)量徑dSV 或面積體積直徑，與顆粒具有相同的表面積對(duì)體積之比，即具有相同的體積比表面積的球的直徑,等投影面積直徑da 與顆粒投影面積相等的圓的直徑,等周長(zhǎng)圓當(dāng)量徑dL 與顆粒投影外形周長(zhǎng)相等的圓的直徑,當(dāng)量直徑,表2-2 顆粒當(dāng)量直徑的定義,顆粒的形狀與物性之間存在著密切的聯(lián)系，它對(duì)顆粒群的許多性質(zhì)產(chǎn)生影響，如，粉體的比表面積、流動(dòng)性、填充性、表面現(xiàn)象、化學(xué)活性、涂料的覆蓋能力、流體通過(guò)粉體層的透過(guò)阻力，以及顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng)阻力等。 在工程中根據(jù)不同的使用目的，對(duì)顆粒形狀有著不同的要求，例如，用作砂輪的研磨料：有好的填充結(jié)構(gòu)，故選有棱角；鑄造用砂：強(qiáng)度高、孔隙率大以便排氣，故以球形顆粒為宜；混凝土集料：強(qiáng)度高、緊密的填充結(jié)構(gòu)，故碎石以正多面體為理想形狀。,2.1.2顆粒的形狀,1. 顆粒的形狀系數(shù),人們常常用某些量的數(shù)值來(lái)表示顆粒的形狀，這些量可統(tǒng)稱為形狀因子。這些形狀因子反應(yīng)著顆粒的體積、表面積乃至在一定方向上的投影面積與某種規(guī)定的粒徑dj的相應(yīng)次方的關(guān)系，這些次方的比例關(guān)系又常稱為形狀系數(shù)。,（1）表面積形狀系數(shù)：與某種粒徑dj相聯(lián)系的表面積形狀系數(shù)s,j,與的差別表示顆粒形狀對(duì)于球形的偏離,（2）體積形狀系數(shù)：與某種粒徑dj相聯(lián)系的體 積形狀系數(shù),與 的差別表示顆粒形狀對(duì)于球形的偏離。,顆粒的形狀系數(shù),（3）比表面積形狀系數(shù) 設(shè) Sv為單位體積顆粒的表面積，則,sv,j 稱為比表面積形狀系數(shù)，sv,j與6的差別表征顆粒形狀對(duì)于球形的偏離。 對(duì)于球sv,j=6，如以比表面當(dāng)量徑dsv代入，得,顆粒的形狀系數(shù),表2-3 一些規(guī)則幾何體的形狀因子,顆粒的形狀系數(shù),1、球形度（或卡門(mén)形狀系數(shù)）,定義：一個(gè)與待測(cè)顆粒體積相等的球形顆粒的表面積與該顆粒的表面積之比。,顆粒的形狀系數(shù),2.2.2 顆粒的形狀指數(shù),形狀指數(shù)與形狀系數(shù)不同，它與具體物理現(xiàn)象無(wú)關(guān)，用各種數(shù)學(xué)式來(lái)表達(dá)顆粒外形本身。,可以看出： 1. ； 2. 顆粒為球形時(shí)， =1，達(dá)最大值。,顆粒的形狀系數(shù),表2- 4 一些規(guī)則形狀體的球形度,對(duì)于形狀不規(guī)則的顆粒，當(dāng)測(cè)定其表面積困難時(shí)，可采用實(shí)用球形度,2、扁平度和伸長(zhǎng)度,3、丘奇（Church）形狀因子,圓形度定義了顆粒的投影與圓的接近程度。,4、圓形度,5、表面粗糙度,2.2 粉體的特性表征, 粒度分布 粉體的平均粒徑 粒度分布函數(shù),1、粒度分布,顆粒群：指含有許多顆粒的粉體或分散體系中的分散相。 顆粒粒度都相等或近似相等，稱為單粒度或單分散的體系。 實(shí)際顆粒群所含顆粒的粒度大都有一個(gè)分布范圍，常稱為多粒度的、多譜的或多分散的體系。 顆粒分布范圍越窄，其分布的分散程度就越小，集中度也越高。,粒度的頻率分布,在粉體樣品中，某一粒度大小(用Dp表示)或某一粒度大小范圍內(nèi)(用Dp)的顆粒(與之相對(duì)應(yīng)的顆粒個(gè)數(shù)為np)在樣品中出現(xiàn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)()，即為頻率或頻度，用f(Dp)或f(Dp)表示。樣品中的顆?？倲?shù)用N表示，這樣有如下關(guān)系：,這種頻率與顆粒大小的關(guān)系，稱為頻率或頻度分布。,粒度分布,或者,表2-5 顆粒大小的分布數(shù)據(jù),最?。?.5 最大：12.2,頻率分布曲線與橫坐標(biāo)軸圍成的面積為：,累積分布 把顆粒大小的頻率分布按一定方式累積，便得到相應(yīng)的累積分布。一般有兩種累積方式，一是按粒徑從小到大進(jìn)行累積，稱為篩下累積(用“-”號(hào)表示)；另一種是從大到小進(jìn)行累積，稱為篩上累積(用“+”號(hào)表示)。篩下累積分布常用D(DP)表示；篩上累積分布常用R(DP)表示。,累積分布,累積分布,篩上分布與篩下分布存在著如下的關(guān)系：,累積分布,頻率分布和累積分布的關(guān)系 頻率分布稱為顆粒粒度分布微分函數(shù)，而累積分布稱為顆粒粒度分布積分函數(shù)。,累積分布,在粉體粒度的測(cè)定中，采用各式各樣的平均粒徑，來(lái)定量地表達(dá)顆粒群（多分散體）的粒度大小。設(shè) 顆粒群的粒徑分別為d1、d2、d3、dn; 相對(duì)應(yīng)的顆粒個(gè)數(shù)為n1、n2、n3nn； 相應(yīng)的顆粒質(zhì)量為w1、w2、w3.wn。,2、平均粒徑,平均粒徑定義： 設(shè)顆粒群是由粒徑d1、d2、d3組合而成的集合體，其物理特性f(d)可由各粒徑函數(shù)的加成表示： 式中： f(d)稱為定義函數(shù) 若將粒徑不同的顆粒群想象成由直徑 D 組成的均一球形顆粒，那么其物理特性可表示為,上式為平均粒徑的基本式，D表示平均粒徑,平均粒徑,粉末是由粒徑d1、d2、d3、dn ，相對(duì)應(yīng)的顆粒個(gè)數(shù)為n1、n2、n3nn，試由上述性質(zhì)推導(dǎo)平均粒徑。 若將粒徑不同的顆粒群想象成由直徑 D 組成的均一球形顆粒，則,以個(gè)數(shù)為基準(zhǔn)的平均徑可歸納如下： 以質(zhì)量（體積）為基準(zhǔn)的平均徑表達(dá)如下：,平均粒徑,在實(shí)際應(yīng)用中，常用兩個(gè)系列的平均徑，以個(gè)數(shù)為基準(zhǔn)加以說(shuō)明： （一）,Dnl個(gè)數(shù)長(zhǎng)度平均徑，簡(jiǎn)稱平均徑； Dns個(gè)數(shù)表面積平均徑，簡(jiǎn)稱表面積平均徑； Dnv個(gè)數(shù)體積平均徑，簡(jiǎn)稱體積平均徑。,平均粒徑,以上平均徑的共同特征：以顆粒群的個(gè)數(shù)去均分粒度之和、總表面或總體積所得的平均徑。 Dnv Dns Dnl，當(dāng)所有顆粒粒度相等時(shí)，等式成立。,（二）,平均粒徑,Dnl個(gè)數(shù)長(zhǎng)度平均徑； Dls長(zhǎng)度表面積平均徑； Dsv 表面積體積平均徑，又稱Sauter平均徑； DvM體積四次矩平均徑。,以上四個(gè)平均徑的共同特征是 ，它們分別是以各粒級(jí)中顆粒個(gè)數(shù)、粒度之和、表面積和體積為權(quán)，對(duì)d進(jìn)行平均得到的，因此分別是個(gè)數(shù)分布、長(zhǎng)度分布、表面積分布和體積（質(zhì)量）分布的平均徑。,體積（質(zhì)量）平均徑,表征粒度分布的特征參數(shù) 中位粒徑D50：把樣品的個(gè)數(shù)（或質(zhì)量）分成相等兩部分的顆粒粒徑。,最頻粒徑(Dm0) ：在顆粒群中個(gè)數(shù)或質(zhì)量出現(xiàn)概率最大的顆 粒粒徑。 標(biāo)準(zhǔn)偏差：表示粒度頻率分布離散程度的參數(shù)，其值越小， 說(shuō)明分布越集中，曲線越瘦（越窄）。 為標(biāo)準(zhǔn)偏差， g為幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差。,正態(tài)分布：正態(tài)分布的分布函數(shù)f(Dp)可用下述數(shù)學(xué)式表示：,3、粒度分布函數(shù),正態(tài)分布的頻率分布曲線為：,圖2-7,符合累積正態(tài)分布的粉體在正態(tài)概率紙上呈一直線。先按與粒度Dp成正比的值對(duì)坐標(biāo)均勻刻度，再用上式積分所得的正態(tài)概率累積百分?jǐn)?shù)表示。,圖2-8, 對(duì)數(shù)正態(tài)分布:,對(duì)數(shù)正態(tài)分布的頻率分布曲線為：,平均粒徑的計(jì)算,用對(duì)數(shù)正態(tài)分布，可求平均粒徑的計(jì)算式。以個(gè)數(shù)長(zhǎng)度平均徑為例計(jì)算如下：,比表面積計(jì)算,質(zhì)量比表面積：比表面積可用比表面積體積平均徑Dsv計(jì)算 單位質(zhì)量顆粒個(gè)數(shù) 個(gè)數(shù)與質(zhì)量?jī)煞N基準(zhǔn)分布的相互交換關(guān)系為：當(dāng)粒徑分布為對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，下式成立,平均顆粒的表面積,平均顆粒的體積,【例題2-1】 表2-9是根據(jù)馬鈴薯淀粉的光學(xué)顯微鏡照片測(cè)定的Feret徑的匯總表，試用這些數(shù)據(jù)在對(duì)數(shù)概率紙上作圖，并求D50和g的值，計(jì)算出表2-8中的平均粒徑和每千克樣品中含有的顆粒個(gè)數(shù)n和比表面積SW、(設(shè)顆粒為球形，已知馬鈴薯淀粉的密度為1400kg/m3）。,解:如圖2-11所示作圖，從圖中可查出D50和D15.87，即可計(jì)算出g 和lng 。由D50可計(jì)算出D50，將以個(gè)數(shù)為基準(zhǔn)的直線平移到D50處，即得以質(zhì)量為基準(zhǔn)的累計(jì)分布直線。同時(shí)還可計(jì)算出上述的9個(gè)平均粒徑和每千克樣品中含有的顆粒個(gè)數(shù)n和比表面積SW。,2-11,平均粒徑,表2-10,羅辛拉姆勒（Rosin-Rammler）分布 累積篩上分布函數(shù)表達(dá)式為：,其頻率分布為：, 累計(jì)篩余百分?jǐn)?shù)；, 特征粒徑，表示累積篩余為36.8%時(shí)的粒徑； n 均勻性系數(shù)，表示粒度分布范圍的寬窄程度， n值越小，粒度分布范圍越寬。,當(dāng)n=1，Dp=De時(shí)，則 De為R(Dp)36.8%時(shí)的粒徑。,將式 的倒數(shù)取兩次對(duì)數(shù)得,以lgDp為橫坐標(biāo)，以 為縱坐標(biāo)作圖呈一直線，此圖為Rosin-Rammler圖。在此圖上作某一粉體的累積分布時(shí)，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)呈一直線，則說(shuō)明這一粉體符合R-R分布，該直線的斜率即為n值，由R(Dp)36.8%可求得De，將這一直線平移過(guò)P極，可在圖上查出n與SVDe的值。,SVDe,圖2-12 Rosin-Rammler圖,例題2-2：用沖擊磨粉碎啤酒瓶，試料全部通過(guò)3.36mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，用標(biāo)準(zhǔn)篩測(cè)定粒度的結(jié)果見(jiàn)表2-11，用這些數(shù)值在R-R圖上作圖，并求De、n值，寫(xiě)出R-R分布式。如果取啤酒瓶的密度=2600kg/m3，計(jì)算其質(zhì)量比表面積Sw。 解：取mm為粒徑單位，由表2-11中的數(shù)據(jù)在R-R圖上作圖，如圖2-13所示，由圖中查得De=1.9mm，n=1.1，SVDe=28.17。,表2-11,圖2-13 例題2-2的R-R線圖的圖解,SVDe=28.17,De=1.9mm n=1.1 SVDe=28.17,質(zhì)量比表面積為：,由此得到分布式為：,1篩分析法,篩分是讓粉體通過(guò)一系列不同篩孔的標(biāo)準(zhǔn)篩，將其分離成若干個(gè)粒級(jí)，再分別測(cè)量，求得以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的粒度分布。,粒度測(cè)量方法,套篩,圖2-14,粒度測(cè)量方法,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)篩制：Tyler(泰勒)標(biāo)準(zhǔn) 目數(shù)m：為篩網(wǎng)上1英（25.4mm）寸長(zhǎng)度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù),如：200目的篩，網(wǎng)絲直徑為0.053mm，篩孔尺寸為0.074mm。,圖2-15 篩網(wǎng)尺寸,標(biāo)準(zhǔn)篩系列： 32 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200 270 325 400 其中最細(xì)的是400目，孔徑是38m。,（40m 100mm），微孔篩（可至5m，甚至更?。?篩分的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 統(tǒng)計(jì)量大, 代表性強(qiáng) 便宜 原理簡(jiǎn)單、直觀，操作方便，易于實(shí)現(xiàn),缺點(diǎn) 下限38微米； 人為因素影響大； 重復(fù)性差； 篩分過(guò)程振動(dòng)強(qiáng)烈，某些顆粒極易破損，影響粒度分布； 速度慢。,粒度測(cè)量方法,基本工作原理：將顯微鏡放大后的顆粒圖像通過(guò)CCD攝像頭和圖形采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些圖像進(jìn)行邊緣識(shí)別等處理，計(jì)算出每個(gè)顆粒的投影的各種粒徑，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。,2顯微鏡法,粒度測(cè)量方法,光學(xué)顯微鏡 ：分辨率：0.2m， 用于0.2200m 顆粒的測(cè)量。 透射電子顯微鏡： 分辨率可達(dá)0.30.5nm， 測(cè)量范圍：0.0015m 掃描電子顯微鏡 ： 分辨率可達(dá)3.0nm， 測(cè)量范圍： 0.00550m。 顯微鏡測(cè)量的樣品量極少，取樣和制樣時(shí)，保證樣品有充分的代表性和良好的分散性。,光學(xué)顯微鏡的分辨能力，可以從下式判斷：,式中，D可看成能分辨的最小顆粒尺寸。,粒度測(cè)量方法,A 樣品制備 四分法取樣： 將0.5克左右的顆粒物質(zhì)放在玻璃板上，用小勺充分混合，分割成四塊，取其中兩塊混合，再分割為四塊，再取出兩塊，以此做下去，直到剩余顆粒的重量約0.01克為止。 制樣： 取分割好的樣品置于玻璃片上，滴加分散介質(zhì)，用玻璃片搓動(dòng)，當(dāng)分散介質(zhì)完全揮發(fā)后，即可觀測(cè)。,粒度測(cè)量方法,B 粒度測(cè)量 顯微鏡法測(cè)量的是顆粒的表觀粒度，即顆粒的投影尺寸。 對(duì)稱性好的球狀顆粒（如霧化粉）或立方體顆?？芍苯影撮L(zhǎng)度計(jì)量； 對(duì)于非球狀的不規(guī)則顆粒，這種直接計(jì)量是不可能的，顆粒的“尺寸”必須考慮到顆粒形狀，有不同的表示方法。圖2-16是顯微鏡法常用的2種顆?！俺叽纭钡谋硎痉椒?。,顯微鏡法,顯微鏡法,目鏡中插入目鏡測(cè)微尺，其上刻有一定標(biāo)尺或不同大小直徑圓的刻度片。,粒度測(cè)量方法,圖2-17,顯微鏡方法的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 可直接觀察粒子形狀 可直接觀察粒子團(tuán)聚 光學(xué)顯微鏡便宜,缺點(diǎn) 代表性差 重復(fù)性差 測(cè)量投影面積直徑 速度慢,顯微鏡法,當(dāng)光線通過(guò)不均勻介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生偏離其直線傳播方向的散射現(xiàn)象，散射光形式中包含有散射體大小、形狀、結(jié)構(gòu)以及成分、組成和濃度等信息。因此，利用光散射技術(shù)可以測(cè)量顆粒群的濃度分布與折射率大小，還可以測(cè)量顆粒群的尺寸分布。,激光粒度儀的原理,激光法,3. 激光法,激光法粒度儀應(yīng)用的理論： 夫瑯霍夫(Fraunhofer)衍射理論：顆粒直徑遠(yuǎn)大于入射波長(zhǎng)（即用于幾個(gè)微米至幾百微米），或?qū)σ恍┹^小的不透明的或相對(duì)于懸浮介質(zhì)有一個(gè)較高的折射率的顆粒的測(cè)量。 米氏(Mie)散射理論：幾個(gè)微米以下的測(cè)量。,光的衍射是光波在傳播過(guò)程中遇到障礙物后，偏離其原來(lái)的傳播方向彎入障礙物的幾何影區(qū)內(nèi)，并在障礙物后的觀察屏上呈現(xiàn)光強(qiáng)分布的不均勻現(xiàn)象（不存在顆粒時(shí)，在衍射場(chǎng)中得到一集中光斑，存在時(shí)，衍射圖樣由中心的亮斑和由中心向外一圈一圈越來(lái)越弱的亮環(huán)組成）。光源和觀察屏距離衍射物都相當(dāng)于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的衍射即Fraunhofer 衍射，其衍射場(chǎng)可在透鏡的后焦面上觀察到。,激光法,Fraunhofer 衍射,光束遇到顆粒阻擋發(fā)生散射現(xiàn)象，散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個(gè)夾角，角的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的角就越?。活w粒越小，產(chǎn)生的散射光的角就越大。即小角度()的散射光是有大顆粒引起的；大角度(1)的散射光是由小顆粒引起的，如圖2所示。進(jìn)一步研究表明，散射光的強(qiáng)度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，測(cè)量不同角度上的散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。,米氏散射理論,激光法,激光法,激光衍射 0.05500m X光小角衍射 0.0020.1m,激光法,性能特點(diǎn),測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大，激光粒度可以超過(guò)1：1000； 測(cè)量速度快（需1min）； 重復(fù)性好，重復(fù)精度很高，達(dá)1%以內(nèi)； 操作方便，不受環(huán)境溫度影響（相對(duì)于沉降儀），不存在堵孔問(wèn)題（相對(duì)庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器）； 分辨率較低，不宜測(cè)粒度分布過(guò)窄的樣品的寬度，如磨料微粉； 對(duì)于幾微米的試樣，誤差較大。,激光法,消光法：通過(guò)測(cè)量經(jīng)顆粒群散射和吸收后，光強(qiáng)度在入射方向上的衰減來(lái)確定粒度。 如圖2-21所示來(lái)自光源S，波長(zhǎng)為，強(qiáng)度是I0的單色光，經(jīng)聚光透鏡L1、光闌B1和準(zhǔn)直透鏡L2成為一束平行光，穿過(guò)在氣體或液體中分散的顆粒群，再經(jīng)透鏡L3和光闌B2最后被光電探測(cè)器接收。,4. 消光法,激光法,圖2-21,根據(jù)Lalnbert一Beer定律,或消光度(光密度),式中，I為透光強(qiáng)度;I。為空白透光強(qiáng)度;l為光束通過(guò)樣品的區(qū)域厚度；n為顆粒個(gè)數(shù);a為顆粒的迎光面積；k為顆粒的消光系數(shù)，它與顆粒相對(duì)于介質(zhì)的折射率m和尺寸參數(shù)a有關(guān).,對(duì)于粒度相等直徑為D的球形顆粒，若濃度(單位體積中的顆?？傊?為C，則上式可寫(xiě)成,激光法,快速、通過(guò)光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)測(cè)量容易； 數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化； 粒度測(cè)量范圍很廣，約為2 nm2 mm。,光散射法和消光法粒度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：,激光法,由于為非接觸測(cè)量，故特別適合于對(duì)氣溶膠作在線測(cè)量。如云霧水滴、燃料噴射中的液滴或煤粉、大氣粉塵、潔凈室中的塵粒。 也適用于液中分散系，例如檢測(cè)凈化水、乳化燃料中的顆粒。 若測(cè)試對(duì)象為粉末，則需制備成分散良好的以液體或氣體為介質(zhì)的分散體系。,應(yīng) 用,激光法,5. 電傳感法,電傳感法原理： 電傳感法是將被測(cè)顆粒分散在導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液中。在該導(dǎo)電液中置一開(kāi)有小孔的隔板，并將兩個(gè)電極分別于小孔兩側(cè)插入導(dǎo)電液中。在壓差作用下，顆粒隨導(dǎo)電液逐個(gè)地通過(guò)小孔。每個(gè)顆粒通過(guò)小孔時(shí)產(chǎn)生的電阻變化表現(xiàn)為電壓脈沖，這個(gè)電壓脈沖與顆粒體積或直徑成正比，如圖1.28所示。,電傳感法,圖2-22,對(duì)于球形顆粒懸浮液的電阻變化R可寫(xiě)成 如下關(guān)系式,式中L為液體電阻率；A為小孔截面積，V為顆粒體積；K是與1相差不大的系數(shù)；f(d/D0)是一個(gè)收斂級(jí)數(shù)的展開(kāi)式。當(dāng)d/D0足夠小即粒徑與孔道直徑足夠小， f(d/D0)趨于1。因此，對(duì)于球形顆粒來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為 與顆粒體積即d3成正比。,電傳感法,儀器對(duì)脈沖按其大小歸檔(顆粒體積或粒度的間隔)，進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此可以給出顆粒體積或粒度(體積直徑)的個(gè)數(shù)分布。同時(shí)，也可給出單位體積導(dǎo)電液中的總粒數(shù)和各檔大小的粒數(shù)。,電傳感法,庫(kù)倫特計(jì)數(shù)器特點(diǎn),通常測(cè)量范圍約為0.51000m。 測(cè)量快速，每分鐘可計(jì)數(shù)數(shù)萬(wàn)個(gè)顆粒，需樣少，再現(xiàn)性較好。 應(yīng)用于血球的計(jì)數(shù)、固體顆粒以及乳狀液中液滴等粒度測(cè)量，,電傳感法,6.沉降法,沉降法粒度測(cè)試技術(shù)是指通過(guò)顆粒在液體中沉降速度來(lái)測(cè)量粒度分布的儀器和方法。主要分重力沉降式和離心沉降式光透沉降粒度儀。 沉降原理：在具有一定粘度的粉末懸濁液內(nèi)，液體中的顆粒在重力或離心力等的作用下開(kāi)始沉降，顆粒的沉降速度與顆粒的大小有關(guān)，大顆粒的沉降速度快，小顆粒的沉降速度慢，根據(jù)顆粒的沉降速度不同來(lái)測(cè)量顆粒的大小和粒度分布。,沉降法,固體顆粒在流體介質(zhì)中，因重力作用而沉降，顆粒的沉降符合斯托克斯（Stokes）沉降原理。,球形顆粒沉降時(shí)的重力為：,流體的黏滯阻力為：,Stokes阻力公式,沉降法,重力沉降原理,當(dāng)G=F時(shí)，,若以直徑d表示（d=2r）：,Stokes沉降公式,沉降法,Stokes定律表達(dá)了在層流條件沉降速度與粒徑的關(guān)系，適用于雷諾數(shù)很小的流動(dòng)狀態(tài)（Re2）。,同一物料在同一流體介質(zhì)中沉降時(shí)，若顆粒大小不等，則其沉降速度也不相等。,沉降法,離心沉降原理,最終沉降速度與顆粒直徑的關(guān)系式：,式中， ：離心機(jī)轉(zhuǎn)速（以每秒弧度）。,離心沉降法可以加快細(xì)顆粒的沉降速度，從而縮短測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量精度。,沉降法,根據(jù)測(cè)試方式的不同，沉降法又可分為比重計(jì)沉降法和光透沉降法。 （1）比重計(jì)沉降法,在層流區(qū)中,當(dāng)顆粒達(dá)到最大速度時(shí)，設(shè)沉降時(shí)間為T(mén) ,沉降距離為L(zhǎng) ,則有L= V max T ,代入Stokes沉降公式 ，則:,由比重計(jì)在T 時(shí)刻的讀數(shù)即可查得比重計(jì)浮泡形心位置距懸浮液表面的距離，即為顆粒的有效沉降距離L 。用上式 可計(jì)算出粒徑D。同時(shí)從比重計(jì)讀數(shù)所表示的單位體積懸浮液中粒徑小于和等于D 的顆粒重量，可計(jì)算出小于和等于粒徑D 的重量百分比。,該方法是利用光透沉降粒度儀來(lái)測(cè)定顆粒尺寸 和粒度分布。該儀器是在Stokes 定律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Beer 定律測(cè)定某一沉降時(shí)刻透過(guò)懸浮液光強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)粒徑和該顆粒數(shù)的關(guān)系，最后求出分布曲線。,(2) 光透沉降法,光透沉降法又稱濁度沉降法或消光沉降法,入射光I0 透射光I，II0 入射光的衰減程度或消光值I/I0與顆粒的大小和濃度有關(guān),測(cè)定消光值隨時(shí)間的變化， 即可從中求得試樣的粒徑分布。,圖2-24光透沉降法原理示意圖,D,D,C,C,B,B,A,A,固定在DD處測(cè)光強(qiáng)隨時(shí)間的變化； 經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，同時(shí)測(cè)量圖2-24中四處光強(qiáng)的變化,以DD處測(cè)量光強(qiáng)為例。設(shè)沉降開(kāi)始時(shí)，粉末懸浮液處于均勻狀態(tài)。沉降初期，光束所處平面顆粒動(dòng)態(tài)平衡，即離開(kāi)該平面的顆粒數(shù)與上層沉降到此的顆粒數(shù)相同。當(dāng)懸濁液中存在的最大顆粒平面穿過(guò)光束平面后，該平面上不再有相同大小的顆粒來(lái)代替，這個(gè)平面的濃度也開(kāi)始隨之減少。因此在t時(shí)刻高度h的DD處只含有小于斯托克斯直徑的顆粒。,光透過(guò)量和粒徑的關(guān)系符合朗玻比爾定律：,K0：常數(shù)；c：懸濁液的顆粒濃度 ki：吸光系數(shù)； ni：粒徑為di的顆粒個(gè)數(shù); I0：入射光強(qiáng); Ii：透過(guò)懸浮液光強(qiáng); ：形狀系數(shù)。,隨著時(shí)間的推移，從大顆粒開(kāi)始按Dn, Dn-1， ，D1依次從該處消失。在Dn， Dn-1, ，D1分別消失時(shí)刻對(duì)應(yīng)的透過(guò)光量為In-1,In-2, ,I0,當(dāng)粒徑Dn完全消失時(shí),這就是按平均粒徑所表示的體積分布或質(zhì)量分布。,7. 透氣法,根據(jù)透過(guò)介質(zhì)的不同，分為氣體透過(guò)法和液體透過(guò)法，后者適用于粗粉末或空隙比較大的多孔性固體，在粉體測(cè)定中很少用。 氣體透過(guò)法是測(cè)定氣體透過(guò)粉末層的透過(guò)率來(lái)計(jì)算粉末比表面積或平均粒徑的，測(cè)定的粒徑是一種當(dāng)量經(jīng)，即比表面平均徑。,透過(guò)原理：流體透過(guò)粉末床的透過(guò)率或所受的阻力與粉末的粗細(xì)或比表面的大小有關(guān)。當(dāng)氣路中的氣體流動(dòng)時(shí)，氣體將從顆粒的縫隙中穿過(guò)。粉體越細(xì)，表面積越大，對(duì)流體的阻力也越大，使單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的流體量越小。即當(dāng)粉體床的孔隙度不變時(shí)，流體通過(guò)粗粉末比通過(guò)細(xì)粉末的流速大。透過(guò)率或流速容易測(cè)量，只要找出它們與粉末比表面的定量關(guān)系，便可知道粉末的比表面。,上式為柯青卡門(mén)方程。適用于常壓液體或氣體透過(guò)粗顆粒粉體床。,透過(guò)法測(cè)量比表面積的基本公式,上式中A和P在實(shí)驗(yàn)中不變，L由粉體層孔隙度決定，當(dāng)孔隙度不變時(shí)，僅有P和P-P變化。,平均徑的計(jì)算公式為：,空氣透過(guò)法,圖2-25,透過(guò)法的特點(diǎn),取樣較多，有代表性，結(jié)果的重現(xiàn)性好； 反映的是粉末的外比表面，代表單顆?；蛴蓡蝹€(gè)顆粒聚合的二次顆粒的粒徑 與BET法聯(lián)合使用，能判斷粉末的聚集程度、決定二次顆粒中一次顆粒的數(shù)量。,基本原理 固體與氣體接觸時(shí)，氣體分子碰撞固體并可在固體表面停留一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為吸附。 固體為吸附劑，氣體為吸附質(zhì)。 根據(jù)固體表面的吸附力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。,8. 氣體吸附法,圖2-