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激光粒度儀測量數據與篩分測量數據差異問題淺析
2015年02月02日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:5632
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      粒度分布的測量方法有很多種,如:篩分法、沉降法、圖像法、激光散射法粒、庫爾特法等。在實驗室的應用中,篩分法和激光散射法是比較常用的兩種粒徑測量手段。但是一直以來,這兩種方法測量的可比性存在較多問題。

激光粒度儀工作原理圖

       1、篩分法原理及優缺點


       篩分法是顆粒粒徑測量中最為通用也最為直觀的方法。 篩分的實現非常簡單: 根據不同的需要, 選擇一系列不同篩孔直徑的標準篩, 按照孔徑從小到大依次摞起。然后固定在振篩機上,選擇適當的模式及時長,自動振動即可實現篩分; 篩分完成后,通過稱重的方式記錄下每層標準篩中得到的顆粒質量,并由此求得以質量分數表示的顆粒粒度分布。篩分法的優點是原理簡單、直觀,操作方便,易于實現,這也是其獲得廣泛應用的重要原因。缺點:篩分法因為粒徑段的劃分受限于篩層數, 所以對粒徑分布的測量略顯粗糙,在一定程度上影響了結果的精度。另外,篩分的過程中因為振動強烈, 一些顆粒種類可能極易破損,從而破壞了粒徑分布,影響了測量結果。某些顆粒相互吸附的作用較強, 在篩分中經常出現聚合成團的現象,這也影響了篩分結果的準確性。


       2、激光散射法原理及優缺點


       隨著工業中對粒度分布測量精度要求的提高, 激光粒度儀的應用也日益廣泛。激光粒度儀測量方法的理論依據是Fraunhofer 衍射理論和米氏光散射理論。 光照射顆粒時, 衍射和散射的情況跟光的波長及顆粒的大小有關, 顆粒大時,激光散射角度小,顆粒小時,激光散射角度大。激光束發生衍射和散射, 從而產生光強的空間分布變化, 光信號被光電探測器器接收并轉化為電信號,進而經過復雜的程序計算得出顆粒粒徑分布。激光粒度儀測量方法具有以下優點:測量粒徑范圍大、分辨率高、檢測速度快、重復性好。整個操作過程一般都可以 在 3-5 分鐘之內完成。輸出結果是連續的粒徑分布數據,各種數據非常全面詳盡。


       缺點: 激光粒度儀需要知道粉體樣品的折射率、吸收率等物性參數。但對于科研以及生產實際過程中,獲得粉體樣品的準確折射率等參數并不容易,很多粉體樣品還是混合物,這個問題影響粒度測量結果的可靠性。另外,不規則顆粒的截面積平均起來要大于相同體積的球體。因而激光粒度儀測定的不規則顆粒的直徑比相同體積的球形顆粒要大。


       3、兩種測量方法差異原因淺析


       現實應用中篩分法和激光散射法測量結果常常存在巨大差異,這個問題源自兩種測量手段原理的不同。在篩分法的操作中,顆粒能否準確地區分在預定的粒徑段內,受到多方面因 素的影響,如:顆粒水分含量、荷電狀況等。對于較細的顆粒, 樣品中水分的存在極易造成顆粒的團聚,從而導致小粒徑顆粒留在大網格篩子,造成結果的偏差; 顆粒如果在摩擦中 產生荷電,也會造成凝聚成團的情況,影響結果的準確性; 如果使用不當,網格大小很容易 被改變,由此造成的測量偏差是顯而易見的; 篩網的清潔程度同樣不可忽視。一些極細并且易于吸附的顆粒很容易粘連在篩網上,使得篩網的有效孔徑小于標稱值,從而造成測量偏差。對于微細的顆粒,比如20μm以下,因其本身質量較小,下落通過篩網的力量不足; 微細顆粒因潮濕或荷電產生的聚團現象更加嚴重,更加造成預期的顆粒不能通過篩網。篩網和顆粒這兩種因素的綜合作用 ,使得篩分法對于小顆粒的區分能力大大降低, 篩分的結果也往往并不可靠。


        激光散射方和篩分法對測量顆粒粒徑的等效原理不同。激光散射法受顆粒形貌影響較大,在顆粒球形度較差時,兩種測量手段不具有可比性。激光粒度儀需獲得粉體樣品的準確折射率等參數,這個缺點也制約著它提高測量精度和準確性。篩分法對微細顆粒的區分能力較差,但用于大顆粒時較為準確,且篩分結果意義明確,具有很好的實際指導意義。激光粒度儀測量原理和分散效果較好的進樣方式決定了它在測量超細粉體(特別是10微米以下顆粒)時具有明顯優勢。


       總體而言,激光粒度儀測量原理更加先進,量程大操作便捷。在粉體行業在快速向超細粉、納米粉前進的今天,激光粒度儀的廣泛應用將是必然趨勢。但是篩分法在一些特定領域依然有其發揮特長的空間。例如在粉體分布較粗的行業、非常關系極限大顆粒情況的行業、對粒度分布精度要求并不特別嚴格的行業,篩分法能夠作為一種簡單有效的粒度分布檢測方法繼續發揮其重要作用。

(粉體圈  作者:終吉)

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