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激光粒度仪测量数据与筛分测量数据差异问题浅析
2015年02月02日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:5475
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      粒度分布的测量方法有很多种,如:筛分法、沉降法、图像法、激光散射法粒、库尔特法等。在实验室的应用中,筛分法和激光散射法是比较常用的两种粒径测量手段。但是一直以来,这两种方法测量的可比性存在较多问题。

激光粒度仪工作原理图

       1、筛分法原理及优缺点


       筛分法是颗粒粒径测量中最为通用也最为直观的方法。 筛分的实现非常简单: 根据不同的需要, 选择一系列不同筛孔直径的标准筛, 按照孔径从小到大依次摞起。然后固定在振筛机上,选择适当的模式及时长,自动振动即可实现筛分; 筛分完成后,通过称重的方式记录下每层标准筛中得到的颗粒质量,并由此求得以质量分数表示的颗粒粒度分布。筛分法的优点是原理简单、直观,操作方便,易于实现,这也是其获得广泛应用的重要原因。缺点:筛分法因为粒径段的划分受限于筛层数, 所以对粒径分布的测量略显粗糙,在一定程度上影响了结果的精度。另外,筛分的过程中因为振动强烈, 一些颗粒种类可能极易破损,从而破坏了粒径分布,影响了测量结果。某些颗粒相互吸附的作用较强, 在筛分中经常出现聚合成团的现象,这也影响了筛分结果的准确性。


       2、激光散射法原理及优缺点


       随着工业中对粒度分布测量精度要求的提高, 激光粒度仪的应用也日益广泛。激光粒度仪测量方法的理论依据是Fraunhofer 衍射理论和米氏光散射理论。 光照射颗粒时, 衍射和散射的情况跟光的波长及颗粒的大小有关, 颗粒大时,激光散射角度小,颗粒小时,激光散射角度大。激光束发生衍射和散射, 从而产生光强的空间分布变化, 光信号被光电探测器器接收并转化为电信号,进而经过复杂的程序计算得出颗粒粒径分布。激光粒度仪测量方法具有以下优点:测量粒径范围大、分辨率高、检测速度快、重复性好。整个操作过程一般都可以 在 3-5 分钟之内完成。输出结果是连续的粒径分布数据,各种数据非常全面详尽。


       缺点: 激光粒度仪需要知道粉体样品的折射率、吸收率等物性参数。但对于科研以及生产实际过程中,获得粉体样品的准确折射率等参数并不容易,很多粉体样品还是混合物,这个问题影响粒度测量结果的可靠性。另外,不规则颗粒的截面积平均起来要大于相同体积的球体。因而激光粒度仪测定的不规则颗粒的直径比相同体积的球形颗粒要大。


       3、两种测量方法差异原因浅析


       现实应用中筛分法和激光散射法测量结果常常存在巨大差异,这个问题源自两种测量手段原理的不同。在筛分法的操作中,颗粒能否准确地区分在预定的粒径段内,受到多方面因 素的影响,如:颗粒水分含量、荷电状况等。对于较细的颗粒, 样品中水分的存在极易造成颗粒的团聚,从而导致小粒径颗粒留在大网格筛子,造成结果的偏差; 颗粒如果在摩擦中 产生荷电,也会造成凝聚成团的情况,影响结果的准确性; 如果使用不当,网格大小很容易 被改变,由此造成的测量偏差是显而易见的; 筛网的清洁程度同样不可忽视。一些极细并且易于吸附的颗粒很容易粘连在筛网上,使得筛网的有效孔径小于标称值,从而造成测量偏差。对于微细的颗粒,比如20μm以下,因其本身质量较小,下落通过筛网的力量不足; 微细颗粒因潮湿或荷电产生的聚团现象更加严重,更加造成预期的颗粒不能通过筛网。筛网和颗粒这两种因素的综合作用 ,使得筛分法对于小颗粒的区分能力大大降低, 筛分的结果也往往并不可靠。


        激光散射方和筛分法对测量颗粒粒径的等效原理不同。激光散射法受颗粒形貌影响较大,在颗粒球形度较差时,两种测量手段不具有可比性。激光粒度仪需获得粉体样品的准确折射率等参数,这个缺点也制约着它提高测量精度和准确性。筛分法对微细颗粒的区分能力较差,但用于大颗粒时较为准确,且筛分结果意义明确,具有很好的实际指导意义。激光粒度仪测量原理和分散效果较好的进样方式决定了它在测量超细粉体(特别是10微米以下颗粒)时具有明显优势。


       总体而言,激光粒度仪测量原理更加先进,量程大操作便捷。在粉体行业在快速向超细粉、纳米粉前进的今天,激光粒度仪的广泛应用将是必然趋势。但是筛分法在一些特定领域依然有其发挥特长的空间。例如在粉体分布较粗的行业、非常关系极限大颗粒情况的行业、对粒度分布精度要求并不特别严格的行业,筛分法能够作为一种简单有效的粒度分布检测方法继续发挥其重要作用。

(粉体圈  作者:终吉)

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