棒状和片状颗粒中等效粒径检测方案

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◎2006珠海欧美克科技有限公司专业知识普及文档 论文四、五 棒状和片状颗粒在激光粒度仪中的等效粒径(一)、(二) 内容简介 任何粒度测试设备测得的非球形颗粒的粒径都是等效粒径。棒状和片状颗粒是两种比较典型的非球形颗粒，本文研究这两种颗粒在激光粒度仪中的等效粒径。论文四———立论和计算模型，是本文的第一部分，主要介绍激光粒度测量系统，棒状和片状颗粒光散射问题的近似处理方法，!以及相应的数学推导。论文五是本文的第二部分-—有关结论，该部分结合激光粒度仪的光能数据分析方法，用模拟计算的方法推算出各种径厚比的片状颗粒和各种长径比的棒状颗粒的等效粒径(分布)，从中分析、总结出如下结论： (1)一个非球形颗粒在激光粒度仪“看来”既不等效于等体积的球形颗粒，也不等效于其它的某种单一直径的球形颗粒，，而是一系列大小不同的球形颗粒的组合(粒度分布)，因此激光粒度仪测得的非球形颗粒的粒度分布势必比实际分布有所展宽。 (2)棒状颗粒的长度和直径分别决定了等效粒度分布范围的上限和下限。片状颗粒的直径则决定了等效粒度的平均粒径(中位径)，厚度只影响分布宽度，而不影响平均粒径。此为本文最重要的发现。 (3)棒状(1(h≥2d时)和片状颗粒的等效重量大于其实际重量，并且偏离球形越远，大得越显著。这种情况对片状颗粒尤为严重。因此当同一粉末样品中含有各种形貌的颗粒时，偏离球形越远的颗粒，其占总重量的比率越被夸大。 棒状和片状颗粒在激光粒度仪中的等效粒径(一)——立论和计算模型 张福根(珠海欧美克仪器有限公司 广东 珠海) 程路 (南开大学物理系) 关键词：激光粒度仪义非球形颗粒 等效粒径 引言 除了理想的球形颗粒以外，任何实际的颗粒样品在任何一种粒度测试仪器上测得的粒度(径)，都是等效粒度(径)，即仪器给出的颗粒直径并不是颗粒的实际直径，这是因为-一个非球形的颗粒根本就不存在一个真实的“直径”。颗粒的等效粒径是指在某方面与该颗粒有最相近的几何或物理特性的同质球体的直径。那么，等效粒径与颗粒的真实外形尺寸之间是什么关系呢?这应该是广大颗粒测试工作者所兴感趣的。激光粒度仪是当今国际上最流行的粒度测试仪器。棒状和片状颗粒则是比较典型的、严重偏离球形的两类颗粒。本文即研究这两类颗粒在激光粒度仪中的等效粒径(分布)。 2..澳激光粒度测量系统简述 本文所指的激光粒度仪是通过测量散射(衍射)光的角分布推算散射体(颗粒)的粒径的测量系统。它由光学部分、电子部分和计算机组成。在此只介绍与本文相关的光学部分。 发展到现在，激光粒度仪的结构虽然已经多种多样，但仍然可以归结为一个光学付里叶变换系统，见图1。被测颗粒分散分布在样品池的液体介质内。一束经扩束准直的平行光从左至右照射在样品池上，并透过窗口玻璃照在待测颗粒上。这些光的一部分被颗粒散射。散射光又透过样品池右侧的窗口玻璃，经付里叶透镜后照到光电探测器上。该探测器处在透镜的焦平面上，因此如散射角为q，则该光线在探测器上的入射位置到中心点0的距离r = f tanq。 图1激光粒度测量系统原理图 光电探测器由一系列的同心半圆环组成，每个圆环是一个独立的探测单元，每个单元可用内径r和外径r；两个参数描述。本文假定分散介质为水，折射率n=1.33，焦距f=200mm， 探测器阵列的参数如表1所示。 表1光电探测器参数 序号 内径(mm) 外径(mm) 序号 内径(mm) 外径(mm) 1 0.14 0.23 17 3.20 3.44 2 0.27 0.38 18 3.48 3.75 3 0.42 0.53 19 3.79 4.09 4 0.57 0.69 20 4.13 4.46 5 0.73 0.85 21 4.50 4.88 6 0.89 1.01 22 4.92 5.35 7 1.05 1.18 23 5.39 5.88 8 1.22 1.36 24 5.92 6.47 9 1.40 1.54 25 6.51 7.15 10 1.58 1.78 26 7.19 7.92 11 1.82 1.94 27 7.96 8.80 12 1.98 2.16 28 8.84 9.79 13 2.20 2.38 29 9.83 10.91 14 2.42 2.62 30 10.96 12.18 15 2.66 2.88 31 12.23 13.62 16 2.92 3.16 32 13.67 15.25 3.1.棒状和片状颗粒光散射问题的近似处理 要求出非球形颗粒的等效粒径，关键在于求出该颗粒的散射光能分布。为使计算能比较顺利 地进行，本文采用了以下近似步骤。 3.1棒状和片状颗粒几何外形的近似描述 我们用旋转椭球表示棒状和片状颗粒。旋转椭球可用旋转径(直径)d和长度h描述。当h>>d时，表示棒状颗粒，称 h为颗粒长度；反之，当h< 关闭