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粒度測(cè)試的基本知識(shí)
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粒度測(cè)試的基本知識(shí) 1、顆粒 顆粒是在一定尺寸范圍內(nèi)具有特定形狀的幾何體，如圖1。 顆粒不僅指固體顆粒，還有霧滴、油珠等液體顆粒。顆粒的概念似乎很簡(jiǎn)單，但由于各種顆粒的形狀復(fù)雜，使得粒度分布的測(cè)試工作比想象的要復(fù)雜得多。因此要真正了解各種粒度測(cè)試技術(shù)所得出的測(cè)試結(jié)果，明確顆粒的定義是很重要. 2、粒度測(cè)試復(fù)雜的原因 由于顆粒的形狀多為不規(guī)則體，因此用一個(gè)數(shù)值去描述一個(gè)三維幾何體的大小是不可能的。為了敘述方便，我們以火柴盒為例，如圖2。用一把直尺量一個(gè)火柴盒的尺寸，你可以得出這個(gè)火柴盒的尺寸是20×10×5mm。但你不能說(shuō)這個(gè)火柴盒是20mm或10mm或5mm，因?yàn)檫@幾個(gè)數(shù)值只是它大小尺寸的一個(gè)側(cè)面而不是它的整體�？梢�(jiàn)，用一個(gè)數(shù)值去直接描述一個(gè)火柴盒的大小都是不可能的，同樣，對(duì)于一個(gè)形狀極其復(fù)雜的顆粒來(lái)說(shuō)，用一個(gè)數(shù)值去直接描述它們的大小就更不可能了。那么，怎樣僅用一個(gè)數(shù)值描述一個(gè)顆粒的大�。窟@是粒度測(cè)試的基本問(wèn)題。 3、等效粒徑 只有一種形狀的顆�？梢杂靡粋�(gè)數(shù)值來(lái)描述它的大小，那就是球型顆粒。如果我們說(shuō)有一個(gè)50μ的球體，僅此就可以確切地知道它的大小了。但對(duì)于其它形狀的物體甚至立方體來(lái)說(shuō)，就不能這樣說(shuō)了。對(duì)立方體來(lái)說(shuō)，50μ可能僅指該立方體的一個(gè)邊長(zhǎng)度。對(duì)復(fù)雜形狀的物體，也有很多特性可用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示。如重量、體積、表面積等，這些都是表示一個(gè)物體大小的唯一的數(shù)值。如果我們有一種方法可測(cè)得火柴盒重量的話，我們就可以公式 重量 = 4/3πr3ρ------------------------------------ (1) 由公式（1）可以計(jì)算出一個(gè)唯一的數(shù)（2r）作為與火柴盒等重的球體的直徑，用這個(gè)直徑來(lái)代表火柴盒的大小，這就是等效球體理論。也就是說(shuō)，我們測(cè)量出粒子的某種特性并根據(jù)這種特性轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的球體，就可以用一個(gè)唯一的數(shù)字（球體的直徑）來(lái)描述該粒子的大小了。這使我們無(wú)須用三個(gè)或更多的數(shù)值去描述一個(gè)三維粒子的大小，盡管這種描述雖然較為準(zhǔn)確，對(duì)于達(dá)到一些管理的目的而言是不方便的。 但是，我們用等效法描述顆粒大小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生了一些有趣的現(xiàn)象，就是等效結(jié)果依賴于物體的形狀變化。當(dāng)形狀變化后使顆粒體積增大時(shí)，等效后的球體直徑并不呈相同的比例增大。我們用圓柱體和它的等效球體來(lái)說(shuō)明這種現(xiàn)象，在圖3。它們的體積以及等效直徑的計(jì)算方法如下： 圓柱體積＝πr2h＝10000π（um）3 -------------------- (2) 球的體積＝4/3πX3 ------------------------------------------ (3) 因?yàn)閳A柱體積V1 = 球體體積V2, 所以式（4）將得到等效球體半徑X： x＝19.5um ---------------- (4) 則，等效球體直徑= 39um 也就是說(shuō)，一個(gè)高100 μm，直徑20 μm的圓柱的等效球體直徑為39μm。我們?cè)倏幢人笠槐兜膱A柱體（即一個(gè)高200 μm，直徑20 μm的圓柱）等效球體直徑為49.3μm，見(jiàn)表1�？梢�(jiàn)，等效顆粒的直徑與實(shí)際顆粒的某個(gè)方向的尺寸并不成比例增加或減少，這也是粒度測(cè)試數(shù)據(jù)有時(shí)與一般直觀方法（或直觀感覺(jué)）不一致的原因之一。但無(wú)論如何，等效粒徑將隨顆粒的體積變化而變化，我們可以而且只能根據(jù)等效球體判斷實(shí)際顆粒是變大了還是變小了，這是目前幾乎所有粒度測(cè)試儀器和方法的基本原理。 4. 不同測(cè)試方法對(duì)結(jié)果的影響 如果我們?cè)陲@微鏡下觀察一些顆粒的時(shí)候，我們可清楚地看到此顆粒的二維投影，并且我們可以通過(guò)測(cè)量很多顆粒的直徑來(lái)表示它們的大小。如果采用了一個(gè)顆粒的最大長(zhǎng)度作為該顆粒的直徑，則我們確實(shí)可以說(shuō)此顆粒是有著最大直徑的球體。同樣，如果我們采用最小直徑或其它某種量如Feret直徑，則我們就會(huì)得到關(guān)于顆粒體積的另一個(gè)結(jié)果。因此我們必須意識(shí)到，不同的表征方法將會(huì)測(cè)量一個(gè)顆粒的不同的特性（如最大長(zhǎng)度，最小長(zhǎng)度，體積，表面積等），而與另一種測(cè)量尺寸的方法得出的結(jié)果不同。圖4列出了對(duì)于一個(gè)單個(gè)顆粒可能存在的不同的等效結(jié)果。其實(shí)每一種結(jié)果都是正確的，差別僅在于它們分別表示該顆粒其中的某一特性。這就好像你我量同一個(gè)火柴盒，你量的是長(zhǎng)度，我量的是寬度，從而得到不同的結(jié)果一樣。由此可見(jiàn)，只有使用相同的測(cè)量方法，我們才可能直接地比較粒度大小，這也意味著對(duì)于像砂粒一樣的顆粒，不能作為粒度標(biāo)準(zhǔn)。作為粒度標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)必須是球狀的，以便于各種方法之間的比較。 5. 數(shù)量分布與體積分布 1991年10月13日發(fā)表在《新科學(xué)家》雜志中發(fā)表的一篇文章稱，在太空中有大量人造物體圍著地球轉(zhuǎn)，科學(xué)家們?cè)诙ㄆ诘淖粉櫵鼈兊臅r(shí)候，把它們按大小分成幾組，見(jiàn)表2。如果我們觀察一下表2中的第三列，我們可推斷在所有的顆粒中，99.3%是極其的小，這是以數(shù)量為基礎(chǔ)計(jì)算的百分?jǐn)?shù)。但是，如果我們觀察第四列，一個(gè)以體積為基礎(chǔ)計(jì)算的百分?jǐn)?shù)，我 尺寸(cm) 數(shù)量 數(shù)量百分?jǐn)?shù) 體積百分?jǐn)?shù) 10-1000 7000 0.2 99.96 1-10 17500 0.5 0.03 0.1-1 3500000 99.3 0.01 合計(jì) 3524500 100 100 表2 顆粒大小數(shù)量對(duì)分布的影響 們就會(huì)得出另一個(gè)結(jié)論：幾乎所有的物體都介于10-1000cm之間�？梢�(jiàn)數(shù)量與體積分布是大不相同的，我們采用不同的分布就會(huì)得出不同的結(jié)論。一般地，激光法和沉降法得到的粒度分布數(shù)據(jù)是體積（或重量）分布；圖象法和庫(kù)爾特法得到的粒度分布是數(shù)量分布。 |
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2樓2006-04-15 17:56:19
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