粒度知识、

2021年2月13日发(作者：绷带)

粒度测试的基本概念和基本知识问答

粒度测试是通过特定的粒度仪器或方法对粉体粒度特性进行表征的一项实验工

< p>
作。粒度仪的制造和应用涉及颗粒学、化学分析、物理学、电子学、计算机、光学

< br>等诸多学科的理论知识，又涉及各种各样的粉体和千差万别的用户，是一项理论性

和实践性都很强的工作。它要求从事这方面工作的所有人员要有丰富的理论知识和

实践经 验，要具备分析问题和解决问题的能力。为此首先应该熟悉、掌握一些基本

知识，并在此 基础上逐步提高分析问题和解决问题的能力。只有这样才能使我们的

工作能力、我们的仪 器的质量和服务质量不断提高，使企业在激烈的市场竞争中取

胜。我们编写这本《粒度测 试基本知识百问百答》小册子的目的就在于此。本书主

要供百特公司工作人员学习业务知 识之用，也可供其它从事粒度测试的工作人员参

考。

一、粒度测试的基本概念和基本知识问答

1.

什么是颗粒？颗粒是具有一定尺寸和形状的微小的物体，是组成粉体的基本单元。它宏观

很小，但微观却包含大量的分子、原子。

2.

什么叫粒度？颗粒的大小称为颗粒的粒度。

3.

什么叫粒度分布？

用一定方法反映出 一系列不同粒径颗粒分别占粉体总量的百分比叫做

粒度分布。

4.

粒度分布的表示方法？

1)

表格法：用列表的方式给出某些粒径所对应的百分比的表示方法。通常有区间分布和累

计分布。

2)

图形法：用直方图和曲线等图形方式表示粒度分布的方法。

3)

函数法：用函数表示粒度分布的方法。常见有

< p>
R-R

分布，正态分布等。

5.

什么是粒径？

粒径就是颗粒的直径，一般以微米为单位。

6.

什么是等效粒径？

< /p>

等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质球形颗粒相同

或相 近时，

我们就用该球形颗粒的直径来代表这

< br>个实际颗粒的直径。

根据不同的测量方法，

等

< p>
效粒径可具体分为下列几种：

1)

等 效体积径：即与所测颗粒具有相同体积的同质球形颗粒的直径。激光法所测粒径一般认

为 是等效体积径。

2)

等效沉速粒径：

即与所测颗粒具 有相同沉降速度的同质球形颗粒的直径。

重力沉降法、

离心

沉降法所测的粒

径为等效沉速粒径，也叫

Stokes

径。

3)

等效电阻径：

即在一定条件下与 所测颗粒具有相同电阻的同质球形颗粒的直径。

库尔特法所

测的 粒径就是

等效电阻粒径。

4)

等效投影面积径：

< p>
即与所测颗粒具有相同的投影面积的球形颗粒的直径。

图像法所测的粒径< /p>

即为等效投影

面积直径。

7.

为什么要用等效粒径概念？

由于实际颗粒的形状通常为非球形的，因此难以 直接

用粒径这个值来表示其大小，

而直径又是描述一个几何体< /p>

大小的最简单的一个量，

于是采用等< /p>

效粒径的概念。

8.

什么叫

D50

< br>？

D50

是指累计分布百分数达到

50

％时所对应的 粒径值。它是反映粉

体粒度特性的一个重要指标之一。

D50< /p>

又称

中位径或中值粒径。

如果一个样品的

D50=5

μ

m

，

说

明在组成该样品的所有粒径的 颗粒中，大于

5

μ

m

< br>的颗粒占

50%

，小于

5

μ

m

的颗粒也占

5 0

％。

9.

什么叫平均径？

平均径是通过对粒度分布加权平均得到的一个反映粉体平均粒度

的一 个量。具体有重量平均径、体积平均径、

面积平均径、个数平均径等。

10.

什么叫

D97

？它的作用是什么

?

D97

< br>是指累计分布百分数达到

97

％时对应的粒径

< p>
值。它通常被用来反映粉体粗端粒度指标，是粉体生产和应用

中一个重要的粒度指标。

11.

常用的粒度测试方法有那些？

常用的粒度测试方法有筛分法、

显微镜

（图象）

法、

重力沉降法、离心沉降法、库尔特（电阻）法、激 光衍射

/

散射法、电镜法、超声波法、透气

< br>法等。

12.

各种常用粒度测试方法各有那些优缺点？

1)

筛分法：优点：简单、直观、设备造价低、常用于大于

40

μ

m

的样品。缺点：不能用于

40

μ

m

以细的样品；

结果受人为因素和筛孔变形影响较大。

2)

显微镜法：优点：简单、直观、可进行形貌分析。缺点：速度慢、代表性差，无法测超细颗

粒。

3)

沉降法（包括重力沉降和离心沉降）：优点：操作简便， 仪器可以连续运行，价格低，准确

性和重复性较好，测试范围较大。缺点：测试时间较长 。

4)

库尔特法：优点：操作简便， 可测颗粒总数，等效概念明确，速度快，准确性好。缺点：

测试范围较小，

小孔容易被颗粒堵塞，介质应具备严格的导电特性。

5)

激光法：优点：操作简便，测 试速度快，测试范围大，重复性和准确性好，可进行在线测

量和干法测量。

缺点：结果受分布模型影响较大，仪器造价较高。

6)

电镜：优点：适合测试超细颗粒甚至纳米颗粒、分辨率高。缺点：样品少、代表性差、仪

器价格昂贵。

7)

超声波法：优点：可对高浓度浆料直接测量。缺点：分辨率较低。

8)

透气法：优点：仪器价格低，不用对样品进行分散，可测磁性材料粉体。缺点：只能得到

平均粒度值，不

能测粒度分布。

13.

什么叫频率分布和累计分布？

由于粉体通常是由大量的大小不同的颗粒组成的，

因此进行粒度 测试时须分成大小若干粒径区间。

每个粒径区

间内颗粒的相对含量的一系列百分

数，

称为频率分布；

小于某粒径的相对含量的一系列百分数称为累计分布。

累计

分布是由频率

分布累加得到的。

14.

什么叫重复性？

同一个样品多次测量所得结果的相对误差称为重复性。

重复性是

衡量粒度仪器和粒度测试方法优劣的主要指标。

15.

重复性是如何计算的？

其 中，

n

为测量次数

(

< br>一般

n>=10)

；

Xi

为每次测试的结果；

X

为多次测量的平均值；

σ为标准差；

那么重复性相对误差为：

16.

影响重复性的因素有那些？

1)

仪器或方法的稳定性。

2)

样品分散是否充分。

3)

取样是否具有代表性。

4)

操作过程是否规

范。

5)

环境（包括电压、温度等）因素。

17.

< br>什么是粒度测试的准确性，

它是如何计算的？

粒度测试的准确指某一仪器对标准样品的测量结 果与该

标准样标称值之间的误差。其算法

为：

< br>

18.

什么是粒度测试的真实性？

由于实际颗粒大多不是球型的，无法用一个数值来

准确地表达一 个实际颗粒的大小，加上不同原理和不同厂家的仪器的标准不尽相同，因此常常

出现同一 个样品会得到几个不同测量结果的情况。尽管这些不同的测试结果的主要原因是由于

颗粒 本身形状的复杂性造成的，但测试结果还是不能漫无边际，应在一个合理的范围内。这种

不同仪器所测试的结果的差别应在一个合理的范围内的要求称为粒度测试的真实性。粒度测试

真实性目前尚无统一的定量标准，只有一些相对的定性的依据。比如粉碎前的样品应比粉碎后

粗些；粉碎时间短的应比粉碎时间长的粗些；分级前应比分级后粗些；对球形颗粒的测试结果

< p>
应一致等等。

19.

沉降法粒度测试原理

--Stokes

定律

沉降法是通过测 量颗粒在液体中的沉降速度

来反映粉体粒度分布的一种方法。

我 们知道，

在液体中大颗粒沉降速度快，

小颗粒沉降速度慢。

沉降速度与粒径的数量关系我们可以从下面的

Stokes

定律的数学表达式得到：从

Stokes

定律< /p>

中我们可以看到，颗粒的沉降速度与粒长的平方成正比，可见在重力沉降中颗粒越细沉降速 度

越慢。

比如在相同条件下，两个粒径比为

10

：< /p>

1

，那么这两个颗粒的沉降速度之比为

1 00:1

。

为了加快细颗粒的沉降速度，

缩短测试时间，

提 高测试精度，

许多

沉降仪引入了离心沉降手段来加快细颗粒的沉 降速度。离心状态下粒径与沉降速度

的关系如下：

这就是 离心状态下的

Stokes

定律。其中ω为离心机角速度，

r

为颗粒到轴心的距离。由于离

心机转速较 高，

ω

2r

远远大于重力加速度

g

，

因此同一个颗粒在离心状态下的沉降速度

Vc

将远

远大于重力状态下的沉降速度

V

，这就是离心沉降可以缩短测试时间的原因。

20.

沉降法粒度测试 原理

--

比尔定律：

从

Stokes

定律可知，只要测到颗粒的沉降速

度，就可以得到该颗粒的粒径了。在 实际测量过程中，直接测量颗粒沉降速度是很困难的，因

此在沉降法粒度测试过程中，< /p>

常常用透过悬浮液的光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度。

那么，光强的变化率与粒径之间的关系是怎样的呢？比尔定律给出了某时刻的光强与粒径之间

的数量关系：

这样我们就可以通过测试某时刻的光强来得到光强的变化率， 再通过计算机的处理就可以得

到粒度分布了。

21.

激光粒度测试原理：

由激光器发出的激光束，经滤波、扩束、准值后变成一束平

行光 ，在该平行光束没有照射到颗粒的情况下，光束经过富氏透镜后将汇聚到焦点上。如图下

图所示：

当通过某种特 定的方式把颗粒均匀地放臵到平行光束中时，激光将发生衍射和散射现象，一部

分光将与 光轴成一定的角度向外扩散。理论与实践都证明，大颗粒引发的散射光的散射角小，

颗粒 越小，散射光的散射角越大。这些不同角度的散射光通过富氏透镜后将在焦平面上将形成

一系列的光环，由这些光环组成的明暗交替的光斑称为

Airy

斑。

Airy

中包含着丰富的粒度信

息 。简单地理解就是半径大的光环对应着较小的粒径的颗粒，半径小的光环对应着较大粒径的

颗粒；不同半径上光环的光能大小包含该粒径颗粒的含量信息。这样我们就在焦平面上安装一

< br>系列光的电接收器，将这些由不同粒径颗粒散射的光信号转换成电信号，并传输到计算机中，

再采用米氏散射理论通过计算机将这些信号进行数学处理，就可以得出粒度分布

了。

22.

为什么采用激光作光源？

激光是一种具有良好准直性、单色性的光源，它可以 得到清晰的散射谱分布。

23.

米氏散射与弗朗和弗衍射有何差别？

采用米氏理论能更准确地反映不同 粒径颗粒的

散射规律，

使激光粒度仪的测试下限更小，

结果更准确。

弗朗和弗衍射理论是米氏理论的近似，

对细颗粒的误差较大。百特公司的激光粒度仪目前已采用全程米氏散射理论。

24.

颗粒

凝聚

的原因是什么？

颗粒

凝聚

是指多个颗粒粘附到一起成为

团粒

的现象。

凝聚

的主要原 因是颗粒所带的

电荷、水份、范德华力等使颗粒相互作用的结果。颗粒越细，其表面能越 大，

凝聚

的机 会就

越多。

25.

样品分散的基本方法：

为使颗粒处于单体状态，在进行粒度测试前要对样品进 行分散处理。分散的方法有润湿、

搅拌、超声波振动、分散剂等，有时这些方法往往同时 使用。

26.

粒度测试对介质的要求是什么？

粒度测试通常是将样品臵于某种液体中制成悬浮液来 进行的。这时所用的液体称为介质。

粒度测试的介质通常有下列要求：

< br>1

）纯净；

2

）不与颗粒发生物 理、化学反应；

3)

与颗粒具有

良好 的亲和性，即对颗粒表面具有良好的润湿作用；

4

）使颗粒具有 适当的沉降状态。

27.

常用的介质有哪些？

粒度测试最常用的液体介质是水，此外常用的介质还有 水和甘油混合液、乙醇和甘油混合

液、乙醇、汽油、煤油等。

28.

什么叫分散剂？

分散剂是指加入到介质中 的能使介质表面张力显著降低，使颗粒表面得到良好润湿的物

质。

29.

分散剂的用法与用量。

-0.5

％之间。

30.

用有机溶剂（乙醇等）作介质时要不要另加分散剂，为什么？

大部分有机溶剂作介质时不用另加分散剂。

因为它们本身能使颗粒处于较好的分散效果。

31.

如何检查分散效果？

1)

显微镜法：看有无

凝聚

现象。

2)

测量法：取经过不同分散过程后的两个样品进行测量，如 果两次测试的数值是稳定不变的，

说明样品已经得到良好分散了。

32.

干粉取样的要求：

1)

从车间里取样时要从料流中多点取样。

2)

勺取法缩分样品时要搅拌均匀后多点（至小四点）取样。

33.

悬浮液取样有那些要求？

1)

充分搅拌均匀。

2)

从液面到器皿底之间的中部抽取。

34.

如何控制悬浮液的浓度？

1)

确定仪器允许的最佳浓度值范围后，

用天平称量样品，

用烧杯量好一定量的介质，

将二者混

合后配制成适合测试的悬浮浓度了。

度合适后就可以进行测试了。

35.

为什么仪器不能规定一个固定的百分比浓度，范围是多少？

BT-9300H

激光粒度仪在测试过程中，对悬浮 液浓度的要求是使光电接收器上的信号达到

一定的幅度。这些电信号是由散射光照射产生 的，而散射光的强弱又是由悬浮液中的颗粒个数

2)

先配制成较高浓度的悬浮液，

并进行充分分散，

然后再取少量加入到样品池中进行稀释，

浓

分散剂应在测试前先按一定比例与水混合并使之完全溶 解。分散剂与水的比例为

0.2

％

决定 的

--

悬浮液中颗粒数越多，散射光越强；颗粒数越少，散射光 越弱。因此粒度越粗的样品，

所需要的试样量就要多些；粒度越细的样品，所需要的试样 量就要少些，加上不同的样品的密

度又不相同。所以不同样品的悬浮液的浓度值不能是一 个固定的百分比。一般来说，悬浮液的

百分比浓度大约大

0.0 1

％

-0.1

％之间。

36.

常见样品所适用的分散剂：

焦磷酸钠

聚丙稀酸钠

石墨

碳化硅

样品名称

分散剂

样品名称

分散剂

CaCo3

白刚玉

翔甲基纤维素、鞣酸

六偏磷酸钠

滑石

焦磷酸钠

六偏磷酸钠

铝粉

焦磷酸钠

高

岭土

六偏磷酸钠

焦磷酸钠

石英粉

焦磷酸钠

37.

几种粉体加工方法及所能达到的粒度范围：

干法

粒度

湿法

粒度

入料粒度

出料粒度

入料粒度

气流磨

小于

45um

5um

搅拌磨

小于

45um

2um

含量达到

60% -90%

冲击磨

小于

10mm

10um

振动磨

小于

10mm

10um

雷蒙磨

块

150-30um

球磨机

块

30-10um

38.

几种常见样品的密度：

样品

密度

样品

密度

样品

密度

Caco 3

2.7

铝粉

2.7

氧化铝

3.98

滑石

2.7

石墨

2.2

钨粉

19.3

高岭土

2.7

重晶石

4.4

金刚石

2.39

二氧化

2.7

锌粉

39.

几种常用筛网目数与微米对照表（供参考）：

目

微米

目

微米

目

微米

100 150

600 23

5000

2.5

150 100

800 18

10000

1.3

200 75

1000

13

12000

1

325 45

1250

10

400 38

2500

5

40.

几种常用筛网目数与微米对照表

(

供参考

)

：

样品名称

介质名称

样品名称

介质名称

Caco 3

水

滑石

水

30%

乙醇

+

水

高岭土

石墨

水

乙醇

二氧化硅

铝粉

水

水

+

甘油

金刚石

淀粉

辛醇

氧化铝

药品

油

水

硅化硅

水

水

+

甘油

水泥

煤油、

乙醇

+

甘油

41.

百特公司的服务项目有那些？

1)

免费保修二年。

2)

免费按装、调试、培训、运输。

3)

测试软件免费升级。

4)

长期供应零配件、易损件。

出料粒度