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粒度测试是通过特定的仪器和方法
对粉体粒度特性进行表征的一项实验工作。
粉体在我们日常生活和工农业生产中的应
用非常广泛。如面粉、水泥、塑料、造纸、
橡胶、陶瓷、药品等等。
在的不同应用领域
中，对粉体特性的要求是各不相同的，在所
有
反映粉体特性的指标中，
粒度分布是所有
应用领域中最受关注的
一项指标。
所以客观
真实地反映粉体的粒度分布是一项非常重<
/p>
要的工作。
下面就我具体讲一下关于粒度测
试方面的基知识和基本方法。
一、粒度测试的基本知识
1
、颗粒：在一尺寸范围内具有特定形状的
几何体。
这里所说的一尺寸一般在毫米到纳
米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、
油珠等液体颗粒。
2
、粉休：由大量的不同尺寸的颗粒组成的
颗粒群。
3
、粒度：颗粒的大小叫做颗粒的粒度。
4
、粒度分布：用特定的仪器和方法反映出
的
不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。有区
间分布和累计分布两种形式。
< br>区间分布又称
为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径
区间中颗粒的百分含量。累计分布也叫积分
分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分<
/p>
含量。
5
、粒度分布的表示方法：
①
表格法：
用表格的方法将粒径区间分布、
累计分布一一列出的方法。
②
图形法：在直角标系中用直方图和
曲线
等形式表示粒度分布的方法。
③
函数法：用数学函数表示粒度分布
的方
法。这种方法一般在理论研究时用。如著名
的
Rosin-Rammler
分布就是函数分布。
6
、粒径和等效粒径：
粒径就是颗粒直径。这概念是很简单明确
的，那么什么是等效粒径呢，粒径和
等效粒
径有什么关系呢？我们知道，
只有圆球体才
有直径，其它形状的几何体是没有直径的，
而组成粉体的颗粒又绝大多数不是
圆球形
的，
而是各种各样不规则形状的，
有片状的、
针状的、多棱状的等等。这些复杂形状的颗
粒从理
论上讲是不能直接用直径这个概念
来表示它的大小的。
而在实际
工作中直径是
描述一个颗粒大小的最直观、
最简单的一个
量，
我们又希望能用这样的一个量来描述颗
粒
大小，
所以在粒度测试的实践中的我们引
入了等效粒径这个概念
。
等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性
与同质的球形颗粒相同或相近时，
我们就用
该球形颗粒
的直径来代表这个实际颗粒的
直径。那么这个球形颗粒的粒径就是该实际
颗粒的等效粒径。等效粒径具体有如下几
种：
①
等效体积径：与实际颗粒体积相同
的球
的直径。
一般认为激光法所测的直径为等效
体积径。
②
等效沉速径：在相同条件下与实际颗粒
沉降速度相同的球的直径。
沉降法所测的粒
径为等效沉速径，又叫
Stoke
s
径。
③
等效电阻径：在相同条件下与实际颗粒
产生相同电阻效果的球形
颗粒的直径。库尔
特法所测的粒径为等效电阻径。
④
等效投进面积径：与实际颗粒投进
面积
相同的球形颗粒的直径。显向镜法和图像法
所测的粒径大多
是等效投影面积直径。
7
、表示粒度特性的几个关键指标：
①
D50
：
一个样品的累计粒度分布百分数达
到
50%
时所对应的粒径。它的物理意义是粒
径大于它的颗粒占
50
%
，小于它的颗粒也占
50%
，
D50
也叫中位径或中值粒径。
D50
常用
来表示粉体的平均粒度。
②
D97
：一个样品的累计粒度分布
数达到
97%
时所对应的粒径。它的物理意义是粒径
小于它的的颗粒占
97%
。
D97
常用来表示粉
体粗端的粒度指标。
其它如
D16
、
D90
等参数的定义与物理意义
与
D97
相似。
③
比表面积：单位重量的颗粒的表面
积之
和。比表面积的单位为
m2/kg
或
cm2/g
。比
表面积与粒度有一定
的关系，粒度越细，比
表面积越大，但这种关系并不一定是正比关
系。
8
、粒度测试的重复性：同一
个样品多次测
量结果之间的偏差。
重复性指标是衡量一个
粒度测试仪器和方法好坏的最重要的指标。
它的计算方法是：
其中，
n
为测量次数（一般
n>=10
）
；
x i
为每次测试结果的典型值（一
般为
D50
值）
；
x
为多次测试结果典型值的平均
值；
σ为标准差；
δ为重复性相对误差。
影响粒度测试
重复性有仪器和方法本身的
因素；样品制备方面的因素；环境与操作
方面的因素等。
粒度测试应具有良好的重复
性是对仪器和操作人员的基本要求。
9
、粒度测试的真实性：
通常的测量仪器都有准确性方面的指标。
由
于粒度
测试的特殊性，
通常用真实性来表示
准确性方面的含义。
由于粒度测试所测得的
粒径为等效粒径，对同一个颗粒，不同的等
效方法可能会得到不同的等效粒径。
如图所
示：
可见，由于测量方法
不同，同一个颗
粒得到了两个不同的结果。也就是说，一个
不规
则形状的颗粒，
如果用一个数值来表示
它的大小时，这个数值不
是唯一的，而是有
一系列的数值。
而每一种测试方法的都是针<
/p>
对颗粒的某一个特定方面进行的，
所得到的
数值是所有能表示颗粒大小的一系列数值
中的一个，
所以相同
样品用不同的粒度测试
方法得到的结果有所不同的是客观原因造
成的。颗粒的形状越复杂，不同测试方法的
结果相差越大。
但这
并不意味着粒度测试结
果可以漫无边际，而恰恰应具有一定的真实
性，
就是应比较真实地反映样品的实际粒度
分布。真实性目前
还没有严格的标准，是一
个定性的概念。
但有些现象可以做为测
试结
果真实性好坏的依据。
比如仪器对标准样的
测量结果应在标称值允许的误差范围内；
经
粉碎后的样
品应比粉粉碎前更细；
经分级后
的样品的大颗粒含量应减少；<
/p>
结果与行业标
准或公认的方法一致等。
二、粒度测试的基本方法
<
/p>
粒度测试的方法很多，具统计有上百
种。
目前常用的有沉降法、
激光法、
筛分法、
图像法和电阻法五种，
另外还有几种在特定
行业和领域中常用
的测试方法。
1
、沉降法：
沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中
< br>的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。
它的基本过程是把样品放到某种液体中
制
成一定浓度的悬浮液，
悬浮液中的颗粒在重
< br>力或离心力作用下将发生沉降。不同粒径颗
粒的沉降速度是不同的，大颗粒的沉降
速度
较快，小颗粒的沉降速度较慢。那么颗粒的
沉降速度与粒径
有怎样的数量关系，
通过什
么方式反映颗粒的沉降速度呢？
①
Stokes
定律：在重力场中，悬浮在液体
中的颗粒受重力、浮力和粘滞阻力的作用将
发生运动，其运动方程为：
这就是
Stokes
定律。
从<
/p>
Stokes
定律中我们看到，沉降速度与颗
粒直径的平方成正比。比如两个粒径比为
1:10
的颗粒，
其沉降速度之比为
1:100
，就
是说
细颗粒的沉降速度要慢很多。
为了加快
细颗粒的沉降速度，缩短
测量时间，现代沉
降仪大都引入离心沉降方式。
在离心沉降状<
/p>
态下，颗粒的沉降事度与粒度的关系如下：
这就是
Stokes
定律在离心状态下的表
达式。由于离心转速都在数百转以上，离心
加速度ω
2r
远远大于重力加速度
g
，
Vc>>V
，
所以在粒径相同的条件下，
离心沉降的测试
时
间将大大缩短。
②
比尔定律：
如前所述，
沉降法是根据颗粒的沉降速度来
测试粒度分布的。但直接测量颗粒的沉降速<
/p>
度是很困难的。
所以在实际应用过程中是通
过测量不同时刻透过悬浮液光强的变化率
来间接地反映颗粒的沉降速度的。
那么光强
的
变
化
率
与
粒
径之
间
的
关系
又
是
怎
样的
呢？比尔是律告诉
我们：
设在
T1
、
T2
、
T3
、……
Ti
时刻测得一系列
的光强
值
<
br>将这些
I1
……
，这些光强值对
应的颗粒粒径为
D1>D2>
D3>
……
>Di
，
光强值和粒径值代入式（
5
）
，再通过计算机
处理就可以得到粒度分布了。
2
、激光法：
激光法是根据激光照射到颗粒后，
颗粒能使
激光
产生衍射或散射的现象来测试粒度分
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