粉体力学与工程02粉体粒度分析及测量
粉体粒度及其分布测定
粉体粒度及其分布测定一．实验目的1．掌握粉体粒度测试的原理及方法；2．了解影响粉体粒度测试结果的主要因素，掌握测试样品制备的步骤和注意要点；3．学会对粉体粒度测试结果数据处理及分析。
二．实验原理图1：微纳激光粒度分析仪工作原理框图粉体粒度及其分布是粉体的重要性能之一，对材料的制备工艺、结构、性能均产生重要的影响，凡采用粉体原料来制备材料者，必须对粉体粒度及其分布进行测定。
粉体粒度的测试方法有许多种：筛分法、显微镜法、沉降法和激光法等。
激光粒度测试是利用颗粒对激光产生衍射和散射的现象来测量颗粒群的粒度分布的，其基本原理为：激光经过透镜组扩束成具有一定直径的平行光，照射到测量样品池中的颗粒悬浮液时，产生衍射，经傅氏（傅立叶）透镜的聚焦作用，在透镜的焦平面上形成一中心圆斑和围绕圆斑的一系列同心圆环，圆环的直径随衍射角的大小即随颗粒的直径而变化，粒径越小，衍射角越大，圆环直径亦大；在透镜的后焦平面位置设有一多元光电探测器，能将颗粒群衍射的光通量接收下来，光--电转换信号再经模数转换，送至计算机处理，根据夫朗和费衍射原理关于任意角度下衍射光强度与颗粒直径的公式，进行复杂的计算，并运用最小二乘法原理处理数据，最后得到颗粒群的粒度分布。
激光粒度测试法具有适应广、速度快、操作方便、重复性好的优点，测量范围为：0.1—几百微米。
但当粒径与所用光的波长相当时，夫朗和费衍射理论的运用有较大误差，需应用米氏理论来修正。
三．仪器设备济南微纳颗粒技术有限公司Winner2000Z智能型激光粒度分析仪、微型计算机、打印机。
四．实验步骤4.1测试前的准备工作1.开启激光粒度分析仪，预热10～15分钟。
启动计算机，并运行相对应的软件。
2.清洗循环系统。
首先，进入控制系统的人工模式，不选择自动进水点击排水，把与被测样品相匹配的分散介质加入样品桶，待管路及样品窗中都充满介质后，再点击排水，关闭排水。
其次，按下冲洗，洗完后，自动排出。
粉体粒度分析及其测量(二)
３ ． 粉碎级数 由于粉 碎机的粉碎 比有 限，生产上 要求的物料 粉碎 比往往 远大于上述 范 围，因而有时需用两 台或多 台粉碎机 串联
中 国 粉 体 工 业２ ０ １ ７ Ｎ ｏ ． ４ Ｉ ■
起 来进 行粉碎 。儿 台粉碎机 串联起来 的粉 碎过程称为 多级粉碎 ；串联 的粉 碎机台数称为粉 碎级数。在此情形 下 ，原 料 粒度 与最 终粉 碎产品的粒度之 比称为总粉碎 比。若串联 的各级 粉碎机的粉碎 比分 别为 ， ¨ ，则有 ｉ ｏ － ｉ ｌ ２ … 即多级粉碎 的总粉碎 比为各级粉碎机 的粉碎 比之 乘积 。 （ 卜２ ） ｚ ，… ， 总粉碎 比为
了更明确起见 ，通常按 以下方法进一步划分 。 物料经粉碎尤其是经粉磨后 ，其粒度显著减小 ，比表面积显著增大 ，因而有 利于几种 不同物料 的均匀混合 ，便于输 送和储存 ，也有利于提高高温固相反应的程 度和速度 。
粉碎
２ ． 粉 碎 比
为 了评价粉碎机械的粉碎效果 ，常用粉 碎 比的概 念。 物料粉碎前的平均粒径 Ｄ 与粉碎 后的平均 粒径 ｄ之 比称为平均粉碎 比，用符号 表示 。数 字表 达式为
粉碎 （ 磨 ）。粗颗 粒回料质 量与该级粉碎 （ 磨 ）产 品的质量之 比称为循环 负荷率 。
一 ｌ 中 国 粉 体 工 业２ ０ １ ７ Ｎ ｏ ． ４
表 明粉碎 产品 中含有 较多的细粒级 物料 ；凸形 曲线 ３则说 明粉碎产 品中粗粒级物料 较多 ；直线 ２表明物料 粒度是均
匀 分 的 。
箍 度／ ｍｍ
图 １粒度组成特性 曲线
粒度分布 曲线不仅 可以用于计算 不同粒级 物料 的含量 ， 还可将不 同粉碎机械粉碎 同一物料所得 的曲线进行 比较 ， 以判 断它们的工作情况 。 根据不 同的生产情形 ，粉碎流程 可有 不同的方 式。 凡从粉碎 （ 磨 ）机 中卸 出的物料 即为产 品，不带检查 筛分或选粉设备的粉碎 （ 磨 ）流程称为开路 （ 或开流）流程 。 开路流程 的优点是 ：比较简单 ，设备少 ，扬尘点 也少 。缺点是 ：当要求粉碎 的产 品粒度较小时 ，粉碎 （ 磨 ）效率较低 ，
粉体粒度测试实验报告
粉体粒度测试实验报告粉体粒度测试实验报告引言粉体粒度是指粉体颗粒的大小分布情况，对于许多工业领域来说，粉体粒度的控制和测试是非常重要的。
本实验旨在通过不同的测试方法和仪器，对不同粉体样品的粒度进行测量和分析，以便深入了解粉体的物理性质和应用特点。
实验设备和方法1. 设备本实验使用了激光粒度仪和电子显微镜两种主要设备。
激光粒度仪能够通过散射光的方式，快速准确地测量粉体粒度分布。
电子显微镜则可以提供更加详细的粉体颗粒形貌和表面特征信息。
2. 样品准备我们选择了三种不同类型的粉体样品进行测试，分别是金属粉末、陶瓷粉末和食品添加剂。
每种样品都经过精细研磨和筛分处理，以确保样品的均匀性和可靠性。
3. 测试步骤首先，我们使用激光粒度仪对样品进行测试。
将样品放入仪器中，通过激光的照射，测量粉体颗粒的散射光强度，并根据散射光的特征计算出粉体的粒度分布。
然后，我们使用电子显微镜对样品进行观察和拍摄，以获取更加详细的粒度和形貌信息。
实验结果与分析1. 金属粉末经过测试，金属粉末的粒度分布主要集中在10-50微米之间，呈现出较为均匀的分布特征。
电子显微镜观察发现，金属粉末颗粒表面较为光滑，形状规则，没有明显的凹凸和气孔。
这种粉末粒度适中，适合用于金属材料的加工和制备。
2. 陶瓷粉末陶瓷粉末的粒度分布相对较宽，主要分布在1-100微米之间。
电子显微镜观察发现，陶瓷粉末颗粒形状不规则，表面粗糙，存在一定数量的微小颗粒和孔隙。
这种粉末粒度分布广泛，适合用于陶瓷材料的制备和涂料的添加。
3. 食品添加剂食品添加剂的粉体粒度要求相对较高，需要粒度分布较为均匀，颗粒形状规则。
经过测试，食品添加剂的粒度主要分布在1-100微米之间，整体呈现出较为均匀的分布特征。
电子显微镜观察发现，食品添加剂颗粒表面光滑，形状规则，没有明显的杂质和气孔。
这种粉末粒度适中，适合用于食品加工和调味品的制备。
结论通过本次实验，我们成功地使用了激光粒度仪和电子显微镜对不同类型的粉体样品进行了粒度测试和分析。
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2 、粉体粒度表征
一、颗粒粒度的表示方法；
单颗粒 颗粒群
二、颗粒形状分析；
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
2.1单颗粒粒度表示方法
直径D 直径D、高度H
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
？
人为规定了一些所谓尺寸的表征方法
三轴径 统计平均径——定向径 当量径 其他；
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
三轴径—长形颗粒
类型 名称
计算方法
算术 二轴平均径 平均 三轴平均径 径
(l+b)/2 (l+b+h)/3
几何 平均 径
表面积平均径 (lb)1/2
体积平均径 (lbh)1/3
调和平均径
（比表面积平 均径）
3(1/l+13/b+1/h)-1
筛分直径dA ； 斯托克斯（Stokes）直径dst ； 阻力直径dd ； 自由沉降直径df ；
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
最长直径
最短直径
颗粒大小
等效重量直径
等体积当量径
等效沉降速率直径 筛分直径
等表面积当量径
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
• 因此，除球体以外的任何形 状的颗粒并没有一个绝对的 粒径值，描述它的大小必须 要同时说明依据的规则和测 量的方法。
球体SV 6 立方体SV 6
粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布
一些规则几何体的形状系数
几何形状
球 形 (d)
圆 锥 形 (l=b=h=d)
圆 (l=b) h=d l=b h=0.5d l=b h=0.2d l=b h=0.1d
粉体工程第一章第二节
第一章第二节
表1 频率分布
粒级（µm） 平均粒径 （ µm ） <20 ~10 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 22.5 27.5 32.5 37.5 42.5 质量频率 （%） 6.5 15.8 23.2 23.9 14.3 8.8 7.5 个数频率 （%） 19.5 25.6 24.1 17.2 7.6 3.6 2.4
dR 1 (d d ) F(d ) exp[ ] 2 dd 2 2
2
F（d）称为双参函数，由平均径 d 和标准偏差 σ加以定义
第一章第二节
标准偏差σ：粒径di对于 d 的二次矩的平方根
2 f ( d d ) i i i 1
n
分布宽度的一种量度，反映分布对于d 的分散程度 对于相同 d 的颗粒群而言 相对标准偏差α（亦称变动系数，无量纲量）：
da i 1 da i 粒级平均径：di 2
分计筛余：
累积筛余：
Wa1 Wa1 100% ra1 100% R a1 W W
Wa1 Wa2 Wa2 100% ra2 100% R a2 W W
累积筛下：
Wa2 Wa3 Wa4 Wa5 Wa6 D a1 100% W
第一章第二节
表2 累积分布
粒度 （µm） <20 20~25 25~30 30~35 35~40 40~45 >45 质量累积（%） R% D% 100.0 6.5 93.5 22.3 77.7 45.5 54.5 69.4 30.6 83.7 16.3 92.5 7.5 100.0 个数累积（%） R% D% 100.0 19.5 80.5 45.1 54.9 69.2 30.8 86.4 13.6 94.0 6.0 97.6 2.4 100.0
粉体工程课件 PPT
大家好 26
平均粒径计算公式
• 1.个数长度平均径
• 公式：
Dnl
(nd)
n
(wd2) (wd3)
大家好 27
大家好 50
大家好 51
100
100
筛下累积分布 （%） 筛上累积分布 （%）
75
75
50
50
25
25
D50
0
0
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5 12.5
粒径，微米 图2-5 筛上和筛下累积分布直方图与曲线图
大家好 52
3. 频率分布和累积分布的关系
fi( D p D p ) 2 fi( D p D 5) 2 0
• 式中 DP=d50——平均粒径；
•
σ——分布的标准偏差；
• 它反映分布对于的分散程度。
大家好 63
频率，%
1
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
1
2
3
4
5
6
粒径，（微米） 图 2-7 正态分布的频率分布曲线
(nd2) n
(wd) (wd3)
大家好 31
• 6个数体积平均径 • 公式：
Dnv3
(nd3) n 3
w (wd3)
大家好 32
• 7长度体积平均径 • 公式：
Dlv
(nd3) (nd)
粉体粒度测试技术
粉体粒度测试技术“粉体粒度测试技术”是一种衡量粉体物料细度的实验技术。
它可以准确测量粉体物料的粒径分布，为粉体加工和分级过程提供科学依据。
粉体粒度测试技术包括粗筛法、气流筛法、磨碎法、示踪法、视比重法、激光粒度分析法等多种测试方法。
其中，粗筛法是最基本的粒度测量技术，适用于大于2毫米的粒径范围。
它通过使用不同直径的筛网进行粒径分级，来对粉体进行粒度分析，从而获得粒度分布曲线。
气流筛法是一种常用的粒度测量技术，适用于小于2毫米的粒径范围。
它通过在一定压力和流量的情况下，将粉体物料以气流形式喷射到筛网上，利用气流动力学原理，使粉体经过不同筛孔粒径的筛网进行分级，从而获得粒度分布曲线。
磨碎法是一种常用的粒度测量技术，适用于粒径小于2毫米的粉体物料。
它通过磨碎机将粉体物料磨碎成更小的粒子，然后用气流筛法进行粒度分析，从而获得粒度分布曲线。
示踪法是一种测量粒度的快速技术，适用于小于2毫米的粒径范围。
它将一定量的粉体物料混合在某种液体中，然后用投影仪将液体中混合物投射到平面上，用测量技术确定混合物的粒径大小，从而获得粒度分布曲线。
视比重法是一种粒度测量技术，它通过测量粉体的比重，来估算粉体的粒度大小。
它将粉体物料放入水中，然后测量粉体的比重，比重愈小，粒径愈大。
根据不同的比重，即可得出粒径的大小。
激光粒度分析法是一种精确的粒度测量技术，主要应用于粒径小于1毫米的粉体物料。
它通过激光扫描仪，将粉体物料放入筒内，用激光投射粉体，测量每个粒子的大小，从而获得粒度分布曲线。
粉体粒度测试技术在粉体加工和分级过程中具有重要意义，可以为粉体物料的加工和分级提供准确的实验数据。
粉体粒度测试技术可以帮助企业更好地控制粉体物料的细度，提高生产质量，降低成本，增加企业的竞争力。
粉体粒度分析及其测量(二)
丌 ／ ６
０ ． ３ ２～０ ． ４ ｌ Ｏ ． ２ Ｏ～ ０ ． ２ ８ ０ ． １ ０～Ｏ ． １ ２
Ｏ ． Ｏ ｌ～ Ｏ ． ０ ３
３ ． 球形度 ｃ（ Ｃ ａ ｒ ｍａ ｎ ｎ形状 因数 ） 球形度 。 是一个应用 较广 泛的形状 因数 ，其 定义是 ：一个 与特测的颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与该颗粒的 表面积之 比。若 已知颗粒的当量表面积直径为 喀，当量体积直径为 ，则其表达式为
中 国 粉 体 工 业２ ０ １ ６ Ｎ ｏ ． ５ Ｉ ＿ ｌ
和
分别称为颗粒 的表面积形状 因数和体积形状 因数 。显然 ，对于球形对称颗粒 ，
和 值见表 卜 １ 。
＝丌，
丁 ｒ ／ ６ 。各种
不规则形状 的颗 粒 ，其
表１ － １ 各种形状颗粒 的和值
各种形状Ｏ ｒ
０ ． ６ ９ １
０． ５８ ０
接近于球 体的渥太 华砂
０ ． ９ ５
ｌ 中 国 粉 体 工 业２ ０ １ ６ Ｎ ｏ ． ５ ■
粉体粒度分析及 其测量 （ 二）
世界上存在成千上万种粉体物料 。它们有的是人工合成的 ， 有 的是天然形成 的。 各种粉 体的颗粒 又是千差万别 的。 但是 ，如果从颗粒 的构成来看 ，这些形态各异 的颗粒 ，往往可 以分成 四大类型 ：原级颗粒型 、聚集体颗粒 型、凝聚
体颗粒型和 絮凝体颗粒 型。其中 ，最 重要 的是前三种。
：
（
）
（ １ －７ ）
若用
和
表示 ，则有
１ ／ ３ ｄ２
ｃ＝
＝
４． ８ ３ ６（
—
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h
b l
2020/8/21
三轴平均径计算公式
三轴算术平均值： 立体图形的算术平均
三轴调和平均径： 与颗粒外接长方体比表面积相等的球的 直径或立方体的一边长
三轴几何平均径： 与颗粒外接长方体体积 相等的立方体的棱长
2020/8/21
附表 各单一粒径的物理意义
2020/8/21
统计平均径
粉体力学与工程02粉体 粒度分析及测量
2020/8/21
2.1单颗粒尺寸的表示方法和颗粒形状因数
颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物性 特性表征量。
直径D
直径D、高度H
？
2020/8/21
人为规定了一些所谓尺寸的表征方法
三轴径 统计平均径 当量径
2020/8/21
三轴径
图中颗粒处于一水平面上，其正视和俯视 投影图如图所示。这样在两个投影图中，就能 定义一组描述颗粒大小的几何量：高、宽、长 ，定义规则如下： 高度h：颗粒最低势能态时正视投影图的高度 宽度b：颗粒俯视投影图的最小平行线夹距 长度l：颗粒俯视投影图中与宽度方向垂直的 平行线夹距
II 采用半对数座标放大粒级分布较宽的横座标，精确绘 出细粒级间隔很小的粒度分布曲线
III 建立粒度分布函数的基础
2020/8/21
（6）粒度分布函数表达式
正态分布： 函数表达：正态分布的概率密度函数(频率分布函数)由下式给 出:
图形表达：
2020/8/21
a称为正态分布的位置参数,而 σ的大小与曲线的形状相关, σ 越小,密度曲线越陡,此分布取 值越集中, σ越大,密度曲线越平 缓,此分布取值越分散, σ称为正 态分布的形状参数.
2020/8/21
（1）频率分布
在粉体样品中，某一粒度（ ）范围内（用 表示）的颗粒（与之相对应的颗粒个数为 ） 在样品中出现的百分数（%），即为频率分布 。
样品的颗粒总数为N，则
通常取各粒级的 DP相等，f 能较直观表示颗粒的
组成特性。
DP一般用每一个区间的中点表示，即组中值 di 。
落在每一个区间的颗粒数除以Ｎ便是颗粒分布频 率 。可采用个数基准和质量基准表示。
2020/8/21
（1）颗粒的扁平度和伸长度 伸长度n＝长径/短径=l/b 扁平度m＝短径/高度=b/h
2020/8/21
（2）表面积形状因数和体积形状因数
不管颗粒形状如何，只要它是没有孔隙的，它的 表面积一定正比于颗粒的某一特征尺寸的平方，而它 的体积正比于这一尺寸的立方。如果用d代表这一特 征尺寸，则可表示为
2020/8/21
颗粒频率分布的等组距直方图及分布曲线图
颗粒频率分布函数
2020/8/21
（2）累计分布
•大于某一粒径Dp的颗粒质量占颗粒群总质量的百分
数，称筛上（余）累计分布（累计百分数R（ Dp ）
，％,用“+”表示） •小于某一粒径Dp的颗粒质量占颗粒群总质量的百
分数，称筛下累计分布（累计百分数D（ Dp ），％
2020/8/21
2.2 颗粒的形状因数
颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像 。
还原Fe粉 扫描电镜照片
球形铜粉的 光镜照片
球形CdS粉末 扫描电镜照片
棒状LaPO4粉末的 透射电镜照片
形状因数
表示单一颗粒外形的几何量的各种无因次 组合。
颗粒的扁平度和伸长度 表面积形状因数和体积形状因数 球形度
，用“-”表示） •R＋D=100% •工业常采用筛余累计计表示累计分布
2020/8/21
筛上和筛下累积分布直方图及曲线图
一般粒度测试结果都是以累计分布表示出来
如在使用筛析法、重力沉降法，离心沉降法等测试方法时 。
2020/8/21
（3） 累计分布与频率分布的关系 I 频率分布为累积分布的微分形式 II 累计分布为频率分布的积分形式
——和不同操作和粉体性质有关的系数
2020/8/21
不同的物理化学过程采用的平均粒径计算方法
2020/8/21
（5）表征粒度分布的特征参数
中位径， 多数径，最频粒径 标准偏差 :表示分布宽度
2020/8/21
三种不同粒度分布的粉体
粒度分布曲线优点
I 可由有限个粒度分布测定数据作出的光滑曲线上读出 粒度表格中未能给出任一粒级的颗粒百分含量
对于球形对称颗粒，φS=π
和
2020/8/21
φV =π/6
（3）球形度
表示颗粒接近球体的程度 与颗粒体积相等的球体的表面积
c
颗粒的实际表面积
其表达式为：
用 和 表示：
2020/8/21
2.3 尺寸（粒度）分布
粒度分布： 颗粒群中大小不同的颗粒所占的分
量；即将颗粒群范围划分为若干级别 ，各级别粒子占颗粒群总量的百分数 。
等周长圆当量径 与颗粒投影外形周长相等的圆的直径
2020/8/21
以上各种粒径是纯粹的几何表征量，描述了颗粒在 三维空间中的线性尺度。在实际粉末颗粒测量中，还 有依据物理测量原理，例如运动阻力，介质中的运动 速度等获得的颗粒粒径，这时的粒径已经失去了通常 的几何学大小的概念，而转化为材料物理性能的描述 。因此，除球体以外的任何形状的颗粒并没有一个绝 对的粒径值，描述它的大小必须要同时说明依据的规 则和测量的方法。
2020/8/21
（4）平均粒径 已知粒径为d的颗粒的个数n，或质量
w 进行计算。其之间可进行互相换算 。
2020/8/21
…… 2020/8/21
平均粒径表达式的通式归纳如下
以个数为基准 以质量为基准
fn和fw分别为个数基准与质量基准的频率分布
2020/8/21
平均粒径中个数基准和质量基准的换算公式 ？
(1) 马丁直径
是显微镜测定的一个术语。显微镜的线性目镜测微标尺如游丝测微 标尺，把颗粒的投影面积分成面积大约相等的两部分。这个分界线在
颗粒投影轮廓线上截取的长度，称为“马丁直径影轮廓的两端相切的切线间的垂直距离，在
一个固定方向上的投影长度，称为“弗雷特直径” df。
2020/8/21
（3）投影直径 dP
是用一个与颗粒投影面积大致相等的圆的直径来表示的。
2020/8/21
当量径
与颗粒有某种等量关系的球或投影圆的直径。
2020/8/21
等效圆球体积直径
等体积球当量径 与颗粒同体积球的直径 等表面积球当量径 与颗粒等表面积球的直径
2020/8/21
比表面积球当量径 与颗粒具有相同的表面积对体积 之比，即具有相同的比表面的球的直径 投影圆当量径 与颗粒投影面积相等的圆的直径