沉降法粒度測(cè)試原理--Stokes定律

　　沉降法是通過(guò)測(cè)量顆粒在液體中的沉降速度來(lái)反映粉體粒度分布的一種方法。我們知道，在液體中大顆粒沉降速度快，小顆粒沉降速度慢。沉降速度與粒徑的數(shù)量關(guān)系我們可以從下面的Stokes定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式得到：從Stokes定律中我們可以看到，顆粒的沉降速度與粒長(zhǎng)的平方成正比，可見(jiàn)在重力沉降中顆粒越細(xì)沉降速度越慢。

　　比如在相同條件下，兩個(gè)粒徑比為10：1，那么這兩個(gè)顆粒的沉降速度之比為100:1。為了加快細(xì)顆粒的沉降速度，縮短測(cè)試時(shí)間，提高測(cè)試精度，許多沉降儀引入了離心沉降手段來(lái)加快細(xì)顆粒的沉降速度。離心狀態(tài)下粒徑與沉降速度的關(guān)系如下：

　　這就是離心狀態(tài)下的Stokes定律。其中ω為離心機(jī)角速度，r為顆粒到軸心的距離。由于離心機(jī)轉(zhuǎn)速較高，ω2r遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力加速度g，因此同一個(gè)顆粒在離心狀態(tài)下的沉降速度Vc將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力狀態(tài)下的沉降速度V，這就是離心沉降可以縮短測(cè)試時(shí)間的原因。

　　沉降法粒度測(cè)試原理--比爾定律：

　　從Stokes定律可知，只要測(cè)到顆粒的沉降速度，就可以得到該顆粒的粒徑了。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，直接測(cè)量顆粒沉降速度是很困難的，因此在沉降法粒度測(cè)試過(guò)程中，常常用透過(guò)懸浮液的光強(qiáng)的變化率來(lái)間接地反映顆粒的沉降速度。那么，光強(qiáng)的變化率與粒徑之間的關(guān)系是怎樣的呢?比爾定律給出了某時(shí)刻的光強(qiáng)與粒徑之間的數(shù)量關(guān)系。

　　這樣我們就可以通過(guò)測(cè)試某時(shí)刻的光強(qiáng)來(lái)得到光強(qiáng)的變化率，再通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理就可以得到粒度分布了

　　激光粒度測(cè)試原理：

　　由激光器發(fā)出的激光束，經(jīng)濾波、擴(kuò)束、準(zhǔn)值后變成一束平行光，在該平行光束沒(méi)有照射到顆粒的情況下，光束經(jīng)過(guò)富氏透鏡后將匯聚到焦點(diǎn)上。如圖下圖所示

　　當(dāng)通過(guò)某種特定的方式把顆粒均勻地放置到平行光束中時(shí)，激光將發(fā)生衍射和散射現(xiàn)象，一部分光將與光軸成一定的角度向外擴(kuò)散。理論與實(shí)踐都證明，大顆粒引發(fā)的散射光的散射角小，顆粒越小，散射光的散射角越大。這些不同角度的散射光通過(guò)富氏透鏡后將在焦平面上將形成一系列的光環(huán)，由這些光環(huán)組成的明暗交替的光斑稱(chēng)為Airy斑。Airy中包含著豐富的粒度信息。簡(jiǎn)單地理解就是半徑大的光環(huán)對(duì)應(yīng)著較小的粒徑的顆粒，半徑小的光環(huán)對(duì)應(yīng)著較大粒徑的顆粒;不同半徑上光環(huán)的光能大小包含該粒徑顆粒的含量信息。這樣我們就在焦平面上安裝一系列光的電接收器，將這些由不同粒徑顆粒散射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，再采用米氏散射理論通過(guò)計(jì)算機(jī)將這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，就可以得出粒度分布了。