沉降法粒度測試原理--Stokes定律

　　沉降法是通過測量顆粒在液體中的沉降速度來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的平方成正比，可見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，縮短測試時(shí)間，提高測試精度，許多沉降儀引入了離心沉降手段來加快細(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試時(shí)間的原因。

　　沉降法粒度測試原理--比爾定律：

　　從Stokes定律可知，只要測到顆粒的沉降速度，就可以得到該顆粒的粒徑了。在實(shí)際測量過程中，直接測量顆粒沉降速度是很困難的，因此在沉降法粒度測試過程中，常常用透過懸浮液的光強(qiáng)的變化率來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測試某時(shí)刻的光強(qiáng)來得到光強(qiáng)的變化率，再通過計(jì)算機(jī)的處理就可以得到粒度分布了

　　激光粒度測試原理：

　　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，在該平行光束沒有照射到顆粒的情況下，光束經(jīng)過富氏透鏡后將匯聚到焦點(diǎn)上。如圖下圖所示

　　當(dāng)通過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為Airy斑。Airy中包含著豐富的粒度信息。簡單地理解就是半徑大的光環(huán)對應(yīng)著較小的粒徑的顆粒，半徑小的光環(huán)對應(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轉(zhuǎn)換成電信號，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，再采用米氏散射理論通過計(jì)算機(jī)將這些信號進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，就可以得出粒度分布了。