颗粒粒度测试技术

本文介绍了颗粒测量的意义及有关测量的原理和技术     

动态光散射技术的角度依赖性

与单角度动态光散射技术相比,多角度动态光散射(MDLS)颗粒测量技术能够提高颗粒粒度分布的测量准确性。但在MDLS技术中,测量角度的选择常常与被测颗粒体系的分布有关。对100nm、500nm的单峰模拟分布和300nm与600nm混合的双峰模拟分布的颗粒体系,分别在1、3、6、9个散射角条件下进行了测量。颗粒粒度反演结果表明,随着散射角个数的增大,颗粒粒度分布更趋于真实的颗粒粒度分布。对数量比为5:1的100nm与503nm双峰分布的聚苯乙烯颗粒,分别在1、3、5、10个散射角条件下进行了测量,实测结果表明采用单角度测量只能得到单峰分布,3个及更多散射角可得到双峰分布,并且双峰的数量比随散射角数量的增加逐渐趋近真实的数量比。因此,MDLS颗粒测量技术能够改善颗粒粒度分布的测量结果,但这种改善程度会随散射角的增多逐渐降低。由于散射角个数的增多会增加散射角的校准噪声和光强相关函数的测量噪声,因而会导致在有些情况下颗粒粒度分布的测量结果反而变差。     

基于散射光偏振分布差的颗粒尺寸及折射率测量

提出一种基于颗粒散射光强正交分布差的颗粒尺寸和折射率同时测量方法.该方法利用颗粒散射光的垂直/平行分量和预设折射率,通过改进的Chahine算法反演得到粒径分布.根据所得粒径分布,计算得到平行/垂直分量,并与测量的平行/垂直分量比对,计算其拟合残差.遍历可能的折射率,使拟合残差趋于无穷小时,所对应的折射率即为颗粒的折射率,对应的粒度分布即为样品粒度分布.对聚丙乙烯标准颗粒、碳化硅及石墨样品进行测量,测量结果显示:对无吸收颗粒,折射率测量准确,吸收性颗粒虚部测量准确,使用所得到折射率测量值可得到准确的粒度分布.     

一种扩大动态光散射颗粒法可测溶液浓度的改进方法

针对传统动态光散射颗粒测量法测量溶液浓度范围较小的问题，通过模型和实验研究了传统DLS系统双孔结构中测量区大小对测量结果的影响，发现可通过改变测量区大小控制散射体体积，从而扩大测量溶液浓度的范围。并基于传统DLS系统双孔结构光路，通过使用可调狭缝，并增加透镜，扩大了DLS测量溶液浓度范围，实验结果表明了该方法的有效性。     

基于后向散射的高浓度纳米颗粒粒度分布测量方法研究

传统的动态光散射法通常采集侧向散射进行纳米颗粒粒度分布的测量,由于多次散射的影响,利用侧向散射不能准确测量高浓度样品的颗粒粒度分布。针对该问题,对后向散射测量方法进行了研究,在实验基础上提出了后向散射最佳光程的判断准则。在不同样品浓度下,用侧向散射和后向散射方法对标称粒径分别为110 nm、220 nm的聚苯乙烯乳胶球颗粒进行了测量。实验结果表明,对于高浓度的待测样品,后向散射测量方法通过自适应调整光程,在最优光程处进行测量,能够有效得到高浓度纳米颗粒的粒径及粒度分布,测量结果相对误差为2.72%。     

近场接收时颗粒的消光特性

讨论了在近场接收条件下颗粒的消光特性。计算表明：在近场接收时，颗粒的实际消光将性与远场接收相比，存在很大的区别－－实际消光纱数不但同颗粒的性质和大小有关，而且与颗烊在光束中的位置相联系。对于大颗粒，近场间的消光系数在数值上也有很大差异，如果采用近场接收来测量颗粒的大小，必须考虑这些因素的影响，否则将极大增加测量误差。还论述了近场接收时消光法测量颗粒时测量区定义中的问题，论证了如何能恰当定义测量区，     

超声法测量高浓度水煤浆若干问题研究

利用超声法在线测量高浓度水煤浆具有无需稀释、快速、在线、非接触等优势.本文探讨了水煤浆中的浓度测量问题.在理论分析和实验基础上得出了水煤浆中声速与浓度的关系,指出水煤浆温度、稳定性、粒径与声速的关系和对浓度测量的影响,并从理论上提出了水煤浆中粒径测量的方法.本文设计的实验装置适合在线测量中的应用.     

金属漆颗粒效果测量装置和评价方法的研究

为了测量金属漆颗粒效果,开发了一种测量装置,构建了应用于该测量装置的金属漆颗粒效果评价模型。根据不同的色彩分布和颗粒大小选取了56个金属漆色卡构建测试样本库。用BYKMac采集样本的颗粒参数,进行视觉实验,验证了BYKMac数据的准确性。设计测量装置来获取样本图像信息,使用现有的纹理评价方法处理图像信息并将数据和视觉实验数据进行相关性比较,同时设计适用于该装置的评价方法,得到样本图像的颗粒值。该装置的测量结果与视觉数据和BYKMac数据拟合的相关系数分别为0.8770和0.9329。结果表明,该测量装置和评价方法能有效测量并得到符合人眼感知的金属漆颗粒参数。     

不同条件下颗粒物质的粘弹性响应

研制了能承受100 MPa压强的测量装置,并用该装置对加压下制备的紧密沙堆进行粘弹性响应测量,得球形镍颗粒沙堆在周期性竖直振荡下储能模量G′与压强p 的关系. 实验结果表明,反映沙堆整体弹性特征的储能模G′与压强p 的关系为G′~p0.45;不同形状颗粒体系的粘弹性响应行为不同.     

动态光散射实验

动态光散射技术是测量纳米及亚微米颗粒粒径的有效方法．本文介绍了动态光散射实验的原理、实验装置及方法，并测量了粒径为85nm的聚苯乙烯水溶液的粒径，分析了实验产生误差的原因．     

La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3(x=4%)中的热弛豫现象

采用溶胶-凝胶法并经不同温度烧结而制备了名义组分为La2/3Ca1/3MnO3和La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3(x=4%)的系列样品,对它们进行了阻温关系测量.从试验结果观察到:在La2/3Ca1/3MnO3样品中,降温和升温测量的阻温曲线几乎完全重合,没有观察到明显的热弛豫现象.而在不同温度烧结的La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3(x=4%)样品中,阻温关系有明显的热弛豫现象.同时试验还观察到该热弛豫现象随样品烧结温度(颗粒尺寸)的增加逐渐消失.     

单光束互相关法测量高浓度纳米颗粒粒径

针对光子相关光谱法不能测量高浓度纳米颗粒粒径和双光束互相关测量法装置结构过于复杂等问题,提出了一种基于范西特-泽尼克定理的单光束互相关法。首先分析了传统双光束互相关法存在的问题,然后根据范西特-泽尼克定理建立了单光束互相关测量法的模型,设计完成了单光束互相关颗粒粒度测量装置,最后对各种浓度不同粒径的颗粒进行了测量。实验证明,单光束互相关法能有效抑制多重散射的影响,适用于测量高浓度纳米颗粒粒径。     

基于辐射光谱法的高温颗粒辐射传热参数在线测量方法研究

针对在高温燃烧环境中的颗粒辐射传热问题,基于普朗克辐射定律,提出了用于高温颗粒辐射传热参数在线测量的辐射光谱法,根据高温颗粒可见波段辐射光谱随波长变化情况,通过参数拟合方法直接获得颗粒温度及辐射强度等辐射传热参数。为验证该方法测量准确性,搭建了高温黑体炉辐射测量系统,实验测量结果显示：温度测量值与设定温度相对偏差小于3%;辐射强度测量值与理论计算值相对偏差小于5%。以此为基础,设计了应用于高温燃烧环境下的颗粒辐射传热参数测量的水冷结构探针,并利用该探针开展了高温燃烧环境气固两相流200～1 100 nm波段辐射光谱测量,基于上述方法,直接获得了高温颗粒温度、辐射强度等辐射传热参数沿截面分布情况,有效剥离了高温气体对流传热的影响,为高温颗粒辐射传热研究提供数据支撑。     

Fe-Cu和Fe-Ag金属颗粒膜的磁性

报道了Fe-Cu和Fe-Ag金属颗粒膜的晶体结构和磁性。电子衍射和高分辨透射电子衍射分析证实:在这些样品中铁颗粒从cu或Ag中脱溶出来而均匀分布在整个样品中。磁测量表明,当样品中铁成分较低时(x<0.25),在较高温度下,存在铁磁-超顺磁相变。基于超顺磁性理论,可以很好地解释铁颗粒有效磁矩随外磁场的变化特性,并且由此估计了铁磁颗粒的平均大小。在1.5K温度下,当样品中铁成分较低时(x<0.20),铁颗粒平均原于磁矩低于大块材料。在低温下,磁化强度对温度的依赖性测量表明,随着样品中铁成分的降低,样品磁性呈现 关键词：     

消光起伏光谱的时间相关处理

消光起伏光谱法(TFS)是一种新的颗粒测量方法,可同时测量两相流中颗粒的粒径分布和体积浓度。由于在测量原理和结构上非常简单,这种方法可用来实现在线、实时测量。然而在实际测量中,消光起伏光谱法对颗粒粒径分布的分辨率还比较低且对高浓度颗粒系的测量须考虑颗粒相互作用效应。本文提出一种新的数据处理方法-消光起伏相关光谱法(TFCS),通过对消光起伏信号在不同相关时间参数下进行相关计算来得到消光起伏光谱以提高消光起伏法对颗粒粒径分布的分辨率。     

颗粒物质中压力随高度的变化规律

用实验方法研究了圆筒容器中静止沙堆内策略的分布及变化规律。直接测量了颗粒物质的摩擦力，给出摩擦力与颗粒填充密度的关系，摩擦力与颗粒堆积高度的关系，并分析讨论了相关因素。     

用LabVIEW实现基于光子计数的动态光散射系统

利用虚拟仪器开发软件LabVIEW设计了基于光子计数原理的动态光散射纳米颗粒测量系统．采用光电倍增管（H6240-01）作为检测器件以及光子计数板（M9003）对单光子信号计数，利用LabVIEW作为软件平台，并用brookhaven的标准纳米颗粒进行了实验，取得了较好的测量效果．     

动态光散射图像法测量纳米颗粒粒度研究

提出了一种基于动态光散射原理的图像法测量纳米颗粒粒径的新方法,采用面阵CCD数以万计的像素同时并行测量处于布朗运动的纳米颗粒空间分布的动态散射光信号,对测得的信号进行数据处理,得到了纳米颗粒粒径。对27、79、482、948nm 4种不同粒径的纳米标准颗粒进行了实验研究,针对面阵CCD拍摄帧率远低于光电倍增管测量频率的特点,采用质量分数为55%高粘度甘油水溶液作为分散介质,在CCD拍摄帧率为8290frame/s时,27nm颗粒的测量误差从以水为分散介质时的15.1%降至1.9%。与目前动态光散射纳米颗粒测量方法相比,该方法大幅度减少了测量时间,仅为现有方法的1%以下,并可大幅度简化测量装置。     

颗粒两相体系超声多参数测量实验研究

发展了一种基于超声检测原理的颗粒两相体系颗粒粒度、密度和浓度的测量方法。设计了一套脉冲超声波多参数测量装置和系统,以SiC悬浊液为研究对象,测得了其3～6 MHz的声衰减谱。利用反演算法,获得了SiC颗粒粒度分布曲线,并将此与电感应法测量结果进行对比,两者比较吻合。同时,采用多次回波技术,获得了多达15次回波信号。利用自行编制的LabVIEW分析程序进行数据处理,计算出颗粒两相体系的密度和浓度,其相对测量误差分别在1.6%和8%以内。     

高速摄影法测量圆盘状颗粒曳力系数的方法研究

曳力系数是表征气固相互作用的基础性参数之一。常规的曳力系数测量主要采用重力沉降法,只适用于重颗粒、且表面光滑密实的情况,并不适用于像生物质这类非球形、轻质颗粒的曳力系数的测量。本文介绍一种非球形、轻质颗粒曳力系数的高速摄像测量方法,基于颗粒视频、图像的处理方法,分析在测量区域内颗粒的受力大小和迎风截面的变化.应用该方法测量两种典型球形、圆盘状颗粒的曳力系数,实验结果表明球形颗粒的测量结果与标准曳力曲线预测的结果变化趋势一致;对于圆盘状颗粒,其测量结果与非球形颗粒曳力系数的Hoizer经验公式计算值相比,存在20%的平均误差。