颗粒粒度测量技术及应用

出版时间：2010-9  出版社：化学工业  作者：蔡小舒//苏明旭//沈建琪  页数：342  
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前言

颗粒（包括固体颗粒、液滴、气泡）与能源、动力、环境、机械、医药、化工、轻工、冶金、材料、食品、集成电路、气象等行业密切相关，也和人们的日常生活密切相关。据文献介绍，70%以上的工业产品与颗粒有关，近年来经常出现的沙尘暴、冬季大范围的浓雾等也都与空气中的颗粒物有关。颗粒粒径是颗粒的最重要参数，许多情况下，颗粒粒径大小不仅直接影响到产品的性能与质量，而且与能源的高效利用、环境保护、工艺过程优化等都密切相关。近年来，各种新型颗粒材料，特别是纳米颗粒的问世和应用，给颗粒粒径的测量提出了新的更高的要求。从20世纪80年代以来，科学研究和生产实践飞速发展的需要极大促进了光散射法颗粒测量技术的飞速发展，在许多应用领域已逐步替代了原来应用其他工作原理(如筛分、显微镜、沉降、电感应等)的颗粒测量仪器，成为占主导地位的颗粒测量方法。特别是近年来激光技术、光电技术、微电子技术、光纤技术和计算机技术等的迅速发展和应用，光散射法易于实现在线测量的突出特点更进一步推动了光散射颗粒测量方法的发展，出现了一些新的基于光散射原理的颗粒测量方法，以及与微流体芯片技术相结合等多方法融合的颗粒测量仪器。光散射法颗粒测量技术的发展趋势将会是颗粒测量仪器的微型化和智能无线网络化。尽管光散射法颗粒测量技术有众多的优点，但它的穿透性不强限制了它在高浓度颗粒实时在线测量中的应用。超声具有很强的穿透能力，正好弥补了光散射颗粒测量技术在这方面的弱点，使得超声颗粒测量技术可以用于高浓度颗粒的测量而无需对被测对象进行稀释，这个特点尤其适合在过程中的颗粒实时在线测量。近年来国际上对超声颗粒测量方法的研究发展迅速，成为一类新的颗粒测量方法。而图像法则随数码相机技术的飞速发展，近年来重新崛起，正以崭新的面貌出现，成为颗粒粒度及形态测量的一类新方法。

内容概要

　　《颗粒粒度测量技术及应用》是作者所在团队多年来科研成果的总结，反映和代表了我国目前颗粒粒度测量技术的水平。内容包括颗粒系统的基本知识、光散射基本理论及基于光散射原理的颗粒测量方法和技术，超声散射的基本原理和基于超声的颗粒测量方法和技术，颗粒测量应用中的一些问题等。书中还收录了颗粒的折射率及物性参数、标准颗粒等颗粒测量中涉及到的参数和资料，对于从事颗粒制备和应用研究的科技人员在进行颗粒粒度测量时具有很好的参考价值。　　《颗粒粒度测量技术及应用》适合于从事颗粒材料测量、加工、制造行业的工程技术人员、研究人员、实验人员以及高校师生。

书籍目录

第1章 颗粒基本知识11.1 概述11.2 颗粒的几何特性21.2.1 颗粒的形状21.2.2 颗粒的比表面积31.2.3 颗粒的密度31.3 颗粒粒度及粒度分布41.3.1 单个颗粒的粒度41.3.2 颗粒群的粒径分布61.3.3 颗粒群的平均粒度111.4 标准颗粒131.5 颗粒测量中的颗粒分散问题161.5.1 颗粒分散方法概述171.5.2 常见问题讨论18参考文献19第2章 光散射基本理论212.1 衍射散射基本理论212.1.1 惠更斯菲涅耳原理212.1.2 巴卑涅原理232.1.3 衍射的分类242.1.4 夫琅和费单缝衍射252.1.5 夫琅和费圆孔衍射262.2 光散射基本理论282.2.1 光散射概述282.2.2 光散射基本知识292.2.3 经典Mie光散射理论322.3 几何光学对散射的描述492.3.1 概述492.3.2 计算方法492.4 非平面波的散射理论542.4.1 广义Mie理论542.4.2 基本理论542.4.3 波束因子的区域近似计算592.4.4 高斯波束入射602.4.5 数值结果61参考文献62第3章 散射光能颗粒测量技术653.1 概述653.2 基于衍射理论的激光粒度仪673.2.1 衍射散射式激光粒度仪的基本原理673.2.2 多元光电探测器各环的光能分布693.2.3 衍射散射法的数据处理方法723.3 基于Mie散射理论的激光粒度仪763.4 影响激光粒度仪测量精度的几个因素793.4.1 接收透镜焦距的合理选择793.4.2 被测试样的浓度803.4.3 被测试样轴向位置的影响823.4.4 被测试样折射率的影响843.4.5 光电探测器对中不良的影响853.4.6 仪器的检验863.5 激光粒度仪测量下限的延伸863.5.1 倒置傅里叶变换光学系统883.5.2 双镜头技术893.5.3 双光源技术903.5.4 偏振光散射强度差(PIDS)技术903.5.5 全方位多角度技术913.5.6 国产激光粒度仪的新发展933.6 角散射颗粒测量技术963.6.1 角散射式颗粒计数器的工作原理973.6.2 角散射式颗粒计数器的散射光能与粒径曲线983.6.3 角散射式颗粒计数器FD曲线的讨论1013.6.4 角散射式颗粒计数器的测量区及其定义1043.6.5 角散射式颗粒计数器的计数效率1083.6.6 角散射式颗粒计数器的主要技术性能指标109参考文献112第4章 透射光能颗粒测量技术1154.1 消光法1154.1.1 概述1154.1.2 消光法测量原理1154.1.3 消光系数1174.1.4 消光法的数据处理方法1194.1.5 颗粒浓度测量1264.1.6 消光法的粒径测量范围及影响测量精度的因素1264.1.7 消光法颗粒测量装置和仪器1284.2 光脉动法颗粒测量技术1304.2.1 光脉动法的基本原理1314.2.2 光脉动法的发展现状1334.3 消光起伏频谱法1364.3.1 数学模型1364.3.2 测量方法和测量原理1384.3.3 消光起伏频谱法的发展现状147参考文献149第5章 动态光散射测粒技术的原理和发展概况1535.1 引言1535.2 动态光散射测粒技术的原理1555.2.1 基本概念和基本关系1555.2.2 粒度测量的一般原理和基本分析1575.2.3 典型装置和数据分析方法1605.3 动态光散射测粒技术的发展概况1645.3.1 动态光散射技术的起源和初步定型1645.3.2 动态光散射测粒技术的早期发展1665.3.3 动态光散射测粒技术研究开发的现状和发展趋势166参考文献167第6章 超声法颗粒测量技术1716.1 声和超声1716.1.1 声和超声的产生1716.1.2 超声波特征量1726.2 超声法颗粒测量基本概念1766.2.1 声衰减和声速测量1786.2.2 能量损失机理1806.3 超声法颗粒测量理论1826.3.1 ECAH理论模型1836.3.2 ECAH理论模型的拓展和简化1936.3.3 耦合相模型2026.3.4 颗粒测量2086.3.5 基于电声学理论的ZETA电势测量2146.4 小结215参考文献215第7章 纳米颗粒的测量2197.1 纳米颗粒测量的背景和特点2197.2 动态光散射纳米颗粒测量2207.3 可视法纳米颗粒测量2237.4 超声法纳米颗粒测量2257.4.1 超声法的特点和装置2267.4.2 纳米颗粒检测的实例2277.4.3 超声纳米颗粒检测中注意事项230参考文献231第8章 反演算法2338.1 约束算法2338.1.1 颗粒粒径求解的一般讨论2338.1.2 约束算法在光散射颗粒测量中应用2348.2 非约束算法2448.2.1 非约束算法的一般讨论2448.2.2 Chahine算法及其改进2478.2.3 投影算法2498.2.4 松弛算法2518.2.5 Chahine算法和松弛算法计算实例253参考文献255第9章 工业应用及在线测量2579.1 雾化液滴测量2579.1.1 激光散射法测量2589.1.2 特大雾化液滴粒度测量2609.2 乳浊液中液体颗粒大小的测量2619.3 汽轮机中湿蒸汽测量2629.4 烟气轮机入口颗粒浓度及粒径的在线测量2649.5 烟雾连续在线测量2669.6 图像法测量快速流动颗粒2679.7 电厂气力输送煤粉粒径、浓度和速度在线测量2699.8 超细颗粒折射率测量2719.9 超声测量高浓度水煤浆273参考文献274第10章 其他颗粒测量方法27510.1 电感应法27510.1.1 电感应法的基本原理27510.1.2 仪器的配置与使用27710.1.3 测量误差27910.1.4 小结28310.2 显微镜法28310.2.1 颗粒粒径的定义28410.2.2 粒径测量28510.2.3 光学显微镜与电子显微镜28810.2.4 小结29010.3 图像分析法29110.3.1 颗粒图像分析的基本概念和方法29110.3.2 颗粒图像分析过程和结果表示29410.3.3 小结29710.4 沉降法29910.4.1 颗粒在液体中沉降的Stokes公式30010.4.2 颗粒达到最终沉降速度所需的时间30110.4.3 临界直径及测量上限30210.4.4 布朗运动及测量下限30310.4.5 Stokes公式的其他影响因素30410.4.6 测量方法及仪器类型30610.4.7 沉降天平30910.4.8 光透沉降法31210.4.9 离心沉降31410.4.1 0小结315参考文献316附录318附录一 国内外主要颗粒仪器生产厂商318附录二 国内外颗粒测量标准319附录三 国内外标准颗粒主要生产厂商325附录四 液体的黏度和折射率326附录五 固体化合物的折射率329

章节摘录

插图：光散射是指光线通过不均匀的介质而偏离其原来的传播方向并散开到所有方向的现象。众所周知，在均匀介质中，光线将沿原有的方向传播而不发生散射现象。当光线从一个均匀介质进入另一均匀介质时，根据麦克斯韦电磁场理论，它只能沿着折射光线的方向传播，这是由于均匀介质中偶极子发出的次波具有与入射光相同的频率，并且偶极子发出的次波间有一定的位相关系，它们是相干的，在非折射光的所有方向上相互抵消，所以只发生折射而不发生散射。反射和折射规律由Snell定律描述，而反射光和折射光与入射光的强度关系则由Fresnel公式给出。如果在均匀介质中掺人一些大小为波长数量级且杂乱分布的颗粒物质，它们的折射率与周围均匀介质的折射率不同，譬如胶体溶液、悬乳液、乳状物等，原来均匀介质的光学均匀性遭到破坏，次波干涉的均匀性也受到破坏。这种含有不均匀无规则分布的颗粒物质的介质引起了光的散射，称为亭达尔散射（Tygdall，又称丁达尔散射或丁铎尔散射）。在本书以下即将讨论的光散射法测量颗粒时，均产生光的亭达尔散射。这时，散射光的强度分布及偏振规律与散射颗粒的大小、颗粒相对周围介质的折射率有关。

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《颗粒粒度测量技术及应用》由国家科学技术著作出版基金资助出版。本书是该书是我国全面系统论述颗粒粒径的光散射、超声波测量原理其应用的著作，本书是“863”重大科技项目、国家自然科学基金项目等多项颗粒与两相流测量课题研究成果的结晶，是蔡小舒教授研究团队20多年对颗粒粒度测量中的光散射理论、超声波传播理论等关键问题进行研究，取得一系列创新性成果后经整理、提炼、编著而成。本书的撰写始终围绕各种颗粒粒度的测量方法、技术、仪器和应用实践。其中，又以目前应用范围最为广泛、技术最为先进的光散射颗粒粒度测量方法作为核心内容。本书的一个鲜明的特点就是将该领域的科学研究和实际应用进行了有机的结合，使得该书不仅仅作为一般工程人员的参考书，同时还适合于教学和科学研究参考之用。

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