CN114235649A - 基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，包括，计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。本发明能够至少使配备有激光粒度仪的使用者能够比较方便地获得片状颗粒径厚比的近似值，测量方法相对来说简单易行，扩展了激光粒度仪的功能。
Description
技术领域
本发明涉及微小颗粒形貌测量技术领域，尤其涉及基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法、装置及存储介质。
背景技术
片状颗粒的径厚比是指颗粒的尺寸(躺平看)与该颗粒的厚度的比值，是颗粒形貌的重要参数，对颗粒材料的物理和化学性能有重要影响。微米颗粒径厚比的测量的最大困难是颗粒厚度的测量。目前测量厚度只能用(光学或电子)显微镜，其难点在于必须把片状的微小颗粒竖起来观察，目前来看，只有新型的扫描电子显微镜能够让部分颗粒竖起来观察，从而实现对颗粒厚度的估算。然而，即使用扫描电镜，仍存在一些缺点。一则测量时只能逐个测量颗粒的厚度，通过大量的测量统计出颗粒样品的平均径厚比，统计的数量少则代表性不够，统计的数量多则消耗的时间过长，事实上难以做到；二则扫描电镜的价格昂贵，维护成本高，操作复杂。
当前基于静态光散射原理的粒度仪(俗称“激光粒度仪”)在颗粒材料的粒度测量中已经得到广泛的应用，并且随着国产激光粒度仪的崛起，价格已经降到10万元的量级。激光粒度仪和大多数其他原理的粒度测量仪器一样，在测量原理上都假设颗粒是圆球形的。但是实际的颗粒大多是非圆球形的，因此粒度仪给出的粒径称为“等效粒径”。但是，当前的激光粒度仪也不能用来测量颗粒的径厚比。
当今市场急需方便有效的测量微小颗粒径厚比的方法。
发明内容
本发明的目的是为了至少解决现有技术的不足之一，提供基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法、装置及存储介质。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案，
具体的，提出基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，包括以下：
获取待测颗粒样品的重量，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的颗粒的体积作为第一体积；
获取分散介质的体积作为第二体积；
根据所述第一体积以及第二体积计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；
获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；
根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；
计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；
根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。
进一步，具体的，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，包括，
预建立每个颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系以形成第一数据库，在确定所述待测颗粒样品的种类时，访问所述第一数据库获取其对应的真密度。
进一步，具体的，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的实际颗粒体积。
进一步，具体的，所述实际体积浓度通过以下方式进行计算，
计算所述第一体积与所述第二体积之和得到第三体积；
计算所述第一体积与所述第三体积的比值即为所述实际体积浓度。
进一步，具体的，所述等效体积浓度通过以下公式进行计算，
其中，C为等效体积浓度，b为所述混合液的遮光比，它表示所述激光粒度仪的照明光被进入测量区的颗粒散射或者吸收所造成的减少量占入射总量的比例，H表示所述激光粒度仪的测量池的厚度，B通过下式计算得到，
其中(d1,d,…,dN)表示激光粒度仪给出粒度测量报告中每个粒径段的平均粒径，(v1,v2,…,vN)为所述激光粒度仪测得的归一化粒度分布，即每个粒径段上的颗粒体积占所有被测颗粒总体积的百分比，(γ1,γ2,…,γN)为每个粒径段的颗粒消光系数。
进一步，具体的，根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比，包括，
预建立体积系数与径厚比之间的映射关系以形成第二数据库，在确定所述待测颗粒样品的体积系数时，访问所述第二数据库获取其对应的径厚比。
本发明还提出基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量的装置，包括：
第一体积获取模块，用于获取待测颗粒样品的重量，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的颗粒的体积作为第一体积；
第二体积获取模块，用于获取分散介质的体积作为第二体积；
实际体积浓度计算模块，用于根据所述第一体积以及第二体积计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；
混合液数据获取模块，用于获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；
等效体积浓度计算模块，用于根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；
体积系数计算模块，用于计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；
径厚比获取模块，用于根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。
进一步，具体的，所述装置还包括，
第一数据库，基于每个颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系建立，用于在确定所述待测颗粒样品的种类时，访问所述第一数据库获取其对应的真密度。
进一步，具体的，所述装置还包括，
第二数据库，基于体积系数与径厚比之间的映射关系建立，用于在确定所述待测颗粒样品的体积系数时，访问所述第二数据库获取其对应的径厚比。
本发明还提出一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项所述基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法的步骤。
本发明的有益效果为：
本发明提出基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，通过计算待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度以及根据粒度分布和遮光比计算得到的待测样品分散在所述分散介质中的等效体积浓度，接着计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数，最后根据体积系数得到待测颗粒样品的径厚比，本发明能够至少使配备有激光粒度仪的使用者能够比较方便地获得片状颗粒径厚比的近似值，测量方法相对来说简单易行，扩展了激光粒度仪的功能。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为本发明基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
参照图1，实施例1，本发明提出基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，包括以下：
步骤110、获取待测颗粒样品的重量，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的颗粒的体积作为第一体积；
具体的，待测颗粒样品的重量可以通过根据具体的激光粒度仪的测量需要，取适量的颗粒样品，用足够精度的天平，称出所取到的样品的重量，精度最好能达到2位有效数以上(含)，
步骤120、获取分散介质的体积作为第二体积；
具体的，分散介质的体积可以根据具体的激光粒度仪的测量需要，取适量的分散介质，用量杯或其他工具量出介质的体积，计量精度最好能达到2位有效数(含)，
步骤130、根据所述第一体积以及第二体积计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；
具体的，测量粒度时需要把颗粒分散在介质中，用于测量的介质体积可以通过某种计量方法(例如用量筒)获得，最终获得颗粒分散在介质中的实际体积浓度。
步骤140、获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；
具体的，将分散介质与待测颗粒样品混合并充分分散，再投进激光粒度仪的进样器，让激光粒度仪测量颗粒的粒度分布以及混合液的遮光比，
步骤150、根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；
步骤160、计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；
步骤170、根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。
在本实施例1中，提出的测量径厚比的方法相对来说简单易行。计算过程可以集成到激光粒度仪的软件中。使用者只要有精度适当的天平(比如万分之一精度的电子称)和量杯(例如精度达到1毫升以上)，通过计算机操作界面输入实际体积浓度，激光粒度仪测完粒度后，就可自动给出被测样品的径厚比。当然，本方法假设了所有被测颗粒的径厚比都相同，并把片状颗粒近似作一个铁饼状的旋转椭球，因此测量结果与真实结果之间会有一定的误差。虽然如此，本方法至少使配备有激光粒度仪的使用者能够比较方便地获得片状颗粒径厚比的近似值，扩展了激光粒度仪的功能。
具体的，在应用时，申请人曾用这个方法测量了动力电池用石墨粉、导电胶用的片状银粉等材料的径厚比，其结果与用电子显微镜测量得到的结果大体一致。例如，前述片状银粉的径厚比，用本方法得到的测量值为5.3，而用电子显微镜方法得到的结果为5.6。
作为本发明的优选实施方式，具体的，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，包括，
预建立每个颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系以形成第一数据库，在确定所述待测颗粒样品的种类时，访问所述第一数据库获取其对应的真密度。
在本优选实施方式中，颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系可以通过查阅相关资料进行建立，如果资料查阅不到，也可以通过适当的方法测量该颗粒物质的真密度，并且每当出现新的颗粒样品及其对应的真密度，可以对所述第一数据库进行更新。
作为本发明的优选实施方式，具体的，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的颗粒的体积，包括，
将所述重量除以所述真密度得到所述颗粒样品的实际颗粒体积；
在本优选实施方式中，通过以上方式，能够较为准确的测得所述颗粒样品的颗粒的体积。
作为本发明的优选实施方式，具体的，所述实际体积浓度通过以下方式进行计算，
计算所述第一体积与所述第二体积之和得到第三体积；
计算所述第一体积与所述第三体积的比值即为所述实际体积浓度。
在本优选实施方式中，通过以上方式，能够较为准确的计算得到实际体积浓度。
作为本发明的优选实施方式，具体的，所述等效体积浓度通过以下公式进行计算，
其中，C为等效体积浓度，b为所述混合液投入激光粒度仪测量时产生的遮光比，它表示所述激光粒度仪的照明光被进入测量区的颗粒散射或者吸收所造成的减少量占入射总量的比例，H表示所述激光粒度仪的测量池的厚度，B通过下式计算得到，
其中(d1,d,…,dN)表示每个粒径段的平均粒径，(v1,v2,…,vN)为所述激光粒度仪测得的归一化粒度分布，(γ1,γ2,…,γN)为每个粒径段的颗粒消光系数。
在本优选实施方式中，经过以上式子的相关计算能够得到等效体积浓度。
作为本发明的优选实施方式，具体的，根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比，包括，
预建立体积系数与径厚比之间的映射关系以形成第二数据库，在确定所述待测颗粒样品的体积系数时，访问所述第二数据库获取其对应的径厚比。
在本优选实施方式中，体积系数与径厚比之间的映射关系通过以下原理进行确定，
过去已经有大量文献(例如参考文献1～2)研究了旋转椭球颗粒的光散射现象，给出了散射光分布的解析解，据此通过数值计算，可以得到各种类型旋转椭球的散射光的分布，进而计算出旋转椭球形颗粒的散射光“等效粒径”。如果把一个片状颗粒近似看成铁饼状的旋转椭球，以“铁饼”的直径为颗粒直径，同时作为椭球的旋转径，即长直径；以铁饼的中心厚度为颗粒的厚度，同时作为旋转椭球的短直径；把旋转椭球的长直径与短直径之比作为片状颗粒的径厚比；参考文献3通过计算机模拟计算，给出了当一群随机取向的片状颗粒被激光粒度仪测量时，各种径厚比的片状颗粒的等效粒径，并由等效粒径换算成颗粒的“等效体积”(或者“等效重量”)。发现等效体积总是大于颗粒的实际体积。本申请把等效体积与实际体积之比称为“体积系数”。文献3的研究表明，当径厚比保持不变时，体积系数是恒定的，不随粒径的变化而改变；但是体积系数随着径厚比的增大而增大。下表1是文献3的
表4给出的径厚比与体积系数(原文称作“重量系数”)的对应关系。
| 径厚比 | 1 | 1.5 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 体积系数 | 1 | 1.16 | 1.47 | 1.87 | 2.43 | 3.02 | 3.68 | 4.36 | 5.02 | 5.68 | 6.35 |
表1
利用参考文献1～3给出的公式和计算思路，本专业人员可以计算出任意光学性质的片状颗粒的径厚比与体积系数的关系。
以下为上文所提到的3份参考文献：
1.Asano,S.et al.,Light scattering by a spheroidal particle,Appl.Opt.,14,29,1975
2.Asano,S.et al.,Light scattering by randomly oriented particles,Appl.Opt.,19,962,1980
3.张福根，程路.棒状和片状颗粒在激光粒度仪中的等效粒径(二)——有关结论.中国颗粒学会首届年会论文集，P.273,1997。
本发明还提出基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量的装置，包括：
第一体积获取模块，用于获取待测颗粒样品的重量，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的颗粒的体积作为第一体积；
第二体积获取模块，用于获取分散介质的体积作为第二体积；
实际体积浓度计算模块，用于根据所述第一体积以及第二体积计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；
混合液数据获取模块，用于获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；
等效体积浓度计算模块，用于根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；
体积系数计算模块，用于计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；
径厚比获取模块，用于根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。
作为本发明的优选实施方式，具体的，所述装置还包括，
第一数据库，基于每个颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系建立，用于在确定所述待测颗粒样品的种类时，访问所述第一数据库获取其对应的真密度。
作为本发明的优选实施方式，具体的，所述装置还包括，
第二数据库，基于体积系数与径厚比之间的映射关系建立，用于在确定所述待测颗粒样品的体积系数时，访问所述第二数据库获取其对应的径厚比。
本发明还提出一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上任一项所述基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法的步骤。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例中的方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储的介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包括的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (10)
1.基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，其特征在于，包括以下：
获取待测颗粒样品的重量，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的实际颗粒体积作为第一体积；
获取分散介质的体积作为第二体积；
根据所述第一体积以及第二体积计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；
获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；
根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；
计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；
根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。
2.根据权利要求1所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，其特征在于，具体的，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，包括，
预建立每个颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系以形成第一数据库，在确定所述待测颗粒样品的种类时，访问所述第一数据库获取其对应的真密度。
3.根据权利要求1所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，其特征在于，具体的，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的颗粒的体积，包括，
将所述重量除以所述真密度得到所述颗粒样品的实际颗粒体积。
4.根据权利要求3所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，其特征在于，具体的，所述实际体积浓度通过以下方式进行计算，
计算所述第一体积与所述第二体积之和得到第三体积；
计算所述第一体积与所述第三体积的比值即为所述实际体积浓度。
5.根据权利要求1所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，其特征在于，具体的，所述等效体积浓度通过以下公式进行计算，
其中，C为等效体积浓度，b为所述混合液被激光粒度仪测量时的遮光比，它表示所述激光粒度仪的照明光被进入测量区的颗粒散射或者吸收所造成的减少量占入射光总量的比例，H表示所述激光粒度仪的测量池的厚度，B通过下式计算得到，
其中(d1,d,…,dN)表示每个粒径段的平均粒径，(v1,v2,…,vN)为所述激光粒度仪测得的归一化粒度分布，(γ1,γ2,…,γN)为每个粒径段的颗粒消光系数。
6.根据权利要求1所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量方法，其特征在于，具体的，根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比，包括，
预建立体积系数与径厚比之间的映射关系以形成第二数据库，在确定所述待测颗粒样品的体积系数时，访问所述第二数据库获取其对应的径厚比。
7.基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量装置，其特征在于，包括：
第一体积获取模块，用于获取待测颗粒样品的重量，根据所述待测颗粒样品的种类获取其真密度，由所述重量以及真密度计算得到所述颗粒样品的实际颗粒体积作为第一体积；
第二体积获取模块，用于获取分散介质的体积作为第二体积；
实际体积浓度计算模块，用于根据所述第一体积以及第二体积计算得到所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中的实际体积浓度；
混合液数据获取模块，用于获取所述待测颗粒样品分散在所述分散介质中形成的混合液，读取激光粒度仪所测量的所述混合液的遮光比以及所述混合液中颗粒的粒度分布；
等效体积浓度计算模块，用于根据所述遮光比以及所述粒度分布，计算所述混合液的颗粒体积浓度作为等效体积浓度；
体积系数计算模块，用于计算所述等效体积浓度与所述实际体积浓度的比值，得到所述待测颗粒样品的体积系数；
径厚比获取模块，用于根据所述体积系数获取并反馈所述待测颗粒样品的径厚比。
8.根据权利要求7所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量装置，其特征在于，具体的，所述装置还包括，
第一数据库，基于每个颗粒样品的种类与其对应的真密度的映射关系建立，用于在确定所述待测颗粒样品的种类时，访问所述第一数据库获取其对应的真密度。
9.根据权利要求7所述的基于激光粒度仪的颗粒径厚比测量装置，其特征在于，具体的，所述装置还包括，
第二数据库，基于体积系数与径厚比之间的映射关系建立，用于在确定所述待测颗粒样品的体积系数时，访问所述第二数据库获取其对应的径厚比。
10.一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
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