顆粒的物理性質(zhì)測(cè)試對(duì)于很多行業(yè)都具有重要意義，顆粒的粒徑分布與球形度、長(zhǎng)徑比等形狀分布數(shù)據(jù)都是常常需要用到的物理參數(shù)。顆粒圖像工作站是一種全能型的顆粒測(cè)試設(shè)備，由于其采用的是直接測(cè)試的方法，可以通過(guò)計(jì)算獲得包括比表面積在內(nèi)的幾乎所有顆粒的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)。
首先我們了解一下顆粒圖像工作站的工作原理。利用高清晰的工業(yè)攝像頭通過(guò)光學(xué)顯微鏡裝置將需要測(cè)試的顆粒樣品狀態(tài)逐一拍攝下來(lái)，利用專門(mén)開(kāi)發(fā)的顆粒圖像分析軟件將所有圖像拼接、處理后，即可獲得每個(gè)顆粒的投影面積、粒徑大小等數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)和計(jì)算就可獲得所需要數(shù)據(jù)了。
顆粒圖像檢測(cè)儀器其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下方面：
(1)采用直接測(cè)試法，以顆粒的圖片作為測(cè)試依據(jù)，直接測(cè)試。不同于激光粒度儀和沉降儀等采用間接測(cè)試法的顆粒測(cè)試儀器(激光粒度儀是將粒徑大小與光的散射衍射角度建立關(guān)系，而沉降法是將粒徑大小與時(shí)間建立關(guān)系，均為間接測(cè)試法，詳細(xì)參看下面圖表)，更加直觀的同時(shí)也杜絕了因?yàn)閮x器部件出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的測(cè)試失準(zhǔn)。
激光粒度儀沉降粒度儀庫(kù)爾特粒度儀顆粒圖像工作站
粒度與光的散射角度建立對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出粒徑大小粒度與沉降過(guò)程的時(shí)間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出粒徑的分布狀況粒度與電阻的阻值建立對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出粒徑大小直接獲得照片對(duì)應(yīng)比例尺即可直接獲得粒徑大小
間接法間接法間接法直接法
(2)可以獲得顆粒的球形度、長(zhǎng)徑比等形狀參數(shù)，在很多行業(yè)中，不但需要知道顆粒的粒徑分布還需要知道顆粒的形狀參數(shù)分布情況。而在所有顆粒測(cè)試儀器中，只有顆粒圖像工作站可以獲得球形度、長(zhǎng)徑比等形狀參數(shù)，這是其他儀器設(shè)備所無(wú)法替代的。
(3)直觀性強(qiáng)，可以直接觀測(cè)其形貌狀態(tài)，如下圖(某中藥顆粒)對(duì)于樣品的形態(tài)有非常直觀的了解。
主要功能介紹
●直接測(cè)量功能：
利用“直接測(cè)量”功能可以在拍攝的樣品照片上進(jìn)行直線距離、角度、圓周、矩形、多邊形等形式的測(cè)量，適合用戶初步了解樣品形貌，并可將測(cè)量結(jié)果與原始圖片拼合(如左圖)，便于用戶發(fā)表論文、留存檔案等配圖。
●單體顆粒分析功能：
將樣品照片進(jìn)行二值化處理后，使用“單體顆粒分析”功能可以進(jìn)行更加精確地測(cè)量操作，能夠輸出包括面積等效直徑、周長(zhǎng)等效直徑、馬丁徑、周長(zhǎng)、投影面積XY切線徑、長(zhǎng)徑比、球形度(如右圖)等十余個(gè)顆粒測(cè)試專業(yè)參數(shù)。
●顆粒整體分布功能：
使用“整體分布”功能，可獲得樣品的特征粒徑D10\D50\D90等、粒徑(按數(shù)量、按體積按、表面積等)分布圖表、平均粒徑、峰值粒徑、球形度\長(zhǎng)徑比分布圖表等數(shù)十項(xiàng)分布數(shù)據(jù)，幾乎囊括了所有顆粒測(cè)試所需參數(shù)。并可以自定義報(bào)告的形式輸出為WORD\BMP\MDB等格式的報(bào)告進(jìn)行管理(右圖為報(bào)告輸出范例)。
軟件還提供了“圖像拼接功能”，配合此功能可將多幅圖片拼接為一幅，大大增加參與分析的顆粒數(shù)量，從而增強(qiáng)分布數(shù)據(jù)的代表性。顆粒數(shù)量達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，完全可與激光粒度儀等其他測(cè)試儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果的對(duì)照與印證
●我們還為用戶提供定制服務(wù)：如果標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)法滿足您的需求，我們還可以根據(jù)您的需求加入新的模塊以實(shí)線全新功能或輸出特殊參數(shù)?；蛘吲鋫涓鼜?qiáng)大的硬件以獲得更好的測(cè)試效果。
長(zhǎng)徑比與球形度參數(shù)在各行業(yè)中應(yīng)用實(shí)例
球形度與長(zhǎng)徑比在顆粒測(cè)試中的意義。球形度從字面上就可以看出，是顆粒趨向于球形的程度。我們知道球形的表面積是最大的，而且球形度好的顆粒物料一般物理性質(zhì)也會(huì)隨之提高。長(zhǎng)徑比通俗來(lái)說(shuō)就是顆粒趨向于針狀的程度，長(zhǎng)徑比越大的顆粒也就越細(xì)長(zhǎng)。
(1)眾所周知，硅灰石粉是一種短纖維狀的無(wú)機(jī)粉體。廣泛的應(yīng)用在陶瓷、微晶玻璃、冶金保護(hù)、造紙、塑料和橡膠的增強(qiáng)填料以及部分涂料填料等方面。其不僅對(duì)其粒度大小和粒度分布有要求，而且還對(duì)其纖維狀顆粒的長(zhǎng)徑比有非常嚴(yán)格的要求。通常只有長(zhǎng)徑比(>10)硅灰石粉體可以代替石棉纖維、造紙纖維以及塑料和橡膠等高聚物基復(fù)合材料的高級(jí)增強(qiáng)填料等，有較大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在國(guó)內(nèi)很多企業(yè)采用了顆粒圖像工作站產(chǎn)品，使用圖像法隨時(shí)測(cè)試硅灰石粉料的長(zhǎng)徑比，幫助企業(yè)改進(jìn)煅燒制造工藝，使產(chǎn)品的長(zhǎng)徑比達(dá)到較高水平，甚至達(dá)到出口產(chǎn)品的高水平，使單位產(chǎn)品的價(jià)格大幅度提高。
(2)實(shí)例：氧化鈦粉料俗稱鈦白粉，是一種應(yīng)用范圍極其廣泛的工業(yè)原料。某企業(yè)以往只注重產(chǎn)品的粒徑的大小，而并未關(guān)注其球形度的參數(shù)，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品亮度和白度均不盡人意，且粉末的分散度也不好，故市場(chǎng)價(jià)格比較低。該企業(yè)使用顆粒圖像工作站檢測(cè)產(chǎn)品后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品顆粒的粒徑已經(jīng)達(dá)到要求，但球形度水平比較低，達(dá)到0.6的僅占到75%弱，后經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，改進(jìn)工藝并調(diào)整磨機(jī)時(shí)間后?，F(xiàn)生產(chǎn)出來(lái)的氧化鈦粉料球形度已經(jīng)有70%以上達(dá)到0.8，同時(shí)其白度、亮度等物理性質(zhì)也獲得很大提升，相同單位產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格翻倍。
(3)實(shí)例：在高端水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，球形度更好的水泥顆粒，在膠砂的流動(dòng)性、強(qiáng)度、密實(shí)度等方面均有大幅度提高：“水泥顆粒形貌球形化，有利于改善水泥的物理性能。水泥顆粒形貌方面的研究開(kāi)發(fā)以及球形化水泥的推廣應(yīng)用，將明顯地改善目前水泥的物理性能，滿足現(xiàn)代建筑施工對(duì)水泥性能要求，提高混凝土施工性及耐久性，推動(dòng)建筑施工質(zhì)量更上新臺(tái)階。一家惟俊、鈴木信雄等人，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行水泥顆粒球形化對(duì)水泥混凝土性能的影響研究。研究結(jié)果表明，球形化水泥在流動(dòng)度值相同時(shí)，W/C能減少10％以上；在相同W/C下，28d強(qiáng)度提高20％～30％。”——摘自國(guó)建筑材料科學(xué)研究院水泥與新型建材所王昕等文章《水泥顆粒形貌對(duì)其性能影響的研究》詳細(xì)資料請(qǐng)參考http://www.chinacements.com/tech/detail/detail_520.html例如，三峽工程中應(yīng)用到的灌漿濕磨細(xì)水泥產(chǎn)品，其球形度水平就比較高，很多生產(chǎn)這種細(xì)水泥的生產(chǎn)廠家普遍都在使用顆粒圖像分析工作站與激光粒度儀相搭配的方案來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品。這種高端水泥產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于黃陂院基寺水庫(kù)、溫峽口水庫(kù)、湖南五強(qiáng)溪水電站、清江隔河巖水電站、萬(wàn)安水電站以及三峽工程。
首先我們了解一下顆粒圖像工作站的工作原理。利用高清晰的工業(yè)攝像頭通過(guò)光學(xué)顯微鏡裝置將需要測(cè)試的顆粒樣品狀態(tài)逐一拍攝下來(lái)，利用專門(mén)開(kāi)發(fā)的顆粒圖像分析軟件將所有圖像拼接、處理后，即可獲得每個(gè)顆粒的投影面積、粒徑大小等數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)和計(jì)算就可獲得所需要數(shù)據(jù)了。
顆粒圖像檢測(cè)儀器其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下方面：
(1)采用直接測(cè)試法，以顆粒的圖片作為測(cè)試依據(jù)，直接測(cè)試。不同于激光粒度儀和沉降儀等采用間接測(cè)試法的顆粒測(cè)試儀器(激光粒度儀是將粒徑大小與光的散射衍射角度建立關(guān)系，而沉降法是將粒徑大小與時(shí)間建立關(guān)系，均為間接測(cè)試法，詳細(xì)參看下面圖表)，更加直觀的同時(shí)也杜絕了因?yàn)閮x器部件出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的測(cè)試失準(zhǔn)。
激光粒度儀沉降粒度儀庫(kù)爾特粒度儀顆粒圖像工作站
粒度與光的散射角度建立對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出粒徑大小粒度與沉降過(guò)程的時(shí)間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出粒徑的分布狀況粒度與電阻的阻值建立對(duì)應(yīng)關(guān)系推算出粒徑大小直接獲得照片對(duì)應(yīng)比例尺即可直接獲得粒徑大小
間接法間接法間接法直接法
(2)可以獲得顆粒的球形度、長(zhǎng)徑比等形狀參數(shù)，在很多行業(yè)中，不但需要知道顆粒的粒徑分布還需要知道顆粒的形狀參數(shù)分布情況。而在所有顆粒測(cè)試儀器中，只有顆粒圖像工作站可以獲得球形度、長(zhǎng)徑比等形狀參數(shù)，這是其他儀器設(shè)備所無(wú)法替代的。
(3)直觀性強(qiáng)，可以直接觀測(cè)其形貌狀態(tài)，如下圖(某中藥顆粒)對(duì)于樣品的形態(tài)有非常直觀的了解。
主要功能介紹
●直接測(cè)量功能：
利用“直接測(cè)量”功能可以在拍攝的樣品照片上進(jìn)行直線距離、角度、圓周、矩形、多邊形等形式的測(cè)量，適合用戶初步了解樣品形貌，并可將測(cè)量結(jié)果與原始圖片拼合(如左圖)，便于用戶發(fā)表論文、留存檔案等配圖。
●單體顆粒分析功能：
將樣品照片進(jìn)行二值化處理后，使用“單體顆粒分析”功能可以進(jìn)行更加精確地測(cè)量操作，能夠輸出包括面積等效直徑、周長(zhǎng)等效直徑、馬丁徑、周長(zhǎng)、投影面積XY切線徑、長(zhǎng)徑比、球形度(如右圖)等十余個(gè)顆粒測(cè)試專業(yè)參數(shù)。
●顆粒整體分布功能：
使用“整體分布”功能，可獲得樣品的特征粒徑D10\D50\D90等、粒徑(按數(shù)量、按體積按、表面積等)分布圖表、平均粒徑、峰值粒徑、球形度\長(zhǎng)徑比分布圖表等數(shù)十項(xiàng)分布數(shù)據(jù)，幾乎囊括了所有顆粒測(cè)試所需參數(shù)。并可以自定義報(bào)告的形式輸出為WORD\BMP\MDB等格式的報(bào)告進(jìn)行管理(右圖為報(bào)告輸出范例)。
軟件還提供了“圖像拼接功能”，配合此功能可將多幅圖片拼接為一幅，大大增加參與分析的顆粒數(shù)量，從而增強(qiáng)分布數(shù)據(jù)的代表性。顆粒數(shù)量達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，完全可與激光粒度儀等其他測(cè)試儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果的對(duì)照與印證
●我們還為用戶提供定制服務(wù)：如果標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)法滿足您的需求，我們還可以根據(jù)您的需求加入新的模塊以實(shí)線全新功能或輸出特殊參數(shù)?；蛘吲鋫涓鼜?qiáng)大的硬件以獲得更好的測(cè)試效果。
長(zhǎng)徑比與球形度參數(shù)在各行業(yè)中應(yīng)用實(shí)例
球形度與長(zhǎng)徑比在顆粒測(cè)試中的意義。球形度從字面上就可以看出，是顆粒趨向于球形的程度。我們知道球形的表面積是最大的，而且球形度好的顆粒物料一般物理性質(zhì)也會(huì)隨之提高。長(zhǎng)徑比通俗來(lái)說(shuō)就是顆粒趨向于針狀的程度，長(zhǎng)徑比越大的顆粒也就越細(xì)長(zhǎng)。
(1)眾所周知，硅灰石粉是一種短纖維狀的無(wú)機(jī)粉體。廣泛的應(yīng)用在陶瓷、微晶玻璃、冶金保護(hù)、造紙、塑料和橡膠的增強(qiáng)填料以及部分涂料填料等方面。其不僅對(duì)其粒度大小和粒度分布有要求，而且還對(duì)其纖維狀顆粒的長(zhǎng)徑比有非常嚴(yán)格的要求。通常只有長(zhǎng)徑比(>10)硅灰石粉體可以代替石棉纖維、造紙纖維以及塑料和橡膠等高聚物基復(fù)合材料的高級(jí)增強(qiáng)填料等，有較大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在國(guó)內(nèi)很多企業(yè)采用了顆粒圖像工作站產(chǎn)品，使用圖像法隨時(shí)測(cè)試硅灰石粉料的長(zhǎng)徑比，幫助企業(yè)改進(jìn)煅燒制造工藝，使產(chǎn)品的長(zhǎng)徑比達(dá)到較高水平，甚至達(dá)到出口產(chǎn)品的高水平，使單位產(chǎn)品的價(jià)格大幅度提高。
(2)實(shí)例：氧化鈦粉料俗稱鈦白粉，是一種應(yīng)用范圍極其廣泛的工業(yè)原料。某企業(yè)以往只注重產(chǎn)品的粒徑的大小，而并未關(guān)注其球形度的參數(shù)，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品亮度和白度均不盡人意，且粉末的分散度也不好，故市場(chǎng)價(jià)格比較低。該企業(yè)使用顆粒圖像工作站檢測(cè)產(chǎn)品后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品顆粒的粒徑已經(jīng)達(dá)到要求，但球形度水平比較低，達(dá)到0.6的僅占到75%弱，后經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，改進(jìn)工藝并調(diào)整磨機(jī)時(shí)間后?，F(xiàn)生產(chǎn)出來(lái)的氧化鈦粉料球形度已經(jīng)有70%以上達(dá)到0.8，同時(shí)其白度、亮度等物理性質(zhì)也獲得很大提升，相同單位產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格翻倍。
(3)實(shí)例：在高端水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，球形度更好的水泥顆粒，在膠砂的流動(dòng)性、強(qiáng)度、密實(shí)度等方面均有大幅度提高：“水泥顆粒形貌球形化，有利于改善水泥的物理性能。水泥顆粒形貌方面的研究開(kāi)發(fā)以及球形化水泥的推廣應(yīng)用，將明顯地改善目前水泥的物理性能，滿足現(xiàn)代建筑施工對(duì)水泥性能要求，提高混凝土施工性及耐久性，推動(dòng)建筑施工質(zhì)量更上新臺(tái)階。一家惟俊、鈴木信雄等人，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行水泥顆粒球形化對(duì)水泥混凝土性能的影響研究。研究結(jié)果表明，球形化水泥在流動(dòng)度值相同時(shí)，W/C能減少10％以上；在相同W/C下，28d強(qiáng)度提高20％～30％。”——摘自國(guó)建筑材料科學(xué)研究院水泥與新型建材所王昕等文章《水泥顆粒形貌對(duì)其性能影響的研究》詳細(xì)資料請(qǐng)參考http://www.chinacements.com/tech/detail/detail_520.html例如，三峽工程中應(yīng)用到的灌漿濕磨細(xì)水泥產(chǎn)品，其球形度水平就比較高，很多生產(chǎn)這種細(xì)水泥的生產(chǎn)廠家普遍都在使用顆粒圖像分析工作站與激光粒度儀相搭配的方案來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品。這種高端水泥產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于黃陂院基寺水庫(kù)、溫峽口水庫(kù)、湖南五強(qiáng)溪水電站、清江隔河巖水電站、萬(wàn)安水電站以及三峽工程。
