平均粒度仪测试方法和测试步骤

费氏粒度仪（Fisher Sub-Sieve Sizer）是一种基于空气透过法测量颗粒平均粒度的仪器，主要用于测定粉末的平均粒径和比表面积，尤其适用于金属粉末、陶瓷粉体、催化剂等工业领域。其测试原理基于颗粒床层对气流的阻力，通过计算透气率来间接反映颗粒的粒度分布。以下是其测试方法、原理、步骤及注意事项：

一、测试原理：空气透过法（达西定律）

当一定压力的空气流过填充有粉末颗粒的多孔床层时，气流受到颗粒表面的摩擦阻力，流速与床层的孔隙率、颗粒比表面积（或平均粒径）相关。
根据达西定律（Darcy's Law）和柯曾尼 - 卡曼方程（Kozeny-Carman Equation），通过测量气流的压力降（ΔP）和流量（Q），可推导颗粒的比表面积（Sw​），再结合颗粒密度（ρ）计算平均粒径（d）。Sw​=ρQΔP​​K​（K为仪器常数，通过标准样品校准）

二、主要仪器结构

费氏粒度仪通常包括以下组件：

1. 样品管：用于装填粉末样品，形成固定高度的颗粒床层。
2. 压力系统：提供稳定的气流压力（如通过水或汞的液位差产生压力差）。
3. 流量计：测量通过床层的空气流量（如皂膜流量计）。
4. 校准模块：使用已知粒径的标准粉末（如玻璃微球）校准仪器常数。

三、测试步骤

1. 样品准备

• 确保样品干燥（避免吸湿影响床层透气性），若有团聚需预先分散（如过筛或轻轻研磨）。
• 称取一定质量（约 5-10 g，具体根据样品密度调整）的样品，记录质量（m）。

2. 装填样品

• 将样品倒入样品管，轻轻敲击管壁使粉末均匀堆积，避免压实或留有空隙。
• 调整样品床层高度至仪器指定刻度（如固定为 20 mm），确保每次测试床层高度一致。

3. 仪器校准

• 使用已知比表面积或粒径的标准样品（如标准氧化铝粉）进行校准：
  • 按上述步骤装填标准样品，测量压力降（ΔP）和流量（Q）。
  • 计算仪器常数（K），确保校准结果在仪器允许的误差范围内（如 ±5%）。

4. 透气率测量

• 连接样品管与压力系统，打开气流开关，使空气通过样品床层。
• 记录稳定状态下的压力降（ΔP，通常由水柱或汞柱高度差表示）和空气流量（Q，如皂膜流量计的上升时间）。
• 重复测量 2-3 次，取平均值以减小误差。

5. 数据计算

• 根据柯曾尼 - 卡曼方程和校准后的仪器常数（K），计算样品的比表面积（Sw​）：Sw​=ρQΔP​​K​
• 若需计算平均粒径（假设颗粒为球形），结合颗粒密度（ρ）：（单位：μ）

四、注意事项

1. 样品分散性：
   • 颗粒团聚或结块会导致床层透气性降低，需确保样品充分分散（可过筛或使用分散剂）。
2. 床层均匀性：
   • 装填时避免振动或压实样品，否则会改变床层孔隙率，影响测试结果。
3. 环境条件：
   • 测试需在恒温环境中进行（避免温度变化影响空气密度和流量），且气流需干燥（可通过干燥剂过滤）。
4. 适用范围：
   • 适合测量1-100 μm的粉末（粒径过小会导致气流阻力过大，过大则透气性过高，误差增大）。
   • 仅能提供平均粒径和比表面积，无法反映粒径分布细节。
5. 仪器维护：
   • 定期清洁样品管和流量计，避免粉末残留影响后续测试；校准周期一般为 3-6 个月。

     

     

     

五、优缺点分析

六、应用场景

• 金属粉末：如铁粉、铜粉、不锈钢粉的平均粒度检测。
• 陶瓷与矿物：氧化铝、二氧化硅等粉体的比表面积分析。
• 催化剂与吸附剂：评估颗粒的多孔结构和反应活性。
• 制药与食品：如原料药粉末的粒度控制（需结合其他方法分析分布）。

费氏粒度仪的测试结果与激光散射法等直接测量方法可能存在差异，因其本质是通过比表面积间接推导粒径，适用于对平均粒度和工艺稳定性要求高的场景。