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1、设备简介

XPT 颗粒分析仪是瑞士 PS(Prozesstechnik GmbH)公司开发的基于光学照相原理的颗粒粒径和形状分析设备。该设备包括光源、照相机以及数据分析软件,能够对颗粒的粒径、形状等信息进行统计分析,其测试原理如图所示,CCD 相机在光源的作用下对颗粒进行了拍摄,而后处理软件通过灰度分析、颗粒识别等一系列处理,最终实现对颗粒信息的分析。

XPT 系列设备在食品、能源、化工、制药等领域获得广泛应用,在 Novartis、Carbogen AMCIS、Lonza、Cilag、Outotec、Wacker、Nestle、Postnova、Bloom 等企业获得了认可,其主要的应用包括以下几个方面:

杂质离子的检测盒计数;

纳米粒子结块的检测;

结晶过程的在线监测;

溶解过程的监测;

微胶囊生产工艺;

粉末造粒工艺的在线测量;

自由流动分体离线检测;

磨粉工艺的检测;

气泡的测量(小于 1mm)等。

2、产品型号

  • XPT-C 为离线湿法分析系统,通过蠕动泵使得颗粒悬浮液流经流动池,从而实现 CCD 相机的拍摄作用,最终分析颗粒的形状、参数的变化趋势、粒径的分布等信息,并实时保存结果数据。

    XPT-C 测试系统能够应用于颗粒、液滴、气泡等的分析,包括了形状、尺寸以及计数功能,可应用于食品、化工、制药、高分子等行业领域的颗粒分析。该系统能够分析的粒径范围为大于 1μm 并小于流动池的内径;最小样品体积约 1mL,图片分辨率为 0.65μm/ 像素点。

  • XPT-P 型颗粒分析仪为在线测试系统,采用探针技术,光源和 CCD 相机的信号传输通道均集成于探针内部。测试过程中,将探针置于流场内部,即可实现对颗粒的采样及分析。

    采用 XPT-P 型颗粒分析仪,可实现工艺过程中颗粒的变化进行实时的了解,例如结晶过程、溶解过程、制粒工艺等,实现颗粒粒径变化的实时监控,从而对工艺的操作与控制产生积极的影响。

  • XPT-R 为干法测量装置,通过震动加料器从样品漏斗输送颗粒,而包括了 CCD 相机和光源系统的探针指向加料器,从而能够实现对流过的颗粒进行拍摄与分析。采用该系统,能够对杂质颗粒进行统计与计数,帮助食品、化工、制药等领域的工作者侦测、计数、测量污染颗粒。

  • XPT-CV 型号的系统跟其他设备的不同之处在于,该系统采用一套文丘里系统,将颗粒从工艺流程中吸出,经过流动池拍摄后重新注入到工艺中,实现物料的封闭循环。该设备可用于食品、制药等领域的造粒过程中对颗粒进行监控,通过形状参数判断杂质离子。

    XPT-CV 测试系统能够测量的粒径范围为 10μm-3mm。由于测试过程中不断从工艺中抽出新的物料,能够实现对工艺的持续监测;为了适应工业应用中的恶劣环境, XPT-CV 采用防护级别为 IP65 的特制外壳,保障设备的稳定与安全。

3、测量参数

XPT 颗粒分析仪能够对颗粒的粒径进行分析和对比,结果数据包括多种参数,例如水力直径、等效直径等;采用 XPT 的形状分析功能,可以通过一定的参数,表征出颗粒的形状特征。XPT 能够分析的颗粒粒径参数及其定义如下表:

XPT 测量参数定义
参数 定义
Waddel Disk Diameter 与颗粒截面面积相同的圆的直径 ,2*(A/π)0.5
Hydraulic Diameter 2 倍颗粒面积除以周长 ,2*A/C
Max Feret Diameter 连接周长上两点的最长线段
Perimeter 周长 ,C
Convex Hull Perimeter 凸壳周长(包含颗粒的最小凸多边形的周长)
Equivalent Ellipse Major Axis 等价椭圆长轴的长度(椭圆面积和周长与颗粒相同)
Equivalent Ellipse Minor Axis 等价椭圆短轴长度
Equivalent Ellipse Minor Axis(Feret ) 与颗粒面积相同的椭圆短轴长度,其长轴等于最大弦长
Equivalent Rectangle Long Side 等价矩形的长边(矩形与颗粒的面积和周长相同)
Equivalent Rectangle Short Side 等价矩形的短边
Equivalent Rectangle Diagonal 等价矩形的对角线
%Area/Image Area 颗粒面积占图像面积的百分比
Ratio of Equivalent Ellipse Axes 等价椭圆的长短轴之比
Ratio of Equivalent Rectangle Sides 等价矩形的长短边之比
Elongation Factor 最大弦长除以 Equivalent Rectangle Short Side( Feret)。
颗粒越细长,Elongation Factor 越大
 

 

Compactness Factor

颗粒面积除以边界框矩形面积,取值范围 [0,1]
  颗粒周长除以相同面积圆的圆周,颗粒形状越圆,
Heywood Circularity Factor Heywood Circularity Factor 越接近 1
 
 
Tortuosity 等价矩形的长边除以 Max Feret Diameter。区分狭长的直
颗粒和弯曲颗粒,颗粒越直,Tortuosity 越接近 1
 
 

对于不同形状的颗粒,常采用不同的参数进行表征,以便描述颗粒最主要的形状和粒径特征:

XPT 测量参数的选择

颗粒形状

选择参数

球形颗粒(例如气泡、乳剂中的液滴等)

 颗粒直径——Waddle Disk Diameter

颗粒直径——Max Feret Diameter

致密颗粒,没有固定形状 长、窄、直颗粒(针状颗粒) Max Feret Diameter
Equivalent Rectangle Diagonal
长——Max Feret Diameter 或 Equ Rect Long Side
宽——Equ Rect Short Side
长——Equ Rect Long Side
长、窄、弯曲颗粒(纤维) 宽——Equ Rect Short Side
纤维球的外围直径——Max Feret Diameter

除了对颗粒的大小进行表征,XPT 还能通过一定的参数对颗粒的形状进行描述和评估,例如球形度、狭长度等,同时通过这些参数的对比,实现颗粒的过滤统计,如下表所示:

XPT 颗粒过滤的参数选择

过滤类型

测量值

取值范围

 

 

 

球形颗粒

 

 

 

Heywood Circularity Factor

0.95-1.05

 

 

Ratio of Equivalent Rect Sides

针状:>>1

致密颗粒:Ca. 1

针状颗粒与致密颗粒

 

 

 

 

 

 

 

Elongation Factor

针状:>>2

致密颗粒 =2

 

 

 

纤维颗粒与致密颗粒Ratio of Equivalent Rect Sides

纤维颗粒:>>1

致密颗粒:Ca. 1

 

 

 

 

 

纤维颗粒与针状颗粒

 

Tortuosity Factor

纤维颗粒:>>1

针状颗粒:Ca.1

 

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