激光粒度仪

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2020-02-27 环球过滤分离技术网  guolvfenlitech6

         激光粒度仪是通过测量颗粒群的衍射光谱经计算机处理来分析其颗粒分布的。它可用来测量各种固态颗粒、雾滴、气泡及任何两相悬浮颗粒状物质的粒度分布、测量运动颗粒群的粒径分布。它不受颗粒的物理化学性质的限制。该类仪器因具有超声、搅拌、循环的样品分散系统，所以测量范围广(测量范围可达0.02~2000微米，有的甚至更宽)；自动化程度程度高；操作方便；测试速度快；测量结果准确、可靠、重复性好。可广泛用于石油化工、陶瓷、染料、水泥、煤粉、研磨材料、金属粉末、泥沙、矿石、雾滴、乳浊液等粒度的测定。如国产JL 、WJL系列激光粒度分析仪，英国产Mastersizer系列激光粒度分析仪，以及可用来测定纳米级的PCS纳米粒度分析仪。

测量基本原理

激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和极强的方向性，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象。散射光的传播方向将与主光荣的传播方向形成一个夹角θ。散射理论和结果证明，散射角θ的大小与颗粒的大小有关，颗粒越大，产生的散射光的θ角就越小；颗粒越小， 产生的散射光的θ角就越大。

激光粒度仪经典的光路由发射、接受和测量窗口等三部分组成。发射部分由光源和光束处理器件组成，主要是为仪器提供单色的平行光作为照明光。接收器是仪器光学结构的关键。测量窗口主要是让被测样品在完全分散的悬浮状态下通过测量区，以便仪器获得样品的粒度信息。

接收器由傅立叶选镜和光电探测器阵列组成。所谓傅立叶选镜就是针对物方在无限远，像方在后焦面的情况消除像差的选镜。激光粒度仪的光学结构是一个光学傅立叶变换系统，即系统的观察面为系统的后焦面。由于焦平面上的光强分布等于物体(不论其放置在透镜前的什么位置)的光振幅分布函数的数学傅立叶变换的模的平方，即物体光振幅分布的频谱。激光粒度仪将探测器放在透镜的后焦面上，因此相同传播方向的平行光将聚焦在探测器的同一点上。据测器由多个中心在光轴上的同心圆环组成，每一环是一个独立的探测单元。这样的探测器又称为环形光电探测器阵列，简称光电探测器阵列。

激光器发出的激光束经聚焦、低通滤波和准直后，变成直径为8~25 mm的平行光。平行光束照到测量窗口内的颗粒后，发生散射。散射光经过傅立叶透镜后，同样散射角的光被聚焦到探测器的同一半径上。一个探测单元输出的光电信号就代表一个角度范围(大小由探测器的内、外半径之差及透镜的焦距决定)内的散射光能量，各单元输出的信号就组成了散射光能的分布。尽管散射光的强度分布总是中心大，边缘小，但是由于探测单元的面积总是里面小外面大，所以测得的光能分布的峰值一般是在中心和边缘之间的某个单元上。当颗粒直径变小时，散射光的分布范围变大，光能分布的峰值也随之外移。所以不同大小的颗粒对应于不同的光能分布，反之由测得的光能分布就可推算样品的粒度分布。

测量下限是激光粒度仪重要的技术指标。激光粒度仪光学结构的改进基本上都是为了扩展其测量下限或是小颗粒段的分辨率基本思路是增大散射光的测量范围、测量精度或者减少照明光的波长。


激光粒度仪的结构

仪器系统的组成主要包括三部分，

1)主机(光学元件)，标志为MasterSizer 2000；主机用来收集测量样品内粒度大小的原始数据。

2)附件(进样器)，标识为Hydro 2000G(普通湿法)；附件唯一的目的就是将样品分散混匀充分并传送到主机以便于测量。

3)计算机和Malvern测量软件；Malvern 软件可定义、控制整个测量过程，并同时处理测量的粒度分布数据、显示结果并打印报告。



激光粒度仪的应用

基于光散射理论的激光粒度仪己经广泛用于粉末冶金、薄膜、膜片料、催化剂、绝缘材料、润滑油、超导体、无线电技术等行业，涉及化学、制药、食品、建材等工业领域并发挥着越来越大的作用。激光粒度仪可以直接测定大气中烟尘与灰尘在不同时间、不同位置的含量，从而得出大气中烟尘灰尘时间-空间分布图，为解决环境污染和全球性气候预测起到一定的指导作用。近年来 ，大气污染、金属氧化物和水力部门对江河的检测等都是激光粒度仪应用的新焦点。

激光粒度仪的应用前景


近年来，国外的激光在线粒度测量技术发展迅速，因为其具有连续自动取样、抗干扰能力强、实时显示报告、数据有代表性等特点，而国内在这方面的开发和应用则刚刚起步，差距较大。可以预计，在线粒度测量与监测的发展将会给相关粉体工业带来巨大的效益和变革，激光在线测试技术将成为颗粒测试领域竞争的焦点并将会被逐步推广和应用。在这个领域，研制和开发更先进的取样和分散装置(尤其是对超微颗粒)，提高在线激光粒度仪的测试精度，使在线与离线的测量结果相吻合，及工业在线安装和应用的安全性和稳定性等问题都值得进一步探讨和解决。


目前激光法测量出来的是等效散射光强球径，而人们在用严格的电磁波理论求解椭圆形等非球形颗粒的光散射理论问题上做了许多工作，也对其应用进行了研究。激光还可以在颗粒形状的测量中发挥作用，在考虑到形状系数的同时主要的难题是散射函数繁杂、计算量庞大，但随着粉体工业和计算机运算能力的发展，颗粒形状的测定将日益重要。

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