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粒度測試的常見問題 承德人和礦業

發布時間:2017/02/22 點擊量:

激光粒度儀是指以激光作為探測光源的粒度分析儀器。我國激光粒度儀的研制自20世紀80年代開始,天津大學、濟南大學、上海理工大學、丹東代表所等單位先后做了大量的工作,并在近十年有了明顯的突破。

 

激光粒度儀運用的是激光散射法,這種方法具有測量范圍寬(通常為0.1~3500μm)、粒度分析快、再現性較好、可實現在線測量等特點,對科學研究和生產過程中的粒度控制起著重要的作用。此外,激光粒度儀可以得出多種粒度數據,如體積、平均粒徑、比表面積、區間粒度分布和累計粒度分布等。

 

一、激光粒度儀的四個原理

 

1、基于靜態光散射原理,即根據不同大小的顆粒對光的散射有不同的角分布的原理測量顆粒大小的儀器;

 

2、基于動態光散射(光子相關光譜)原理,即根據微小顆粒(通常小于1μm)在液體中的布朗運動,引起散射光的頻率移動(或相位變化),散射光相互干涉,使得某觀察點上散射光強隨時間變化的原理,測量顆粒大小的儀器;

 

3、光阻法顆粒計數器;

 

4、光脈動法粒度儀。

 

二、顆粒測試過程中常見問題

 

1、顆粒過小

 

 

顆粒越細,散射光的角度越小。當顆粒幾何尺寸達到亞微米級別時,大于90度散射角散射光將明顯增強。微小顆粒的散射光甚至在360度范圍內都有分布,如圖1所示。

 

2、顆粒過大

 

 

大顆粒的散射角度很小,不容易分辨和測量,如圖2所示。當顆粒幾何尺寸大于500微米以上時,散射光散射角度極小,粒徑及時微米的差別產生的散射光散射角度差很小,現有技術不容易準確測量。

 

要想有效分辨大顆粒的光強分布,可以簡單的拉長聚焦鏡頭的焦距(例如500甚至1000毫米以上),但是焦距大將導致激光粒度儀的體積大幅增加,且非常不便于小顆粒的大角度散射光探測。同時對鏡頭的加工精度要求也會更高。這個技術難點使得常規設計的激光粒度儀的真實測量上限很難超過1000微米。

 

3、存在散射光探測盲區

 

 

無論是何種設計的激光粒度儀,都存在一個測量窗口,樣品在窗口中充分分散,被激光照射,產生散射光。如圖3所示,傳統測量窗口由于機械結構和光學玻璃存在全反射,總是存在一個散射光探測盲區。這個盲區大致分布在75-105度、255-285度區域內。

 

4、散射光光強差過小

 

 

顆粒越小,分布在360度空間范圍的散射光光強差越小,當顆粒小到一定極限,光強差將小得幾乎難以被分辨出來。這時就到了激光粒度儀的測量下限了。從圖4可以看出,當顆粒小到一定程度,光強矢量圖無限接近圓形(顆粒無限接近圓心),這時的光強差是難以分辨的。光學設計上的障礙和散射光本身的特性決定了常規激光粒度儀的測量下限一般在0.2微米左右。

 

三、關于三種國產新型粒度儀的研制難點

 

 

四、國產激光粒度儀的展望

 

作為亞微米以上顆粒測量的實驗室(相對于在線)主流儀器,激光粒度儀的國產品牌在國內已經占領了主要市場份額,但就技術水平來說,國產裝備在亞微米范圍和寬分布樣品測量上,和世界先進水平相比還有一定差距。

 

雖然我國粒度測試技術取得了很大進步,但原創性的工作,尤其是從整機或整個方法由國人推出發明的情況來看,我們應在研究就上更加努力。

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