激光粒度儀的原理和應(yīng)用以及關(guān)鍵技術(shù)
顆粒的粒度粒形是決定物料性能的重要參數(shù)之***,食品、化工等眾多行業(yè)對(duì)顆粒的粒度粒形都有著嚴(yán)格的要求。顆粒的種類繁多,形狀各異,無(wú)法用簡(jiǎn)單的三維尺寸描述顆粒的大小及形狀,常用的粒度分布檢測(cè)方法包括沉降法、電阻法、篩分法、圖像法和激光法等。其中激光粒度儀以激光作為探測(cè)光源,具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)量范圍寬、速度快、非接觸在線測(cè)量、重復(fù)性和真實(shí)性好等***系列優(yōu)點(diǎn),在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
激光粒度儀是通過(guò)顆粒的衍射或散射光的空間分布(散射譜)來(lái)分析顆粒大小的儀器。采用光散射原理,測(cè)量顆粒的尺寸及其分布,可實(shí)現(xiàn)從亞微米到微米測(cè)量范圍的全覆蓋。由于激光具有很好的單色性和極強(qiáng)的方向性,所以***束平行的激光在沒(méi)有阻礙的無(wú)限空間中將會(huì)照射到無(wú)限遠(yuǎn)的地方,并且在傳播過(guò)程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。它可用來(lái)測(cè)量各種固態(tài)顆粒、霧滴、氣泡及任何兩相懸浮顆粒狀物質(zhì)的粒度分布、測(cè)量運(yùn)動(dòng)顆粒群的粒徑分布,并且不受顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)的限制。
當(dāng)顆粒之間的距離遠(yuǎn)大于顆粒直徑,或顆粒在空間位置呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則排列時(shí),各顆粒的散射光彼此獨(dú)立,不因散射相互抵消,此時(shí)的散射稱為不相關(guān)散射。當(dāng)顆粒濃度足夠小時(shí),每個(gè)顆粒產(chǎn)生多重散射的幾率幾乎為零,此時(shí)的散射稱為單散射。顆粒對(duì)激光的散射分為Rayleigh散射、衍射散射和Mie散射。比較常用的兩種光散射法是靜態(tài)散射和動(dòng)態(tài)散射。
正確使用激光粒度儀準(zhǔn)確的測(cè)試出樣品的粒度及其分布,需要關(guān)注3個(gè)關(guān)鍵技術(shù):
1、光子對(duì)中技術(shù)
對(duì)中是指激光束的焦點(diǎn)通過(guò)光電探測(cè)陣列的圓心。在測(cè)量中只有保證精確的對(duì)中,才能得到正確的測(cè)試數(shù)據(jù)。使用三維自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)是關(guān)鍵技術(shù)之***,在絲杠步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)上采用壓電陶瓷微動(dòng)元件作為運(yùn)動(dòng)控制部件,可以大大提高對(duì)中系統(tǒng)的***度;傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用消隙滑軌,可以大大增加中系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。
2、激光檢測(cè)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及儀器校準(zhǔn)技術(shù)
在優(yōu)化設(shè)計(jì)激光光源及檢測(cè)器的基礎(chǔ)上,進(jìn)行嚴(yán)格的儀器校準(zhǔn)。儀器校準(zhǔn)不僅是通過(guò)測(cè)量******計(jì)量認(rèn)證過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來(lái)校正儀器的準(zhǔn)確度,同時(shí)還要考慮如何保證儀器的光學(xué)基準(zhǔn)穩(wěn)定、減少外界條件對(duì)測(cè)量的影響、儀器測(cè)量的重復(fù)性、儀器測(cè)量的相對(duì)誤差、儀器的分辨率等。
3、樣品的分散技術(shù)
激光粒度儀的測(cè)量結(jié)果要真實(shí)地反映實(shí)際物料的粒度大小和粒度分布,必須重點(diǎn)解決以下幾個(gè)問(wèn)題:(1)如何在樣品庫(kù)或流水線上取到典型樣品,***大限度地減少取樣誤差;(2)如何將取到的典型樣品分散到理想的測(cè)量狀態(tài);(3)如何運(yùn)用先進(jìn)的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
激光粒度儀根據(jù)能譜穩(wěn)定與否分為靜態(tài)光散射粒度儀和動(dòng)態(tài)光散射激光粒度儀。目前己廣泛用于粉末冶金、薄膜、膜片料、催化劑、絕緣材料、潤(rùn)滑油、超導(dǎo)體、無(wú)線電技術(shù)等行業(yè),涉及建材、化工、冶金、能源、食品、電子、地質(zhì)、軍工、航空航天、機(jī)械、高校、實(shí)驗(yàn)室,研究機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域并發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。