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激光粒度分析仪的原理特点及其应用现状

发布时间: 2017.04.13
标签: 设备
关键字: 激光粒度分析仪
内容来源:
激光制造网

粒度分析在材料工程、食品工程、制药工程、石油化工、国防工业等领域具有重要作用。由于传统的粒度测量方法操作繁琐,耗时较长,已经越来越不能适应现代工业和科研快速反应的需求。现代新兴科技的发展使激光和微电子技术应用到粒度测量领域,完全克服了传统方法所带来的弊端,在大大减轻劳动强度的同时,加快了样品的检测速度,提高了检测结果的质量。

近年来,有关粒度分布的测试技术和测试方法有很多,而激光粒度分析方法,因测量速度快、精度高及准确度好等特点被人们普遍认同。激光粒度仪顾名思义既然是粒度仪那当然是测量颗粒的,利用了激光具有的单色性和极强的方向性等特性,激光粒度仪是全球范围内公认的最先进,最快捷的颗粒测试仪器。


激光粒度分析仪的测量原理

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,所以在没有阻碍的无限空间中激光将会照射到无穷远的地方,并且在传播过程中很少有发散的现象。

米氏散射理论表明,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束的传播方向形成一个夹角θ,θ角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。即小角度(θ)的散射光是有大颗粒引起的;大角度(θ1)的散射光是由小颗粒引起的。进一步研究表明,散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样,测量不同角度上的散射光的强度,就可以得到样品的粒度分布了。

为了测量不同角度上的散射光的光强,需要运用光学手段对散射光进行处理。我们在光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜,在该富氏透镜的后焦平面上放置一组多元光电探测器,不同角度的散射光通过富氏透镜照射到多元光电探测器上时,光信号将被转换成电信号并传输到电脑中,通过专用软件对这些信号进行处理,就会准确地得到粒度分布了。


激光粒度分析仪的特点

1.测量粒径范围广

激光粒度分析仪可进行从纳米到微米量级如此宽范围的粒度分布。约为:20nm~2000 μ m,某些情况下上限可达3500μm;由于仪器使用过程中无须更换镜头及调整光学系统,提高了系统的稳定性,简化了操作过程。

2.适用范围广

激光粒度分析仪不仅能测量固体颗粒,还能测量液体中的粒子。

3.重现性好

激光粒度分析法与传统方法相比,测试过程不受温度变化、介质黏度,试样密度及表面状态等诸多因素的影响,只要将待测样品均匀地展现于激光束中,激光粒度分析仪能给出准确可靠的测量结果。

4.测量速度快

整个测量过程在2 分钟左右即可完成,某些仪器已实现了实时检测和实时显示,可以让用户在整个测量过程中观察并监视样品。

5.操作简单

激光粒度分析仪能够自动完成数据采集、分析处理、结果保存、打印等功能,操作简单,自动化程度高。


激光粒度分析仪的应用现状

最早用来测量粒度的设备是标准筛,但是它只能测量一个或几个粒径点上的筛余量,不能给出详细的粒度分布;并且测试的劳动强度大、精度低。后来发展到用沉降式粒度仪测量,它虽然能够测得详细的粒度分布,但操作比较繁琐、重复性较差、测量范围窄。最新的方法是激光粒度分析仪。由于它具有测量范围宽、重复性好、速度快、操作容易等显着优点,非常适合色釉料行业的使用。激光粒度仪的推广应用对推动我国色釉料行业的技术进步显然是有积极作用的。在推广的过程中,也遇到一些问题,主要表现在两方面:

1.与传统筛分法结果的对比

色釉料行业传统上用筛分法来检测产品的粒度。尽管方法比较落后,但在全行业已得到广泛的认可。因此有些初次使用激光粒度仪的用户总是拿激光粒度仪在某粒径点上的累积值与筛分的筛下百分含量进行对比,要求二者一致。直观地想,这种对比是理所当然的。但是,粒度测量和一般的理化测量完全不同:不同原理的两种粒度测量方法测试结果应该是不一致的,一致的反倒是特例,或是经过人为调整的。

受传统观念的束缚、思维习惯的影响或传统生产工艺的制约,有时用户会对上述差异表示不理解或强烈要求仪器供应商修改激光粒度分析仪的测试结果,使之与传统结果一致。由于激光粒度仪使用了计算机作为部件,作这种修改并不难。问题是修改后测试结果失真。因此最好是让用户逐步接受激光粒度仪的结果。大家都清楚,激光粒度仪已经是一种很成熟的仪器,而且比筛分法要先进得多。

2.不同激光粒度仪之间的量值对比

有时用户会发现不同的激光粒度仪给出的测试结果有差异。造成这种现象的原因有仪器光学结构的差异、数据分析软件的不同、仪器工作状态的漂移、人为的结果修改(比如为了与筛分结果相对照)等等。解决这一问题的有效方法是制备适合于本行业的标准样品,用以校准所有的仪器。这需要全行业的配合与努力。

实际测试中,准确性是相对的,重复性是绝对的:在实际颗粒测试中,激光粒度仪测试的结果我们无法评价其“准确”或“不准确”,因为样品都是不规则形状体,与其对比的测试结果也只是另外一种仪器测试所得,因此,我们只能说A仪器的测试结果相对于B仪器来说是准确的,而不能说A仪器测试结果就是准确或不准确,很多测试人员总是喜欢与马尔文的来对比,只要符合就是准确,不符合就是不准确,这其实是个误区。考量仪器好坏的标准其实是重复性,对某一种样品分别取样测试,如果前一次和后一次测试结果差异小那说明仪器是稳定的,重复性好的,如果差异大那就说明这个仪器的测试效果不好。


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