激光粒度儀是通過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Furanhofer衍射及Mie散射理論,測(cè)試過程不受溫度變化、介質(zhì)黏度,試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響,只要將待測(cè)樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中,即可獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。
主要原理:
激光法:
激光粒度儀作為一種新型的粒度測(cè)試儀器,已經(jīng)在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是測(cè)試速度快、測(cè)試范圍寬、重復(fù)性和真實(shí)性好、操作簡(jiǎn)便等等。
(1) 激光法的粒度測(cè)試原理:
激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測(cè)試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強(qiáng)的方向性,所以一束平行的激光在沒有阻礙的無(wú)限空間中將會(huì)照射到無(wú)限遠(yuǎn)的地方,并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。
當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時(shí),一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象,如圖8。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個(gè)夾角θ。散射理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都告訴我們,散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān),顆粒越大,產(chǎn)生的散射光的θ角就越小;顆粒越小,產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。在圖8中,散射光I1是由較大顆粒引起的;散射光I2是由較小顆粒引起的。進(jìn)一步研究表明,散射光的強(qiáng)度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣,在不同的角度上測(cè)量散射光的強(qiáng)度,就可以得到樣品的粒度分布了。
主要種類:
靜態(tài)激光
能譜是穩(wěn)定的空間分布。主要適用于微米級(jí)顆粒的測(cè)試,經(jīng)過改進(jìn)也可將測(cè)量下限擴(kuò)展到幾十納米。
動(dòng)態(tài)激光
根據(jù)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的快慢,通過檢測(cè)某一個(gè)或二個(gè)散射角的動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)分析納米顆粒大小,能譜是隨時(shí)間高速變化。動(dòng)態(tài)光散射原理的粒度儀僅適用于納米級(jí)顆粒的測(cè)試。
光透沉降
通常所說激光粒度儀是指衍射和散射原理的粒度儀,光透沉降儀,依據(jù)的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理,因此這類儀器不能稱作激光粒度儀。
激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測(cè)試粒度分布的。
由于激光具有很好的單色性和極強(qiáng)的方向性,所以在沒有阻礙的無(wú)限空間中激光將會(huì)照射到無(wú)窮遠(yuǎn)的地方,并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。
下面介紹下儀器的日常維護(hù):
在日常存放和使用儀器時(shí),以下幾點(diǎn)都是必須做到的:
1、儀器的全套設(shè)備不論是否處于工作狀態(tài),都應(yīng)放置在清潔干燥的環(huán)境中。
2、粒度儀的全套設(shè)備不用時(shí)應(yīng)蓋上致密的防塵布。
3、當(dāng)測(cè)完一種樣品,必須取下進(jìn)樣料斗,讓儀器自動(dòng)執(zhí)行清洗料倉(cāng)程序,確保下一種樣品的測(cè)量的可靠性。并且用毛刷清除進(jìn)樣料斗上的殘余樣品。
4、粒度儀測(cè)量單元連續(xù)開機(jī)時(shí)間不宜超過5小時(shí)。
5、空氣壓縮機(jī)應(yīng)參照說明書定期更換機(jī)油。
6、吸塵器收到的測(cè)試廢料要定期清理?;虍?dāng)儀器指示負(fù)壓不足時(shí),必須清理。
7、計(jì)算機(jī)關(guān)機(jī)必須按規(guī)定的步驟進(jìn)行,切不可貿(mào)然關(guān)斷電源,否則可能造成難以彌補(bǔ)的損失。
激光粒度儀的光路由發(fā)射、接受和測(cè)量窗口等三部分組成。
發(fā)射部分由光源和光束處理器件組成,主要是為儀器提供單色的平行光作為照明光。接收器是儀器光學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。
測(cè)量窗口主要是讓被測(cè)樣品在完全分散的懸浮狀態(tài)下通過測(cè)量區(qū),以便儀器獲得樣品的粒度信息。
激光粒度儀系列產(chǎn)品采用全程米氏理論和多種分布模型的數(shù)據(jù)處理方式,使該儀器具有準(zhǔn)確可靠、測(cè)試速度快、重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)便等突出特點(diǎn)。
激光粒度儀的推廣應(yīng)用,對(duì)推動(dòng)我國(guó)色釉料行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步有積極作用。但是,在推廣的過程中,也遇到一些問題。
縱觀粒度測(cè)量的發(fā)展,用來(lái)測(cè)量粒度的較早的設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)篩,但是它只能測(cè)量一個(gè)或幾個(gè)粒徑點(diǎn)上的篩余量,不能給出詳細(xì)的粒度分布;并且測(cè)試的勞動(dòng)強(qiáng)度大、精度低。后來(lái)發(fā)展到用沉降式粒度儀測(cè)量,它雖然能夠測(cè)得詳細(xì)的粒度分布,但操作比較繁瑣、重復(fù)性較差、測(cè)量范圍窄。較新的方法是激光粒度分析儀。由于它具有測(cè)量范圍寬、重復(fù)性好、速度快、操作容易等顯著優(yōu)點(diǎn),非常適合色釉料行業(yè)的使用。
一、與傳統(tǒng)篩分法結(jié)果的對(duì)比
色釉料行業(yè)傳統(tǒng)上用篩分法來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品的粒度。盡管方法比較落后,但在全行業(yè)已得到廣泛的認(rèn)可。因此有些初次使用激光粒度儀的用戶總是拿激光粒度儀在某粒徑點(diǎn)上的累積值與篩分的篩下百分含量進(jìn)行對(duì)比,要求二者一致。直觀地想,這種對(duì)比是理所當(dāng)然的。但是,粒度測(cè)量和一般的理化測(cè)量完全不同:不同原理的兩種粒度測(cè)量方法測(cè)試結(jié)果應(yīng)該是不一致的,一致的反倒是特例,或是經(jīng)過人為調(diào)整的。
受傳統(tǒng)觀念的束縛、思維習(xí)慣的影響或傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的制約,有時(shí)用戶會(huì)對(duì)上述差異表示不理解或強(qiáng)烈要求儀器供應(yīng)商修改激光粒度分析儀的測(cè)試結(jié)果,使之與傳統(tǒng)結(jié)果一致。由于激光粒度儀使用了計(jì)算機(jī)作為部件,作這種修改并不難。問題是修改后測(cè)試結(jié)果失真。因此可以是讓用戶逐步接受激光粒度儀的結(jié)果。大家都清楚,激光粒度儀已經(jīng)是一種很成熟的儀器,而且比篩分法要先進(jìn)得多。
二、不同激光粒度儀之間的量值對(duì)比
有時(shí)用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的激光粒度儀給出的測(cè)試結(jié)果有差異。造成這種現(xiàn)象的原因有儀器光學(xué)結(jié)構(gòu)的差異、數(shù)據(jù)分析軟件的不同、儀器工作狀態(tài)的漂移、人為的結(jié)果修改(比如為了與篩分結(jié)果相對(duì)照)等等。解決這一問題的有效方法是制備適合于本行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品,用以校準(zhǔn)所有的儀器。