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激光粒度儀的測試原理及量程拓展簡介
2015年01月12日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:3164
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       光是一種電磁波,當光束前進過程中遇到顆粒時,將發生散射現象,散射光與光束初始傳播方向形成一個夾角θ,散射角的大小與顆粒的粒徑相關,顆粒越大,產生的散射光的θ角就越小;顆粒越小,產生的散射光的θ角就越大。這樣,測量不同角度上的散射光的強度,就可以得到樣品的粒度分布了。


      激光粒度分析儀就是利用光的散射原理測量粉顆粒大小的,是一種當前粒度測量領域應用最廣泛的的粒度儀。其特點是測量的動態范圍寬、測量速度快、操作方便,尤其適合測量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。激光粒度儀作為一種測試性能優異和適用領域極廣的粒度測試儀器,已經在其它粉體加工與應用領域得到廣泛的應用。

激光粒度儀測量原理圖


       備注:本文所提的激光粒度儀是指基于靜態散射光原理的激光粒度儀,請注意與動態散射光原理的納米粒度儀區分開來。


       隨著粉體技術的發展,對粒度分析儀的性能要求在逐步的提高,特別是粒度儀的量程要求越來越寬。測量下限要求達到幾百甚至幾十個納米,測量上限要求達到一千甚至幾千微米。這對新型激光粒度儀設計者提出了極大的挑戰。

圖一

      顆粒越細,散射光的角度越小,微小顆粒的散射光甚至在360度范圍內都有分布。為了拓展儀器的測量下限。需要有非常規的光學設計。(參考圖一)

圖二

     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。如上圖所示,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(參考圖二)。

圖三

      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。圖三是散射光光強矢量圖。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。

圖四

      當顆粒較大時,同樣也會遇到技術困難。大顆粒的散射角度很小,不容易分辨和測量(參考圖四)。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。

(粉體圈  作者:沐恩)





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