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每周一问 | 如何选用激光粒度分析仪?

发布日期: 2021-02-26
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  在粉体加工与应用的科学研究及工业生产中,有效地测量和控制粉体的颗粒粒度及其分布,对提高产品质量、降低能源能耗、控制环境污染等方面具有重要意义。而颗粒的种类繁多,形状各异,无法用简单的三维尺寸描述颗粒的大小及形状,因此每个行业都有自己的测量方法,来满足本行业的特殊要求。
 
  粒度测量主要方法
 
  其中,激光粒度仪以激光作为探测光源,具有测量范围宽、测量速度快、非接触在线测量、重复性好等一系列优点,已经在粉体、医药、电池等领域得到广泛的应用。
 
  01.激光粒度仪的测量原理
 
  激光粒度仪的测量原理是光散射原理,它利用光被散射后,散射光的振幅、位相、偏振态等与散射颗粒的大小、折射率等有关的特性,来测量粉体样品的粒度分布。
 
 
 
  光散射法测量粒度分布原理示意图
 
  光散射法具有如下优点:
 
  (1)由于光的透射性,可以实现非接触测量,因而对被测样品的干扰也就很小,从而减小了测量的系统误差。
 
  (2)测量范围宽广,可以测量微米至亚微米级的颗粒。
 
  (3)适用性广。除了测量固体颗粒(粉末)外,还可以测量液体颗粒(液滴)、气体颗粒(气泡)。
 
  (4)测量速度快。由于光电转换元件的响应时间很短(约8∼10sec),加上现在计算机技术的应用,可以实现快速测量,实时性好。
 
  (5)测量、精度高、重复性好。对单分散性高分子聚合物标准粒子的测量误差和重现性可以限制在1∼2%之内。
 
  (6)仪器的自动化和智能化程度高,操作简单,使用方便,易于实现测量过程的自动化。
 
  (7)在线测量。由于光的透射性,光散射特别适于在线测量,无须取样,避免了由此可能产生的各种偏差,也不会对被测对象或测量环境造成干扰,测量结果更符合真实情况。
 
  02.激光粒度仪的基本构成
 
  激光粒度仪因具体用途不同,仪器的构造差异很大,但总体结构基本相同,主要由激光光源、扩束准直系统、样品池、傅里叶透镜、环形光电探测器、数据采集系统、计算机系统组成。
 
  激光粒度仪的两个核心部分是光路系统和数据处理系统。光路系统主要影响测量范围,数据处理系统主要影响的是结果的性。数据处理系统包括信号的滤波、提取和反演算法。其中,光学系统主要包含激光器、空间滤波—准制扩束系统、傅立叶变换透镜、样品循环系统和多元光电探测阵列等部分。
 
  激光粒度仪光路系统的基本结构
 
  03.如何选用激光粒度分析仪
 
  激光粒度仪是范围内*的,快捷的颗粒测试仪器,目前国内外有不少研制激光粒度仪的厂家,产品种类比较繁多。对此,如何判断和选择激光粒度分析仪呢?
 
  3.1了解激光粒度仪的关键技术
 
  (1)粒度测量范围。每个粒度仪都有自己的测量范围和适用范围,并不是测量范围越宽越好。
 
  (2)激光光源及检测器。激光光源为气体光源或固体光源,气体光源稳定性好于固体光源,但一般波长较短。光源功率越大,则散射光的能量越大,仪器的灵敏度越高。激光衍射的光环半径随粒子的减小而增大,但随着光环半径的增加,光强减弱,衍射光强的信噪比降低,容易发生小粒子的漏检。检测仪的一项关键指标就是对小粒子分布的检测能力。
 
  (3)检测理论及数据处理方法。有的粒度检测仪运用Mie光散射原理,数据运算量大,算法相对复杂,但运算效果好;有些粒度仪采用近似的Mie光散射理论,数据处理量小,但处理效果欠佳,适用范围相对较窄,存在对粒子漏检的缺点。
 
  (4)性、重复性、稳定性。这几项都是选择仪器时的主要指标,特别是仪器的稳定性,通常选用合理的激光器、优化设计光路、配备精密高效的分散器来提高系统的稳定性。
 
  (5)扫描速度。扫描速度不仅影响到检测速度,提高扫描速度还能够提高检测数据的重复性和性指标。
 
  (6)自动化、模块化、智能化。设计人性化、实现自动对中、自动校正、操作智能化、使用方便、免维护等都是用户对仪器的要求。
 
  (7)分散器。只有经过充分的分散,才能真实的测量结果。具有分散功能的粒度分析仪选用的湿法分散器通常为连续可调的超声分散器和搅拌分散器;选用的干法分散器通常为密闭式测量分散器或喷射式分散器。
 
  (8)是否符合标准。ISO13320标准是对激光粒度分析仪的基本要求。但并不是所有都按照该标准执行。在测量亚微米粒子分布过程中,采用非激光衍射方法是不符合ISO13320标准的。
 
  3.2了解自己的需求
 
  若要选择适合自己的激光粒度仪,仅了解激光粒度仪的关键技术还不够,还要了解自己的需求。建议根据能够支配的款项有多少,确定选择对象是进口设备还是国产设备;根据被测样品的性质如何,确定购买干法还是湿法粒度仪;根据测试样品的大致分布范围,选择适合自己样品的测试范围的仪器型号;根据用途,选择粒度仪种类。
 
  3.3选择有技术实力的厂家,并实地考察
 
  激光粒度仪这类仪器是科技含量比较高的仪器产品,对厂家的技术实力要求很高,选择产品之前应该先选择厂家,一般选择有技术基础,有研发能力,且性强的厂家比较可靠。
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