粒度測試的常見問題 承德人和礦業(yè)

激光粒度儀是指以激光作為探測光源的粒度分析儀器。我國激光粒度儀的研制自20世紀(jì)80年代開始，天津大學(xué)、濟(jì)南大學(xué)、上海理工大學(xué)、丹東代表所等單位先后做了大量的工作，并在近十年有了明顯的突破。

激光粒度儀運(yùn)用的是激光散射法，這種方法具有測量范圍寬(通常為0.1～3500μm)、粒度分析快、再現(xiàn)性較好、可實(shí)現(xiàn)在線測量等特點(diǎn)，對(duì)科學(xué)研究和生產(chǎn)過程中的粒度控制起著重要的作用。此外，激光粒度儀可以得出多種粒度數(shù)據(jù)，如體積、平均粒徑、比表面積、區(qū)間粒度分布和累計(jì)粒度分布等。

一、激光粒度儀的四個(gè)原理

1、基于靜態(tài)光散射原理，即根據(jù)不同大小的顆粒對(duì)光的散射有不同的角分布的原理測量顆粒大小的儀器；

2、基于動(dòng)態(tài)光散射（光子相關(guān)光譜）原理，即根據(jù)微小顆粒（通常小于1μm）在液體中的布朗運(yùn)動(dòng)，引起散射光的頻率移動(dòng)（或相位變化），散射光相互干涉，使得某觀察點(diǎn)上散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的原理，測量顆粒大小的儀器；

3、光阻法顆粒計(jì)數(shù)器；

4、光脈動(dòng)法粒度儀。

二、顆粒測試過程中常見問題

1、顆粒過小

顆粒越細(xì)，散射光的角度越小。當(dāng)顆粒幾何尺寸達(dá)到亞微米級(jí)別時(shí)，大于90度散射角散射光將明顯增強(qiáng)。微小顆粒的散射光甚至在360度范圍內(nèi)都有分布，如圖1所示。

2、顆粒過大

大顆粒的散射角度很小，不容易分辨和測量，如圖2所示。當(dāng)顆粒幾何尺寸大于500微米以上時(shí)，散射光散射角度極小，粒徑及時(shí)微米的差別產(chǎn)生的散射光散射角度差很小，現(xiàn)有技術(shù)不容易準(zhǔn)確測量。

要想有效分辨大顆粒的光強(qiáng)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(dǎo)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(shí)對(duì)鏡頭的加工精度要求也會(huì)更高。這個(gè)技術(shù)難點(diǎn)使得常規(guī)設(shè)計(jì)的激光粒度儀的真實(shí)測量上限很難超過1000微米。

3、存在散射光探測盲區(qū)

無論是何種設(shè)計(jì)的激光粒度儀，都存在一個(gè)測量窗口，樣品在窗口中充分分散，被激光照射，產(chǎn)生散射光。如圖3所示，傳統(tǒng)測量窗口由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)玻璃存在全反射，總是存在一個(gè)散射光探測盲區(qū)。這個(gè)盲區(qū)大致分布在75-105度、255-285度區(qū)域內(nèi)。

4、散射光光強(qiáng)差過小

顆粒越小，分布在360度空間范圍的散射光光強(qiáng)差越小，當(dāng)顆粒小到一定極限，光強(qiáng)差將小得幾乎難以被分辨出來。這時(shí)就到了激光粒度儀的測量下限了。從圖4可以看出，當(dāng)顆粒小到一定程度，光強(qiáng)矢量圖無限接近圓形（顆粒無限接近圓心），這時(shí)的光強(qiáng)差是難以分辨的。光學(xué)設(shè)計(jì)上的障礙和散射光本身的特性決定了常規(guī)激光粒度儀的測量下限一般在0.2微米左右。

三、關(guān)于三種國產(chǎn)新型粒度儀的研制難點(diǎn)

四、國產(chǎn)激光粒度儀的展望

作為亞微米以上顆粒測量的實(shí)驗(yàn)室（相對(duì)于在線）主流儀器，激光粒度儀的國產(chǎn)品牌在國內(nèi)已經(jīng)占領(lǐng)了主要市場份額，但就技術(shù)水平來說，國產(chǎn)裝備在亞微米范圍和寬分布樣品測量上，和世界先進(jìn)水平相比還有一定差距。

雖然我國粒度測試技術(shù)取得了很大進(jìn)步，但原創(chuàng)性的工作，尤其是從整機(jī)或整個(gè)方法由國人推出發(fā)明的情況來看，我們應(yīng)在研究就上更加努力。