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激光粒度仪的测试原理
2019.07.13   点击336次

当光束前进过程中遇到颗粒时,将发生散射现象,散射光与光束初始传播方向形成一个夹角θ,散射角的大小与颗粒的粒径相关,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。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。

激光粒度分析仪就是利用光的散射原理测量粉颗粒大小的,是一种当前粒度测量领域应用最广泛的的粒度仪。其特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操作方便,尤其适合测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。激光粒度仪作为一种测试性能优异和适用领域极广的粒度测试仪器,已经在其它粉体加工与应用领域得到广泛的应用。

备注:本文所提的激光粒度仪是指基于静态散射光原理的激光粒度仪,请注意与动态散射光原理的纳米粒度仪区分开来。

随着粉体技术的发展,对粒度分析仪的性能要求在逐步的提高,特别是粒度仪的量程要求越来越宽。测量下限要求达到几百甚至几十个纳米,测量上限要求达到一千甚至几千微米。这对新型激光粒度仪设计者提出了极大的挑战。

颗粒越细,散射光的角度越小,微小颗粒的散射光甚至在360度范围内都有分布。为了拓展仪器的测量下限。需要有非常规的光学设计。颗粒越小,分布在360度空间范围的散射光光强差越小,当颗粒小到一定极限,光强差将小得几乎难以被分辨出来。这时就到了激光粒度仪的测量下限了。光学设计上的障碍和散射光本身的特性决定了常规激光粒度仪的测量下限一般在0.02微米左右。当颗粒较大时,同样也会遇到技术困难。大颗粒的散射角度很小,不容易分辨和测量。要想有效分辨大颗粒的光强分布。可以简单的拉长聚焦镜头的焦距(例如500甚至1000毫米以上),但是焦距大将导致激光粒度仪的体积大幅增加,且非常不便于小颗粒的大角度散射光探测。同时对镜头的加工精度要求也会更高。这个技术难点使得常规设计的激光粒度仪的真实测量上限很难超过1200微米。

Rise系列激光粒度仪采用全量程米氏散射理论,充分考虑到被测颗粒和分散介质的折射率等光学性质,根据大小不同的颗粒在各角度上散射光强的变化反演出颗粒群的粒度分布数据。

颗粒测试的数据计算一般分为无约束拟合反演和有约束拟合反演两种方法。有约束拟合反演在计算前假设颗粒群符合某种分布规律,再根据该规律反演出粒度分布。这种运算相对比较简单,但由于事先的假设与实际情况之间不可避免会存在偏差,从而有约束拟合计算出的测试数据不能真实反映颗粒群的实际粒度分布。

无约束拟合反演即测试前对颗粒群不做任何假设,通过光强直接准确地计算出颗粒群的粒度分布。这种计算前提是合理的探测器设计和粒度分级,给设备本身提出很高的要求。我公司生产激光粒度仪采用最优的非均匀性交叉三维扇形矩阵排列的探测器阵列和合理的粒度分级,从而能够准确地测量颗粒群的粒度分布。

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