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激光粒度儀的測試原理及量程拓展簡介

發(fā)布日期: 2021-01-15
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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(fā)生散射現(xiàn)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(chǎn)生的散射光的θ角就越?。活w粒越小,產(chǎn)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廣泛的的粒度儀。其特點是測量的動態(tài)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和適用領域極廣的粒度測試儀器,已經(jīng)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(tài)散射光原理的激光粒度儀,請注意與動態(tài)散射光原理的納米粒度儀區(qū)分開來。
 
  隨著粉體技術的發(fā)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很大的挑戰(zhàn)。
 
  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(nèi)都有分布。為了拓展儀器的測量下限。需要有非常規(guī)的光學設計。
 
  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(chǎn)生散射光。傳統(tǒng)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(qū)。這個盲區(qū)大致分布在75-105度、255-285度區(qū)域內(nèi)。
 
  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??梢钥闯?,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(guī)激光粒度儀的測量下限一般在0.2微米左右。
 
  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。要想有效分辨大顆粒的光強分布??梢院唵蔚睦L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(guī)設計的激光粒度儀的真實測量上限很難超過1000微米。
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