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，引起散射光的頻率移動（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)到亞微米級別時，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，散射光散射角度極小，粒徑及時微米的差別產(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。同時對鏡頭的加工精度要求也會更高。這個技術(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)。

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。