国内外激光粒度仪结构与性能介绍

　　1 引言

　　粉体粒度测量的方法有很多，传统的方法主要有筛分法、显微镜法、库尔特电感应法、重力沉降法、离心沉降法等，这些测试方法普遍存在操作繁琐、测试时间较长、不能在线测量等缺点，已越来越不适应现代工业生产和科研的要求。激光粒度仪是目前用途最广泛的一种，它的粒径测量范围广、适用范围广泛、重现性好、测量速度快、操作方便且可实现在线测量，一次测量可以得出多种粒度数据，如体积平均粒径、粒度曲线、区间粒度分布和累计粒度分布等。

　　2 激光粒度仪的原理与结构

　　激光粒度仪主要依据Fraunhofer衍射和Mie散射两种光学理论制造。其理论指出：当光线通过不均匀介质时，会发生由于吸收、反射、折射、透射和衍射共同作用引起的偏离其直线传播方向的散射现象，散射光中包含有颗粒大小、形状、结构以及成分、组成和浓度等信息。因此，利用光散射技术可以测量颗粒的尺寸分布。

　　图1为激光粒度仪的经典光学结构，它由发射、接受和测量窗口等三部分组成。光发射部分主要是为仪器提供单色的平行照明光。接收部分是仪器光学结构的关键。测量窗口主要是让被测样品在完全分散的状态下通过测量区，以便仪器获得样品的粒度信息。

　　3 国内外主要激光粒度仪

　　激光粒度仪的性能主要体现在粒度测量范围、激光源的类型、检测器的形状及大小、扫描速度快慢、准确性及稳定性几个方面。下面分别介绍几种国内外主要仪器厂商生产的典型激光粒度仪。

　　3.1 国外主要激光粒度仪

　　(1)英国马尔文公司开发的Mastersizer 2000全程应用Mie理论。Mastersizer 2000应用反傅里叶变换光学系统，傅里叶透镜位于测量窗口和激光器之间，波长为632.8nm的He-Ne气体激光器作为主光源，波长为466nm的固体蓝光为辅助光源，内置非均匀交叉排列三维扇型检测系统，相当于环形或十字星形的175个，半圆形排列的93个，可使直接检测角达到135°，扫描速度达1000次/s，分辨率高，测量下限达到0.02μm。循环系统采用速度可调的离心循环泵，循环管为普通的塑料管，更换简便。它可以配置干法和湿法两种进样装置，测量范围达到0.02μm～2000μm，重现性达到±0.5%。

　　(2)德国新帕泰克(Sympatec)公司以干法粒度测量著称，其生产的HELOS/RODOS是世界上第一台获得专利的干法激光粒度仪，能对细达0.1μm的干粉进行彻底分散，样品用量少，重复性好，测量范围0.1μm～3500μm。HELOS/RODOS采用类似图2的光学结构，用5mW、632.8nm的He-Ne气体激光器作为光源，采用8组不同焦距的傅里叶镜头，根据样品的粒度分布范围自动更换镜头。它内置31个传感器，扫描速度达2000次/s。由于它采用Fraunhofer理论，无需知道样品的折射率也能得到测量结果，方便用户使用。由于采用干法进样，HELOS/RODOS与自动取样机械手联合可以实现在线检测，这已经在水泥行业得到应用。