激光粒度儀是通過顆粒的衍射或散射光的空間分布(散射譜)來分析顆粒大小的儀器,采用Furanhofer衍射及Mie散射理論,測試過程不受溫度變化、介質(zhì)黏度,試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響,只要將待測樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中,即可獲得準(zhǔn)確的測試結(jié)果。
激光粒度儀作為一種新型的粒度測試儀器,已經(jīng)在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點是測試速度快、測試范圍寬、重復(fù)性和真實性好、操作簡便等等。
01 激光粒度儀工作原理
利用顆粒對光的散射現(xiàn)象,根據(jù)散射光能的分布推算被測顆粒的粒度分布。根據(jù)現(xiàn)實的各種粒度測量儀器的工作原理,不妨將“粒徑”定義如下:當(dāng)被測顆粒的某種物理特性或物理行為與某一直徑的同質(zhì)球體(或其組合)相近時,就把該球體的直徑(或其組合)作為被測顆粒的等效粒徑(或粒度分布)。
該定義包含如下幾層含意:
(1)粒度測量實質(zhì)上是通過把被測顆粒和同一種材料構(gòu)成的圓球相比較而得出的;
(2)不同原理的儀器選不同的物理特性或物理行為作為比較的參考量,例如:沉降儀選用沉降速度,激光粒度儀選用散射光能分布,篩分法選用顆粒能否通過篩孔等等;
(3)將待測顆粒的某種物理特性或物理行為與同質(zhì)球體作比較時,有時能找到一個(或一組)在該特性上*相同的球體(如庫爾特計數(shù)器),有時則只能找到相近的球體。由于理論上可以把“相同”作為“相近”的特例,所以在定義中用“相近”一詞,使定義更有一般性;將待測顆粒的某種物理特性或物理行為與同質(zhì)球體作比較時,有時能找到某一個確定的直徑的球與之對應(yīng),有時則需一組大小不同的球的組合與之對應(yīng),才能相近。
02 激光粒度儀測試原理
激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和*的方向性,所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會照射到無限遠(yuǎn)的地方,并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。
當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時,一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象,如圖8。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個夾角θ。散射理論和實驗結(jié)果都告訴我們,散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān),顆粒越大,產(chǎn)生的散射光的θ角就越??;顆粒越小,產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。在圖8中,散射光I1是由較大顆粒引起的;散射光I2是由較小顆粒引起的。進(jìn)一步研究表明,散射光的強度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣,在不同的角度上測量散射光的強度,就可以得到樣品的粒度分布了。
03 激光粒度儀主要分為三個種類
1 靜態(tài)激光
能譜是穩(wěn)定的空間分布。主要適用于微米級顆粒的測試,經(jīng)過改進(jìn)也可將測量下限擴展到幾十納米。
2 動態(tài)激光
根據(jù)顆粒布朗運動的快慢,通過檢測某一個或二個散射角的動態(tài)光散射信號分析納米顆粒大小,能譜是隨時間高速變化。動態(tài)光散射原理的粒度儀僅適用于納米級顆粒的測試。
3 光透沉降
通常所說激光粒度儀是指衍射和散射原理的粒度儀,光透沉降儀,依據(jù)的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理,因此這類儀器不能稱作激光粒度儀。