【每日一学】激光粒度仪工作及测试原理

　　激光粒度仪是通过颗粒的衍射或散射光的空间分布(散射谱)来分析颗粒大小的仪器，采用Furanhofer衍射及Mie散射理论，测试过程不受温度变化、介质黏度，试样密度及表面状态等诸多因素的影响，只要将待测样品均匀地展现于激光束中，即可获得准确的测试结果。
 

　　激光粒度仪作为一种新型的粒度测试仪器，已经在粉体加工、应用与研究领域得到广泛的应用。它的特点是测试速度快、测试范围宽、重复性和真实性好、操作简便等等。
 

　　01  激光粒度仪工作原理
 

　　利用颗粒对光的散射现象，根据散射光能的分布推算被测颗粒的粒度分布。根据现实的各种粒度测量仪器的工作原理，不妨将“粒径”定义如下：当被测颗粒的某种物理特性或物理行为与某一直径的同质球体(或其组合)相近时，就把该球体的直径(或其组合)作为被测颗粒的等效粒径(或粒度分布)。
 

　　该定义包含如下几层含意：
 

　　(1)粒度测量实质上是通过把被测颗粒和同一种材料构成的圆球相比较而得出的；
 

　　(2)不同原理的仪器选不同的物理特性或物理行为作为比较的参考量，例如：沉降仪选用沉降速度，激光粒度仪选用散射光能分布，筛分法选用颗粒能否通过筛孔等等；
 

　　(3)将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到一个(或一组)在该特性上*相同的球体(如库尔特计数器)，有时则只能找到相近的球体。由于理论上可以把“相同”作为“相近”的特例，所以在定义中用“相近”一词，使定义更有一般性；将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到某一个确定的直径的球与之对应，有时则需一组大小不同的球的组合与之对应，才能相近。
 

　　02  激光粒度仪测试原理
 

　　激光粒度仪是根据颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具有很好的单色性和*的方向性，所以一束平行的激光在没有阻碍的无限空间中将会照射到无限远的地方，并且在传播过程中很少有发散的现象。
 

　　当光束遇到颗粒阻挡时，一部分光将发生散射现象，如图8。散射光的传播方向将与主光束的传播方向形成一个夹角θ。散射理论和实验结果都告诉我们，散射角θ的大小与颗粒的大小有关，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。在图8中，散射光I1是由较大颗粒引起的；散射光I2是由较小颗粒引起的。进一步研究表明，散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。这样，在不同的角度上测量散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。
 

　　03  激光粒度仪主要分为三个种类
 

　　1  静态激光
 

　　能谱是稳定的空间分布。主要适用于微米级颗粒的测试，经过改进也可将测量下限扩展到几十纳米。
 

　　2  动态激光
 

　　根据颗粒布朗运动的快慢，通过检测某一个或二个散射角的动态光散射信号分析纳米颗粒大小，能谱是随时间高速变化。动态光散射原理的粒度仪仅适用于纳米级颗粒的测试。
 

　　3  光透沉降
 

　　通常所说激光粒度仪是指衍射和散射原理的粒度仪，光透沉降仪，依据的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理，因此这类仪器不能称作激光粒度仪。