水煤漿激光粒度儀的研制和應(yīng)用

3、大功率的激光器與高靈敏度的光電探測器陣列。由于水煤漿顆粒對光的吸收特性強(qiáng)，散射信號(hào)弱，要使散射信號(hào)達(dá)到一定的強(qiáng)度并有效接收，必須提高入射光的強(qiáng)度，提高光電探測器的靈敏度。為此我們選用了大功率半導(dǎo)體激光器，該激光器的功率是一般激光粒度儀所用激光器的5倍。

同時(shí)研制成功了具有76個(gè)光電探測器的高靈敏度的光電探測器陣列。該器件采用大規(guī)模集成電路的制造工藝，在同一個(gè)硅片上通過多次光刻而成，這樣不僅保證了光電探測器的靈敏度，而且在線性范圍內(nèi)每個(gè)光電探測器的線性度完全一致。不僅如此，由于采用多達(dá)76個(gè)光電接收器陣列，是儀器的分辨率大大提高。

4、精密三維自動(dòng)對焦系統(tǒng)和長壽命的激光器。激光粒度儀是一種精密的光學(xué)儀器。光電探測器的中心點(diǎn)直徑只有150um。光電探測器就分布在該中心點(diǎn)外不同半徑的同心圓上。因此對焦系統(tǒng)稍有偏移，極強(qiáng)的匯聚光束就將照射在靠近圓心的光電探測器上，光電探測器將處于飽和狀態(tài)，無法接收有效的散射信號(hào)。在此狀態(tài)下進(jìn)行測試，將產(chǎn)生錯(cuò)誤的測試結(jié)果。為此我們研制了精密三維自動(dòng)對焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制軟件等組成。步進(jìn)電機(jī)的控制精度小于10um，可以在電腦控制下隨時(shí)矯正焦點(diǎn)的偏差，使系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)。

激光器是激光粒度儀的關(guān)鍵部件。該器件的質(zhì)量、性能、壽命對整個(gè)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響。本系統(tǒng)所采用的激光器為半導(dǎo)體激光器，它的壽命是一般氦-氖激光器的4倍，并且不需要預(yù)熱，功耗低，可連續(xù)長時(shí)間工作，因此大大降低了儀器的故障率。

5、軟件系統(tǒng)。激光粒度儀的關(guān)鍵在于如何將散射信號(hào)還原成粒度信息。這個(gè)還原過程就是軟件的運(yùn)行過程。本儀器的軟件全程采用米氏散射理論，充分考慮顆粒的吸收特性，儀器背景、樣品濃度等因素，得到的分析數(shù)據(jù)具有很好的真實(shí)性。此外，通過該軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測測量過程，可直觀察測量過程中樣品濃度、粒度、分散狀態(tài)的變化情況。還具有結(jié)果存儲(chǔ)、查詢、比較、合并、編輯、刪除、幫助等功能功能。打印報(bào)告單具有中、英文六種不同的格式，內(nèi)容包括區(qū)間粒度分布數(shù)據(jù)與直方圖、累計(jì)粒度分布數(shù)據(jù)與曲線、典型粒徑值(如D3、D10、D25、D50、D75、D84、D90、D97、D98)等等。報(bào)告單的格式、版面、顏色、字體可以根據(jù)需要任意編輯。系統(tǒng)采用串行信號(hào)通訊方式，儀器可以與任何型號(hào)的與IBM兼容的電腦相連。

四、BT-2002型水煤漿專用激光粒度儀的性能指標(biāo)

1、基本指標(biāo)與性能

(1) 測定范圍：0.68-951微米。

(2) 重復(fù)性誤差：= ±4%(測標(biāo)樣時(shí)D50值的均方差)。

(3) 測定時(shí)間：3分鐘/次。

(4) 樣品濃度(遮光率)：30%-60%。

(5) 電壓AC220伏，電流5安培，功耗1000瓦，體積1000×330×330毫米，重量60千克。

2、測試對象

(1) 各種水煤漿、各種煤粉;

(2) 各種粒度較粗的其它粉體產(chǎn)品，如各種火藥、各種催化劑、各種化工原料與產(chǎn)品以及非金屬礦產(chǎn)品等。

3、基本特點(diǎn):

(1) 采用進(jìn)口大功率半導(dǎo)體激光器，單色性好，壽命長。由特殊設(shè)計(jì)的大口徑長焦距富氏透鏡等組成的精密光學(xué)準(zhǔn)值系統(tǒng)，配合多達(dá)76通道多元光電接收器陣列，使測量范圍達(dá)到0.68-951微米完全適合水煤漿的粒度檢測與控制。

(2) 采用精密三維自動(dòng)對焦系統(tǒng)與控制軟件，單步調(diào)節(jié)精度僅10微米。實(shí)現(xiàn)在電腦控制下自動(dòng)完成多元光電探測器陣列中心與光束焦點(diǎn)的精確定位，使系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)，進(jìn)一步提高了儀器的測量精度與準(zhǔn)確性。

(3) 采用大容量大流量蠕動(dòng)循環(huán)分散系統(tǒng)，集樣品稀釋、超聲波分散、電動(dòng)攪拌、蠕動(dòng)循環(huán)、排放清洗等功能于一體;由不銹鋼與硅橡膠管組成的循環(huán)管路，耐腐蝕，免維護(hù);獨(dú)特設(shè)計(jì)的蠕動(dòng)泵使樣品僅在密閉的管路里循環(huán)流動(dòng)，不與外部任何物體接觸，決不污染、破壞樣品。

(4) 儀器采用先進(jìn)的成型工藝，結(jié)構(gòu)緊湊合理，外形美觀大方，使用維護(hù)方便;采用最新的抗干擾技術(shù)，使儀器的電氣穩(wěn)定性更好，故障率更低。

五、水煤漿激光粒度儀的應(yīng)用

1、水煤漿漿料的縮分方法：用100-500毫升的燒杯，從生產(chǎn)線上取適量的樣品。如果漿料太粘稠加適量的水稀釋一下，然后用玻璃棒或小勺充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑥闹胁咳〕龃蠹s1克到循環(huán)泵的試樣池中，準(zhǔn)備測試。

2、水煤漿干樣的縮分方法：

(1) 勺取法：用小勺多點(diǎn)(至少四點(diǎn))取樣。勺取時(shí)應(yīng)將進(jìn)入小勺中的樣品全部留用，不得抖出一部分，保留一部分。

(2) 圓錐四分法：將試樣堆成圓錐體，用薄板將其垂直切成相等的四份，將對角的兩份混合再堆成圓錐體，也按上法縮分，直到其中一份的量符合需要(一般每份1克左右)為止。

(3) 分樣器法：將實(shí)驗(yàn)室樣全部倒入分樣器中，經(jīng)過分樣器均分后取出其中一份，如這一份的量還多，應(yīng)再倒入分樣器中進(jìn)行縮分，直到其中一份(或幾份)的量滿足要求為止。

3、介質(zhì)：用BT-2002型水煤漿激光粒度分布儀進(jìn)行粒度測量前要先將樣品與水在試樣池中混合配制成一定濃度的懸浮液，用于配制懸浮液的水叫做介質(zhì)。用于水煤漿粒度測試的介質(zhì)一般用較干凈的自來水就可以了。如果自來水所含的雜質(zhì)較多，則應(yīng)經(jīng)過沉淀或過濾等凈化處理后再用。檢查自來水是否可以直接用來做介質(zhì)的方法一是用肉眼觀察，看有無明顯的懸浮物;二是進(jìn)行背景測量，看背景框中的右端是否有連續(xù)的信號(hào)出現(xiàn)。如果上述兩點(diǎn)是肯定的，那么所用的水就應(yīng)該進(jìn)行凈化處理了。

4、分散劑：分散劑是指加入到介質(zhì)中的少量的能使介質(zhì)表面張力顯著降低，從而使顆粒表面得到良好潤濕作用的物質(zhì)。水煤漿常用的分散劑有六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等。分散劑的作用有二，其一可以加快團(tuán)粒的分解，使顆粒處于單個(gè)顆粒狀態(tài);其二可延長單個(gè)顆粒重新團(tuán)聚成團(tuán)粒的時(shí)間。在測量過程中應(yīng)根據(jù)樣品的不同，選用相應(yīng)的分散劑。分散劑的用量不宜太多，一般為介質(zhì)重量的千分之二至千分之五之間，使用時(shí)將分散劑按上述比例加到介質(zhì)中，待分散劑充分溶解后即可使用。

5、樣品濃度：將加有分散劑的水約500ml加到循環(huán)泵試樣池中，然后加入適量待測樣品(約1克)并打開攪拌器和超聲波分散器對樣品進(jìn)行攪拌分散約3分鐘。配制懸浮液的關(guān)鍵是要掌握好樣品的濃度。由于水煤漿的粗細(xì)程度，比重、光學(xué)特性等都有所不同，所以對不同樣品來說懸浮液的濃度也各不相同。一般說來，樣品越細(xì)，用量越少;樣品越粗，用量就越多。懸浮液的濃度最終要滿足濃度測量時(shí)光能分布的要求，一般要求濃度測量是光能分布最大值為20--60之間，特殊情況應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定合適的濃度值。懸浮液的濃度太大或太小對測試都是不利的。濃度過大，顆粒間的相互作用加劇，從而影響正常的顆粒狀態(tài);濃度過小，樣品代表性差。這些都將對測試結(jié)果產(chǎn)生不利影響。