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(cè)器陣列。由于水煤漿顆粒對(duì)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(cè)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(cè)器的高靈敏度的光電探測(cè)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(cè)器的靈敏度，而且在線性范圍內(nèi)每個(gè)光電探測(cè)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(duì)焦系統(tǒng)和長(zhǎng)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(cè)器的中心點(diǎn)直徑只有150um。光電探測(cè)器就分布在該中心點(diǎn)外不同半徑的同心圓上。因此對(duì)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(cè)器上，光電探測(cè)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(cè)試，將產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果。為此我們研制了精密三維自動(dòng)對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(cè)測(cè)量過程，可直觀察測(cè)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(cè)定范圍：0.68-951微米。

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

(3) 測(cè)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(cè)試對(duì)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(zhǎng)。由特殊設(shè)計(jì)的大口徑長(zhǎng)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(cè)量范圍達(dá)到0.68-951微米完全適合水煤漿的粒度檢測(cè)與控制。

(2) 采用精密三維自動(dòng)對(duì)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(cè)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(cè)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?，從中部取出大約1克到循環(huán)泵的試樣池中，準(zhǔn)備測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(rùn)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(zhǎng)單個(gè)顆粒重新團(tuán)聚成團(tuán)粒的時(shí)間。在測(cè)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(cè)樣品(約1克)并打開攪拌器和超聲波分散器對(duì)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(duì)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(cè)量時(shí)光能分布的要求，一般要求濃度測(cè)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(duì)測(cè)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(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生不利影響。