激光粒度儀在石油化工產品檢測中的應用

　　激光粒度儀是通過測量顆粒群的衍射光譜經計算機處理來分析其顆粒分布的。它可用來測量各種固態顆粒、霧滴、氣泡及任何兩相懸浮顆粒狀物質的粒度分布、測量運動顆粒群的粒徑分布。它不受顆粒的物理化學性質的限制。

　　該類儀器因具有超聲、攪拌、循環的樣品分散系統，所以測量范圍廣(測量范圍可達0.02~2000微米，有的甚至更寬)；自動化程度程度高；操作方便；測試速度快；測量結果準確、可靠、重復性好。可廣泛用于石油化工、陶瓷、染料、水泥、煤粉、研磨材料、金屬粉末、泥沙、礦石、霧滴、乳濁液等粒度的測定。

　　1. 測量基本原理

　　激光粒度儀是根據顆粒能使激光產生散射這一物理現象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，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的地方，并且在傳播過程中很少有發散的現象。當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發生散射現象。散射光的傳播方向將與主光榮的傳播方向形成一個夾角θ。散射理論和結果證明，散射角θ的大小與顆粒的大小有關，顆粒越大，產生的散射光的θ角就越小；顆粒越小， 產生的散射光的θ角就越大。

　　激光粒度儀經典的光路由發射、接受和測量窗口等三部分組成。發射部分由光源和光束處理器件組成，主要是為儀器提供單色的平行光作為照明光。接收器是儀器光學結構的關鍵。測量窗口主要是讓被測樣品在完全分散的懸浮狀態下通過測量區，以便儀器獲得樣品的粒度信息。

　　接收器由傅立葉選鏡和光電探測器陣列組成。所謂傅立葉選鏡就是針對物方在無限遠，像方在后焦面的情況消除像差的選鏡。激光粒度儀的光學結構是一個光學傅立葉變換系統，即系統的觀察面為系統的后焦面。由于焦平面上的光強分布等于物體(不論其放置在透鏡前的什么位置)的光振幅分布函數的數學傅立葉變換的模的平方，即物體光振幅分布的頻譜。激光粒度儀將探測器放在透鏡的后焦面上，因此相同傳播方向的平行光將聚焦在探測器的同一點上。據測器由多個中心在光軸上的同心圓環組成，每一環是一個獨立的探測單元。這樣的探測器又稱為環形光電探測器陣列，簡稱光電探測器陣列。

　　激光器發出的激光束經聚焦、低通濾波和準直后，變成直徑為8~25 mm的平行光。平行光束照到測量窗口內的顆粒后，發生散射。散射光經過傅立葉透鏡后，同樣散射角的光被聚焦到探測器的同一半徑上。一個探測單元輸出的光電信號就代表一個角度范圍(大小由探測器的內、外半徑之差及透鏡的焦距決定)內的散射光能量，各單元輸出的信號就組成了散射光能的分布。盡管散射光的強度分布總是中心大，邊緣小，但是由于探測單元的面積總是里面小外面大，所以測得的光能分布的峰值一般是在中心和邊緣之間的某個單元上。當顆粒直徑變小時，散射光的分布范圍變大，光能分布的峰值也隨之外移。所以不同大小的顆粒對應于不同的光能分布，反之由測得的光能分布就可推算樣品的粒度分布。

　　測量下限是激光粒度儀重要的技術指標。激光粒度儀光學結構的改進基本上都是為了擴展其測量下限或是小顆粒段的分辨率基本思路是增大散射光的測量范圍、測量精度或者減少照明光的波長。

　　2. 激光粒度儀的結構

　　儀器系統的組成主要包括三部分：

　　（1）主機(光學元件)，標志為MasterSizer 2000；主機用來收集測量樣品內粒度大小的原始數據。

　　（2）附件(進樣器)，標識為Hydro 2000G(普通濕法)；附件唯一的目的就是將樣品分散混勻充分并傳送到主機以便于測量。

　　（3）計算機和Malvern測量軟件，Malvern 軟件可定義、控制整個測量過程，并同時處理測量的粒度分布數據、顯示結果并打印報告。

　　近年來，國外的激光在線粒度測量技術發展迅速，因為其具有連續自動取樣、抗干擾能力強、實時顯示報告、數據有代表性等特點，而國內在這方面的開發和應用則剛剛起步，差距較大。可以預計，在線粒度測量與監測的發展將會給相關粉體工業帶來巨大的效益和變革，激光在線測試技術將成為顆粒測試領域競爭的焦點并將會被逐步推廣和應用。在這個領域，研制和開發更先進的取樣和分散裝置(尤其是對超微顆粒)，提高在線激光粒度儀的測試精度，使在線與離線的測量結果相吻合，及工業在線安裝和應用的安全性和穩定性等問題都值得進一步探討和解決。

　　目前激光法測量出來的是等效散射光強球徑，而人們在用嚴格的電磁波理論求解橢圓形等非球形顆粒的光散射理論問題上做了許多工作，也對其應用進行了研究。激光還可以在顆粒形狀的測量中發揮作用，在考慮到形狀系數的同時主要的難題是散射函數繁雜、計算量龐大，但隨著粉體工業和計算機運算能力的發展，顆粒形狀的測定將日益重要。