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技术文章
水煤浆激光粒度仪的研制
点击次数:1572 发布时间:2013-01-17
    根据水煤浆粒度测试的特殊情况,结合多年的激光粒度仪器的制造经验,国家水煤浆工程技术中心与丹东百特仪器有限公司合作,经过一年多的刻苦攻关和成百上千 次的实验,终于在2002年下半年研制成功国内*台水煤浆专用的激光粒度仪。该仪器的研制成功,结束了水煤浆粒度测试完全依赖进口的历史。从此国内水煤 浆用户可以用上性能优良,价格低廉、服务及时、零配件供应充足的激光粒度仪,其综合性能指标达到了国外同类仪器的先进水平。
  1. 大容量的、大流量的循环分散系统。循环分散系统是激光粒度仪系统中的一个重要的装置,它包括蠕动循环泵、超声波分散器、搅拌器、测试窗组件、 水池与排放装置等。蠕动循环泵是一种通过对弹性极好的硅橡胶管的交替快速挤压、恢复来使样品流动的。由于循环过程中外力不直接与颗粒接触,所以不会对颗粒 造成任何影响。它的流量达到2000ml/分钟,zui大的水煤浆颗粒也不会沉淀在管路中。超声波分散器直接固定在容积为800ml的水池底部,配以功率 50W、频率40KHZ的驱动电路,仅三分钟就会使水煤浆颗粒处于良好的分散状态。由直流电机和特制的叶片组成的搅拌器,将使水池中的样品时时刻刻处于均 匀悬浮状态,保证输送到仪器中的样品均匀一致。测试窗是由石英玻璃制成,具有良好的光学特性,耐磨擦耐腐蚀,拆卸和安装极为方便。排放装置是由特殊设计的 控制阀和相应的管路组成,操作方便、安全可靠、绝不漏水。
  2. 拓宽仪器的测试范围。常见的激光粒度仪的测试范围一般在300um以下,随着粉体超细化趋势的增长,激光粒度仪的测试范围也在向超细方向发 展。而水煤浆激光粒度仪在测试范围上的主要矛盾则恰恰相反,就是要保证对粗端颗粒进行有效测量,测试上限必须大于700um。通过反复试验和计算,我们设 计了大口径长焦距的富氏透镜和回折式光学系统,使测试范围达到0.68-951um,在此范围内的散射信号都能够被有效接收,这样的粒度范围完全满足水煤 浆的粒度测试需要。
  3. 大功率的激光器与高灵敏度的光电探测器阵列。由于水煤浆颗粒对光的吸收特性强,散射信号弱,要使散射信号达到一定的强度并有效接收,必须提高 入射光的强度,提高光电探测器的灵敏度。为此我们选用了大功率半导体激光器,该激光器的功率是一般激光粒度仪所用激光器的5倍。同时研制成功了具有76个 光电探测器的高灵敏度的光电探测器阵列。该器件采用大规模集成电路的制造工艺,在同一个硅片上通过多次光刻而成,这样不仅保证了光电探测器的灵敏度,而且 在线性范围内每个光电探测器的线性度完全一致。不仅如此,由于采用多达76个光电接收器阵列,是仪器的分辨率大大提高。
  4. 精密三维自动对焦系统和长寿命的激光器。激光粒度仪是一种精密的光学仪器。光电探测器的中心点直径只有50um。光电探测器就分布在该中心点 外不同半径的同心圆上。因此对焦系统稍有偏移,极强的汇聚光束就将照射在靠近圆心的光电探测器上,光电探测器将处于饱和状态,无法接收有效的散射信号。在 此状态下进行测试,将产生错误的测试结果。为此我们研制了精密三维自动对焦系统。该系统包括步进电机、执行机构、控制软件等组成。步进电机的控制精度小于 10um,可以在电脑控制下随时矫正焦点的偏差,使系统始终处于zui佳状态。激光器是激光粒度仪的关键部件。该器件的质量、性能、寿命对整个系统有着至关重 要的影响。本系统所采用的激光器为半导体激光器,它的寿命是一般氦-氖激光器的4倍,并且不需要预热,功耗低,可连续长时间工作,因此大大降低了仪器的故 障率。
  5. 软件系统。激光粒度仪的关键在于如何将散射信号还原成粒度信息。这个还原过程就是软件的运行过程。本仪器的软件全程采用米氏散射理论,充分考 虑颗粒的吸收特性,仪器背景、样品浓度等因素,得到的分析数据具有很好的真实性。此外,通过该软件可以实时监测测量过程,可直观察测量过程中样品浓度、粒 度、分散状态的变化情况。还具有结果存储、查询、比较、合并、编辑、删除、帮助等功能功能。打印报告单具有中、英文六种不同的格式,内容包括区间粒度分布 数据与直方图、累计粒度分布数据与曲线、典型粒径值(如D3、D10、D25、D50、D75、D84、D90、D97、D98)等等。报告单的格式、版 面、颜色、字体可以根据需要任意编辑。系统采用串行信号通讯方式,仪器可以与任何型号的与IBM兼容的电脑相连
 

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