Winner2000Z型智能激光粒度儀

江海鷹 任中京(廈門(mén)大學(xué)顆粒測試研究所，山東廈門(mén)250022)摘要：Winner2000Z智能激光粒度儀具有操作自動(dòng)化程度高和測試智能化的特點(diǎn)。儀器整體設計緊湊，集成度高，測試操作簡(jiǎn)便。采用目前流行的USB通訊方式，所有測試操作均可由計算機控制完成。設置了人工、自動(dòng)兩種操作模式和智能校準功能，可預置各種不同的測試條件和操作方式，適用于各類(lèi)樣品的測試，并滿(mǎn)足特殊測試要求。綜合性能居同類(lèi)儀器先進(jìn)水平。關(guān)鍵詞：激光分析；粒度分析；智能；自動(dòng)測試
激光粒度儀是進(jìn)行粒度分布測試的儀器，具有測試速度快、操作簡(jiǎn)單、易于維護的特點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛的應用，成為粒度分布測試的主流機型。國產(chǎn)激光粒度儀經(jīng)過(guò)這幾年不斷的努力，研究和制造水平也有了很大進(jìn)步，但和國外儀器相比，zui明顯的是自動(dòng)化程度低，主要靠人工操作。從智能化的角度看，目前各類(lèi)激光粒度儀的智能化水平均不高。而顆粒粒度分布測試結果的準確性如何，不僅取決于儀器本身的測試性能，還與測試條件及操作者的操作水平有關(guān)。所以提高激光粒度儀操作的自動(dòng)化和智能化水平，對保持統一的測試條件，避免由于操作不當帶來(lái)的測試誤差，提高儀器的整體測試性能有著(zhù)重要意義。
Winner2000Z型智能激光粒度儀是在廈門(mén)易仕特儀器公司W(wǎng)inner2000激光粒度儀的基礎上改進(jìn)和發(fā)展的新產(chǎn)品。Winner2000Z除秉承Wiimer2000的優(yōu)點(diǎn)外，更賦予其自動(dòng)化和智能化的新特點(diǎn)，使測試操作更簡(jiǎn)單， 測試方法更統一，測試結果更穩定。Winner2000Z型智能激光粒度儀的問(wèn)世，使我國的激光粒度儀產(chǎn)品水平又向前邁進(jìn)了一大步。1. 智能粒度儀的結構及控制原理Wiraier2000Z型激光粒度儀的原理結構圖如 圖1所示。圖1 原理結構圖工作原理簡(jiǎn)述：光電探測器把檢測到的顆粒對激光的散射光轉換成光電流信號，經(jīng)過(guò)信號放大器放大后由A/D轉換器轉換成數字信號傳到微處理器中，微處理器對檢測信號進(jìn)行預處理后通過(guò)USB通訊接口把檢測數據上傳到計算機中計算出粒度分布，計算機同時(shí)根據預置的操作參數和測試進(jìn)程發(fā)出控制命令，微處理器接收到控制命令后直接對控制器進(jìn)行控制操作，控制器驅動(dòng)相應執行裝置工作。粒度儀主機中的微處理器是粒度儀的核心，在負責數據采集任務(wù)的同時(shí)又擔負著(zhù)數據、命令的通訊和報警信號、控制命令的上傳下達任務(wù)?？刂破魇强刂泼畹膱绦姓?，主要完成對各裝置的控制及驅動(dòng)作用，同時(shí)還具有液位檢測功能。各執行裝置的作用：
●進(jìn)水閥：控制進(jìn)水管（與自來(lái)水管等水源相連）的進(jìn)水，實(shí)現測試及沖洗過(guò)程的自動(dòng)進(jìn)水?！褚何粰z測：對自動(dòng)進(jìn)水過(guò)程進(jìn)行監測，當樣品池的水位超過(guò)水位限時(shí)，立即關(guān)閉進(jìn)水閥，停止進(jìn)水，并向 計算機發(fā)出水位滿(mǎn)報警信號?！癯暺鳎簩?shí)現對測試樣品的分散。既能在測試 前對樣品進(jìn)行預先分散，也可在測試過(guò)程中進(jìn)行分散，防止樣品在測試過(guò)程中發(fā)生團聚，保證測試結果的真實(shí)、準確?！駭嚢杵鳎簩悠烦刂械臉悠愤M(jìn)行攪拌，使樣品均勻混合，保證測試結果的真實(shí)、穩定。攬拌器的攪拌速度可調?！裱h(huán)泵：使液體在管道內循環(huán)流動(dòng)，防止樣品沉降，實(shí)現連續動(dòng)態(tài)測試。結合自動(dòng)進(jìn)水，完成管道自動(dòng)沖洗過(guò)程?！衽潘y：測試或沖洗完畢后，打開(kāi)排水閥，廢液自動(dòng)排出。圖2工作流程框圖
2. 智能激光粒度儀的工作流程圖2為Winner2000Z型智能激光粒度儀自動(dòng)測試的 工作流程框圖。自動(dòng)測試前，可根據測試要求，從自動(dòng)模式控制界面（圖3）對進(jìn)水時(shí)間、分散時(shí)間、測試時(shí)間、排水時(shí)間以及排氣泡次數、沖洗次數、攪拌速度等控制參數進(jìn)行設置。同時(shí)還可以靈活選擇是否采用自動(dòng)進(jìn)水，分散時(shí)是否超聲、攪拌，測試時(shí)是否超聲、攪拌等不同的測試條件，以滿(mǎn)足不同樣品的特殊測試要求。
圖3 自動(dòng)模式控制
3．Winner2000Z型智能激光粒度儀的主要技術(shù)特點(diǎn)
（1）測試電路、控制電路、超聲器、循環(huán)泵、進(jìn)水閥、排水閥、攪拌器均安置在儀器主機箱內，儀器體積小，集成度高，便于運輸、安裝和使用。由于儀器集成度高，測試電路、控制電路及執行裝置均在儀器主機箱內，極易產(chǎn)生強、弱電信號之間的相互干擾，造成測試不穩定現象。Winner2000Z通過(guò)提高檢測電路的抗干擾能力、降低和屏蔽控制電路的干擾；合理安排各部分安裝位置，規范電源線(xiàn)、信號線(xiàn)布線(xiàn)，合理接地等措施，有效的減小和消除了干擾，保證了測試的穩定性。（2）采用USB通訊，所有測試操作全部由計算機控制完成，自動(dòng)化程度高。除加入樣品外，測試人員始終操作計算機即可，不用對儀器進(jìn)行任何直接操作?？擅黠@減輕測試者的工作強度，提高工作效率。在自動(dòng)模式下工作時(shí)，操作者只需完成啟動(dòng)程序、加入樣品、保存或打印測試結果幾項工作，操作極為簡(jiǎn)單。（3）控制程序人機界面直觀(guān)友好，使用方便，易于操作，并可自動(dòng)進(jìn)行界面切換。全部控制參數和測試條件的設置條目均放在同一界面上，不用更換界面便可一次完成所有設置。所有操作的過(guò)程狀態(tài)均由進(jìn)程條動(dòng)態(tài)顯示，既能使操作者隨時(shí)掌握測試進(jìn)程，又增添了畫(huà)面的動(dòng)態(tài)感。 進(jìn)人測試狀態(tài)后，控制界面會(huì )自動(dòng)隱藏，測試界面完全展現，便于觀(guān)察測試過(guò)程。測試完畢，控制界面又會(huì )自動(dòng)彈出，省去了人工點(diǎn)擊的麻煩，體現了人性化的設計思想。如果需要，也可隨時(shí)點(diǎn)出控制界面。智能校準時(shí)，計算機會(huì )自動(dòng)提示操作步驟，給操作者提供zui大方便。
（4）具有人工和自動(dòng)兩種操作模式。人工模式：可以人工手動(dòng)點(diǎn)擊相應按鈕，控制測試過(guò)程和超聲器、循環(huán)泵、進(jìn)水閥、排水閥、攪拌器的工作狀態(tài)，符合傳統操作習慣。該模式適用于測試條件不明確或較難分散，測試不太穩定樣品的測試，特別是研究性的測試。自動(dòng)模式:可以對超聲器、循環(huán)泵、進(jìn)水閥、排水閥及攪拌器的工作狀態(tài)進(jìn)行預先設置，計算機根據預先設置好的狀態(tài)自動(dòng)完成測試過(guò)程。特別適用于測試條件較明確樣品的測試，可以保證測試條件的統一，消除由于不同操作者帶來(lái)的測試誤差。（5）具有智能校準功能。 -加入標準樣品后，不需人工挪動(dòng)鏡頭、樣品窗或修改程序及校正參數，計算機利用先進(jìn)的智能化校正算 法，自動(dòng)消除測量誤差，完成儀器的自動(dòng)校準。（6）能對測量結果自動(dòng)分析處理。對測量數據進(jìn)行智能分析，自動(dòng)剔除不良結果，并對測試結果自動(dòng)進(jìn)行綜合處理，免除了人工數據處理 的麻煩和失誤。4. 測試使用情況在保持測試條件基本一致的情況下，用3種不同樣品在人工模式和自動(dòng)模式下做測試對比，每種樣品在對應模式下測3次，測試結果見(jiàn)表1，D₅₀重復性誤差對比見(jiàn)表2。
表1 3種不同樣品人工模式與自動(dòng)模式測試結果對比 μm 樣品指標人工模式自動(dòng)模式碳酸鈣D₁₀0.390.390.380.390.390.39D₅₀0.640.640.620.640.640.63D₉₀0.940.970.920.950.970.93金剛砂D₁₀6.035.805.866.046.015.93D₅₀12.1011.6511.811.7011.7511.9D₉₀24.2924.1924.2124.0523.9424.18PVC粉末D₁₀92.5100.598.399.396.795.8D₅₀153.2160.4158.2159.5158.2154.8D₉₀251.9263.6258.6259.6255.2253.1從對比結果來(lái)看，自動(dòng)測試效果優(yōu)于人工測試，說(shuō)明自動(dòng)測試完全可以滿(mǎn)足測試要求。采用智能校準功能，用D₅₀為13.2μm的標準物質(zhì)YA101對儀器進(jìn)行校準，校準后校驗3次，結果見(jiàn)表 3。從校準后的校驗結果可以看出，準確度誤差小于0.5%。表2 3種不同樣品人工模式與自動(dòng)模式測試D₅₀重復性誤差對比測量模式碳酸鈣金剛砂PVC粉末人工模式1.82%1.93%3.25%自動(dòng)模式0.91%0.88%1.54%
表3 智能校準前后測試結果比較測試指標標樣標稱(chēng)值校準前校準后1校準后2校準后3D₅₀/ μm13.2 /12.5113.1513.1413.24
4. 結論（1）Winner2000Z型智能激光粒度儀具有操作自動(dòng)化程度高和測試智能化的特點(diǎn)，實(shí)現了計算機控制下的自動(dòng)測試。（2）對比測試實(shí)驗結果顯示，自動(dòng)測試效果優(yōu)于人工測試。（3）采用先進(jìn)的智能化校正算法，實(shí)現了儀器的自動(dòng)校準。（4）人性化的控制程序界面設計，簡(jiǎn)單明了，便于操作。（5）儀器設計高度集成，體積小，抗干擾能力強，穩定性好。（6）作為智能型儀器，智能激光粒度儀還應在以下幾方面繼續完善:建立知識庫，采用智能控制方法，實(shí)現全智能操作；在目前自動(dòng)測試的基礎上，進(jìn)一步實(shí)現探測器的自動(dòng)對中、自動(dòng)量程轉換、自動(dòng)進(jìn)樣等功能， 實(shí)現完全自動(dòng)化操作；具有自檢、自校準和故障診斷功能。
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Winner2000Z Inligent Laser Particle Size AnalyzerJIANG Hai-ying, REN Zhong-jing(Research Center of Particle Measurement Jinan University, Jinan 250022， China)Abstract： Winner2000Z inligent laser particle size analyzer have the characteristics of high automation and inligent measuring. The design of instrument is integrated highly and the operating is simply. With USB communication, all test operations are controlled by the comput-er. Two operation mode, manual and automatic，and the function of inligent calibrating can be selected. For testing the different sample and meet the needs of the special test, the operator can preset the different test condition and operation mode. The integration performances of Win- ner2000Z reach the advanced level of the instrument of a sort.Key words: laser particle size analysis; inligent; automatic test