Winner2000Z型智能激光粒度儀

江海鷹 任中京(廈門大學顆粒測試研究所，山東廈門250022)摘要：Winner2000Z智能激光粒度儀具有操作自動化程度高和測試智能化的特點。儀器整體設計緊湊，集成度高，測試操作簡便。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，適用于各類樣品的測試，并滿足特殊測試要求。綜合性能居同類儀器先進水平。關鍵詞：激光分析；粒度分析；智能；自動測試
激光粒度儀是進行粒度分布測試的儀器，具有測試速度快、操作簡單、易于維護的特點，近年來得到了廣泛的應用，成為粒度分布測試的主流機型。國產激光粒度儀經過這幾年不斷的努力，研究和制造水平也有了很大進步，但和國外儀器相比，zui明顯的是自動化程度低，主要靠人工操作。從智能化的角度看，目前各類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。所以提高激光粒度儀操作的自動化和智能化水平，對保持統(tǒng)一的測試條件，避免由于操作不當帶來的測試誤差，提高儀器的整體測試性能有著重要意義。
Winner2000Z型智能激光粒度儀是在廈門易仕特儀器公司Winner2000激光粒度儀的基礎上改進和發(fā)展的新產品。Winner2000Z除秉承Wiimer2000的優(yōu)點外，更賦予其自動化和智能化的新特點，使測試操作更簡單， 測試方法更統(tǒng)一，測試結果更穩(wěn)定。Winner2000Z型智能激光粒度儀的問世，使我國的激光粒度儀產品水平又向前邁進了一大步。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，經過信號放大器放大后由A/D轉換器轉換成數(shù)字信號傳到微處理器中，微處理器對檢測信號進行預處理后通過USB通訊接口把檢測數(shù)據(jù)上傳到計算機中計算出粒度分布，計算機同時根據(jù)預置的操作參數(shù)和測試進程發(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行控制操作，控制器驅動相應執(zhí)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(shù)據(jù)采集任務的同時又擔負著數(shù)據(jù)、命令的通訊和報警信號、控制命令的上傳下達任務?？刂破魇强刂泼畹膱?zhí)行者，主要完成對各裝置的控制及驅動作用，同時還具有液位檢測功能。各執(zhí)行裝置的作用：
●進水閥：控制進水管（與自來水管等水源相連）的進水，實現(xiàn)測試及沖洗過程的自動進水。●液位檢測：對自動進水過程進行監(jiān)測，當樣品池的水位超過水位限時，立即關閉進水閥，停止進水，并向 計算機發(fā)出水位滿報警信號?！癯暺鳎簩崿F(xiàn)對測試樣品的分散。既能在測試 前對樣品進行預先分散，也可在測試過程中進行分散，防止樣品在測試過程中發(fā)生團聚，保證測試結果的真實、準確?！駭嚢杵鳎簩悠烦刂械臉悠愤M行攪拌，使樣品均勻混合，保證測試結果的真實、穩(wěn)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，防止樣品沉降，實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)測試。結合自動進水，完成管道自動沖洗過程?！衽潘y：測試或沖洗完畢后，打開排水閥，廢液自動排出。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測試的 工作流程框圖。自動測試前，可根據(jù)測試要求，從自動模式控制界面（圖3）對進水時間、分散時間、測試時間、排水時間以及排氣泡次數(shù)、沖洗次數(shù)、攪拌速度等控制參數(shù)進行設置。同時還可以靈活選擇是否采用自動進水，分散時是否超聲、攪拌，測試時是否超聲、攪拌等不同的測試條件，以滿足不同樣品的特殊測試要求。
圖3 自動模式控制
3．Winner2000Z型智能激光粒度儀的主要技術特點
（1）測試電路、控制電路、超聲器、循環(huán)泵、進水閥、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(zhí)行裝置均在儀器主機箱內，極易產生強、弱電信號之間的相互干擾，造成測試不穩(wěn)定現(xiàn)象。Winner2000Z通過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(guī)范電源線、信號線布線，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(wěn)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。在自動模式下工作時，操作者只需完成啟動程序、加入樣品、保存或打印測試結果幾項工作，操作極為簡單。（3）控制程序人機界面直觀友好，使用方便，易于操作，并可自動進行界面切換。全部控制參數(shù)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。所有操作的過程狀態(tài)均由進程條動態(tài)顯示，既能使操作者隨時掌握測試進程，又增添了畫面的動態(tài)感。 進人測試狀態(tài)后，控制界面會自動隱藏，測試界面完全展現(xiàn)，便于觀察測試過程。測試完畢，控制界面又會自動彈出，省去了人工點擊的麻煩，體現(xiàn)了人性化的設計思想。如果需要，也可隨時點出控制界面。智能校準時，計算機會自動提示操作步驟，給操作者提供zui大方便。
（4）具有人工和自動兩種操作模式。人工模式：可以人工手動點擊相應按鈕，控制測試過程和超聲器、循環(huán)泵、進水閥、排水閥、攪拌器的工作狀態(tài)，符合傳統(tǒng)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(wěn)定樣品的測試，特別是研究性的測試。自動模式:可以對超聲器、循環(huán)泵、進水閥、排水閥及攪拌器的工作狀態(tài)進行預先設置，計算機根據(jù)預先設置好的狀態(tài)自動完成測試過程。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(tǒng)一，消除由于不同操作者帶來的測試誤差。（5）具有智能校準功能。 -加入標準樣品后，不需人工挪動鏡頭、樣品窗或修改程序及校正參數(shù)，計算機利用先進的智能化校正算 法，自動消除測量誤差，完成儀器的自動校準。（6）能對測量結果自動分析處理。對測量數(shù)據(jù)進行智能分析，自動剔除不良結果，并對測試結果自動進行綜合處理，免除了人工數(shù)據(jù)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，測試結果見表1，D₅₀重復性誤差對比見表2。
表1 3種不同樣品人工模式與自動模式測試結果對比 μm 樣品指標人工模式自動模式碳酸鈣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從對比結果來看，自動測試效果優(yōu)于人工測試，說明自動測試完全可以滿足測試要求。采用智能校準功能，用D₅₀為13.2μm的標準物質YA101對儀器進行校準，校準后校驗3次，結果見表 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化程度高和測試智能化的特點，實現(xiàn)了計算機控制下的自動測試。（2）對比測試實驗結果顯示，自動測試效果優(yōu)于人工測試。（3）采用先進的智能化校正算法，實現(xiàn)了儀器的自動校準。（4）人性化的控制程序界面設計，簡單明了，便于操作。（5）儀器設計高度集成，體積小，抗干擾能力強，穩(wěn)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(xù)完善:建立知識庫，采用智能控制方法，實現(xiàn)全智能操作；在目前自動測試的基礎上，進一步實現(xiàn)探測器的自動對中、自動量程轉換、自動進樣等功能， 實現(xiàn)完全自動化操作；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