Winner2000Z型智能激光粒度仪

Winner2000Z型智能激光粒度仪 

                      江海鹰  任中京

 (济南大学颗粒测试研究所，山东济南250022)

摘要：Winner2000Z智能激光粒度仪具有操作自动化程度高和测试智能化的特点。仪器整体设计紧凑，集成度高，测试操作简便。采用目前流行的USB通讯方式，所有测试操作均可由计算机控制完成。设置了人工、自动两种操作模式和智能校准功能，可预置各种不同的测试条件和操作方式，适用于各类样品的测试，并满足特殊测试要求。综合性能居同类仪器先进水平。

关键词：激光分析；粒度分析；智能；自动测试

     激光粒度仪是进行粒度分布测试的仪器，具有测试速度快、操作简单、易于维护的特点，近年来得到了广泛的应用，成为粒度分布测试的主流机型。国产激光粒度仪经过这几年不断的努力，研究和制造水平也有了很大进步，但和国外仪器相比，zui明显的是自动化程度低，主要靠人工操作。从智能化的角度看，目前各类激光粒度仪的智能化水平均不高。而颗粒粒度分布测试结果的准确性如何，不仅取决于仪器本身的测试性能，还与测试条件及操作者的操作水平有关。所以提高激光粒度仪操作的自动化和智能化水平，对保持统一的测试条件，避免由于操作不当带来的测试误差，提高仪器的整体测试性能有着重要意义。

       Winner2000Z型智能激光粒度仪是在济南微纳仪器公司Winner2000激光粒度仪的基础上改进和发展的新产品。Winner2000Z除秉承Wiimer2000的优点外，更赋予其自动化和智能化的新特点，使测试操作更简单， 测试方法更统一，测试结果更稳定。Winner2000Z型智能激光粒度仪的问世，使我国的激光粒度仪产品水平又向前迈进了一大步。

1. 智能粒度仪的结构及控制原理

Wiraier2000Z型激光粒度仪的原理结构图如 图1所示。

图1 原理结构图

工作原理简述：光电探测器把检测到的颗粒对激光的散射光转换成光电流信号，经过信号放大器放大后由A/D转换器转换成数字信号传到微处理器中，微处理器对检测信号进行预处理后通过USB通讯接口把检测数据上传到计算机中计算出粒度分布，计算机同时根据预置的操作参数和测试进程发出控制命令，微处理器接收到控制命令后直接对控制器进行控制操作，控制器驱动相应执行装置工作。

粒度仪主机中的微处理器是粒度仪的核心，在负责数据采集任务的同时又担负着数据、命令的通讯和报警信号、控制命令的上传下达任务。

控制器是控制命令的执行者，主要完成对各装置的控制及驱动作用，同时还具有液位检测功能。

各执行装置的作用：

●进水阀：控制进水管（与自来水管等水源相连）的进水，实现测试及冲洗过程的自动进水。

●液位检测：对自动进水过程进行监测，当样品池的水位超过水位*，立即关闭进水阀，停止进水，并向 计算机发出水位满报警信号。

●超声器：实现对测试样品的分散。既能在测试 前对样品进行预先分散，也可在测试过程中进行分散，防止样品在测试过程中发生团聚，保证测试结果的真实、准确。

●搅拌器：对样品池中的样品进行搅拌，使样品均匀混合，保证测试结果的真实、稳定。揽拌器的搅拌速度可调。

●循环泵：使液体在管道内循环流动，防止样品沉降，实现连续动态测试。结合自动进水，完成管道自动冲洗过程。

●排水阀：测试或冲洗完毕后，打开排水阀，废液自动排出。       

图2工作流程框图

2. 智能激光粒度仪的工作流程

图2为Winner2000Z型智能激光粒度仪自动测试的 工作流程框图。自动测试前，可根据测试要求，从自动模式控制界面（图3）对进水时间、分散时间、测试时间、排水时间以及排气泡次数、冲洗次数、搅拌速度等控制参数进行设置。同时还可以灵活选择是否采用自动进水，分散时是否超声、搅拌，测试时是否超声、搅拌等不同的测试条件，以满足不同样品的特殊测试要求。        

图3  自动模式控制

3．Winner2000Z型智能激光粒度仪的主要技术特点

（1）测试电路、控制电路、超声器、循环泵、进水阀、排水阀、搅拌器均安置在仪器主机箱内，仪器体积小，集成度高，便于运输、安装和使用。

由于仪器集成度高，测试电路、控制电路及执行装置均在仪器主机箱内，极易产生强、弱电信号之间的相互干扰，造成测试不稳定现象。Winner2000Z通过提高检测电路的抗干扰能力、降低和屏蔽控制电路的干扰；合理安排各部分安装位置，规范电源线、信号线布线，合理接地等措施，有效的减小和消除了干扰，保证了测试的稳定性。

（2）采用USB通讯，所有测试操作全部由计算机控制完成，自动化程度高。除加入样品外，测试人员始终操作计算机即可，不用对仪器进行任何直接操作。可明显减轻测试者的工作强度，提高工作效率。

在自动模式下工作时，操作者只需完成启动程序、加入样品、保存或打印测试结果几项工作，操作极为简单。

（3）控制程序人机界面直观友好，使用方便，易于操作，并可自动进行界面切换。全部控制参数和测试条件的设置条目均放在同一界面上，不用更换界面便可一次完成所有设置。

所有操作的过程状态均由进程条动态显示，既能使操作者随时掌握测试进程，又增添了画面的动态感。        

进人测试状态后，控制界面会自动隐藏，测试界面*展现，便于观察测试过程。测试完毕，控制界面又会自动弹出，省去了人工点击的麻烦，体现了人性化的设计思想。如果需要，也可随时点出控制界面。

智能校准时，计算机会自动提示操作步骤，给操作者提供zui大方便。

（4）具有人工和自动两种操作模式。

人工模式：可以人工手动点击相应按钮，控制测试过程和超声器、循环泵、进水阀、排水阀、搅拌器的工作状态，符合传统操作习惯。该模式适用于测试条件不明确或较难分散，测试不太稳定样品的测试，特别是研究性的测试。

自动模式:可以对超声器、循环泵、进水阀、排水阀及搅拌器的工作状态进行预先设置，计算机根据预先设置好的状态自动完成测试过程。特别适用于测试条件较明确样品的测试，可以保证测试条件的统一，消除由于不同操作者带来的测试误差。

（5）具有智能校准功能。                                            -

加入标准样品后，不需人工挪动镜头、样品窗或修改程序及校正参数，计算机利用先进的智能化校正算 法，自动消除测量误差，完成仪器的自动校准。

（6）能对测量结果自动分析处理。

对测量数据进行智能分析，自动剔除不良结果，并对测试结果自动进行综合处理，免除了人工数据处理 的麻烦和失误。

4. 测试使用情况

在保持测试条件基本一致的情况下，用3种不同样品在人工模式和自动模式下做测试对比，每种样品在对应模式下测3次，测试结果见表1，D₅₀重复性误差对比见表2。

表1   3种不同样品人工模式与自动模式测试结果对比                         μm     

从对比结果来看，自动测试效果优于人工测试，说明自动测试*可以满足测试要求。

采用智能校准功能，用D₅₀为13.2μm的标准物质YA101对仪器进行校准，校准后校验3次，结果见表 3。从校准后的校验结果可以看出，准确度误差小于0.5%。

表2    3种不同样品人工模式与自动模式测试D₅₀重复性误差对比

表3  智能校准前后测试结果比较

4. 结论

（1）Winner2000Z型智能激光粒度仪具有操作自动化程度高和测试智能化的特点，实现了计算机控制下的自动测试。

（2）对比测试实验结果显示，自动测试效果优于人工测试。

（3）采用先进的智能化校正算法，实现了仪器的自动校准。

（4）人性化的控制程序界面设计，简单明了，便于操作。

（5）仪器设计高度集成，体积小，抗干扰能力强，稳定性好。

（6）作为智能型仪器，智能激光粒度仪还应在以下几方面继续完善:建立知识库，采用智能控制方法，实现全智能操作；在目前自动测试的基础上，进一步实现探测器的自动对中、自动量程转换、自动进样等功能， 实现*自动化操作；具有自检、自校准和故障诊断功能。

参考文献：

[1] 张建民, 王涛, 王忠礼. 智能控制原理及应用[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2003.

[2]  [英]T艾伦著, 喇华璞, 童三多,  施娟英译. 颗粒大小测定 (第三版) [M]. 北京: 中国建筑工业出版社，1984.

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[4] 李华, 孙晓明, 李红青, 等. MCS-51系列单片机实用接口技术[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1993.

[5] 王幸之, 钟爱琴, 王雷, 等. AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

[6] 萧世文. USB         2.0硬件设计 [M]. 北京:清华大学出版社, 2002.

Winner2000Z Inligent Laser Particle Size Analyzer

JIANG 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