在線納米粒度儀的主要工作原理和結構組成介紹

更新時間：2025-10-09

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　　在線納米粒度儀是一種能夠在工業生產過程中，對流動液體中的納米顆粒（通常指1-1000納米）進行實時、連續、非接觸式粒度分布和濃度監測的先進過程分析技術（PAT）設備。它改變了傳統實驗室離線檢測的模式，為現代精細化工、制藥、材料、食品等行業的生產過程提供了實時質量控制能力。

　　一、核心目標與意義

　　傳統粒度檢測需要從生產線上取樣，送至實驗室，經過處理后再用激光粒度儀等設備分析，存在滯后性、代表性差、無法實時反饋等問題。在線納米粒度儀則實現了：

　　實時監控：連續獲取數據，秒級響應過程變化。

　　過程控制：及時發現批次差異、反應終點、團聚、沉淀等異常，實現閉環控制。

　　提高質量：確保產品粒度穩定，提升批次間一致性。

　　優化工藝：為研發和工藝優化提供連續數據支持，縮短開發周期。

　　降低成本：減少廢品、返工和取樣分析成本。

　　二、主要工作原理

　　1.一束高度相干的激光通過光纖探頭照射到流動的樣品中。

　　2.溶液中的納米顆粒由于布朗運動而不斷做無規則熱運動。

　　3.顆粒散射的光強度會因顆粒間的相對運動而產生快速波動（散斑圖案）。

　　4.儀器通過探測器捕捉這些光強波動的信號。

　　5.對光強波動信號進行自相關分析，計算出顆粒的擴散系數。

　　6.根據Stokes-Einstein方程，將擴散系數轉換為顆粒的流體力學直徑。

　　7.通過多角度或多次測量，結合反算法，得到顆粒的粒度分布。

在線納米粒度儀

　　三、核心組成結構

　　1.測量探頭(Probe)：

　　直接與工藝流體接觸的核心部件，通常由316L不銹鋼或哈氏合金制成，耐腐蝕、耐壓。

　　內含光學窗口（DLS）或超聲波換能器（UAS），通過法蘭或螺紋安裝在管道或反應釜上。

　　設計為浸入式或旁路式（將部分流體引出測量后再返回）。

　　2.控制單元(Controller/Analyzer)：

　　包含激光源（DLS）、光電探測器、信號處理器、數據采集系統。

　　運行核心算法，將原始信號轉換為粒度分布數據。

　　3.光纖系統(DLS)：

　　連接控制單元和探頭，傳輸激光和散射光信號。

　　4.冷卻/加熱夾套(可選)：

　　用于維持探頭在適宜溫度，防止樣品在探頭處結晶、凝固或變性。

　　5.自動清洗系統(CIP/SIP,可選)：

　　集成噴淋球或超聲波清洗，可在生產間隙自動清洗探頭表面，防止結垢或污染，保證測量準確性。

　　6.軟件系統：

　　提供用戶界面，實時顯示粒度分布曲線、平均粒徑（如Z-Average）、多分散指數（PDI）、濃度趨勢等。

　　具備數據存儲、報警設置（如粒徑超限）、趨勢分析、與DCS/SCADA系統通訊（4-20mA,Profibus,Ethernet）等功能。

　　總結來說，在線納米粒度儀是過程分析技術（PAT）的代表，它將納米尺度的微觀信息實時帶入宏觀的生產流程中。通過DLS或UAS等先進技術，它實現了對納米顆粒“看得見、測得準、控得住”，是提升產品質量、推動智能制造和實現“質量源于設計”（QbD）理念的關鍵利器。