葉南，張昀哲

(1.長江水利委員會水文局長江下游水文水資源勘測局，江蘇 南京 210011；2.長江水利委員會水文局長江口水文水資源勘測局，上海 200136)

1 儀器概述

1.1 “SFY-D”音波振動式全自動篩分粒度儀簡介

“SFY-D”音波振動式全自動篩分粒度儀是中科院南京地理與湖泊研究所最新研制的一種新型篩分粒度儀。該儀器具有篩分效率高、自動化程度強的優(yōu)點。使用Windows界面進行操作和控制，操作方便、可靠，具有良好的用戶圖形界面，操作靈活效率高。

1.2 主要技術(shù)指標

微機：Windows98，2000或XP界面。分析范圍：從4000微米-20微米，共分30級。電子天平：最大稱量范圍500克，精度為1/1000克。

聲波振動頻率：50Hz。串行接口：RS232-C，波特率為2400。篩分級數(shù)：8級低框篩。

1.3 儀器原理

SFY-D型篩分粒度儀采用音波篩分法。八級標準篩套疊在一起，上下均用乳膠膜密閉，形成密閉腔體，利用交流電流通過換能器在標準篩腔體中產(chǎn)生的空氣振動，進而引起被測粉體在垂直方向產(chǎn)生周期性振動，在氣流的作用下粉體自上而下由粗到細通過各級標準篩。合理設(shè)置孔徑參數(shù)不同的標準篩，通過稱量樣品總重量和各留篩樣重，進行計算，即可獲得重量粒度分布數(shù)據(jù)。在音波振動過程中，儀器可根據(jù)設(shè)置條件在垂直方向給標準篩體施加機械擊打脈沖。這樣可以減少粉體顆粒堵塞網(wǎng)孔，也可以將聚集成堆的粉體迅速分散，從而提高篩分效率。

2 儀器問題

（1）由于“SFY-D”音波振動式全自動篩分粒度儀采用音波篩分法，音波分析法必然產(chǎn)生噪聲污染，雖然有隔音玻璃罩防護，但長期使用依舊會損害聽力。

（2）儀器需要人工進樣，儀器始終離不開人維護及操作，不能夠良好的解放勞動力，人機不分離，由于一般工程都是時間緊任務(wù)重，人員不能夠連續(xù)24小時的工作，從而影響工程交付進度。

（3）套篩使用完畢后，需要人工進行清理，費時費力且不能夠完全清理干凈，由于人工清理避免不了對套篩網(wǎng)格的外力破壞，影響套篩分篩的成果質(zhì)量。

3 改進措施

對于人工進樣的改進如下：隨著前沿科學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新進步，結(jié)合自身實際操作儀器的經(jīng)驗，通過對水環(huán)境分析儀器氣相色譜自動進樣裝置的思索，探討可以通過增加機械臂的手段代替人工進樣，從而達到人機分離，并可以提前設(shè)置好進樣程序，達到24小時連續(xù)分析的目的。

對于清理套篩的改進看法如下：結(jié)合儀器本身的振篩特性，增加一個套篩翻轉(zhuǎn)裝置進行反振從而到達清理套篩的目的，并在下方增加一個樣品回收裝置；從而進一步解放生產(chǎn)力，并且避免了振篩噪音對人體的危害以及人工清理套篩不充分不完全的弊端。改進更新模塊詳見圖1。

圖1 “SFY-D”音波振動式全自動篩分粒度儀改進模塊圖

3.1 原有機械部分

機械部分包括機械手運動裝置振動臺自動振篩裝置

機械手運動裝置：機械手采用上下直線運動和水平左右旋轉(zhuǎn)運動，手爪套篩時，采用凸輪與彈簧的配合進行開合運動。

振動臺自動振篩裝置：振動臺部分主要有聲波源、八級套篩、細顆粒收集袋、電磁擊鐵、自動升降臺、步進電機等組成。

3.2 改進機械設(shè)計

主要增加自動進樣裝置和樣品回收裝置，自動進樣裝置：自動進樣裝置包括進樣臂、樣品盤、驅(qū)動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等部分組成。各個部分之間緊密合作，共同帶動著自動進樣裝置的正常運行。

進樣臂：采用了龍門結(jié)構(gòu)的高精度三維滑臺，定位精度高，前端擁有一個機械抓手，可以通過機械抓手將樣品盤中的樣品杯抓起，然后，將樣品杯中的樣品倒入進樣口；

樣品盤：采樣正方形樣品盤，縱向10個樣品盤，橫向10個樣品盤，合計100個樣品，平均測試一個樣品的時間大約20分鐘，滿足日常工作需要；

驅(qū)動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)：通過計算機進行控制，使用前進行進樣臂與樣品盤的定位及校準，并控制進樣臂進行自動進樣。

樣品回收部分：樣品回收裝置主要有密閉機械臂、顛倒滑輪裝置、樣品收集袋、電磁擊鐵、步進電機等組成。

密閉機械臂：帶有密封功能的機械臂，通過夾緊密閉八級套篩；

顛倒滑輪裝置：通過滑輪將密閉機械臂中的八級套篩顛倒過來；

樣品收集袋：與上振動膜、八級套篩一起形成一個密閉腔體，將樣品進行收集；

電磁擊鐵：產(chǎn)生垂直方向的沖擊力，將堆積的顆粒物打散，防止網(wǎng)孔堵塞。

步進電機：清理完畢的八級套篩通過步進電機移動至進樣位置等待分析下一個樣品。

3.3 改進軟件

（1）增加控制自動進樣裝置的程序，使得計算機可以通過該軟件控制自動進樣裝置；

（2）在原有進樣編輯程序中增加批處理模式，從設(shè)置一個樣品到同時設(shè)置多個待測樣品，從軟件上達到自動化進樣的目的；

（3）增加樣品回收裝置的控制程序，通過計算機控制樣品回收裝置的機械部分將使用過后的樣品進行回收，并把相應(yīng)的八級套篩通過自動升降臺，傳動到振動臺的進樣位置。

4 結(jié)語

經(jīng)過增加自動進樣裝置以及回收循環(huán)裝置，通過計算機軟件后臺控制，將原有機械裝置與回收裝置巧妙的結(jié)合，進行循環(huán)作業(yè)，從而達到全自動分析的目的。減少機械振動對人體的噪音污染，以及解放勞動生產(chǎn)力，并且可以24小時不間斷控制，提高生產(chǎn)效率，尤其是對于大型項目的時效性要求，更是能夠起到錦上添花的作用，由于到達了人機分離，這樣更加能夠避免人為操作失誤干擾，進一步提高成果質(zhì)量。