Malvern Mastersizer 3000E 搭配 Hydro EV 濕法分散單元的常見故障與排查研究

——以“Measurement Operation Failed 報錯”為例的技術分析

一、引言

在粒度分析實驗中，Malvern Mastersizer 3000E 是國際上應用非常廣泛的激光衍射粒度分析儀。它能夠通過光學散射原理，對粉體、乳液、懸浮液等材料的粒徑分布進行快速、準確的測定。為了滿足不同的樣品分散需求，該系統通常配合不同類型的濕法或干法分散單元使用。其中，Hydro EV 是一種適合多種液體體系的濕法分散單元，具有操作簡便、自動化程度高的特點。

然而，在日常使用過程中，用戶常常會遇到一些故障現象，例如在初始化時出現 “A problem has occurred during initialisation” 或 “Measurement operation has failed” 的報錯。這類故障會直接導致設備無法完成背景測量與光路對準，從而無法進行樣品測試。

本文將圍繞這一問題展開，從設備原理、系統組成、常見故障原因、排查思路、維護保養方法等方面進行全面分析，并結合實際案例提出解決方案，幫助實驗室用戶快速定位問題、提高維護效率。

二、Mastersizer 3000E 與 Hydro EV 系統原理

2.1 激光衍射粒度分析的基本原理

Mastersizer 3000E 采用 激光衍射法 測量顆粒大小。其核心原理為：

• 激光束照射到分散在液體或氣體中的顆粒時，會發生散射現象。

• 小顆粒產生大角度散射，大顆粒產生小角度散射。

• 通過探測器陣列測量散射光強分布，并結合 Mie 散射理論或 Fraunhofer 近似模型，即可反推出顆粒的粒徑分布。

因此，整個測量依賴于三大條件：

1. 激光源的穩定輸出；

2. 樣品池中顆粒分散均勻且無氣泡干擾；

3. 探測器準確接收并處理散射信號。

2.2 Hydro EV 濕法分散單元的作用

Hydro EV 作為濕法分散裝置，其主要功能是：

1. 液體分散：通過攪拌和循環系統，將待測樣品均勻分散在液體中；

2. 液位與流路控制：內置液位傳感器和流體泵，確保樣品池中的液體處于穩定狀態；

3. 氣泡消除：通過適當的攪拌與循環，減少氣泡對光路的影響；

4. 自動清洗：在測試結束后可執行清洗流程，避免交叉污染。

Hydro EV 與主機通過管路和接口相連，所有操作均可在軟件界面中完成。

三、常見的故障表現與報錯解析

在用戶實際操作中，常見的報錯提示包括：

1. A problem has occurred during initialisation… Press reset to retry

• 表示設備在初始化階段（背景測量、光路對準、系統檢測）出現問題。

2. Measurement operation has failed

• 表示測量操作未能成功完成，可能是光源、探測器、分散單元或通訊異常引起的。

3. 卡在 Measuring dark background / Aligning system

• 說明設備在獲取暗背景或光路校準階段失敗，通常與光學或分散系統相關。

四、故障原因分析

通過經驗和廠家文檔，可以將上述故障原因歸納為以下幾類：

4.1 光學系統問題

• 激光器未點亮或輸出功率下降；

• 光學窗口污染、劃傷或結霧；

• 光路未對準，散射信號接收不到。

4.2 Hydro EV 分散系統異常

• 液路有氣泡，導致背景信號不穩定；

• 液位傳感器誤判，認為沒有液體；

• 泵未能正常工作，循環中斷；

• 攪拌器損壞或轉速異常，導致樣品無法均勻分散。

4.3 樣品與操作問題

• 樣品濃度過低，散射信號幾乎為零；

• 樣品池安裝不正確，比色皿未就位；

• 樣品液中含有大氣泡或雜質顆粒。

4.4 軟件與通訊異常

• 儀器與電腦 USB 通訊不穩定；

• 軟件版本不匹配或崩潰；

• 初始化參數（如閾值、分散模式）設置不合理。

4.5 硬件故障

• 探測器陣列失靈；

• 內部控制電路損壞；

• 激光模塊壽命到期。

五、排查與解決思路

為快速定位故障，可以采用以下分層次的排查方法：

5.1 軟件與系統重啟

• 首先關閉軟件與儀器電源，等待幾分鐘后重新啟動；

• 按下 Reset 鍵后再次運行初始化。

5.2 檢查 Hydro EV 工作狀態

• 觀察液體是否穩定循環；

• 確認液位傳感器是否識別到液體；

• 運行 “Clean System” 看泵和攪拌器是否正常。

5.3 光學與樣品池檢查

• 拆下比色皿，徹底清潔光學窗，確保透明無劃痕；

• 確認樣品池安裝正確并完全密封；

• 用清水（不加樣品）運行背景測量，排除氣泡干擾。

5.4 確認激光狀態

• 在軟件中觀察激光功率是否有變化；

• 若激光器未能點亮，需要聯系廠商更換模塊。

5.5 通訊與軟件問題

• 更換 USB 線纜或接口；

• 在另一臺電腦上安裝相同軟件測試；

• 檢查軟件日志文件，查看是否有更詳細的錯誤代碼。

5.6 硬件診斷

• 運行內置診斷程序，確認是哪一部分未通過；

• 若為探測器或電路故障，需要專業人員維修。

六、維護與保養建議

為了減少類似問題的發生，用戶應遵循以下維護規范：

1. 定期清洗 Hydro EV

• 每次測試后立即用清水沖洗管路，避免殘留沉積。

2. 保持光學窗口清潔

• 使用無纖維擦拭布和適當的溶劑定期清潔；

• 避免硬物刮擦。

3. 監控激光功率

• 在軟件中定期檢查激光輸出，發現功率下降應提前聯系廠家。

4. 防止氣泡進入流路

• 樣品注入時應緩慢，必要時使用超聲波除氣。

5. 軟件與固件更新

• 定期升級軟件，避免兼容性問題。

6. 記錄維護日志

• 建立維護記錄，便于追蹤問題歷史。

七、案例分析：Measurement Operation Failed

結合用戶實際案例：

• 報錯過程：系統在 “Measuring dark background → Aligning system” 階段失??；

• 實物狀態：Hydro EV 已連接，但可能有氣泡或流路異常；

• 報錯含義：光學系統未能接收到穩定信號。

解決過程建議：

1. 首先 Reset 并重啟；

2. 檢查管路與液體循環 → 排出氣泡；

3. 清潔光學窗與樣品池；

4. 運行背景測量 → 若失敗，則檢查激光是否點亮；

5. 如果仍報錯 → 軟件日志 + 硬件診斷，聯系廠家維修。

這一案例說明：Hydro EV 的液路穩定性與光學窗清潔度，直接決定了系統是否能成功初始化。

八、總結

Malvern Mastersizer 3000E 搭配 Hydro EV 濕法分散單元，是高效的粒徑分析解決方案。然而，在實際使用過程中，用戶常常會遇到 初始化失敗 / 測量失敗 的報錯。通過對系統原理的理解，可以將故障歸納為光學問題、分散系統問題、操作問題、軟件通訊問題與硬件故障五大類。

文章結合實際案例提出了一套系統的排查思路，從重啟 → 分散單元 → 光學檢查 → 激光檢測 → 軟件通訊 → 硬件診斷，逐層定位問題。同時，還提出了維護與保養的建議，包括定期清洗、光學窗口保護、監控激光功率、防止氣泡、更新軟件與記錄日志。

通過這些措施，用戶不僅能快速解決問題，還能大幅度延長設備使用壽命，提升實驗室的工作效率與數據可靠性。