垫圈流量计测气操作要求

1、(1) 一律用放空测试，使下游压力为大气压力，如压差太大或太小,则可通过更换孔扳进行调节。(2) 刮风时，应顺风测气，不能逆风测气，气体出口不能有阻挡 物.U形管必须直立引起读数误差。(3) 操作要平稳，开始时，每5min记录一次差压及气流温度， 直至稳定。(4) 测试时，U形管内以30-150mm测量液为宜，一般气量在 3000m3d以下时，U形管内盛水为好，3000m3d以上时，可改盛水 银。(5) 为便于压差读数，水应加适当的颜色，水质要洁净。(6)测气时，周围不能有明火和易燃物，以保证测气安全当光线通过不均匀介质时，会发生偏离其直线传播方向的散射现象， 它是由吸收、反射、折射、透射和衍

2、射的共同作用引起的。散射光形 式中包含有散射体大小、形状、结构以及成分、组成和浓度等信息。 因此，利用光散射技术可以测量颗粒的粒径大小。由激光器(一般为He-Ne激光器或半导体激光器)发出的光束。经空间 滤波器和扩束透镜后， 得到了一个平行单色光束， 该光束照射到由分 散系统传输过来的颗粒样品后发生散射现象。 研究表明，散射光的角 度和颗粒直径成反比， 散射光强随角度的增加呈对数衰减。 这些散射 光经傅立叶透镜后成像在排列有多环光电探测器的焦平面上。 多环探 测器上的中央探测器用来测定样品的体积浓度， 外围探测器用来接收 散射光的能量并转换成电信号， 而散射光的能量分布与颗粒粒度分布 直接相关

3、。通过接收和测量散射光的能量分布就可以反演得出颗粒的 粒度分布特征。二散射理论的发展史激光粒度仪主要依据Fraunhofer衍射和Mie散射两种光学理论。下面 就激光粒度仪散射理论的发展历史作简要阐述：散射理论的研究开始于上一世纪的 70年代。 1871 年，瑞利 (LordRayleigh首先提出了著名的瑞利散射定律，并用电子论的观点解释了光散射的本质 1。瑞利散射定律的适用条件是散射体的尺寸要比 光波波长小。1908年，米氏(G.Mie)通过电磁波的麦克斯韦方程，解 出了一个关于光散射的严格数学解， 得出了任意直径、 任意成分的均 匀粒子的散射规律，这就是著名的米氏理论 2。1957 年，

4、H. C.Va ndeHuls出版了关于微小粒子光散射现象的专著，总结了粒子 散射的普遍规律， 受到科技界人士的广泛注意， 这本专著被认为是光 散射理论领域的经典文献3。 1969年，M.Kerker系统论述了光及电 磁波散射的一般规律， 为散射理论的进一步发展做出了贡献 4。 1983 年，C.F.Bohren O.R.Huffman综合前人的成果，又发表了关于微小粒 子对光散射及吸收的一般规律，更全面地解释了光的各种散射现象 5。至此，散射理论的体系建立起来了。1976年J.Swithenbank等人利用米氏理论在时(d为散射粒子的直径， &ambda;为光波波长)的近似式夫琅和费(Fra

5、nhofer)衍射理论发展了 激光粒度仪 6，开辟了散射理论在计量测试中的又一新领域。 由于光 散射法适用范围宽，测量时不受颗粒光学特性及电学特性参数的影 响，因此在随后的三十年时间内已成为粒度计量中最为重要的方式之 一。三散射理论的介绍I. 瑞利散射定律1871 年，瑞利首先从理论上解释了光的散射现象，并通过对远小于 光波波长的微小粒子散射进行了精密的研究， 得出了著名的瑞利散射 定律，这就是散射光强度与入射光波长的四次方成反比，即:lsca≈1 λ4式中，Isca为相应于某一观察方向（与入射 光成& theta;角）的散射光强度，& lambda;为入射光的波长。

6、瑞利认为， 一束光射入散射介质后， 将引起散射介质中每个分子作强迫振动。 这 些作强迫振动的分子将成为新的点光源， 向外辐射次级波。 这些次级 波与入射波叠加后的合成波就是在散射介质中传播的折射波。 对均匀 散射介质来说，这些次波是相干的，其干涉的结果，只有沿折射光方 向的合成波才加强，其余方向皆因干涉而抵消，这就是光的折射。如 果散射介质出现不均匀性， 破坏了散射体之间的位置关系， 各次波不 再是相干的，这时合成波折射方向因干涉而加强的效果也随之消失， 也就是说其它方向也会有光传播，这就是散射 1。2. 米氏散射Mie散射1908年G.Mie7在电磁理论的基础上，对平面单色波被位 于均匀散射

7、介质中具有任意直径及任意成分的均匀球体的散射得出 了严格数学解。根据 Mie 散射理论8，介质中的微小颗粒对入射光 的散射特性与散射颗粒的粒径大小、相对折射率、入射光的光强、波 长和偏振度以及相对观察方向 （散射角 ）有关。激光粒度仪正是通过对 散射光的不同物理量进行测量与计算， 进而得到粒径的大小、 分布及 颗粒的浓度等参数。当一束强度为I0的自然光或平面偏振光入射到 各向同性的球形颗粒时，散射光强分别为 9：式中:θ、λ、a如前所述，m=(n-iη)为颗粒相对于周 围介质的折射率 (η 不为零表示颗粒有吸收 )， r 为颗粒到观察面的 距离，&Ph

8、i;为入射光的电矢量相对于散射面的夹角，而si、s2分别为垂直及平行于散射平面的振幅函数分量，是由Bessel函数和Legendre函数组成的无穷级数8。3. Frau nhofer 衍射光的衍射是光波在传播过程中遇到障碍物后， 偏离其原来的传播方向 弯入障碍物的几何影区内， 并在障碍物后的观察屏上呈现光强分布的 不均匀现象。光源和观察屏距离衍射物都相当于无限远时的衍射即为Frau nhofer衍射，其衍射场可在透镜的后焦面上观察到。设透镜焦距 为f，颗粒的直径为D,入射光在颗粒周围介质中的波长为 &ambda;， 则在透镜后焦面上的颗粒的衍射光强为 10：式中：10为入射光强度，a为颗粒尺寸

9、参数(α二πD/λ)， Sd为衍射光振幅函数，i1、i2为衍射光强度函数(i仁i2),J1为一阶Bessel 函数，θ为衍射角。对于Fraunhofer衍射，总的消光系数Ke=23。 文献7直接运用Fraunhofer衍射测量大颗粒的粒径，20世纪70年代 左右国外研制出了基于Frau nhofer衍射理论的激光粒度仪。4.Fraunhofer衍射和Mie散射的比较理论分析认为，当颗粒与波长相比大很多时， Fraun hofer衍射模型本 身有较高的精确性，可看作是 Mie 散射的一种近似 9。由于 Mie 理 论计算复杂和计算机不易执行，早期的激光

10、粒度仪一般都工作于Frau nhofer衍射原理，随着科学技术和计算机的发展，仪器制造商先 是在亚微米范围内采用 Mie 理论，后来又在全范围内采用，称为全 Mie理论。原先以为大颗粒的测量可以使用Fraunhofer衍射理论，但是置于光场中的大颗粒除了具有衍射作用外， 还有由几何光学的反射 和折射引起的几何散射作用， 后者就强度而言远小于前者， 但总的能 量不相上下。 用衍射理论计算光能分布显然忽视了几何散射， 因而有 较大误差 11，而 Mie 散射理论是描述颗粒光散射的严格理论。有关 专家11,12认为，对非吸收性颗粒，用Fraun hofer衍射理论分析散射 光能时，将会无中生有地认为

11、在仪器的测量下限附近有小颗粒峰（如果仪器可以进行多峰分析）。文献12通过Fraunhofer衍射和严格Mie 散射的数值计算结果的对比指出，Frau nhofer衍射适用的条件为：仪 器测量下限大于 3μm ，或被测颗粒是吸收型且粒径大于 1μm 的。当仪器测量下限小于1μm，或者用测量下限小于3μm的 仪器去测量远大于 1μm 的颗粒时，都应该采用 Mie 理论。另外， 颗粒的折射率对测量结果也有较大的影响。对吸收性颗粒而言，Fraunhofer衍射结果同Mie散射结果基本一致。而对于非吸收性颗粒， 两者就有一定的偏差。文献 13认为，当颗粒的相对折射率的虚部&

12、eta;<0.03 或 η>3 时，必须用 Mie 理论来计算系数矩阵。四结论本文就激光粒度仪的工作原理出发，简单阐述了散射理论的发展历 史，并对散射理论作了逐一的介绍，其中包括瑞利散射定律、米氏散 射、Fraunhofer衍射，最后本文将Fraunhofer衍射和Mie散射理论在 实际应用中进行了定性比较， Mie 散射理论具有普适性， Fraunhofer 衍射理论较之而言有多方面的局限性。淺談激光粒度儀散射理論摘要：文中從激光粒度儀的工作原理入手， 簡單概述瞭散射理論的發 展歷史，介紹瞭瑞利散射定律、米氏散射（ Mie 散射）、 Fraunhofer 衍射並對比瞭Fr

13、aunhofer衍射和Mie散射理論。一激光粒度儀的工作原理當光線通過不均勻介質時，會發生偏離其直線傳播方向的散射現象， 它是由吸收、反射、折射、透射和衍射的共同作用引起的。散射光形 式中包含有散射體大小、形狀、結構以及成分、組成和濃度等信息。 因此，利用光散射技術可以測量顆粒的粒徑大小。由激光器（一般為He-Ne激光器或半導體激光器）發出的光束。經空間 濾波器和擴束透鏡後， 得到瞭一個平行單色光束， 該光束照射到由分 散系統傳輸過來的顆粒樣品後發生散射現象。 研究表明，散射光的角 度和顆粒直徑成反比， 散射光強隨角度的增加呈對數衰減。 這些散射 光經傅立葉透鏡後成像在排列有多環光電探測器的焦

14、平面上。 多環探 測器上的中央探測器用來測定樣品的體積濃度， 外圍探測器用來接收 散射光的能量並轉換成電信號， 而散射光的能量分佈與顆粒粒度分佈 直接相關。通過接收和測量散射光的能量分佈就可以反演得出顆粒的 粒度分佈特征。二散射理論的發展史激光粒度儀主要依據Fraunhofer衍射和Mie散射兩種光學理論。下面 就激光粒度儀散射理論的發展歷史作簡要闡述：散射理論的研究開始於上一世紀的 70年代。 1871 年，瑞利 (LordRayleigh首先提出瞭著名的瑞利散射定律， 並用電子論的觀點解 釋瞭光散射的本質 1。瑞利散射定律的適用條件是散射體的尺寸要比 光波波長小。1908年，米氏(G.Mi

15、e)通過電磁波的麥克斯韋方程，解 出瞭一個關於光散射的嚴格數學解， 得出瞭任意直徑、 任意成分的均 勻粒子的散射規律，這就是著名的米氏理論 2。 1957年，H.C.Va ndeHuls出版瞭關於微小粒子光散射現象的專著，總結瞭粒子 散射的普遍規律， 受到科技界人士的廣泛註意， 這本專著被認為是光 散射理論領域的經典文獻3。1969年，M.Kerker系統論述瞭光及電 磁波散射的一般規律， 為散射理論的進一步發展做出瞭貢獻 4。 1983 年，C.F.Bohren O.R.Huffman綜合前人的成果，又發表瞭關於微小粒 子對光散射及吸收的一般規律，更全面地解釋瞭光的各種散射現象 5。至此，散

16、射理論的體系建立起來瞭。1976年J.Swithenbank等人利用米氏理論在時（d為散射粒子的直徑， &ambda;為光波波長）的近似式夫瑯和費（Franhofer）衍亍射理論發展瞭 激光粒度儀 6，開辟瞭散射理論在計量測試中的又一新領域。 由於光 散射法適用范圍寬，測量時不受顆粒光學特性及電學特性參數的影 響，因此在隨後的三十年時間內已成為粒度計量中最為重要的方式之 一。三散射理論的介紹1. 瑞利散射定律1871 年，瑞利首先從理論上解釋瞭光的散射現象，並通過對遠小於 光波波長的微小粒子散射進行瞭精密的研究， 得出瞭著名的瑞利散射 定律，這就是散射光強度與入射光波長的四次方成反比，即:ls

17、ca≈1 λ4式中，Isca為相應於某一觀察方向（與入射 光成& theta;角）的散射光強度，& lambda;為入射光的波長。瑞利認為， 一束光射入散射介質後， 將引起散射介質中每個分子作強迫振動。 這些作強迫振動的分子將成為新的點光源， 向外輻射次級波。 這些次級 波與入射波疊加後的合成波就是在散射介質中傳播的折射波。 對均勻 散射介質來說，這些次波是相幹的，其幹涉的結果，隻有沿折射光方 向的合成波才加強，其餘方向皆因幹涉而抵消，這就是光的折射。如 果散射介質出現不均勻性， 破壞瞭散射體之間的位置關系， 各次波不 再是相幹的，這時合成波折射方向因幹涉而加強的效果

18、也隨之消失， 也就是說其它方向也會有光傳播，這就是散射1。2. 米氏散射Mie散射1908年G.Mie7在電磁理論的基礎上，對平面單色波被位 於均勻散射介質中具有任意直徑及任意成分的均勻球體的散射得出 瞭嚴格數學解。根據 Mie 散射理論 8，介質中的微小顆粒對入射光 的散射特性與散射顆粒的粒徑大小、相對折射率、入射光的光強、波 長和偏振度以及相對觀察方向 （散射角 ）有關。激光粒度儀正是通過對 散射光的不同物理量進行測量與計算， 進而得到粒徑的大小、 分佈及 顆粒的濃度等參數。當一束強度為I0的自然光或平面偏振光入射到 各向同性的球形顆粒時，散射光強分別為 9：式中:θ、&lam

19、bda;、a如前所述，m=(n-iη)為顆粒相對於周圍介質的折射率(η不為零表示顆粒有吸收),r為顆粒到觀察面的 距離，Φ為入射光的電矢量相對於散射面的夾角，而 si、s2分別 為垂直及平行於散射平面的振幅函數分量，是由 Bessel函數和Legendre函數組成的無窮級數8。3. Frau nhofer 衍射光的衍射是光波在傳播過程中遇到障礙物後， 偏離其原來的傳播方向 彎入障礙物的幾何影區內， 並在障礙物後的觀察屏上呈現光強分佈的 不均勻現象。光源和觀察屏距離衍射物都相當於無限遠時的衍射即為Frau nhofer衍射，其衍射場可在透鏡的後焦面上觀察到。設透鏡焦距 為

20、f，顆粒的直徑為D,入射光在顆粒周圍介質中的波長為 &ambda;， 則在透鏡後焦面上的顆粒的衍射光強為 10：式中：10為入射光強度，a為顆粒尺寸參數(α二πD/λ)， Sd為衍射光振幅函數，i1、i2為衍射光強度函數(i仁i2),J1為一階Bessel 函數，θ為衍射角。對於Fraunhofer衍射，總的消光系數Ke=23。 文獻7直接運用Fraunhofer衍射測量大顆粒的粒徑，20世紀70年代 左右國外研制出瞭基於Frau nhofer衍射理論的激光粒度儀。4.Fraunhofer衍射和Mie散射的比較理論分析認為，當顆粒與波長相比大很多時， Fraun hofer衍射模型本 身有較高的精確性，可看作是 Mie 散射的一種近似 9。由於 Mie 理 論計算復雜和計算機不易執行，早期的激光粒度儀一般都工作於Frau nhofer衍射原理，隨著科學技術和計算機的發展，儀器制造商先 是在亞微米范圍內采用 Mie 理論，後來又在全范圍內采用，稱為全 Mie理論。原先以為大顆粒的測量可以使用Fraunhofer衍射理論，但是置於光場中的大顆粒除瞭具有衍射作用外， 還有由幾何光學的反射 和折射引起的幾何散射作用， 後者就強度而言遠小於前者， 但總的能 量不相上下。 用衍射理論計算光能分佈顯然忽視瞭幾何散射， 因而有 較大誤差 11，而