流量測量技術全書（上冊）

前言

流量計量是科學計量的重要組成部分，也是儀器儀表工業(yè)最主要的內容之一。它在貿易結算、能源計量、過程控制、環(huán)境保護等方面得到了廣泛的應用，發(fā)揮了重要的作用，并推動和支持了國民經(jīng)濟的發(fā)展。由于測量介質、流動過程、環(huán)境條件的復雜性和使用要求的廣泛性，流量測量技術種類繁多、影響因素復雜，因而流量計量的方法和原理多樣且繁雜，大的分類就有幾十種。正確了解不同種類流量計的原理、特點、使用條件、校準方法等就成為流量計量工作者的需要，流量測量技術方面的書籍一直是相關領域技術人員急需的學習工具。《流量測量技術全書》一書從幫助流量測量領域技術人員解決實際問題、提升人員技術水平出發(fā)，系統(tǒng)論述與流量測量技術相關的理論基礎知識，描述流量計及流量校準裝置的原理和結構，分析流量計及校準裝置的適用性，分析使用條件對測量結果的影響，給出流量計及檢測裝置的檢定校準方法，具有較強的實用性。該書還提供了國內外最新研究進展和成果，使得該書與同類書籍相比具有較高的學術價值。該書的作者們長期從事流量計量研究工作，對流量儀表的計量性能有著深入的研究并積累了豐富的實踐經(jīng)驗。相信該書能夠對從事流量計和流量標準裝置生產(chǎn)、使用、校準、研究的相關人員有所助益，能夠對促進流量計量行業(yè)的發(fā)展有所助益。中國工程院院士

內容概要

《流量測量技術全書》是“十二五”國家重點圖書，獲得“國家出版基金項目”資助。《流量測量技術全書（上冊）》對流量專業(yè)依托的基礎理論、流量工程、流量測量設備和儀器、流量校準裝置進行了全面和系統(tǒng)的總結，  展現(xiàn)了建國60年來我國流量計量和測試專業(yè)的發(fā)展軌跡，填補了流量測量技術工具書的空白。本書由流量計量和測試專業(yè)國內頂尖的教授、專家和具有豐富實踐經(jīng)驗的工程師共同編寫。全書分上、下兩冊，共四篇。第一篇為專業(yè)基礎，詳細論述了流量計量和測試專業(yè)必須掌握的基礎理論知識，如概念、定義和有關公式及使用條件等。第二、三篇為流量儀表，對目前國內外存在的各種流量儀表作了詳細介紹，就分類、原理結構、用途、選型和使用以及最新進展進行了論述。第四篇為流量標準裝置及校準，介紹了國內外的先進校準方法和最新發(fā)展，對目前在用的各種流量標準裝置進行了系統(tǒng)的論述和介紹。本書附有索引，方便讀者查閱和學習?！读髁繙y量技術全書（上冊）》可為廣大流量測量領域的專家學者和技術人員提供權威參考。

書籍目錄

第1篇流量測量基礎 第1章流量測量概述 1.1流量計量的歷史和未來2 1.1.1流量計量的歷史2 1.1.2流量計量的未來3 1.2流量測量方法概述3 1.2.1用伯努利方程原理來測量流量4 1.2.2用一個一個標準小容積測量流量4 1.2.3用測量流速來得到流量4 1.2.4以測量流體質量流量為目的的流量測量方法5 1.3相關術語5 1.3.1流量測量5 1.3.2測量條件6 1.3.3流量計結構6 1.3.4測量性能6 1.4流量計的分類和選擇7 1.4.1流量計的分類7 1.4.2流量計的選擇8 1.5流量計量法規(guī)要求9 1.5.1流量計的制造9 1.5.2流量計的修理9 1.5.3進口流量計的銷售10 1.5.4流量計的使用10 1.5.5流量計的檢定10 1.5.6仲裁檢定10 第2章流量測量常用物性參數(shù) 2.1密度12 2.2黏度14 2.3流體的可壓縮性與熱膨脹性17 2.4比熱容和絕熱指數(shù)19 第3章管道流流體力學基礎 3.1雷諾實驗和雷諾數(shù)20 3.2圓管中的流速分布23 3.2.1圓管中的層流流速分布23 3.2.2圓管中的湍流25 3.3流動基本方程27 3.3.1流體運動的基本概念27 3.3.2定常流動的連續(xù)性方程28 3.3.3伯努利方程29 3.3.4動量定理31 3.4邊界層31 3.5卡門渦街33 3.6氣體的一元流動簡介35 3.6.1聲速和馬赫數(shù)35 3.6.2一元氣流的流動特性36 3.6.3氣體一元流動的臨界壓力比38 3.7計算流體動力學39 3.7.1計算流體動力學的含義39 3.7.2CFD的求解過程40 3.7.3計算流體動力學的特點41 3.7.4計算流體動力學在流量計研究領域的應用42 3.7.5CFD軟件結構42 3.7.6CFD商用軟件——FLUENT簡介43 參考文獻43 第4章不確定度基礎 4.1不確定度定義及發(fā)展歷程45 4.1.1不確定度的定義45 4.1.2不確定度的發(fā)展歷程45 4.1.3評定測量不確定度的意義46 4.2測量學基礎知識46 4.3統(tǒng)計學基礎知識47 4.3.1算術平均值47 4.3.2數(shù)學期望47 4.3.3方差48 4.3.4標準偏差48 4.3.5標準偏差的估計值48 4.3.6算術平均值的標準偏差49 4.3.7異常值及其剔除49 4.4不確定度基礎知識49 4.4.1標準不確定度49 4.4.2相對不確定度50 4.4.3合成標準不確定度50 4.4.4擴展不確定度50 4.4.5包含因子50 4.4.6分布50 4.5不確定度評估方法51 4.5.1數(shù)學模型51 4.5.2標準不確定度的評定方法52 4.5.3標準不確定度的A類評定52 4.5.4標準不確定度的B類評定52 4.5.5合成標準不確定度的評定54 4.5.6擴展不確定度的評定54 4.5.7測量不確定度的報告與表示55 4.6幾個容易混淆的問題的討論55 4.6.1誤差與不確定度55 4.6.2不確定度的A類評定與B類評定56 4.6.3包含因子與置信水平的關系56 4.7常用儀器設備的不確定度分析56 4.7.1溫度計57 4.7.2壓力計58 4.7.3計時器58  第2篇流量測量儀表（上） 第5章容積流量計 5.1概要62 5.1.1容積流量計的構造62 5.1.2容積流量計的功能62 5.1.3容積流量計的計量精確度與誤差65 5.1.4附件67 5.2測量原理67 5.2.1理論計量公式68 5.2.2流量計的壓力損失與計量的準確度68 5.2.3流量計的真實流量69 5.2.4誤差與理論流量的關系71 5.2.5容積流量計的示值誤差74 5.2.6影響性能的其他因素77 5.3容積流量計的類型79 5.3.1章動圓盤及旋動活塞流量計79 5.3.2轉子式容積流量計81 5.3.3旋轉葉片式流量計92 5.3.4往復式容積流量計95 5.3.5其他型式的氣體容積流量計97 5.4容積流量計各種類型的選擇98 5.4.1概述98 5.4.2流量表的性能98 5.4.3流體特性方面的考慮101 5.4.4流量計的安裝條件102 5.4.5環(huán)境的影響104 5.4.6經(jīng)濟因素的考慮105 5.5容積流量計正確的使用方法107 5.5.1流量計的安裝應考慮的因素107 5.5.2典型容積流量計的安裝107 5.5.3運行程序108 5.5.4運行中應注意的事項108 5.5.5停止運行時應該注意的事項109 5.5.6容積流量計的典型故障與對策109 5.5.7檢查與保養(yǎng)110 5.5.8五種典型容積流量計的分解圖111 5.6展望115 參考文獻115 第6章浮子流量計 6.1概要116 6.2工作原理116 6.3刻度換算117 6.3.1液體流量的刻度換算117 6.3.2氣體流量的刻度換算118 6.3.3浮子流量計的量程換算121 6.3.4刻度換算實例121 6.4玻璃管浮子流量計122 6.4.1玻璃管浮子流量計的結構122 6.4.2玻璃管浮子流量計的性能指標123 6.5金屬管浮子流量計124 6.5.1金屬管浮子流量傳感器124 6.5.2指示器125 6.5.3不同安裝方式的金屬管浮子流量計129 6.5.4金屬管浮子流量計的主要性能指標130 6.6浮子流量計的特點與使用131 6.6.1浮子流量計的特點131 6.6.2浮子流量計應用概況131 6.6.3浮子流量計的類型和結構選擇132 6.6.4浮子流量計測量范圍的選擇132 6.6.5流體黏度對流量測量的影響134 6.6.6浮子流量計的安裝135 6.6.7浮子流量計的使用136 6.6.8浮子流量計常見故障及處理136 6.7微小流量金屬管浮子流量計137 6.7.1概述137 6.7.2微小流量金屬管浮子流量計構成的吹流儀表139 6.8展望140 6.9行業(yè)標準與檢定規(guī)程140 6.9.1機械行業(yè)標準《JB/T6844—1993金屬管浮子流量計》簡介140 6.9.2機械行業(yè)標準《JB/T9255—1999玻璃管轉子流量計》簡介141 6.9.3計量檢定規(guī)程《JJG257—2007浮子流量計》簡介142 第7章差壓流量計 7.1概要143 7.2節(jié)流式差壓流量計144 7.2.1概述144 7.2.2基本原理145 7.2.3標準節(jié)流裝置157 7.2.4其他（非標準）節(jié)流裝置212 7.3繞流式差壓流量計241 7.3.1均速管流量計243 7.3.2靶式流量計260 7.3.3環(huán)形通道流量計269 7.3.4彎管流量計273 7.4臨界流流量計281 7.4.1概述281 7.4.2基本工作原理282 7.4.3結構類型與技術特性299 7.4.4流量計的設計計算308 7.4.5流量計的檢驗313 7.4.6小型聲速文丘里噴嘴316 7.5脈動流流量計325 7.5.1概述325 7.5.2脈動流流量計測量的誤差源326 7.5.3脈動流平均流量的確定方法328 7.5.4脈動流的流量基本方程333 7.5.5脈動流流量計的校驗335 7.6混相流流量計341 7.6.1基本知識341 7.6.2孔板流量計347 7.6.3文丘里管流量計351 7.6.4靶式流量計354 7.6.5V形內錐流量計357 7.7差壓變送器360 7.7.1差壓變送器工作原理360 7.7.2差壓變送器的結構360 7.7.3差壓變送器的發(fā)展361 7.7.4差壓變送器的選型362 7.7.5差壓變送器的安裝使用364 7.7.6差壓變送器故障診斷367 7.7.7選型舉例368 7.8流量積算儀370 7.8.1流量積算儀370 7.8.2流量積算儀的通信377 7.8.3流量積算儀的應用385 7.8.4流量積算儀的發(fā)展趨勢392 7.8.5流量積算儀的檢定393 附錄A流量計算通用圖表396 附錄B氣體、液體物理性質表411 附錄C物性參數(shù)計算式414 附錄D水和水蒸氣的物理性質表425 參考文獻455 第8章渦輪流量計 8.1概述457 8.2測量原理458 8.3結構459 8.3.1液體渦輪流量計459 8.3.2氣體渦輪流量計461 8.4渦輪流量計的一般特性461 8.4.1液體渦輪流量計461 8.4.2氣體渦輪流量計462 8.5自校正渦輪流量計462 8.5.1概述462 8.5.2自校正渦輪流量計工作原理463 8.5.3自校正渦輪流量計結構特點464 8.6溫度、壓力補償型的氣體渦輪流量計465 8.6.1概述465 8.6.2智能氣體渦輪流量計的設計466 8.7直接式渦輪質量流量計472 8.7.1工作原理472 8.7.2數(shù)學模型的建立473 8.7.3系統(tǒng)硬件475 8.7.4軟件設計477 8.8幾種特殊型式的渦輪流量計477 8.8.1動力流量計477 8.8.2沖擊式流量計478 8.8.3直葉片式流量計479 8.9渦輪流量計的選用要點479 8.10安裝與使用481 8.10.1安裝481 8.10.2連接管道483 8.10.3電氣連接483 8.10.4使用484 8.10.5維修485 8.11標準和法規(guī)486 參考文獻488 第9章流體振動流量計 9.1概述489 9.1.1概況489 9.1.2流體振動流量計的特點489 9.2渦街流量計490 9.2.1測量原理490 9.2.2組成與結構493 9.3渦街流量計的漩渦發(fā)生體493 9.3.1發(fā)生體的功能493 9.3.2發(fā)生體的分類493 9.3.3基本要求494 9.3.4單發(fā)生體494 9.3.5雙（多）發(fā)生體497 9.3.6發(fā)生體的幾何尺寸498 9.3.7發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)499 9.3.8發(fā)生體的力學特性502 9.3.9三維漩渦發(fā)生體——環(huán)狀發(fā)生體504 9.4渦街信號的檢測508 9.4.1伴隨漩渦分離的物理現(xiàn)象508 9.4.2渦街信號的檢測方式509 9.5不同類型渦街流量計及其檢測技術的應用510 9.5.1熱敏式渦街流量計及熱敏檢測技術的應用510 9.5.2應力式渦街流量計及壓電檢測技術的應用512 9.5.3超聲式渦街流量計與超聲檢測技術的應用517 9.5.4應變式渦街流量計及應變檢測技術的應用520 9.5.5電容式渦街流量計及電容檢測技術的應用522 9.5.6振動體式渦街流量計及磁電檢測技術的應用524 9.5.7光電（纖）式渦街流量計及光電檢測技術的應用525 9.6信號處理527 9.6.1信號處理的目標和基本要求527 9.6.2信號處理電路的組成528 9.6.3前置放大器類型528 9.6.4噪聲與濾波電路528 9.6.5整形電路530 9.7智能型渦街流量計530 9.7.1特點530 9.7.2功能531 9.7.3智能型渦街流量計的幾種形式532 9.7.4儀表系數(shù)K和流體狀態(tài)的補償533 9.7.5軟件設計535 9.7.6噪聲的鑒別與處理536 9.8渦街質量流量計536 9.8.1間接式渦街質量流量計536 9.8.2漩渦強度型渦街質量流量計537 9.8.3差壓型渦街質量流量計538 9.8.4超聲型渦街質量流量計539 9.9縮徑型渦街流量計540 9.9.1問題的提出540 9.9.2技術可行性541 9.9.3收縮段的形式542 9.9.4縮徑型渦街流量計的壓力損失542 9.9.5應用舉例544 9.10插入式渦街流量計545 9.10.1測量原理545 9.10.2結構545 9.10.3優(yōu)點與局限性546 9.10.4儀表系數(shù)547 9.10.5插入式渦街流量計儀表系數(shù)計算舉例548 9.10.6儀表選用注意事項549 9.11渦街流量計選用注意事項與正確使用方法550 9.11.1選表要點550 9.11.2安裝和注意事項553 9.11.3幾種特殊情況下的安裝553 9.12渦街流量計的干標定555 9.12.1干標定的含義555 9.12.2日本工業(yè)標準（JISZ8766：2002）556 9.12.3干標定的試驗研究559 9.12.4數(shù)學模型及預測預報566 9.12.5驗證569 9.12.6干標定的后續(xù)工作569 9.13旋進漩渦流量計570 9.13.1測量原理570 9.13.2結構572 9.13.3信號檢測576 9.13.4優(yōu)點與局限性577 9.13.5選用注意事項577 9.14射流流量計580 9.14.1概述580 9.14.2測量原理580 9.14.3組成與結構582 9.14.4信號的檢測582 9.14.5改進與發(fā)展583 9.14.6優(yōu)點與局限性583 9.14.7應用和注意事項584 9.15流體振動流量計技術特性比較585 9.16故障判斷及處理586 9.16.1通電后，無流量時有輸出信號586 9.16.2通電、通流后無輸出信號587 9.16.3通電、通流后，流量計輸出（或指示）信號不隨流量成正比變化588 9.16.4輸出信號（或指示）不穩(wěn)定589 9.16.5測量誤差大590 9.16.6測量管道、閥門和儀表被銹蝕與泄漏591 9.16.7傳感器發(fā)出異常的嘯叫聲591 9.17相關標準和檢定規(guī)程591 9.18檢定和校準592 9.18.1計量性能要求592 9.18.2通用技術要求592 9.18.3計量器具控制593 9.18.4型式評價大綱598 9.18.5流量計二次儀表的檢定601 9.18.6壓力損失測試601 9.18.7插入式流量計的校準601 9.18.8標準模擬信號4～20mA輸出的調校603 參考文獻606 第10章超聲流量計 10.1概述608 10.2測量原理608 10.2.1時間傳輸法（時差法）608 10.2.2多普勒法610 10.3分類說明610 10.3.1使用介質610 10.3.2流量計安裝形式611 10.3.3超聲信號傳輸方式613 10.4選型指導613 10.4.1氣體超聲流量計614 10.4.2液體超聲流量計614 10.5正確使用方法614 10.5.1流體流態(tài)的影響614 10.5.2流體流動不穩(wěn)定和脈動618 10.5.3多相流618 10.5.4噪聲618 10.6超聲流量計技術的智能化和展望619 10.6.1標定基線與運營時主要參數(shù)的動態(tài)對比619 10.6.2通過聲速比對計量站場進行健康檢查619 10.6.3判斷流態(tài)變化與計量不確定度之間的關系627 10.6.4使用中的檢驗627 10.7相關標準628 10.7.1GB/T18603天然氣計量系統(tǒng)技術要求628 10.7.2GB/T18604用氣體超聲流量計測量天然氣流量和AGA9號報告628 10.7.3ISO/FID17089密閉管道測量流體——超聲流量計測量氣體 第一部分：貿易交接計量和分配計量629 10.7.4AGA10號報告天然氣和其他相關碳氫氣體的聲速629 10.7.5JJG1030—2007超聲檢定規(guī)程629 10.7.6API5.8—2005時差法超聲波流量計計量液態(tài)烴629 參考文獻630 第11章電磁流量計 11.1概述631 11.1.1電磁流量計的技術進步和市場發(fā)展631 11.1.2術語632 11.1.3特點633 11.2測量的基本原理和理論633 11.2.1基本原理633 11.2.2理論634 11.2.3權重函數(shù)的物理意義與實用意義640 11.2.4信號的靈敏度系數(shù)（包括短路系數(shù)）642 11.3儀表結構與功能645 11.4檢驗與校準649 11.4.1電磁流量計的測量誤差和流量特性649 11.4.2流量計特征系數(shù)（傳感器常數(shù)）和零點652 11.4.3電磁流量計校準的方法和程序654 11.4.4電磁流量計干法校準660 11.4.5電磁流量計的在線檢驗方法662 11.5電磁流量計的幾種發(fā)展品種666 11.5.1電容式電磁流量計666 11.5.2二線制電磁流量計667 11.5.3潛水電磁流量計668 11.5.4非滿管道電磁流量計668 11.5.5電磁式水表669 11.5.6電磁流速計和插入式流量計670 11.6使用672 11.6.1選型原則和方法672 11.6.2合理安裝672 11.6.3檢查、保養(yǎng)和維護674 11.6.4附著物的影響和電極清洗676 11.6.5混入氣泡的影響677 11.6.6固體兩相流測量678 參考文獻678 索引679

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   6.1 概要 浮子流量計又稱轉子流量計，是將浮子垂直放在一個豎直的錐管內，流體在錐管內自下而上流過，使浮子在平衡位置上靜止下來，按其平衡位置的高度來進行流量的測量。浮子流量計在測量過程中始終保持浮子前后的壓降不變，通過改變流通面積來進行流量的測量，故它又被稱為面積流量計或變面積流量計或恒壓降流量計。 浮子流量計按其制造材料的不同，可分為玻璃管浮子流量計和金屬管浮子流量計兩大類。玻璃管浮子流量計結構簡單，浮子的位置清晰可見，刻度直觀，成本低廉，通常只用于常溫常壓下透明介質的流量測量。這種流量計一般只有就地指示，不能遠傳流量信號。金屬管浮子流量計由于采用金屬錐管，流量計工作時無法看到浮子的位置和工作情況，需要用間接的方法給出浮子的位置，因此按其傳輸信號的不同，又可分為遠傳型（電遠傳和氣遠傳）和就地指示型兩種。這種流量計常用于高溫、高壓、不透明及腐蝕性介質的流量測量，由于其具有很高的可靠性，因此常用于工業(yè)過程控制領域。 6.2工作原理 下移動的浮子所組成。工作原理如圖6—1所示，被測流體從下向上經(jīng)過錐管和浮子形成環(huán)形流通面積（以下簡稱環(huán)通面積）時，浮子上下兩端產(chǎn)生的壓差形成浮子上升的力，當浮子所受上升力大于浸在流體中浮子的重量時，浮子便上升，環(huán)通面積隨之增大，環(huán)通面積處流體流速下降，浮子上下兩端壓差降低，作用于浮子的上升力也隨之減小，直到上升力等于浸在流體中浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中的高度和通過的流量有一一對應的關系。 6.3刻度換算 從式（6—1）可知，對于不同的流體，由于密度p不同，所以q，與h之間的對應關系也將不同，原來的流量刻度將不再適用。原則上浮子流量計應該用實際流體介質進行標定。但是，對于浮子流量計的制造廠家來說，由于受到標定設備的限制，不可能對所有的浮子流量計都根據(jù)用戶的要求進行實際流體標定，所以浮子流量計用來測量非標定流體時，應該對浮子流量計的讀數(shù)進行修正，這就是浮子流量計的刻度換算。這一過程可以由生產(chǎn)廠家按用戶要求換算完成后直接刻度在浮子流量計的刻度盤上或玻璃錐管上。對于遠傳型浮子流量計，其遠傳信號也進行同樣的刻度換算。 對用于液體和氣體的浮子流量計產(chǎn)品，通常采用如下三種刻度之一： ①對應于標準狀態(tài)（溫度tn=20℃，壓力pn=101325Pa）下的水或空氣進行刻度； ②對應于標準狀態(tài)下的工作液體或氣體進行刻度； ③對應于工況狀態(tài)的溫度、壓力條件下工作液體或氣體進行刻度。 浮子流量計的刻度換算問題，實際上就是要知道浮子處于同一高度h時不同的流體介質所反映的流量值是多少的問題。

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