《流量测量方法和仪表的选用》蔡武昌，孙淮清等编著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《流量测量方法和仪表的选用》

【作　者】蔡武昌，孙淮清等编著

【页 数】 427

【出版社】 北京：化学工业出版社 , 2001.04

【ISBN号】7-5025-3101-7

【价 格】60.00

【分 类】流量测量(学科: 基本知识) 流量仪表(学科: 基本知识) 流量测量 流量仪表

【参考文献】 蔡武昌，孙淮清等编著. 流量测量方法和仪表的选用. 北京：化学工业出版社, 2001.04.

图书目录：

《流量测量方法和仪表的选用》内容提要：

本书分别介绍目前国内常用流量仪表的工作原理、代表性结构、分类、性能、优缺点、应用范围，并以较多篇幅讨论选用时应考虑的要点和安装使用注意事项。

《流量测量方法和仪表的选用》内容试读

第1章绪·论

流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利(Torricelli)奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、~城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。

我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口，'直到20世纪30年代中期才出现光华精密机械厂（上海光华仪表厂前身）所制造的家用水表，50年代有了新成仪表厂（上海仪表厂前身）所开发的文丘里管流量计，60年代开始祸轮、电磁流量计的生产。至今我国已形成一个相当规模从事流量测量技术与仪表研究开发和生产的产业，从事流量仪表研究和生产的单位超过230家。我国90年代初流量仪表产量（不包括家用燃气表和家用水表)估计超过25万台。

流量测量是研究物质量变的科学，“质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道流体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。

流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。1,工业生产过程

流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛应用于治金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。据统计，流量仪表的产值约占全部过程自动化检测仪表与装置产值的秀~4。

2.能源计量

能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽)及载能工质（压缩空气、氧、氨、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。

3.环境保护工程

烟气、废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。

我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须安装烟气分析仪和流量计，组成连续排

放监视系统(C正S)。烟气的流量测量有很大困难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规

则，气体组分变化不定，流速范围大（从极低流速到高速)，·脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等等。

废液、污水排放到江河湖泊，使水资源遭到破坏，本来已很紧张的水资源更是雪上加霜，排放量控制管理已是刻不容缓的任务。废液、污水的流量测量亦是困难的测量，它有介质脏污，口径大，形状特殊，压头低，非满管流等等特点。

随着环境保护工程的深入发展，对所需的流量计将不断提出新的要求，如大规模的废水再生设备、城市垃圾处理设备、工矿企业水的循环利用系统等都需要种类繁多的流量计。

4.交通运输

交通运输有五种方式：铁路、公路、航空、水运和管道运输。在五种方式中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视，例如煤炭一直由铁路及水运输送，装卸及敞开运输污染环境不容忽视，·采用管道水力输送，不但迅速高效，而且具有密闭卫生的很大优点。管道输送的物料有：原油、天然气、人工燃气、水、压缩空气、煤炭、谷物、水泥、矿物…等。世界管道运输主干线已达230万公里，我国1996年仅达1.9万公里，处于落后状态。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监测（监视物流堵塞、泄漏）和经济核算的必备工具。

5.生物技术

21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液、尿液、药液、营养液及各种气体等，测量对象多为混相流、脉动流、非牛顿流体及微流量，仪表开发的难度极大，品种繁多。

6.科学实验

科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多品种中很大

一部分是应科研之需的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计，尤其国防部门更是常事。例如化工中间试验，它是化工生产的一个中间环节，一种化工产品从实验室研制到大批量生产必须经中间试验，这种试验工厂可称为生产实验数据的工厂，数据的准确可靠是第一位。试验工厂中流量计是必备仪表，由于规模小，大都是小、微流量的测量。再如发动机的效率试验，它需要检测三个参数：压力、温度和流量。一般认为流量测量比较困难，原因是其使用条件特殊，检测件前阻流件复杂且无直管段布置，流体组分变化，流动为脉动流等。

7.海洋气象，江河湖泊

这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的，但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。国际标准化组织(0)有专门技术委员会制订此类流量计的国际标准，历届国际流量学术会议它皆是主要内容之一。

流量测量对象的拓展，使困难测量问题接踵而至，从以下因素我们可以看到其复杂的

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程度。

1)被测介质处于流动状态，通常为非定常流；2)被测介质种类繁多，物理化学性质极其复杂；3)被测介质状态（压力、温度）变化范围宽广；4)被测介质的物理化学性质对仪表性能有很大影响；5)流体流动特性对仪表性能影响大；6)仪表校验设备庞大复杂、昂贵。

流量测量的困难可分为流体特性和测量特性两方面。流体特性对测量的影响分为以下几类。

·脏污流流体脏污、沉积和堵塞，如人工燃气、烟废气、污水等。

·腐蚀流管道腐蚀严重因而带来脏污流，仪表耐蚀要求高。

·高参数流高温、高压、真空及低温极端条件下的流量测量。

·脉动流如发动机、压缩机、泵出口流体脉动，石油天然气井喷流脉动等。

·大流量管径达数米，液体流量达10kgh,气体流量达10kg/h。

·微流量流量下限极低，液体为10-2kgh,气体为10-4kg/h。

·高粘性流流体粘度极高，雷诺数很低，粘度可达数帕·秒。

·混相流如气液、液固、气固及气液固多相流。

·质量流被测介质工作时状态及组分变化很大，体积测量法无法准确测量。

·蠕动流流速极缓慢，‘雷诺数极低，大小口径皆有，如沥青、浆液等。·

以上只是针对某一方面而言，而实际测量对象往往几项困难问题凑到一起，如高温高压强腐蚀性气体微流量的测量，含有固态粉尘的气体大流量的测量等。

测量特性对流量测量有以下影响。

·现场工作条件恶劣，检测件可靠性差。

·流量为动态量，难以获得高的精确度。

·仪表结构大都为法兰连接，只在停流时才允许拆卸维修，有些生产过程连续进行，只在大修时方可停流，中间仪表有故障无法检修。

·仪表实验室校验的工作条件与现场工作条件相差很大，精确度偏离难以确定。

·校验设备庞大昂贵，校验费用亦不菲，周期校验是个难题。

人们对流量测量与仪表关注的主要是二个性能：仪表的可靠性和精确度。

仪表可靠性包括仪表质量可靠及可维修性，流量仪表是现场仪表，检测件与被测介质直接接触，面临恶劣的工作条件，要求仪表百分之一百的可靠是不现实的，但在发生故障时如能方便维修，维修代价不大，应该说亦是仪表可靠的一个方面。流量仪表工作具有以下特点。

·仪表要能经受被测介质化学腐蚀、结垢磨蚀、堵塞、相变、耐温、耐压…等的影响。

·由于仪表与管道连成一一体，拆卸维修更换困难，特别高温高压大口径管道，周期检验很困难。

·对于连续生产过程，不允许中间停流拆卸，检测件发生故障无法检修，如何处理是棘手问题。

·由于设备工艺落后，管理不善，使流体介质脏污严重，对流量计使用性能提出更高

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要求。

提高仪表可靠性可采取以下办法：

·提高仪表质量；

·改变结构形式，如采用不断流插人式结构，亦可在测量系统上想办法，如多管并联管道便于检测件更换及清洗；

·加强现场维护管理。

流量测量的精确度涉及流量量值传递的问题，这里要分清二个仪表常用的技术指标：重复性和精确度。重复性是仪表本身的特性，它决定于仪表的工作原理和制造质量，而精确度是外加特性，它是在校验系统中确定的。流量仪表是一种仪表性能强烈依赖于使用条件的仪表。一位国际著名流量专家说得好，流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的精确度，但是在使用现场一且条件变化，

一切全都白废。

一台流量计出厂校验其误差为±0.5%，但在使用中误差增至±5%~±10%并不罕见，造成这种情况的原因多种多样，如量程选择不对，上下游直管段长度不足，液体过滤消气不良，长期使用后检测件腐蚀磨损，积垢及堵塞等不一而足。流量测量是一个测量系统的问题，测量系统包括检测装置、显示装置、前后测量管及辅助设备等。仅仅流量计本身性能好并不能保证获得要求的精确度，它要求整个测量系统符合规定要求才行。

为解决不同条件下各种被测介质的流量测量，至今已发展了种类繁多的流量仪表，常用的封闭管道流量测量方法和仪表大致有0大类：①差压式流量计；②浮子流量计；③容积式流量计；④涡轮流量计：⑤电磁流量计；⑥流体振动流量计；⑦超声流量计；⑧热式流量计；⑨科氏质量流量计；⑩其他流量计。据统计在90年代中期这些流量计全球产量的百分比大概如下：①45%~55%；②13%~16%；③12%~14%；④9%~11%；⑤5%~6%；⑥

2.2%~3%;⑦1.6%~2.2%；⑧2%-2.5%；⑨0.9%-1.2%；⑩1.6%~2.2%。据估计，今后所谓传统流量计（①~③）的百分比会呈下降趋势，而新型流量计（④~@）所占比重则会逐渐上升。尽管出现如此众多的测量技术与仪表，用户仍然感觉有许多流量测量问题难以解决。

在流量计的使用中首先遇到的是仪表的选型问题。流量计的选型并不是一件容易的事，它要考虑的因素很多，大致有仪表性能、流体特性、安装要求、环境条件和经济因素等。要经过周密分析比较，深思熟虑后才能作出决定。一旦决定有误，可能使测量归于失败。可以说没有一种理想的流量计，只有一种能恰到好处解决你的问题的流量计，·它就是你的理想流量计。流量计生产厂都力图试制出一种理想流量计，以适应各方面的需求。总结千百种流量计的所有优点，提出理想流量计的条件如下：

1)检测件无阻碍物；

2)检测件可夹装在管道外部，可随意移动在任何地点测量，而无需截断管道与流体；3)仪表的流量计算方程简单明确，可外推到未知领域而无需实流校验；4)频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传抗干扰及与计算机联接；5)仪表输出信号不受流体介质物性的影响；6)仪表输出信号不受流体流动特性的影响；7)仪表重复性好：

8)仪表范围度宽，线性好；

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9)仪表可靠性高，价格适中，维修技术不复杂；

10)无需个别实流校验，或只需“干校”，或在一、二种介质中校验可推广到其他介质；11)检测件输出信号直接反映质量流量。

可以说至今并没有出现上述的理想流量计，所有流量计都或多或少具备一些上述条件，只不过有的多些，有的少些。所有流量计制造厂试制新产品都力图能更多地具备上述条件。

第2章流体和流体测量基础知识

2.1流体的几个主要物理性质

流体的物性（物理性质)参数对流量特性的影响是流量计设计计算及使用的主要问题之

一。物性对流量计的影响程度视工作原理而异，目前通用的流量计有以下一些常用的物性参数：密度、粘度、等熵指数、湿度、电导率、声速、导热系数等。

掌握流体物性参数主要有以下三方面用途。

1)选型的依据流量计的选型主要是了解仪表性能和被测介质的物性两方面。流体的物性参数是被测对象特性的重要组成部分。在现场使用时，不乏因对流体物性参数掌握不足或不准确而使测量达不到要求的实例。

2)流量计的设计计算在流量计设计计算中，物性参数是主要参数之一，要使设计计算准确可靠，基本数据的提供是不可缺少的。

3)现场使用与维护流体物性变化是现场使用时产生流量测量附加误差的主要原因之“，要降低测量的附加误差，应深入探讨物性参数对流量计特性的影响。

流体按组分情况，可分为纯物质和混合物二大类。一般纯物质可以寻到物性参数计算式(有些亦寻不到)，如寻不到只能用普遍化计算式（对比态方程）。混合物一般只能用普遍化计算式，其关键是按混合物的混合规则求出假临界参数，应用普遍化计算式进行计算。

目前物性参数数据主要存在以下几个问题。

1)物性参数数据精确度低，置信度差及数据不一致。

流量测量的物性参数数据一般取自各种物理、化学及工程手册，数据来源混杂，数据存在不一致现象。各种手册使用目的不同，难以完全满足流量测量高精确度及需要明确精确度数值的要求。许多流体的物性参数数据不足，甚至完全没有，特别是高参数（高压、高温、低温、高真空等)流体及多元混合流体的物性参数，不但置信度低，甚至完全缺少。

2)在线物性测量仪表缺乏，质量不高，应用范围窄。

为了提高流量测量的精确度，急需开发在线物性测量仪器，以便在测量过程中进行直接的物性补偿。目前密度和粘度在线测量仪器不但技术复杂，价格昂贵，且应用范围有限，如能源计量中的昂贵介质（油品、天然气等）急需各种密度、粘度变送器用于在线补偿以提高测量的精确度。

针对上述问题，流量测量工作者亟需进行以下工作。

1)制订物性参数的规范物性参数与其他参数一样，需进行规范化才能提高数据的精确度、置信度和数据的一致性。近年来，国外已开始制订若干物性参数的国家标准（国际标准)就是例证。

2)开发物性变送器许多体积流量计（如涡轮、涡街、电磁、超声流量计等）需进行密度修正才能获得质量流量测量。气体及石油制品大都采用压力、温度修正，它通过密度与压力、温度的函数关系进行计算而得。但这种方法并非所有情况都是有效的，.如被测介质组分经常变动，密度与压力温度关系不明确或精确度不高等就难以应用。因此应该发展补偿的

···试读结束···