流量测量手册(工业设计工作原理性能和应用)(精)

这是一本关于流量测量和流量计的书，它是为工业中所有的应用、设计和制造、研究和开发、维护和标定流量计的人们而写。它所提供的出版资料包括关于流量计的研究、设计、性能，以及生产商们对流量计的阐述。这对机械和过程工程师是有用的，它同时也能帮助仪器公司的营销、制造、管理等人员以寻求未来的产品。

我在本书中专注于机械和流体工程方面，并尽力给出电气工程技术的一些细节，以有助于正确地理解仪表如何工作。不过，我不是一个电气工程师，所以没有试图详细描述现代的电子信号处理。对于这方面的描述可能会有些过时，因为信号处理方面的技术发展非常迅速。

我假定流量计工程人员会很自然地参考相关标准，所以尽可能少地重复这些信息，而这些信息应该从那些优秀的资料中获得。建议那些参与新研发的人们密切关注定期召开的会议，这些会议包含了该行业中的发展，这些会议在列出的参考文献中有刊登。
因此，我希望这本书对于所有在该领域中工作的工程师甚至公司负责人，能够提供一个路标性的流量计开发和应用的基础信息，以及该技术所涉及的产品范围。

书中前几章介绍了准确度、流动、流量计选择和标定。之后，试图对每一种流量计作详尽的描述，尽力让读者可以轻松地了解各种仪表的工作原理。我试图汇集大量已发表的介绍流量计性能及应用的信息，这两方面信息的来源包括公开的文献和制造商的手册。我还在不同程度上介绍了流量计所依据的数学基础。为了避免打乱内容，大多数情况下这些数学基础都作为附录放在相关章节的后。

然而，当我寻找合适的流量计数据库的文章时，我很快就意识到，想要涵盖所有已经发表的资料是不现实的。我选择那些对于本书的典型读者来说关系紧密和容易得到的参考文献。不过，由于种种原因，可能会忽略一些应该包括在内的文献。

本书中没有论述那些我认为不包括在液体和气体流量测量中的问题，包括计量泵、流量开关、流量控制器、固体和颗粒物料的流量测量、明渠流量测量、热线风速仪或激光测速计，以及附属仪表。

在这一版中，我保留了许多原始资料，是因为担心失去对过去发展的了解和不必要的再开发。我试图呈现一些过去的数据以防遗漏，也试图介绍一些自己所知道的新的发展。有两个方面由于自己缺乏手经验，我改变重点并尽可能压缩长度，如去掉蒙特卡罗方法，代之以“远程数据获得系统”，关于制造方面的一章则改成比较简单的“后的考虑”，它包括制造变差、 ISO质量标准和后论述。

相比本书版，有三章是新增加的，包括核磁共振流量计、声与声呐流量计、标定结果的验证与现场检测。这几章比较简要，但代表着本书版之后的新的发展。多相流仪表也作为新的一章，但在编写中我发现自己这方面的知识不多，所包含的内容难免有遗漏。
精确测量流量的技术在今天变得越来越重要，并且运动中的被测流体的能量可能非常昂贵。如果我们要避免在使用中浪费自然资源，则应该仔细检测所涉及的流体。在根据标准化和完整性而进行测量时，我们需要确保在流量测量中这些特性得以体现并受到尊重。

《流量测量手册:工业设计、工作原理、特性以及应用》从流量测量基础讲起，包括流体力学特点、测量不确定度、标定的基本问题。然后介绍了传统和*的流量测量方法及相关仪器，包括80多种仪器和250多种应用，有较高的工程应用参考价值。书中还提供了大量的参考文献，以供读者查阅、研读。

张小章 清华大学工程物理系教授 博导。1983年获得清华大学工程物理学士，86年获得东南大学计量测试与仪器硕士，88年获得河海大学工程流体力学博士。91-92年英国克兰菲尔德大学访问；98年美国MIT访问；2007年英国剑桥大学访问；著作：流动的电磁感应测量理论与方法（清华大学出版社，2010）；获得过国家科技进步二等奖，部委特等奖和一等奖。国内外杂志中在流量测量相关理论发表有几十篇文章。

第1章引言

1.1初的考虑

1.2我们需要装一台流量计吗？

1.3有多准确？

1.4标准不确定度估计的简要回顾

1.5关于蒙特卡罗方法

1.6敏感系数

1.7什么是流量计？

1.8本章小结(不想涉及数学的读者可参阅)

1.9数学推导

附录1.A流量测量的统计方法

1.A.1引言

1.A.2正态分布

1.A.3t分布

1.A.4置信水平的实际应用

1.A.5误差类型

1.A.6不确定度的合成

1.A.7不确定度范围线、传递标准与尤登分析

第2章流体力学基础

2.1引言

2.2基本特性参数值

2.3圆形横截面管道内的流动

2.4流动的整流器和调整器

2.5基本方程

2.6不稳定流动和脉动流

2.7可压缩流动

2.8多相流

2.9空化、湿度、液滴和颗粒

2.10气体滞留

2.11蒸汽

2.12本章小结

附录2.A关于流动行为、流动调节和流动建模的其他方面

2.A.1其他流速分布公式

2.A.2非牛顿流体

2.A.3流动调整

2.A.4其他的安装考虑

2.A.5计算流体力学

第3章流量计的特性、选择和审查

3.1引言

3.2应用的描述

3.3特性描述表格的说明

3.4流量计选择的总结表

3.5流量计审查问卷大纲

3.6后的建议

附录3.A仪表特性和审查问卷

3.A.1仪表特性问卷

3.A.2审查补充问卷

第4章标定

4.1引言

4.1.1标定所需考虑

4.1.2典型的实验室标定装置

4.1.3从制造商角度看标定

4.2标定方法

4.3液体流量标定装置

4.3.1启停法

4.3.2流动启停法

4.3.3大型体积管

4.3.4紧凑型体积管

4.4气体标定装置

4.4.1体积测量

4.4.2质量测量

4.4.3排气/液法

4.4.4pvT方法

4.4.5临界流喷嘴法

4.4.6肥皂膜细管标定法

4.5标准传递和标准表

4.6现场标定

4.7标定不确定度

4.8标定装置的可追溯性和准确度

4.9本章小结

附录4.A流量测量和标定装置

4.A.1引言

4.A.2流量计量学的发展

4.A.3多相流标定装置

4.A.4气体标定装置

4.A.5气体性质

4.A.6水流量标定装置案例：  可应用于仪表制造工厂和研究型实验室

4.A.7大型流量标定装置的近期案例

第5章孔板流量计

5.1引言

5.2基本方程

5.3设计细节

5.4安装限制

5.5其他孔板流量计

5.6高压强下的孔板变形

5.7脉动流影响

5.8多于一种流体组分的影响

5.9正常运行下的准确度

5.10工业制造设计

5.11压强连接口

5.12压强测量

5.13温度和密度测量

5.14流量计算机

5.15用试验和计算研究流体通过孔板的细节

5.16应用和优缺点

5.17本章小结

附录5.A孔板流出系数方程

5.A.1ISO 5167(1981)中的Stolz孔板流出系数方程

5.A.2Gallagher(1990)孔板流出系数方程

5.A.3ISO 51672(2003)中的孔板流出系数方程

附录5.B孔板流量计近期文献综述

5.B.1孔板安装

5.B.2脉动流

5.B.3污染

5.B.4排水孔

5.B.5孔板流量计整流器

5.B.6小孔径孔板厚度

5.B.7变种孔板

5.B.8脉冲管线

5.B.9隔热套管

5.B.10气体条件

5.B.11排放测试不确定度

5.B.12CFD在孔板中的应用

第6章文丘里管与标准喷嘴

6.1引言

6.2基本方程

6.3设计细节

6.4市场售仪器

6.5安装的影响

6.6应用以及优缺点

6.7本章小结

附录6.A研究近况

6.A.1设计和安装

6.A.2核反应堆流量计

6.A.3特殊条件

第7章临界流文丘里喷嘴

7.1引言

7.2设计细节与实际安装

7.3实用公式

7.4流出系数C

7.5临界流函数C*

7.6设计中的考虑

7.7测量不确定度

7.8关于标定过程的说明

7.9工业和其他领域的应用经验

7.10优缺点和应用

7.11本章小结

附录7.A关于临界文丘里喷嘴的近期文献

第8章其他动量传感型流量计

8.1引言

8.2变面积流量计

8.2.1工作原理和背景

8.2.2设计上的不同

8.2.3远距离读数方法

8.2.4结构特点

8.2.5标定和误差源

8.2.6安装

8.2.7不稳定流和脉动流

8.2.8工业类型、量程和性能

8.2.9制造的变差

8.2.10变面积流量计的数值计算

8.2.11应用

8.3带有弹簧预压的变面积流量计

8.4靶式(阻力板)流量计

8.5集成式孔板流量计

8.6道尔管以及类似文丘里管和喷嘴的流量计

8.7堰式仪表

8.8V锥仪表(锥形仪表)

8.9利用旁通管的差压式流量计

8.10开缝式孔板

8.11管道特性： 入口和管道长度

8.12管道特性： 弯管用于流量测量

8.13均速管

8.14层流或黏性流量计

8.15本章小结

附录8.A历史、公式和变面积流量计的允许误差限

8.A.1一些历史

8.A.2公式

8.A.3允许误差限

第9章容积式流量计

9.1引言

9.1.1背景

9.1.2行为的定性描述

9.2液体流量计的主要设计

9.2.1章动盘流量计

9.2.2振荡循环活塞(旋转活塞)流量计

9.2.3多转子流量计

9.2.4椭圆齿轮流量计

9.2.5滑行叶片流量计

9.2.6螺旋转子流量计

9.2.7往复活塞流量计

9.2.8精密齿轮流量计

9.3标定、环境补偿等影响液体流量计准确度的因素

9.3.1标定系统

9.3.2间隙

9.3.3叶片和壁面间的空隙引起的泄漏

9.3.4漏流实验

9.3.5温度和压力变化的效应

9.3.6溶液中的气体效应

9.4准确度和标定

9.5气体流量计的主要设计

9.5.1湿气体流量计

9.5.2隔膜流量计

9.5.3旋转容积式气体流量计

9.6用于多相流的容积式流量计

9.7使用液塞测量低速流

9.8应用和优缺点

9.9本章小结

附录9.A基本分析和近期研究

9.A.1滑动叶片流量计理论

9.A.2近期理论和试验研究进展

第10章涡轮流量计

10.1引言

10.1.1背景

10.1.2定性原理

10.1.3基础理论

10.2精密液体流量计

10.2.1主要部件设计

10.2.2双转子流量计

10.2.3轴承设计材料

10.2.4过滤器

10.2.5材料

10.2.6尺寸范围

10.2.7其他机械设计

10.2.8空化

10.2.9传感器设计和性能

10.2.10特征曲线

10.2.11准确度

10.2.12安装

10.2.13维护

10.2.14黏度、温度和压强

10.2.15不稳定流体

10.2.16多相流

10.2.17信号处理

10.2.18应用

10.2.19优缺点

10.3精密气体流量计

10.3.1主要部件设计

10.3.2轴承设计

10.3.3材料

10.3.4尺寸与量程

10.3.5准确度

10.3.6安装

10.3.7检测和监测

10.3.8不稳定流体

10.3.9应用

10.3.10优缺点

10.4水表

10.4.1主要部件设计

10.4.2轴承设计

10.4.3材料

10.4.4尺寸范围

10.4.5检测

10.4.6特征和准确度

10.4.7安装

10.4.8特殊设计

10.5其他螺旋桨和涡轮流量计

10.5.1“量子动力学”流量计

10.5.2Pelton轮流量计

10.5.3无轴承流量计

10.5.4叶片式流量计

10.6本章小结

附录10.A涡轮流量计的理论和试验研究

10.A.1涡轮流量计扭矩方程推导

10.A.2气体涡轮流量计的瞬态分析

10.A.3近期发展

第11章涡街、旋涡和射流流量计

11.1引言

11.2涡街

11.3涡街流量计的发展

11.3.1试验效果

11.3.2钝体形状

11.3.3钝体形状的标准化

11.3.4检测方法

11.3.5交叉相关和解调方法

11.3.6有关设计和制造的其他方面

11.3.7准确度

11.3.8安装效应

11.3.9脉动和管道振动的影响

11.3.10两相流

11.3.11工业设计中的尺寸、性能范围和材料

11.3.12钝体周围流态的计算

11.3.13应用和优缺点

11.3.14未来发展

11.4旋涡流量计： 工业设计

11.4.1设计运行

11.4.2准确度和量程

11.4.3安装效应

11.4.4应用和优缺点

11.5射流流量计

11.5.1设计

11.5.2准确度

11.5.3安装效应

11.5.4应用和优缺点

11.6其他流量计

11.7本章小结

附录11.A涡街频率

11.A.1圆柱体涡街脱落

11.A.2涡街频率的量级

第12章电磁流量计

12.1引言

12.2工作原理

12.3理论的局限性

12.4设计细节

12.4.1传感部分(一次部件)

12.4.2转换部分（二次部件）

12.5标定和运行

12.6工业和其他设计

12.7安装限制：  环境

12.7.1周围管道

12.7.2温度和压力

12.8安装限制： 上游管路引起的流动分布

12.8.1引言

12.8.2源于上流管扰动的理论比较

12.8.3源于上游管流扰动的仪表行为的实验比较

12.8.4安装要求总结

12.9安装限制： 流体效应

12.9.1泥浆

12.9.2流体的变化

12.9.3非均匀电导率

12.10多相流

12.11正常运行下的准确度

12.12工业方面的新发展

12.13应用、优点和缺点

12.13.1应用

12.13.2优点

12.13.3缺点

12.14本章小结

附录12.A理论的简要回顾，其他应用和近期研究

12.A.1引言

12.A.2电势理论

12.A.3矢量权函数理论的研究进展

12.A.4直线流权函数

12.A.5轴对称权函数

12.A.6性能预测

12.A.7理论上的进一步研究

12.A.8验证

12.A.9非导电流体方面的应用

12.A.10应用于液态金属的电磁流量计

第13章核磁共振流量计

13.1引言和早期资料

13.2在石油和天然气工业应用中的进展

13.3物理基础简介

13.4流量计设计简述

13.5本章小结

第14章超声流量计

14.1引言

14.2必要的背景知识

14.3时差流量计

14.3.1时差流量计——方程和声速测量

14.3.2流速分布的影响和多通道的使用

14.3.3传感器

14.3.4尺寸范围和限制

14.3.5外夹式仪表

14.3.6信号处理和传输时间

14.3.7公布的准确度

14.3.8安装效应

14.3.9时差流量计的其他经验

14.3.10液体流量计经验

14.3.11气体流量计发展

14.3.12时差流量计和相关设计的应