测量论文范文

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篇1

1研究背景：

计量是工业生产的眼睛。流量计量是计量科学技术的组成部分之一,它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。做好这一工作对于保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用。特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代,流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。

节约能源和环境保护是大多数先进企业非常关心的问题。而要确保压缩空气系统高效地运转，流量测量是至关重要的。对一个典型压缩空气系统的全部成本进行分析后，我们发现最大的成本是由电力消耗，而不是系统的投资或维护产生的。

一台新式的压缩机将百分之九十的电力转换成热量，而仅将百分之十转换成压缩空气，这就使得压缩空气比电要贵十倍。测量耗电量随处可见，但是测量压缩空气消耗量的企业并不多。不进行测量就意味着不知道系统的效率。统计数据显示百分之三十的压缩空气会由于泄漏而损失掉，这本来是可以被检测出来并修理好的。

还有另外一个重要问题：二氧化碳总排放量的百分之四十来自于工业。这些二氧化碳是在燃烧矿物燃料（媒、石油、煤气等）来发电的过程中产生的。我们都知道，过多的二氧化碳会造成全球变暖。在能源变得短缺并且环保和我们每一个人息息相关的时候，流量测量将帮助您依据消耗量和泄漏检测来分析您的系统，从而减少能耗和成本。

2调研目的：

由于流量是一个动态量,流量测量是一项复杂的技术。从被测流体来说,包括气体、液体和混合流体这三种具有不同物理特性的流体;从测量流体流量时的条件来说,又是多种多样的,如测量时的温度可以从高温到低温;测量时的压力可以从高压到低压;被测流量的大小可以从微小流量到大流量;被测流体的流动状态可以是层流、湍流等等。此外就液体而言,还存在粘度大小不同等情况。

调研的目的就是对目前重要的不同的流量计的原理、测量方法、应用条件、注意事项等进行了总结，进而对流量测量有进一步的了解，对以后的研究工作起一定的指导意义。

3调研内容

3.1概述

3.1.1流量的概念

流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量（m3/s)，后者称质量流量(kg/s)。

如果在截面上速度分布是均匀的，则：

如果介质的密度为，那么质量流量

流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上速度是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为，整个截面的流量为；测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分，称之流体总量。，用来测量流量的仪表统称为流量计。测量总量的仪表称为流体计量表或总量计。

3.1.2流体的几个概念

(1)粘性

在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的速度有差别时会产生减小其速度差的作用。这是因为流速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分，流体的这种性质，称为粘性。衡量流体粘性大小的物理量称为粘度

设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。作用力F与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正比，而与两板间的距离y成反此，即

（图）平板间流体速度变化

h称为粘度，或动力粘度(dynamicviscosity)，单位是：泊（P）(Pa.s)

(2)层流和紊流

流体在细管中的流动形式可分为层流和紊流两种。所谓层流(laminarflow)就是流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。所谓紊流(turbulentflow)就是流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此值时则判断为紊流。

由此，我们发现管内流体流动时存在着两种状态：一为层流状面一为紊流状态．在不同的流动状态下，流体有不同的流动特性。在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比，而且在层流与紊流两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同。这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重要的。

(3)雷诺数

雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。利用细管直径d，可求出雷诺数：

为细管中的平均流速；为流体的运动粘度,d为管径。Rd＜2320时为层流，Rd＞2320时为紊流；所谓平均流速，一般是指流过管路的体积流量除以管路截面积所得到的数值。

(4)流体流动的连续性方程

流体在管道内作稳定流动的情况:，若流体是不可压缩的，即则

（图）某一段流体管道

即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。因此利用上式，很方便的求出流体流过管道不同截面时的流速。

（4）流体伯努力方程

3.2流量计

3.2.1容积式计量表

这类仪表用仪表内的一个固定容量的容积连续地测量被测介质，最后根据定量容积称量的次数来决定流过的总量。习惯上人们把计量表也称为流量计。根据它的结构不同，这类仪表主要有椭圆齿轮流量计、腰轮流量汁、活塞式流量计等。

(1)椭圆齿轮流量计

（图）椭圆齿轮流量计原理图

腰轮流量计（罗茨流量计）

（图）腰轮流量计原理图

腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达±0.1％，并可做标准表使用；最大流量可达1000m3/h。

(2)容积式流量计的误差

仪表输出由指针指示，指示值I:

其中：

流量较小时，误差为负值，在流量增大时、误差为正值、且基本保持不变(曲线1)。这种现象主要是由于在运动件的间隙中泄漏所引起的。这个泄漏量与间隙、粘度、前后压差有关，另外也和流过体积V所需的时间有关。

容积式流量计的测量误差值E，可由指示值与真值之差与指示值之比表示。设：V为通过流量计的流体体积真值；I为流量计指示值，则误差值E可表示为

，为流量仪表的流量，，

，

（图）容积式流量计的误差曲线

（3）适用范围

1）可用于各种液体流量的测量，尤其是用于油流量的准确测量

2）高压力、大流量的气体流量测量

3）适用于性较好、粘度较高的重质油品，如原油、重质成品油等的计量

4）计量范围受到转子重量的影响，其精度只适用于一定流量的计量，计量更大流量时，要几台并联使用

由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介质的清洁要求较高，不允许有固体颗粒杂质流过流量计．

3.2.2浮子流量计（转子流量计）

(1)原理

浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成．如图下

（图）浮子流量计测量原理图

当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升．浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应的关系。

（2）所受力的分析

作用在浮子上的力有：

流体自下而上运动时，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流体对浮子所产生的垂直向上的浮力B。当浮子处于平衡状态时，可列出平衡方程式

式中，cd为浮子的阻力系数；ro为流体密度；v为环形流通面积的平均流速：Af为浮子的最大迎流面积。

为浮子材料的重度；为浮子的体积

浮子在流体中所受的浮力为：为流体的重度

该环形流通面积为A0，则体积流量为

设，称为流量系数，则

（3）注意事项

只要保持流量系数a为常数，则流量与浮子高度h之间就存在一一对应的近似线性关系．我们可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上．显然，对于不同的流体，由于密度发生变化，所以qv与h之间的对应关系也将发生变化，原来的流量刻度将不再适用．所以原则上，转子流量计应该用实际介质进行标定．

3.2.3电磁流量计

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。属于测速式流量计

（1）原理

（图）电磁流量计原理图

如图所示，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比例的电位差。

式中，c为感应电动势：B为磁感应强度，D为管道内径；v为液体在管道内平均流速。

（2）使用条件

优点：

1）可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液

2）此流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度局限性：

1）只能测量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量

2）由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质[（3）分类

直流励磁、交流励磁、低频方波励磁

3.2.4质量流量计

在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积，所以在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。但由于密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。这样便希望用质量流量计来测量质量流量，而无需再人工进行上述换算。

（1）分类

1）直接式：即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。

2）推导式：即用体积流量计和密度计组合的仪表来测量质量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。

3）补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。

补偿式质量流量则量方法，是目前工业上普遍应用的一种测量方法。

（2）热式质量流量计

热式质量流量计是由外热源对被测流体加热，测量因流体流动而造成的温度变化来反映质量流量，或利用加热流体时流体温度上升所需能量与流体质量之间关系测量流体质量流量的仪表。比较典型的一种是托马斯流量计。

（图）托马斯气体流量计原理图

加热气体所需要的能量和加热器上下游温差之间的关系可表示为：

由上式可得气体的质量流量可表示为

从上式知，若采用恒定功率法，即保持功率E为常数，则温差与质量流量成反比，测量温差即得流量；若采用恒定温差法，即保持温差为常数，则加热器输入功率E与质量流量成反比，测得加热器功率E即可得值。实用上，无论从特性关系或实现测量的手段看，恒定温差法都比恒定功率法简单，因而应用较多。

（3）推导式质量流量计

它是由体积流量计和密度计组合而成的，其形式可分为

1）检测的流量计和密度计的组合方式；

2）检测的流量计和密度计的组合方式；其中为流体密度，为体积流量

3）检测的流量计和检测的流量计的组合方式；

（图）检测器与密度计的组合质量流量计原理图

（图）检测器和密度计组合的质量流量计原理图

（图）检测器和检测器组合的质量流量计原理图

4调研总结

首先，由于流量是一个动态量,流量测量是一项复杂的技术。对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。

经过几天的调研，对目前重要的不同的流量计的原理、测量方法、应用条件、注意事项等进行了总结，进而对流量测量有了进一步的了解。达到了调研目的。

其次，流量仪表伴随着现代工业的发展有必要逐步完善其性能,而技术的进步也让流量仪表的完善成为可能。尽管有些仪表（如电磁）的性能相对较为优越，但也并非尽善到可取代所有的流量仪表，况且，它当前的价格还较昂贵，使用的经验还不足，有待积累。工业领域十分广阔，还没有一种仪表可以满足一切要求。所以尽管发展趋势有增有减，而取代的过程将是缓慢的。

最后，调研内容有一定的根据性，对现实中流量的测量、应用，都有一定的帮助

参考文献

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[4]崔海亮，电磁流量计的正确选择与安装，机械与电子，2008(23).

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[6]毛新业，秦自耕，流量仪表发展概述，综述，2007.

[7]袁加维，董连鹏，电磁流量计的分类和选型，农业与技术，2009，29（1）：52-54.

[8]陈渤海，质量流量计计量系统在原油生产中的应用，科技资讯，2009

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2测量方法的选择

船板的形状尺寸测量是一个典型的外表面三维曲面测量。由于船板是一个连续而光滑的曲面，因此，可以将整个曲面离散成m×n个点，通过测量得到这些点的坐标值后，即可通过软件拟合出整个曲面。由于传统的接触式测量，存在探头易磨损，需要人工干预，价格昂贵，对使用环境有一定要求，测量速度慢，效率低等问题，因此，虽然其有较高的测量精度，但确并不适合应用在船板多点成形在线测量中。对比三种常用的激光测量方法，测量精度均能满足船板的测量要求。本着实用而不浪费的原则，由于干涉法测量所需的测量设备成本较另外两种方法高出很多，并且使用时需反射镜，现场在线使用不方便，速度慢效率低，因此，采用飞行时间法或三角法的激光测量传感器比较适合船板三维测量，其设备价格较低，对测量表面的要求不高，并且可直接测量，使用灵活方便。

3扫描装置

扫描装置是激光测量头的安装平台，其作用是带动激光测量头沿X轴和Y轴运动，完成对整个测量表面的扫描，并在测量的同时给出测量点的X方向和Y方向的坐标值。为了提高测量效率，最终确定扫描装置采用多点方式，这样可以大大提高船板多点成形的生产效率。由于多点测量方式使用的激光测量头数量较多，因此，在满足测量精度要求的前提下，选择了价格相对较低的飞行时间法激光测量头。扫描系统由电动滑台、联轴器、接轴、减速机、伺服电机、测量架、测头等部分组成(见图1)。电动滑台和减速机通过架子固定在上模座上，伺服电机与减速机相连，并通过接轴与电动滑台连接，测量架固定在电动滑台上。测量时，在伺服电机驱动下，电动滑台带动测量架沿X方向移动，每走一个步长测头测量当前X坐标下各点的Z坐标值，直到测量完整个板材表面点阵(见图2)。

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2GPS－RTK测量控制要点

(1)控制点确定。设计测量控制点收集，根据需要，收集高级控制点参心坐标、高程成果与坐标转换参数等。其次确定平面控制点，把平面控制点划分等级成:一级、二级与三级。其三确定高程控制点，按精度可分成五等。最后布设平面控制点，用逐级布设与越级布设结合方式，争取控制点保证一个以上等级点和其通视。(2)测量方法。GPS－RTK测量用参考站RTK与网络RTK两种方法。通信困难时，可用后处理测量模式测量。(3)平面控制点测量。用GPS－RTK测平面控制点，先应该用流动站采集观测数据，用数据链接收参考站数据，系统中组成差分值实时处理，用坐标转换将观测地心坐标转为坐标系平面坐标。其次获取坐标转换参数时，直接用已知参数。最后，GPS－RTK测量起算点应均匀，且能控制测区。转换时根据测区与具体情况，检验起算点，采用数学模型，进行点组合式分别计算与优选。

3GPS－RTK测量土地测量中应用

(1)技术路线。土地开发所要求绘图比例为1∶10000或1∶2000，这对一定范围精度达到厘米的GPS－RTK测量将完全达到要求。准备工作。测量前检查仪器能否正常;精度检验;项目地基处理与行政界线等资料收集，为保证精度，在控制网中选取已知点求转换参数，校正应选4个以上校正点，且待测点位于校正点范围内。(2)数据采集。测量要素与综合取舍可能和普通测量不同，具体需参照指导书。外业采集时徐绘制草图。每天外业完成后要及时把观测数据输到计算机。一般主要有两种采集，即连续测量与非连续测量。(3)GPS数据处理阶段。开展传输时把电脑与测控设备放一起，就能把当天信息与内容融汇，以表格展示出来，非常便利。(4)图形编辑。用AutoCAD编辑图形，参照外业草图或外业点记录编号把测量区地物按实际连接与形成矢量图，等高线生成与地类符号等作业。(5)图幅整饰与面积统计。依据规范与指导书要求，将绘制土地现状图图号、坐标系、制图单位与其他说明上图。(6)界址点放样与埋设界桩。界址点放样测量方法，用接收机在放站为固定站，用RTK移动站放样和定位时。按这几个步骤:①建立项目与坐标管理。选择参考椭球与参数输入，选择和输入投影带等。②移动站频率选择。根据无线电频率。选一理想频率，移动站与基准站要使用一个频率。③坐标输入。将界址坐标及控制点坐标输入建立项目作为放样与检查使用。(7)测量菜单选择RTK形式，并初始化，完成后启动RTK，然后进行测量。(8)定位放样。从手薄中调出项目放样点坐标，手簿屏幕上放样点距移动站方位与距离，背着接收机，它会提醒走到放样点位置，迅速与方便。移动站正对放样点时，手簿有提示声，表明该点定位成功。然后挖坑和埋设界桩，埋设时不断纠正界桩位置到达到误差要求。良好条件下，PTK初始化需时间几十秒;不良条件下，先进PTK需几分钟或十几分钟。

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2拱坝测量放样的简易方法实例

2.1工程概况

GwayiShangani拱坝工程位于津巴布韦西部的呱邑河上，坝址在呱邑河和尚嘎尼河交汇处下游约6.0km处，距津巴布韦第二大城市布拉瓦约276.0km，是以供水为主、发电为辅的水利工程。该工程为重力式混凝土单曲拱坝，坝高78.0m，坝底厚度27.1m，顶宽8m，溢流段弧长200m，库容6.91亿m3。水库每天可向布拉瓦约供水20万m2．3.2拱坝施工测量内业计算2.2.1拱坝设计尺寸溢流段弧长200m，半径109.874m，上游面垂直，下游坡比1∶0.2；两侧止推块顶宽8m，上游坡，1∶0.1，下游坡比1∶0.25。圆心及A、B点坐标分别为（42088.550，-17954.620）、（42093.340，-17824.520）、（42196.800，-17935.800）。2.2.2拱坝平面图（见图1）3.2.3拱冠梁断面图（见图2）

2.2基准线的“线路要素”计算

以拱圈上游面，半径为109.874m，两侧止推块顶上游1m画线，作为基准线（见平面图），设右侧直线端点为起点，桩号0+000，经计算起点坐标（42083.779，-17827.656），交点JD1坐标（42264.957，-17923.951），起始方位角：332°00′34.7″，交点间距205.178m，交点转角：104°17′38″。运行“HintCAD”，按道路设计程序，将上述数据输入到“主线平面线形设计”，得到“主线平面线形”，如图3。同时得到直线、曲线及转角表，如表1。

3拱坝施工测量放样（外业施测）

3.1控制点

大坝施工测量控制系统依据原有的控制点，按照“从高级到低级，从整体到局部”的原则，结合施工布置，合理布设施工控制点。

3.2线路要素输入到全站仪

把直线、曲线及转角表中的“线路要素”输入到全站仪“道路放样”程序中。

3.3放样

断面里程为0+163.8，下游843高程坝体坡脚点的放样：此坡脚点距基准线的距离，用计算器计算，距离=相应900.15高程坝顶宽+坡度×（设计高程-地面高程），D=11.7+0.2×（900.15-843）=23.13m。调出全站仪的道路放样程序，输入里程163.8，输入左偏距23.13，此坡脚点的坐标全站仪自动计算显示，接下来就按照坐标点放样的方法，转动全站仪至放样点方位角的方向，再测量距离，进行放样。其他点的放样同上述，已知其里程和距基线的距离，就可以对其放样。