第6章力学计量

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1、 精思国计，细量民生16.4 6.4 力学计量力学计量 一、力学计量概述一、力学计量概述 同几何量计量一样，力学计量也是发展最早同几何量计量一样，力学计量也是发展最早的计量领域之一。的计量领域之一。1 1、力学计量的内容：、力学计量的内容： 它包括质量、力值、扭矩、硬度、压力、振它包括质量、力值、扭矩、硬度、压力、振动、冲击、流量、流速、转速、容量、加速度等动、冲击、流量、流速、转速、容量、加速度等的计量测试。其理论基础是牛顿力学定律，即力的计量测试。其理论基础是牛顿力学定律，即力= =质量质量加速度。在科研、生产、国防等各个领域加速度。在科研、生产、国防等各个领域都起着非常重要的作用。都起着

2、非常重要的作用。 精思国计，细量民生2第一节第一节 基本名称和概念基本名称和概念2 2、力学计量的原理和发展动向、力学计量的原理和发展动向 力学计量中所应用的原理十分广泛。例如：力学计量中所应用的原理十分广泛。例如：各种形式的杠杆原理，包括阿基米德定律在内的各种形式的杠杆原理，包括阿基米德定律在内的液体静力学原理，包括胡克定律在内的弹性原理，液体静力学原理，包括胡克定律在内的弹性原理，包括帕斯卡原理在内的液压原理，迈克尔逊干涉包括帕斯卡原理在内的液压原理，迈克尔逊干涉原理，互易原理，多普勒效应频闪效应，压电、原理，互易原理，多普勒效应频闪效应，压电、压磁、压阻效应等等。压磁、压阻效应等等。 发

3、展动向：发展动向：(1)(1)量限向两端延伸量限向两端延伸 (2)(2)由静态向动态发展由静态向动态发展 (3) (3)广泛采用传感技术和激光技术广泛采用传感技术和激光技术 精思国计，细量民生3 (4) (4)适应多种对象和多种环境的要求适应多种对象和多种环境的要求 (5) (5)适应法制计量要求适应法制计量要求 (6) (6)加强基础研究加强基础研究二、质量计量二、质量计量1 1、质量计量的概念、单位及其复现、质量计量的概念、单位及其复现 质量是描述物体的惯性及该物体吸引其他物体质量是描述物体的惯性及该物体吸引其他物体的引力性质的物理量，是惯性质量与引力质量的统的引力性质的物理量，是惯性质量

4、与引力质量的统称。所有物质都具有两种性质：惯性和引力。惯性称。所有物质都具有两种性质：惯性和引力。惯性是每个物体所具有的保持其原有运动状态的性质，是每个物体所具有的保持其原有运动状态的性质，它表现为每个物体对任何改变其运动的外界作用的它表现为每个物体对任何改变其运动的外界作用的抵抗。抵抗。 精思国计，细量民生4 在在SISI中质量的单位是千克中质量的单位是千克(kg)(kg)，它等于国际，它等于国际千克原器的质量。这个原器是千克原器的质量。这个原器是9090铂和铂和1010铱合铱合金制成的圆柱体，其高度和直径均为金制成的圆柱体，其高度和直径均为39cm39cm，密度，密度为为21.5g/cm2

5、1.5g/cm3 3，作为质量的国际基准保存于国际计，作为质量的国际基准保存于国际计量局内。量局内。2 2、衡量原理和衡量方法、衡量原理和衡量方法1 1）衡量原理）衡量原理 衡器是一种利用作用于物体上的重力等各种衡器是一种利用作用于物体上的重力等各种衡量原理，确定物体的质量或作为质量函数的其衡量原理，确定物体的质量或作为质量函数的其他量值、数值、参数或特性的计量仪器，也称为他量值、数值、参数或特性的计量仪器，也称为衡量仪器、称量仪器或称重仪器。衡量仪器、称量仪器或称重仪器。 精思国计，细量民生5 被称物体的重力与已知质量的标准砝码的重力，被称物体的重力与已知质量的标准砝码的重力，在衡器上进行比

6、较的过程称为衡量。衡量原理一般在衡器上进行比较的过程称为衡量。衡量原理一般可分为可分为3 3种，即杠杆原理、传感原理及液压原理。种，即杠杆原理、传感原理及液压原理。 (1)(1)杠杆原理杠杆原理 杠杆是一种在外力作用下绕固定轴转动的机械杠杆是一种在外力作用下绕固定轴转动的机械装置，平衡时，作用在杠杆上的所有外力矩之和为装置，平衡时，作用在杠杆上的所有外力矩之和为零。天平就是根据这一原理而制成的计量器具。零。天平就是根据这一原理而制成的计量器具。 精思国计，细量民生6 精思国计，细量民生7 (2) (2)传感原理传感原理 以电阻应变式称重传感器为例它由电阻应变以电阻应变式称重传感器为例它由电阻应

7、变计、弹性体和某些附件组成，当被称物或标准砝码计、弹性体和某些附件组成，当被称物或标准砝码的质量作用在传感器上时，弹性体产生变形，应变的质量作用在传感器上时，弹性体产生变形，应变计的电阻就发生变化并通过电桥产生一定的输出信计的电阻就发生变化并通过电桥产生一定的输出信号，从而可以进行质量的比较或衡量。号，从而可以进行质量的比较或衡量。 (3)(3)液压原理液压原理 根据帕斯卡原理，加在密闭液体上的压强能根据帕斯卡原理，加在密闭液体上的压强能够按照原来的大小由液体向各个方向传递。液压秤够按照原来的大小由液体向各个方向传递。液压秤就是根据这一原理制成的。就是根据这一原理制成的。 精思国计，细量民生8

8、 精思国计，细量民生92 2）衡量方法）衡量方法 (1)(1)直接称量法直接称量法又称比例衡量法，它是对准确度无又称比例衡量法，它是对准确度无特殊要求的一种普通衡量法，衡量时只考虑衡器的特殊要求的一种普通衡量法，衡量时只考虑衡器的零位，然后由衡器的示值直接得到被称物体的质量。零位，然后由衡器的示值直接得到被称物体的质量。用这种方法衡量时，衡器的固有误差用这种方法衡量时，衡器的固有误差( (如天平的不等如天平的不等宵性等宵性等) )、空气浮力修正零位漂移的不确定度等都会、空气浮力修正零位漂移的不确定度等都会带入测量结果小。带入测量结果小。(2)(2)在高准确度的质量计量中，大多采用在高准确度的质

9、量计量中，大多采用3 3种精密衡种精密衡量法，即量法，即交换衡量法，替代衡量法和组合比较法交换衡量法，替代衡量法和组合比较法，以消除或减小各种误差，其中用得最多的是交换衡以消除或减小各种误差，其中用得最多的是交换衡量法和替代衡量法。量法和替代衡量法。 精思国计，细量民生10三、力值计量三、力值计量1 1、力的概念、分类和单位、力的概念、分类和单位 概念：概念：力是使物体动量发生改变而获得加速度力是使物体动量发生改变而获得加速度或者使物体发生变形的作用。这种作用可以产生两或者使物体发生变形的作用。这种作用可以产生两种效应：一是使物体的运动状态发生改变，叫做动种效应：一是使物体的运动状态发生改变，

10、叫做动力效应或外效应；二是使物体发生变形或在物体内力效应或外效应；二是使物体发生变形或在物体内产生应力叫做静力效应或内效应。产生应力叫做静力效应或内效应。 按照物体相互作用的发生方式分类：按照物体相互作用的发生方式分类：万有引力、万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力以电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力以及超电荷力。及超电荷力。 精思国计，细量民生11 力是矢量，力是矢量，力有三要素：力有三要素：大小大小( (力值力值) )、方向及、方向及作用点。在作用点。在SISI中，力的计量单位是牛顿中，力的计量单位是牛顿(N)(N)，1N1N就是就是使使1kg1kg质量的物体产生质

11、量的物体产生lmlms s2 2加速度的力。加速度的力。2 2、力值计量的原理和方法、力值计量的原理和方法1 1）利用力的动力效应计量力值。）利用力的动力效应计量力值。 力的动力效应是使物体产生加速度力的动力效应是使物体产生加速度, ,根据牛顿第根据牛顿第二定律二定律, ,当物体的质量及其加速度被测定之后当物体的质量及其加速度被测定之后, ,力值力值也就被测定出来了。静重式标准测力机就是利用已也就被测定出来了。静重式标准测力机就是利用已知质量的砝码在已知重力场中所产生的重力来复现知质量的砝码在已知重力场中所产生的重力来复现力值的力值的; ; 杠杆式和液压式标准测力机则是利用杠杆杠杆式和液压式标

12、准测力机则是利用杠杆和液压系统和液压系统, ,对此重力进行放大来复现较大的力值的对此重力进行放大来复现较大的力值的 精思国计，细量民生122 2）力的静力效应）力的静力效应 力力的的静静力力效效应应是是使使物物体体产产生生变变形形或或内内应应力力, ,测测定定了了物物体体变变形形或或内内部部应应力力相相对对应应的的参参量量也也就就测测定定了了力力值值, ,大大部部分分测测力力计计正正是是利利用用这这一一原原理理来来工工作作的的。如如果果物物体体是是一一个个好好的的弹弹性性体体, ,则则根根据据材材料料力力学学的的虎虎克克定定律律, ,在在弹弹性性范范围围内内物物体体的的变变形形量量与与作作用用

13、力力成成正正比比, ,在在确确定定了了变变形形量量与与力力值值的的对对应应关关系系后后, ,再再通通过过测测定定物物体体的的弹弹性性变变形形量量即即可可得得到到力力值值。计计量量变变形形量量的的方方法法很很多多, ,例例如如用用百百分分表表、读读数数显显微微镜镜、测测微微显显微微盘盘等等计计量量环环体体的的变变形形, ,用用电电阻阻应应变变计计、差差动动变变压压器器、电电容容器器等等计计量弹性体的变形。量弹性体的变形。 精思国计，细量民生133 3、力值传递系统、力值传递系统 力值计量在我国分为五大类：力值计量在我国分为五大类： 第一类是国家力第一类是国家力基准机基准机, ,这是我国力值计量的

14、最高基准这是我国力值计量的最高基准, ,是统一我国是统一我国力值计量的唯一依据；力值计量的唯一依据； 第二类是精度为第二类是精度为1 11010- -5 52 21010-5-5的高精度力传感器的高精度力传感器, ,一般作为标准用一般作为标准用于检定二等标准测力机；第三类是各省市作为标准于检定二等标准测力机；第三类是各省市作为标准使用的二等标准测力机使用的二等标准测力机; ; 第四类是各种型号规格的第四类是各种型号规格的三等标准测力机和标准力的传感器；三等标准测力机和标准力的传感器； 第五类是各种第五类是各种型号规格的材料试验机、工作测力计和普通精度的型号规格的材料试验机、工作测力计和普通精度

15、的负荷测力传感器。负荷测力传感器。 精思国计，细量民生14四、硬度计量四、硬度计量1 1、硬度的概念、硬度的概念 硬度是指物体的软硬程度硬度是指物体的软硬程度, ,是固体材料的一种机是固体材料的一种机械特性。硬度是固体材料抵抗弹性形变、塑性形变械特性。硬度是固体材料抵抗弹性形变、塑性形变和破坏的能力。硬度值的获得不仅与材料的弹性极和破坏的能力。硬度值的获得不仅与材料的弹性极限、弹性模量、屈服极限、塑性、脆性以及材料的限、弹性模量、屈服极限、塑性、脆性以及材料的其他许多性质都有关系其他许多性质都有关系, ,而且与人为规定的方法和条而且与人为规定的方法和条件有关。件有关。 精思国计，细量民生152

16、 2、硬度实验、硬度实验 为了确定材料的硬度所采用的试验方法称为硬度试验为了确定材料的硬度所采用的试验方法称为硬度试验法。硬度试验方法按施加负荷的情况可以分为静负荷试验法。硬度试验方法按施加负荷的情况可以分为静负荷试验法和动负荷试验法两大类。法和动负荷试验法两大类。 静负荷试验法的原理是：静负荷试验法的原理是： 在一定的静负荷作用下在一定的静负荷作用下, ,把规定材料与形状的压头压入把规定材料与形状的压头压入被试材料的表面被试材料的表面, , 计量压痕的深度或大小来获得硬度值。计量压痕的深度或大小来获得硬度值。 动负荷试验法的原理是动负荷试验法的原理是: : 在一定的动负荷作用下在一定的动负荷

17、作用下, ,用规定材料与形状的冲头冲击用规定材料与形状的冲头冲击被试材料被试材料, ,通过计量冲头回跳高度等参数来获得硬度值。通过计量冲头回跳高度等参数来获得硬度值。 不同的实验方法，硬度表示方式不同。不同的实验方法，硬度表示方式不同。 精思国计，细量民生16五、其他力学计量五、其他力学计量1 1、压力计量、压力计量 工程上的压力是指垂直并且均匀地作用在单位面积上的工程上的压力是指垂直并且均匀地作用在单位面积上的力。帕斯卡（力。帕斯卡（PaPa）是国际单位制中压力的单位。计量压力的）是国际单位制中压力的单位。计量压力的仪器仪表按仪器的作用原理可以分为液体式、弹簧式、活塞仪器仪表按仪器的作用原理

18、可以分为液体式、弹簧式、活塞式、电测式和数字式。式、电测式和数字式。1 1）液体式）液体式 液体式压力仪器是基于液体式压力仪器是基于流体静力学原理流体静力学原理, ,利用液柱的高利用液柱的高度差来测试压力的仪器。被测的液柱高度差可以直接读出、度差来测试压力的仪器。被测的液柱高度差可以直接读出、显示或通过计算的方法来确定。常用的液体式压力仪器有水显示或通过计算的方法来确定。常用的液体式压力仪器有水银气压计、银气压计、U U型（双管）和杯型（单管）压力计、补偿式微型（双管）和杯型（单管）压力计、补偿式微压计和斜管微压计等。压计和斜管微压计等。 精思国计，细量民生17 精思国计，细量民生182 2）

19、弹簧式）弹簧式 弹弹簧簧式式压压力力仪仪表表的的作作用用原原理理是是：利利用用弹弹性性敏敏感感元元件件（如如弹弹簧簧管管）在在压压力力作作用用下下产产生生弹弹性性形形变变, ,其其形形变变的的大大小小与与作作用用的的压压力力成成一一定定的的线线性性关关系系, ,通通过过传传动动放放大大机机构构或或其其他他显显示示装装置置表表示示出出被被测测的的压压力力。因因使使用用的的弹弹性性敏敏感感元元件件不不同同, ,弹弹簧簧式式压力仪表有弹簧管式、膜片式、膜盒式、波纹管式等多种。压力仪表有弹簧管式、膜片式、膜盒式、波纹管式等多种。弹性压力计组成框图弹性压力计组成框图 精思国计，细量民生19类别名称示 意

20、 图压力测量范围 kPa输出特性动态性质最小最大时间常数/s自振频率/Hz薄膜式平薄膜010010510-510-210104波纹膜010-3010310-210-110102挠性膜010-5010210-211102弹性元件的结构和特性弹性元件的结构和特性 精思国计，细量民生20波纹管式波纹管010-3010310-210-110102弹簧管式单圈弹簧管010-10106102103多圈弹簧管010-2010510102 精思国计，细量民生21 精思国计，细量民生223 3）活塞式）活塞式 活活塞塞式式压压力力计计的的作作用用原原理理是是：利利用用流流体体静静压压原原理理和和帕帕斯斯卡卡原原

21、理理, ,由由作作用用于于已已知知活活塞塞有有效效面面积积上上的的专专用用砝砝码码来来进进行行压压力力测测量量。这这种种压压力力计计有有时时又又称称为为砝砝码码式式压压力力计计和和静静重重活活塞塞式式压压力力计计, ,主主要要用用于于标标准准压压力力量量值值的的传传递递。活活塞塞式式压压力力计计有有直直接接加加负负荷荷压压力力计计、双双活活塞塞压压力力真真空空计计、通通过过传传动动装装置置向向活活塞塞加加负负荷荷的的压力计等几种。压力计等几种。 精思国计，细量民生234 4）电测式）电测式 电电测测式式压压力力计计是是利利用用某某些些材材料料的的电电气气特特性性在在压压力力的的作作用用下下发发

22、生生一一定定的的变变化化, ,将将被被测测的的压压力力转转换换成成与与压压力力成成一一定定关关系系的的电电信信号号来来求求得得压压力力值值的的。常常用用的的有有应应变变式式、固固态态压压阻阻式式、压压电电式式、电电感感式式、电电容容式式、振振频频式式等等多多种种压压力力计计。电电测测式式压压力力计计特特别别适适合合于自动控制和记录。于自动控制和记录。 精思国计，细量民生24 应变式压力传感器所用弹性元件可根据被测介质应变式压力传感器所用弹性元件可根据被测介质和测量范围的不同而采用各种型式，常见有圆膜片、和测量范围的不同而采用各种型式，常见有圆膜片、弹性梁、应变筒等。弹性梁、应变筒等。应变式压力

23、传感器应变式压力传感器 精思国计，细量民生25压阻式压力传感器压阻式压力传感器 固体受力后电阻率固体受力后电阻率发生变化的现象称为压发生变化的现象称为压阻效应。阻效应。 精思国计，细量民生26压电式压力传感器压电式压力传感器 某些电介质沿着某一某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变个方向受力而发生机械变形形( (压缩或伸长压缩或伸长) )时，其内时，其内部将发生极化现象，而在部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此新回到不带电的状态，此现象称为现象称为“压电效应压电效应”。压电式压力传感器压电式压

24、力传感器 精思国计，细量民生275 5）数字式）数字式 数数字字式式压压力力计计是是可可以以直直接接以以压压力力单单位位用用数数字字显显示示压压力力量量值值的的仪仪器器。这这类类压压力力计计大大部部分分是是以以压压力力传传感感器器为为感感压压元元件件, ,然然后后将将信信号号放放大大, ,经经模模/ /数数和和数数/ /模模转转换换器器转转换换后后显显示示压压力力数数值值的的压压力力计计。数数字字式式压压力力计计既既可可以以显显示示生生产产工工艺艺流流程程中中的的压压力力参参数数, ,又又可可将将压压力力信信号号输输出出供供数数据据分分析析和和处处理理, ,因因此此在在自自动动控控制制系系统中

25、被广泛应用。统中被广泛应用。 精思国计，细量民生282 2、振动与冲击计量、振动与冲击计量 振动振动是一个与平均值相比其运动参量随时间时大时小是一个与平均值相比其运动参量随时间时大时小交替变化的现象，交替变化的现象，振动计量的主要参数振动计量的主要参数有振幅、频率、相位、有振幅、频率、相位、速度和加速度。为要获得频率分量丰富的波形，振动计量仪速度和加速度。为要获得频率分量丰富的波形，振动计量仪器除了要有准确的校准灵敏度外，还须有足够宽的频率响应器除了要有准确的校准灵敏度外，还须有足够宽的频率响应和良好的幅值线性。和良好的幅值线性。 冲击冲击是物体之间短时内的碰撞，是物体之间短时内的碰撞，( (

26、例如在数微秒的作例如在数微秒的作用时间内，可产生高达数百用时间内，可产生高达数百m ms s2 2的冲击加速度的冲击加速度) )冲击计量冲击计量的主要参数的主要参数有持续时间、波形、速度和加速度。有持续时间、波形、速度和加速度。 精思国计，细量民生29加速度测试系统框图加速度测试系统框图 精思国计，细量民生30 振动与冲击计量的主要目的振动与冲击计量的主要目的: :检定或校准包括振动检定或校准包括振动与冲击传感器在内的测振仪器，它包括三项内容：与冲击传感器在内的测振仪器，它包括三项内容： (1) (1)确定被校传感器输出电量确定被校传感器输出电量E E与它所承受的振动或冲击与它所承受的振动或冲

27、击输入量输入量( (比如加速度比如加速度a)a)之间的比例，此比例称为之间的比例，此比例称为传感器的灵传感器的灵敏度敏度( (比如加速度灵敏度比如加速度灵敏度S Sa a) )，即，即S Sa a =E=Ea a； (2) (2)确定该灵敏度在所需的频率和幅度范围内的变化确定该灵敏度在所需的频率和幅度范围内的变化( (比比如是否成线性如是否成线性) )，即，即确定传感器的频率响应和幅值响应确定传感器的频率响应和幅值响应等；等； (3) (3)确定该灵敏度在传感器实际使用条件下的变化，即确定该灵敏度在传感器实际使用条件下的变化，即确定传感器的温度、灵敏度、磁灵敏度、应变灵敏度、声灵确定传感器的温

28、度、灵敏度、磁灵敏度、应变灵敏度、声灵敏度、横向灵敏度比及电缆影响敏度、横向灵敏度比及电缆影响等，以便进行修正。等，以便进行修正。 精思国计，细量民生313 3、转速计量、转速计量 转速转速即旋转角速度或旋转频率，它是衡量物体旋即旋转角速度或旋转频率，它是衡量物体旋转快慢的一个物理量。在描述旋转机械的运转性能时，转快慢的一个物理量。在描述旋转机械的运转性能时，转速是一项重要的参量。旋转角速度的转速是一项重要的参量。旋转角速度的SISI单位是弧度单位是弧度秒秒(rad(rads)s)，人们常用的转速单位是转分，人们常用的转速单位是转分(r(rmin)min)。 转速表转速表是测量旋转物体转速的计

29、量仪器的统称。是测量旋转物体转速的计量仪器的统称。 精思国计，细量民生32 转速计量方法：电子计数法、激光测速法。转速计量方法：电子计数法、激光测速法。 电子计数法基本原理：电子计数法基本原理：利用转速传感器先将机利用转速传感器先将机械旋转频率变换为电脉冲信号送入通用电子计数械旋转频率变换为电脉冲信号送入通用电子计数器计数后，由晶振时基来控制电子计数门，通过测器计数后，由晶振时基来控制电子计数门，通过测量单位时间内的脉冲数便可获得转速。量单位时间内的脉冲数便可获得转速。 激光测速法原理：激光测速法原理：氦氖激光器具有亮度强、发氦氖激光器具有亮度强、发放角小、单色性好等特点，利用定向反射膜可使激

30、放角小、单色性好等特点，利用定向反射膜可使激光传感器具有远距离俭取转速信号的功能。旋转物光传感器具有远距离俭取转速信号的功能。旋转物体每转动一周，传感器便感受一个激光脉冲，送到体每转动一周，传感器便感受一个激光脉冲，送到门控计数电路处理后，即能以数字直接显示被测转门控计数电路处理后，即能以数字直接显示被测转速。下页是这种装置的基本原理。速。下页是这种装置的基本原理。 精思国计，细量民生33用激光测量转速的原理图用激光测量转速的原理图 精思国计，细量民生344 4、流量计量、流量计量 流流量量通通常常是是指指单单位位时时间间内内通通过过输输送送管管道道有有效效截截面面的的体体积积或或质质量量。如

31、如果果是是对对流流体体的的体体积积进进行行计计量量, ,则则为为体体积积流流量量, ,如如果果是是对对质质量量进进行行计计量量, ,则则为为质质量量流流量量。流流体体一一般般包包括括气气体体和和液液体体。流流量量计计量量就就是是对对流流体体的的体体积积流流量量、质质量量流流量量和和总总量量的的计计量量。体体积积流流量量的的计计量量单单位位是是米米3 3/ /时时或或升升/ /时时, ,质质量量流流量量的的计计量单位是千克量单位是千克/ /时或克时或克/ /时。时。1 1）流量计量方法）流量计量方法液体流量计量方法液体流量计量方法 液液体体流流量量计计量量方方法法主主要要有有容容积积法法、称称量

32、量法法、标标准准体体积积管法管法等等。 精思国计，细量民生35 容容积积法法是是使使液液体体流流入入工工作作量量器器, ,根根据据从从量量器器液液位位标标尺尺上上读读出出的的数数值值和和计计时时器器上上得得到到的的时时间间, ,来来确确定定流流量量称称量量法法是是使使液液体体流流入入称称量量容容器器中中, ,通通过过计计量量容容器器中的液体的质量中的液体的质量, ,来获得流量值。来获得流量值。 标准体积管法标准体积管法即在标准体积管内放置一个可移即在标准体积管内放置一个可移动的活塞和两个检测开关动的活塞和两个检测开关, ,当液体流入体积管时当液体流入体积管时, ,推推动活塞在管内移动动活塞在管

33、内移动, ,只要确定了活塞通过两个检测开只要确定了活塞通过两个检测开关的时间关的时间, ,就可以求得流量值。就可以求得流量值。 精思国计，细量民生36 气体流量计量方法气体流量计量方法 气气体体流流量量计计量量方方法法主主要要有有钟钟罩罩法法、活活塞塞法法和和音音速喷嘴法速喷嘴法等。等。 钟钟罩罩法法适适用用于于常常压压下下气气体体流流量量的的计计量量。该该方方法法是是将将一一钟钟罩罩型型容容器器扣扣置置于于水水或或油油槽槽中中, ,并并被被槽槽中中的的水水或或油油密密封封, ,与与外外部部的的大大气气隔隔绝绝。当当被被测测气气体体充充入入钟钟罩罩或或将将气气体体从从钟钟罩罩内内排排除除时时,

34、 ,根根据据钟钟罩罩上上升升或或下下降降的的高高度度（对对应应被被测测气气体体的的体体积积）和和所所需需的的时时间间, ,就就可可以以求求得流量值。该法只能在常压下使用。得流量值。该法只能在常压下使用。 精思国计，细量民生37 活塞法活塞法是使被测气体冲入密闭的气缸是使被测气体冲入密闭的气缸, ,推动其中的活塞推动其中的活塞, ,由于气缸的内径是固定的由于气缸的内径是固定的, ,因而只要确定了活塞移动的距离因而只要确定了活塞移动的距离和时间和时间, ,即可求出流量值。即可求出流量值。 音速喷嘴法音速喷嘴法适用于高压气体大流量的计量。当气体流过适用于高压气体大流量的计量。当气体流过音速喷嘴音速喷

35、嘴, ,且其上游和下游的压力比达到临界状态时且其上游和下游的压力比达到临界状态时, ,通过喷通过喷嘴喉部的气体流速就达到了音速嘴喉部的气体流速就达到了音速, ,并且不再受下游压力变化并且不再受下游压力变化的影响。于是便可以根据经音速喷嘴流入定容槽的气体的压的影响。于是便可以根据经音速喷嘴流入定容槽的气体的压力和温度来求出进入槽内的气体流量。力和温度来求出进入槽内的气体流量。 2 2）流量计量仪器）流量计量仪器 计计量量流流量量的的仪仪器器统统称称为为流流量量计计。不不同同种种类类的的流流量量计计是是根根据不同的计量原理工作的据不同的计量原理工作的, ,通常可分为容积式和推理式两种通常可分为容积

36、式和推理式两种 精思国计，细量民生38 容容积积式式流流量量计计以以流流体体本本身身的的动动力力推推动动其其运运动动部部件件移移动动或或转转动动, ,使使流流体体不不断断地地充充满满或或离离开开壳壳体体与与运运动动部部件件构构成成的的空空间间, ,达达到到连连续续计计量量的的目目的的。腰腰轮轮流流量量计计、椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计及及各各种种活活塞塞式式流流量量计计都都属属于于容容积积式式。容容积积式式流流量量计计适适用用于于计计量量高高粘粘度度流流体体的流量。的流量。 推推理理式式流流量量计计是是除除容容积积式式流流量量计计之之外外的的各各种种流流量量计计的的总总称称, ,是是利利用用流

37、流体体在在流流动动过过程程中中的的物物理理现现象象或或物物理理特特性性（如如压压力力、冲冲量量、电电磁磁感感应应、光光和和声声的的多多普普勒勒效效应应等等）与与流流速速和和流流量量之之间间的的关关系系来来工工作作的的。推推理理式式流流量量计计有有节节流流式式或或差差压压式式流流量量计计、叶叶轮轮式式或或速速度度式式流流量量计计、面面积积式式流流量量计计、超超声声流流量量计计、电电磁磁流流量量计、激光流量计等。计、激光流量计等。 精思国计，细量民生395 5、密度计量、密度计量 密密度度是是一一个个用用于于定定量量地地描描述述物物质质特特性性的的物物理理量量。每每种种物物质质都都有有一一定定的的

38、密密度度, ,物物质质不不同同, ,密密度度便便不不同同, ,而而且且在在一一定定的的状状态态条条件件下下, ,一一种种物物质质的的密密度度是是个个常常数数, ,与与该该物物质质组组成成的的物物体体的的形状、质量和体积无关。形状、质量和体积无关。 单单位位体体积积的的某某种种物物质质的的质质量量, ,称称为为这这种种物物质质的的密密度度。也也就是说就是说, ,物体的密度等于其质量与体积之比。物体的密度等于其质量与体积之比。 密密度度的的主主单单位位是是千千克克/ /米米3 3, ,也也常常用用克克/ /厘厘米米3 3或或克克/ /毫毫升升、千克千克/ /分米分米3 3或千克或千克/ /升等。升

39、等。 密度计量可以分为密度计量可以分为静态计量静态计量与与动态计量动态计量两类。两类。 精思国计，细量民生40 静态计量法静态计量法是根据阿基米德定理以及杠杆平衡是根据阿基米德定理以及杠杆平衡原理，用浮力计算密度。原理，用浮力计算密度。 动态计量动态计量的仪器种类较多的仪器种类较多, ,比如比如, ,应用电磁效应应用电磁效应的海水盐度仪、硫酸浓度仪、电磁密度测定仪的海水盐度仪、硫酸浓度仪、电磁密度测定仪, ,应用应用光学原理的酒精或糖溶液的浓度计光学原理的酒精或糖溶液的浓度计, ,应用声学原理的应用声学原理的超声密度计超声密度计, ,以及应用振动原理的振动式密度计等以及应用振动原理的振动式密度

40、计等。 精思国计，细量民生416 6、容量计量、容量计量 容量计量容量计量是指对容器的容积值的计量。是指对容器的容积值的计量。容积容积是是指容器内部所包含的空间体积指容器内部所包含的空间体积; ; 而而容量容量是指容器所是指容器所能容纳的液体或气体的体积。能容纳的液体或气体的体积。 容量的主单位是立方米（容量的主单位是立方米（m m3 3）, ,也常用其分数单也常用其分数单位立方分米（位立方分米（dmdm3 3）或升（）或升（L L）、立方厘米（）、立方厘米（cmcm3 3）和）和立方毫米（立方毫米（mmmm3 3）等。）等。 精思国计，细量民生42 容量计量的方法通常可分为三种容量计量的方法

41、通常可分为三种: : 衡量法、比较法和尺衡量法、比较法和尺寸计量法寸计量法。 衡量法衡量法也称为称量法也称为称量法, ,是先计量出被测量器所能容纳的是先计量出被测量器所能容纳的工作物质（液体）的质量及其密度工作物质（液体）的质量及其密度, ,然后算出量器容积的一然后算出量器容积的一种方法。这种方法的计量精度较高种方法。这种方法的计量精度较高, ,常用于标定一等标准金常用于标定一等标准金属量器和精度要求较高的玻璃量器。属量器和精度要求较高的玻璃量器。 比较法比较法是将被计量量器的容量与标准量器的容量直接进是将被计量量器的容量与标准量器的容量直接进行比较行比较, ,从而得出被测容量的方法。比较法一般用于检定二从而得出被测容量的方法。比较法一般用于检定二等标准量器或形状规则的较大容器等标准量器或形状规则的较大容器, ,检测精度约为检测精度约为(0.04(0.040.1)% 0.1)% 。 尺寸计量法尺寸计量法也称为直测法也称为直测法, ,是直接计量容器的几何尺寸是直接计量容器的几何尺寸来获得容积的方法。该法适用于具有较规则的几何形状的大来获得容积的方法。该法适用于具有较规则的几何形状的大容器的计量容器的计量 精思国计，细量民生43