计量基本知识

计量
第一部分计量基本知识：
一、计量管理概论：
1、计量的一般概念及其发展概况：
计量发展的历史是与社会进步联系在一起的，它是人类文明的一个重
要组成部分。

人类在认识和改造大自然的过程中，通过思维对自然界的各种现象进
行大量的比较，这种用比较方法来确定事物“量”的大小的过程，就是早
期“测量”的概念。

测量既然是一个“比较”过程，必然需要一个比较物
作为测量的“标准”。

最初作为比较的标准也是任意的，它会因人、因事、因时而改变。

随着人类生产力的发展，人们的劳动成果有了剩余，开始出
现了物物交换，出现了商品和商品流通。

商品的流通必须遵循“等价交换”的原则，而经济利益又使人们在交换中“斤斤计较”，这就要求对同一物体在不同的地点，经不同的人的测量结果必须一致，这就是早期的“计量”
概念。

计量是以确定量值为目的的一组操作。

计量属于测量的范畴，也可
以说是一种特殊形式的为使被测量的单位量值在允许范围内溯源到基本单
位的测量。

起初的测量方法是原始的，单位是任意的。

当商品交换、分配
形成社会活动的时候，就需要测量的统一，即在一定的准确度内对同一物
体在不同地点达到其测量结果的一致。

为此，就要求以法定的形式建立统
一的单位制，复现出基准、标准，并以这种基准、标准来检定测量计量器具，保证量值准确可靠，这就出现了“计量”。

因此，计量的含义可以理解
为“实现单位统一，量值准确可靠的测量，它涉及整个测量领域”，或者说“是以单位统一，量值准确一致的测量，它对整个测量领域起指导、监督、
保证和仲裁作用。

”
计量应包括计量学、计量经济、计量法制、计量组织和计量管理等内容。

2、计量学的分类：
计量学是计量的基础，它是研究测量、保证测量统一和准确的科学。

计量学包括的专业很多，应用范围十分广泛。

我国目前大体上按专业分为
十大类，即几何量计量、温度计量、力学计量、电磁学计量、电子计量、
时间频率计量、电离辐射计量、光学计量、声学计量、标准物质计量。

3、计量工作的特点：
（1）统一性：统一性是计量工作的本质特征，它主要反映在横
向和纵向两个方面。

横向的统一指统一的国家计量标准和
计量制度，并且要同国际上的计量制度和计量标准统一起
来。

纵向的统一是指把全国各部门、各单位所使用的不同
准确度等级的测量器具所体现的量值统一到国家基准上
来。

（2）准确性：“准”是计量工作的核心。

（3）广泛性和社会性
（4）法制性：由于计量工作具有以上几个特点，也就决定了计
量工作必须具有法制性。

如果没有法制性，那么统一性、
准确性、广泛性和社会性也就难于实现。

4、计量管理的概念和特征：
计量管理就是有效合理地协调和组织实施国家计量法令、方针、政策和社会进步所赋予计量学、计量法制、计量组织、计量经济方面的职责以及所从事的各项工作。

计量管理的特性除了具有计量工作的四个特点（统一性、准确性、广泛性和社会性、法制性）外，还具有权威性、技术性、服务性、群众性的特点。

5、计量管理的任务和内容：
计量管理的任务是由国家计量管理的模式决定的，而国家计量管理的模式又是由国家的管理体制和经济体制所决定的。

我国计量管理的模式是统一立法，区别管理。

计量管理的任务是根据计量工作的任务来确定的。

我国计量工作的任务概括地讲就是“统一国家计量制度，保证全国量值准确可靠，维护社会经济秩序，为各行各业和人民生活提供计量保证。

”
二、计量名词术语：
1、量：可以定性区别并能定量确定的现象或物体的属性；
2、量值：由数据和计量单位和乘积所表示的量的大小；
3、量的数值：量值的纯数字部分；
4、计量单位：
单位是用以定量表示同类量量值大小而约定采用的特定量。

计量单位是人为规定的特定量，其特点为：
（1）单位是比较的尺度；
（2）它用以表示同种量的大小；
（3）它前面的数字一定为1；
（4）它要有具体的名称、定义，并可复现；
5、测量：
以确定被测对象量值为目的的全部操作。

简单地说，把一个已知的量与未知的量进行比较，从而确定未知量的大小的过程，即为测量。

测量有三个基本特点：
（1）测量的目的是要确定被测量的量值大小；
（2）测量的对象是被测量的“量”
（3）测量的过程是一个实验过程和操作过程。

6、计量
实现单位统一和量值准确可靠的测量。

狭义地理解，计量是一种特定形式的测量；广义地理解为计量是为实现“统一”和“准确”这一过程的全部操作。

计量具有如下三个特征：
（1）统一性：这是测量的根本目的；
（2）准确性：它是计量统一的前提；
（3）法制性：它是保证统一的手段；
概括起来，“统一是目的，准确是基础，法制是手段”。

7、计量器具：
用以直接或间接测出被测对象量值的装置、仪器仪表、器具和用于统一量值的标准物质。

计量器具包括计量基准器具、计量标准器具和工作计量器具三大类。

所谓计量基准器具即国家计量基准器具，简称计量基准，是指用以复现和保存计量单位量值，经国务院计量行政部门批准作为统一全国量值最高依据的计量器具；
所谓计量标准器具，简称计量标准，是指准确度低于计量基准的、用于检定次级计量标准或工作计量器具的计量器具。

8、检定规程：
为评定计量器具的计量性能，作为检定依据的具有国家法定性的技术文件。

检定规程的内容包括：检定规程的适用范围、计量器具性能、检定项目、检定条件、检定方法、检定周期以及检定结果的处理。

9、强制检定：
由县级以上人民政府计量行政部门指定的法定计量检定机构或授权的计量检定机构对强制的计量器具实行的定期定点检定。

强制检定的计量器具包括三部分：
（1）社会公用的计量标准器具；
（2）部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具；
（3）用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的列入强制检定项目的工作计量器具
三、法定计量单位：
1、实行法定计量单位的意义：
所谓法定计量单位，是国家以法定的形式明确规定允许在全国范围
内统一实行的计量单位。

实行法定计量单位是进一步统一我国计量制度的重要决策。

它彻底
结束了多种计量单位制并存的现象，使我国的计量单位达到完全统一。

由于法定计量单位是以国际单位制为基础的，所以除了国内计量单位统
一外，还可以与国际上的计量单位取得一致。

2、我国法定计量单位的内容：
我国的法定计量单位包括：国际单位制的基本单位、国际单位制的
辅助单位、国际单位制中具有专门名称的导出单位、国家选定的非国际
单位制单位、由以上单位构成的组合形式的单位、由词头和以上单位所
构成的十进倍数与分数单位。

3、计量单位的使用规则：
1）组合单位的中文名称与其符号表示的顺序一致，符号中的乘号没有对应的名称，除号的对应名称为“每”字外，无论分母中有几个单位，“每”字只能出现一次。

例如：力矩的单位N·m的名称为“牛顿米”；速度的单位m/s的名称为“米每秒”。

2）乘方形式的单位名称，其顺序应是指数名称在前（由数字加“次
方”二字），单位名称在后。

在特殊情况下，对于长度的2次幂和3次幂，表示面积和体积时，则相应的指数名称为“平方”和“立方”，其余则为“二次方”和“三次方”。

例如：断面惯性单位m4的名称为“四次方米”；体积单位m3的名称为“立方米”；而断面系数单位m3的名称为“三次方米”
3）写法定计量单位时，不加任何表示乘或除的符号或其他符号。

例
如：电阻率的单位的名称为“欧姆米”，而不是“欧姆·米”、“欧姆-米”
四、误差理论及数据处理：
1、有关误差的名词术语：
（1）测量误差：测量结果与被测量真值之差
（2）量的真值：被测量的量本身所具有真实大小。

量的真值是
一理想的概念，通常用计量学约定真值、标准器具相对真
值、测量平均值等作为真值。

（3）修正值：真值与测量值之差。

在数值上为测量误差的相反
数。

理论上讲，测量值加上修正值可得被测量的真值。

（4）系统误差：
在偏离测量规定条件时或由于测量方法所引入的因素，而产生按某确定规律变化的误差。

系统误差包括已定系统误差和未定
系统误差。

已定系统误差是指符号和绝对值已经确定的系统误
差，未定系统误差是指符号或绝对值未经确定的系统误差。

（5）随机误差：
在实际测量条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差。

随机误差及其出现的概率遵从正态分布的形式，具有如下的特点：
b、单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差
出现的概率大；
c、对称性：绝对值相等的正负误差出现的概率相等；
d、抵偿性：在实际测量条件下对同一量进行测量，其误差
的算术平均值随测量次数的增加趋于零；
e、有界性：绝对值很大的误差出现的概率近乎为零，亦即
误差有一定的实际界限。

2、测量误差的表示方法：
1）绝对误差：绝对误差的定义为某量的测量值与其真值之差，即绝对误差=测量值－真值。

2）相对误差：绝对误差与某约定值之比称为相对误差。

当该约定值为真值时，称为实际相对误差（即实际相对误差=绝对误差/
真值）；当该约定值为示值或测量值时，称为示值相对误差（即
示值相对误差=绝对误差/示值）。

3、测量误差的来源：
在测量的过程中，误差产生的原因可归纳为以下几种：
1）装置（备）误差：所谓装置的误差，是指由于装置本身结构调整及量值等没有达到理想状态而产生的误差，又可分为：标准
器误差、仪器（仪表）误差、附件误差。

2）环境误差：由于各种环境因素与要求的标准状态不一致而引起的计量装置和被测量本身发生变化，由此而产生的误差3）人员误差：因测量者生理上的最小分辨力、感觉器官的生理变化、反应速度和固有习惯等引起的误差
4）方法误差：由于测量方法或计算方法不完善所引起的误差。

4、有效数字与数据修约规则
1）、有效数字：有效数字指该数字在一个数量中所代表的大小。

有效数
字的位数称为有效位数。

在记录时，只保留一位不准确的数字，其余的
数字均为准确已知数字，称此时记录的数字均为有效数字。

在有效数字
的使用过程中，应特别注意“零”在数字中所处位置的不同，其表现的
有效位数亦不同。

简而言之，零在数前不计位数，零在数中或数后皆计
位数，整数后面的零可以是有效位数，也可以不是有效位数。

2）数据修约规则：
若以保留数字的末位为单位，则必须遵循：
（1）它后面的数字大于0.5时，末位进1；
（2）它后面的数字小于0.5时，末位不进；
（3）它后面的数字恰好是0.5时，则将末位凑成偶数，即末位是奇数时则进1，末位为偶数时末位不变，亦称为奇进偶不进。

例如：将下列数字变为只留一位小数，则得
12.354－12.3 12.367－12.4
12.356－12.4 12.350－12.4
12.450－12.4
3）有效数字的运算法则：
（A）加减运算：以小数点后位数最少的为基准，其余各数均比该数多一位，最后结果一般多取一位。

（B）乘除运算：当几个数作乘除运算时，以有效位数最少的为准，
其余各数均比该数多取一位，结果也多取一位。

（C）幂运算：作乘方或开方运算时，结果应比运行前多取一位。

第二部分天然气的流量计量
一、概述
天然气的流量计量属于气体流量计量的范畴，它可分为跨行业跨部门的外输交接计量和生产装置内的过程监测计量两部分。

前者的特点
是以总量（累积流量）为计量对象，流量直接关系到计量交接双方的
经济效益，故要求计量的准确度高，这类计量仪表属于强制检定计量
器具；而后者主要以监测生产装置内工艺过程和物料平衡为目的，它
的对象是瞬时流量，其准确度可以低一些，但可靠性要求要高。

1、流量计量中常见的名词术语
（1）管流：流体充满管道的流动
（2）动流：流过测量横截面的流量以一常数值为中心随时间有波动的流动
（3）多相流：两种或两种以上不同相的流体一起流动称为多相流。

当只有两相流体一起流动时通常称为两相流。

（4）临界流：流体流经节流装置（如喷嘴、文丘里管）喉部，下游与上游侧绝对压力比小于或等于临界值时的流动。

（5）流量：
流体在单位时间内流过管道或设备某处横截面的数量称为流量，它可用体积流量Q和质量流量q m两种方法表示。

流体的体积流量Q等于液体流速υ与流通截面F之积，即
Q=F·υ
设测量压力、温度下流体的密度为ρ，在管路横截面上流体的质量流
量q m与体积流量Q的关系为：
q m=Q·ρ
2、流量参数的特征：
（1）流量不是基本物理量，而是由长度、质量、时间等基本物理量派生的导出物理量；
（2）流量是通过具体的流体介质来反映的；
（3）流量是以介质运动为表征的，即流量是动态量。

3、天然气的计量标准：
我国的流量测量通用标准《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文
丘里管测量充满圆管的流体流量》（GB/T2624—1993）等效采用了ISO5167—1标准。

目前我国天然气计量专业性标准为《天然气流量的标准孔板计量
方法》（SY/T6143—1996）。

4、天然气计量的标准状态：
气体的体积是随温度和压力而变化的。

因此，在测量天然气体积
流量时，必须指定某一温度和压力作为计量的标准温度和压力，称之
为“基准状态”或“标准状态”。

《天然气流量的标准孔板计量方法》（SY/T6143—1996）规定：101.325kPa,20℃作为我国的天然气计量的标准状态。

5、流量计：
测量流量的仪器或仪表叫做流量计。

测量体积流量的流量计称为体积流量计，测量质量流量的流量计称为质量流量计。

用于测量天然气流量的仪表很多，常用主要有差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计和质量流量计。

我国目前使用最多的是标准孔板节流装置差压式流量计。

6、流量计选用原则：
流量计的测量精度是由其测量原理、结构、制造工艺水平、被测流体的性质和使用条件等决定的。

在流量计的使用中，必须考虑流量的测量原理和结构形式，必须注意使用条件和测量对象的物理性质是否与所选用的流量计性能相适应。

差压式流量计要求介质在物理上和热力学上满足单相和均匀的条件。

较长的前后直管段，苛刻的安装要求和严格的取压方式，是差压式流量计正常工作的前提。

另外，差压式流量计流量量程比比较小，对流量的脉动比较敏感等限制了差压式流量计的使用。

因此，差压式流量计适合于测量流量相对稳定、经过净化和处理的干燥天然气（即干气）的流量测量。

速度式流量计目前使用较多的是涡轮流量计划和旋进旋涡流量计。

涡轮流量计工作时转子和轴承均暴露在被测介质中，若介质中有污物，将加剧轴承的磨损。

另外，涡轮流量计安装时也要求保证其前、后要有足够长的直管段，以使流体达到特定的流速分布。

从技术上来讲，满足差压式流量计使用条件的场合也可选用涡轮流量计。

容积式流量计主要有罗茨流量计（腰轮流量计）和旋叶式流量计。

容积式流量计的原理和结构决定了其对气流介质的适应性，它对气流条件几乎没有特殊的要求。

容积式流量计的测量准确度也不亚于上述两种测量仪表。

容积式流量计特别适用于井口计量等场合的湿气计量。

除了上述三种流量计外，最近几年来，涡街流量计和音速喷嘴也逐步被采用。

涡街流量计在安装要求、输出信号形式与涡轮流量计相似，但其量程比、仪表口径和对杂质的适应性等指标比涡轮流量计更加优越。

音速喷嘴是作为标准流量计引入天然气流量计领域的，常用来检定其他气体流量计。

在实际工作中，一般应按下述原则来选取天然气流量测量仪表。

（1）根据被测对象和介质选用流量计；
（2）根据流量的范围来选用流量计；
（3）根据工艺要求和流体参数变化来选用流量计；
（4）根据仪表安装要求来选用流量计；
（5）根据仪表的经济性来选用流量计；
二、标准孔板差压式流量计
1、天然气孔板流量计与节流装置
1）、孔板流量计组成
天然气流量测量中所使用的孔板流量计，是指通过测量安装在管路中的同心孔板两侧的差压，用以计算流量的一种检测设备。

它由节流装置、差压计、压力计和温度计等组成。

只要获得压力、温度、差压即可根据一定数学关系式计算出天然气的流量。

2）、节流装置的组成
上述孔板流量计中除了测量压力、差压、温度的仪表外，其他设
备即为节流装置的组成部分。

根据SY/T6143—1996的规定，节流装置由下列零部件组成：
（1）标准孔板；
（2）孔板夹持器：包括角接取压中环室取压的环定和间独钻孔取
压用的夹紧环或设有取压孔的法兰；
（3）节流前10D和节流后4D长的测量管。

为了保证用户安装、使用方便以及差压传递的准确，实际上在工
厂出厂时还应包括连接法兰和一段导压管以及导压管上的截止阀。

3）、节流装置
节流装置乃是利用流体流过节流件（孔板）时在节流件的两侧产
生静压差的原理来测出稳定圆管流的瞬时流量。

标准化的内容就是为
了能达到上述目的而对节流件及其取压方式、管道条件、测量范围、
流量计算方法，以及测量的误差等规定的标准要求，标准SY/T6143—1996就是为了达到上述目的的一个标准。

2、差压式流计标准孔板节流装置
1）、节流件孔板
（1）准孔板结构
标准孔板是一块具有圆形开孔、并与测量管同心，其入口边是非
常锐利的薄板。

一般由机械加工获得，它的节流孔圆筒形柱面与孔板
上游端面垂直，孔板厚与孔板直径相比是比较小的。

测量管是指孔板
上、下游所规定长度的管道范围内，各横截面面积相等、形状相同、
轴线重合的一段直管。

（2）标准孔板的材质
标准孔板在使用过程中，会被天然气的侵蚀或机械的冲刷而产一变形，如孔板入口边缘的变钝引起流出系数的增大多而产生测量误差。

因此，正确选择孔板的材质是保证孔板工人选可靠准确测量的重要因素。

目
前常见的测量天然气用的孔板材质：Cr17,1Cr18Ni9TiC以及一些耐酸钢。

2）标准孔板节流装置的取压方式
标准孔板节流装置按其取压孔的位置不同可分为如下几种取压方式：
（1）法兰取压：
其主要特征是标准孔板上、下游侧取压孔轴线分别位于距孔板上下游端面的距离为（25.4±0.8）mm的位置上。

（2）角接取压：
其主要特征是标准孔板下、下游侧取压孔轴线分别位于距孔板上下游端面的距离为0.5b的位置上（b为取压孔的开孔直
径）。

（3）径距取压
其主要特征是标准孔板上游侧取压孔轴线位于距孔板上游端面的距离为1D的位置上，下游侧取压孔轴线位于距孔板下游
端面的距离为0.5D的位置上。

（4）理论取压
其主要特征是标准孔板上游侧取压孔轴线位于距孔板上游端面的距离为（0.9~1.1）D的位置上，下游侧取压孔轴线位于
距孔板下游端面的距离为（0.3~0.84）D的位置上（D为测量管
的内径）。

（5）损失取压
其主要特征是标准孔板上游侧取压孔轴线的位置应在上游没有流体扰动的位置上，下游取压孔轴线应在流体恢复稳定时
的位置上。

在日常的天然气计量中，使用得最多的是法兰取压和角接取压。

标准孔板节流装置在结构上应满足下述要求：
（1）节流装置的结构和它在管道中的安装方法，必须
能保证它的开孔中心和管道中心轴线同心，并保
证它的端面与管道轴线垂直。

（2）在压差较小的场合最好采用环室取压。

3、高级孔板切换阀
1）高级孔板切换阀
高级孔板切换阀是针对传统的标准孔板节流取压装置（法兰取压
装置）在更换孔板时需要对测量管段停气、孔板拆装困难（特别是大
口径测量管）、安装质量难于保证等难题而研制出来的一种新型取压装置。

它除了具有传统取压装置所具有的技术性能外，还具有不停气、
快速更换孔板，操作迅速简便，每次提取或更换孔板只需3~5min。

特别适用于主管道不允许停止介质输送的管道中作流量计量用，既免去
了设置旁通管路，又减少了占地面积和简化了工艺流程。

本阀是法兰
取压型式，孔板的设计，制造符国家计量标准。

结构说明：
（1）本节流装置为孔板式，上下游取压孔按标准规定对称分布
于孔板两侧。

（2）由上阀体和下阀分别构成上、下两个阀腔，节流装置工作
时，由滑板机构将上下两阀腔通路封死。

（3）孔板与导板组成一体，提取孔板时，扳动手柄打开滑板使
上下两阀腔连通，摇动提升机构和即带动导板及孔板至上阀腔。

关闭滑板，介质继续输送。

打开压板盖板，孔板即可取出。

2）孔板阀的安装使用注意事项：
（1）孔板阀既可水平安装，也可垂直安装，安装时应使介质流向与阀体所示方向一致。

（2）安装时，与管道连接处就清洗无污物，并有管架或底座支承。

（3）管道吹扫时，应先提出孔板，提出或放入孔板时应严格按操作规程（见阀体上部操作程序牌）进行。

（4）测量气体有脏物或可能出现凝析液时，应定期打开阀体底部的排污阀进行排除。

（5）阀投入使用后，应每月定期运转操作一次，并注入密封脂。

3）高级孔板阀清洗、检测操作步骤：
（1）停止计量表。

（2）打开孔板上阀体上的平衡阀，用专用摇把顺时针摇动上下阀体分界处的滑阀，使滑阀打开，上下腔连通。

（3）逆时针方向摇动孔板导板轴，将孔板导板提升至上阀腔内，再摇滑轴，关闭滑板。

（4）关闭平衡阀，打开上阀体放空，排尽上阀腔内的气体。

（5）拧松压紧盖板螺丝，取出顶板及压板，逆时针摇动上阀体孔板导板轴，提出导板。

（6）清洗导板、孔板，如需测量孔板外径（或更换孔板），可将孔板沿无孔板阻挡台阶的一面推出。

（7）将孔板装入导板（装孔板时就注意孔板的正反面），并将清洗后的导板、压盖顶板各处涂上黄油保养。

（8）将装好孔板的整个导板垂直放入压板槽内，装好顶板，并拧紧螺栓。

（9）将阀体压板垂直放入压板槽内，装好顶板，并拧紧压紧螺丝。

（10）打开上下阀体的平衡阀，验漏合格后，逆时针摇动滑阀轴，使滑阀打开，摇动上、下阀体的导板轴，使导板送入下阀体内；
顺时针摇动滑阀轴，使滑阀关闭；关闭上下阀体平衡阀。

（11）旋转阀体密封脂盒压盖，缓慢注入密封脂。

（12）打开上阀体放空阀放空，无气流后关闭放空阀，然后使仪表投入运行。

三、CWD型双波纹管差压计。