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流量的概念：
凡是有物質(zhì)流動的場合，人們?yōu)檎莆掌鋽?shù)量都需要流量測量。流量分為瞬時流量（Flow Rate）和累計流量（Total Flow）。
瞬時流量（Flow Rate）：單位時間內(nèi)過封閉管道或明渠有效截面的量。流過的物質(zhì)可以是氣、液、固體。
累計流量（Total Flow）：在某一段時間間隔內(nèi)（可以是一天、一周、一月、一年）
流體流過封閉管道或明渠有效截面的累計量稱為累計流量，通過將瞬時流量對時間積分可求得累計流量。
流量計的原理和種類
從不同的角度出發(fā)，流量計有不同的分類方法。常用的分類方法有兩種，一是按流量計采用的測量原理進行歸納分類：二是按流量計的結(jié)構(gòu)原理進行分類。
按測量原理分類
- 力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
- 電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。
- 聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進行流量測量的有超聲波式。聲學(xué)式(沖擊波式)等。
- 熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。
- 光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。
- 原子物理原理：核磁共振式、核幅射式等是屬于此類原理的儀表。
- 其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。
按流量計結(jié)構(gòu)原理分類
按當(dāng)前流量計產(chǎn)品的實際情況，根據(jù)流量計的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類型：
容積式流量計
容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。
容積式流量測量是采用固定的小容積來反復(fù)計量通過流量計的流體體積。所以，在容積式流量計內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)體積的空間，通常稱其為容積式流量計的 “計量空間”或“計量室”。這個空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成。容積式流量計的工作原理為：流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產(chǎn)生一定的壓力差。流量計的轉(zhuǎn)動部件(簡稱轉(zhuǎn)子)在這個壓力差作用下特產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口。在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口。在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)。就可以得到通過流量計的流體體積的累積值。
容積式流量計按其測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計(oval wheel flowmeter)、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復(fù)活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。
優(yōu)點：
- 計量精度高；
- 安裝管道條件對計量精度沒有影響；
- 可用于高粘度液體的測量；
- 范圍度寬；
- 直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計，總量，清晰明了，操作簡便。
缺點：
- 結(jié)果復(fù)雜，體積龐大；
- 被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大；
- 不適用于高、低溫場合；
- 大部分儀表只適用于潔凈單相流體；
- 產(chǎn)生噪聲及振動。
容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量最大的流量計，常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。
浮子流量計
浮子流量計是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進行測量的體積流量儀表，又稱轉(zhuǎn)子流量計。在美國、日本常稱作變面積流量計（Variable Area Flowmeter）或面積流量計。
浮子流量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。工作原理如圖所示，被測流體從下向上經(jīng)過錐管1和浮子2形成的環(huán)隙3時，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。
浮子流量計是僅次于差壓式流量計應(yīng)用范圍最寬廣的一類流量計，特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。
特點：
- 玻璃錐管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，缺點是耐壓力低，有玻璃管易碎的較大風(fēng)險；
- 適用于小管徑和低流速；
- 壓力損失較低。
差壓式流量計
差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。
差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。
二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表，它既可測量流量參數(shù)，也可測量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。
差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。
優(yōu)點：
- 應(yīng)用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；
- 應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；
- 檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn)，便于規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。
缺點：
- 測量精度普遍偏低；
- 范圍度窄，一般僅3:1~4:1；
- 現(xiàn)場安裝條件要求高；
- 壓損大(指孔板、噴嘴等)。
應(yīng)用概況：
差壓式流量計應(yīng)用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種對象都有應(yīng)用，如流體方面：單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等；工作狀態(tài)方面：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等；管徑方面：從幾mm到幾m;流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。
差壓式流量計是一類應(yīng)用最廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來，由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降，但目前仍是最重要的一類流量計。
渦輪流量計
渦輪流量計，是速度式流量計中的主要種類，它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速，從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。
一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成，也可做成整體式。
渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質(zhì)量流量計稱為流量計中三類重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品，作為十大類型流量計之一，其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。
優(yōu)點：
- 高精度，在所有流量計中，屬于最精確的流量計；
- 重復(fù)性好；
- 無零點漂移，抗干擾能力好；
- 范圍度寬；
- 結(jié)構(gòu)緊湊。
缺點：
- 不能長期保持校準(zhǔn)特性；
- 流體物性對流量特性有較大影響。
應(yīng)用概況：
渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應(yīng)用：石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)。在歐洲和美國，渦輪流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量儀表，僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸，壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計，它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。
電磁流量計
電磁流量計（Eletromagnetic Flowmeters，簡稱EMF）是20世紀(jì)50~60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，電磁流量計用來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其獨特的優(yōu)點，電磁流量計目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過程中各種導(dǎo)電液體的流量測量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；電磁流量計各種漿液流量測量，形成了獨特的應(yīng)用領(lǐng)域。
在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在工業(yè)過程管道上，它的作用是將流進管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號，并通過傳輸線將此信號送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠的地方，它將傳感器送來的流量信號進行放大，并轉(zhuǎn)換成流量信號成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以進行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制。
電磁流量計的基本原理
電磁流量計是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而感應(yīng)電動勢又和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量�？蓽y最大管徑達2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。
電磁流量計造價較高，且信號易受外磁場干擾，影響了在工業(yè)管流測量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進更新，向微機化發(fā)展。
電磁流量計的主要優(yōu)點如下：
電磁流量計的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量管內(nèi)沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節(jié)流部件。所以當(dāng)流體通過電磁流量計時不會引起任何附加的壓力損失，是流量計中運行能耗最低的流量儀表之一。
電磁流量計可測量臟污介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)以及懸濁性液固兩相流的流量。這是由于儀表測量管內(nèi)部無阻礙流動部件，與被測流體接觸的只是測量管內(nèi)襯和電極，其材料可根據(jù)被測流體的性質(zhì)來選擇。采用耐磨橡膠做內(nèi)襯，就特別適合于測量帶有固體顆粒的、磨損較大的礦漿以及水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體。
電磁流量計是一種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率的影響。因此，電磁流量計只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可用來測量其它導(dǎo)電性液體的流量。
電磁流量計無機械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，也可測量正反兩個方向的流量。
電磁流量計應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測場合，如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制，造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液，化學(xué)工業(yè)的強腐蝕液，有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場所。工業(yè)用電磁流量計的口徑范圍極寬，從幾個毫米到幾米，國內(nèi)已有口徑達3m的實流校驗設(shè)備，為電磁流量計的應(yīng)用和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
電磁流量計的主要缺點如下：
電磁流量計不能用來測量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的液體。
電磁流量計不能用來測量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，如對石油制品或有機溶劑等介質(zhì)，目前電磁流量計還無能為力的。
超聲波流量計
超聲波流量計是基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。
超聲波流量計按測量原理分可分為時差式和多普勒式
利用時差式原理制造的時差式超聲流量計近年來得到廣泛的關(guān)注和使用，是目前企事業(yè)使用最多的一種超聲波流量計。
利用多普勒效應(yīng)制造的超聲多普勒流量計多用于測量介質(zhì)有一定的懸浮顆�；驓馀萁橘|(zhì)，使用有一定的局限性，但卻解決了時差式超聲波流量計只能測量單一清澈流體的問題，也被認為是非接觸測量雙相流的理想儀表。
超聲流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點，近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。
優(yōu)點：
- 可做非接觸式測量；
- 為無流動阻撓測量，無壓力損失；
- 可測量非導(dǎo)電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。
缺點：
- 傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；
- 多普勒法測量精度不高。
應(yīng)用概況：
(1)傳播時間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、液化天然氣等;
(2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗;
(3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體，例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液，通常不適用于非常清潔的液體。
渦街流量計
將渦旋發(fā)生體垂直插入到流體中時，流體繞過發(fā)生體時會形成卡門渦街(Karman Vortex Street)，在滿足一定的條件下，非對稱渦列就能保持穩(wěn)定，此時，渦旋的頻率f與流體的流速v及渦旋發(fā)生體的寬度d有如下關(guān)系：
f=St(v/d)
其中St為斯特勞哈爾數(shù)，在正常工作條件下為常數(shù)。
卡門渦街流量計有許多優(yōu)點：可測量液體、氣體和蒸汽的流量；精度可達±1%(指示值)；結(jié)構(gòu)簡單，無運動件，可靠、耐用；壓電元件封裝在發(fā)生體中，檢測元件不接觸介質(zhì)；使用溫度和壓力范圍寬，使用溫度最高可達400℃；并具備自動調(diào)整功能，能用軟件對管線噪聲進行自動調(diào)整。
渦街流量計主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。氣體渦街流量計特點是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件，因此可靠性高，維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。氣體渦街流量計采用壓電應(yīng)力式傳感器，可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號，也有數(shù)字脈沖信號輸出，容易與計算機等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進、理想的流量儀表。
渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。
渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，但其發(fā)展迅速，目前已成為通用的一類流量計。
優(yōu)點：
- 結(jié)構(gòu)簡單牢固；
- 適用流體種類多；
- 精度較高；
- 范圍度寬；
- 壓損小。
缺點：
- 不適用于低雷諾數(shù)測量；
- 需較長直管段；
- 儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計相比)；
- 儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗。
質(zhì)量流量計
由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進行測量，目前常用的有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計。間接式質(zhì)量流量計是用密度計與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。
科里奧利質(zhì)量流量計(Coriolis Mass Flow Meter)是利用流體在振動管中流動時，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，流動工質(zhì)的溫度、壓力等運行參數(shù)不斷提高，在高溫高壓的情況下， 由于材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等方面的原因，直接式質(zhì)量流量計的應(yīng)用遇到困難，而間接式質(zhì)量流量計由于密度計受濕度和壓力適用范圍的限制，往往也不好實際應(yīng)用。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的是溫度壓力補償式質(zhì)量流量計�？砂阉醋饕环N間接式質(zhì)量流量計，不是配用密度計，而是利用溫度、壓力與密度間的關(guān)系，用溫度、壓力信號經(jīng)函數(shù)運算為密度信號，與容積流量相乘而得到質(zhì)量流量。目前溫度、壓力補償式質(zhì)量流量計雖已實用化，但當(dāng)被測介質(zhì)參數(shù)變化范圍很大或很迅速時，正確地補償將很困難或不可能，因此進一步研究在實際生產(chǎn)中適用的質(zhì)量流量計和密度計還是一個課題。
明渠流量計
與前述幾種不同，它是在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流的流量儀表。
非滿管態(tài)流動的水路稱作明渠，測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(open channel flowmeter)。
明渠流量計除圓形外，還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。
明渠流量計應(yīng)用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道。有人估計1995臺，約占流量儀表整體的1.6%，但是國內(nèi)應(yīng)用尚無估計數(shù)據(jù)。
如何選擇流量計
流量測量的安全可靠，首先是測量方式可靠，即取樣裝置運行中不會發(fā)生機械強度或電氣回路故障而引起事故；其次是測量儀表無論在正常生產(chǎn)或故障情況下都不致影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。例如，對發(fā)電廠高溫高壓主蒸汽流量的測量，其安裝于管道中的一次測量元件必須牢固，以確保在高速汽流沖刷下不發(fā)生機構(gòu)損壞。因此，一般都優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，而不選用懸臂梁式雙重喇叭管或插入式流量計等非標(biāo)準(zhǔn)測速裝置，以及結(jié)構(gòu)強度低的靶式、渦輪流量計等。燃油電廠和有可燃性氣體的場合，必須應(yīng)選用防爆型儀表。
在保證儀表安全運行的基礎(chǔ)上，力求提高儀表的準(zhǔn)確性和節(jié)能性。為此，不僅要選用滿足準(zhǔn)確度要求的顯示儀表，而且要根據(jù)被測介質(zhì)的特點選擇合理的測量方式。發(fā)電廠主蒸汽流量測量，由于其對電廠安全和經(jīng)濟性至關(guān)重要，一般都采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝量配差壓流量計，化學(xué)水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數(shù)粘性流，都不適用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件。對臟污流一般選用圓缺孔板等非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件配差壓計或超聲多普勒式流量計，而粘性流可分別采用容積式、靶式或楔形流量計等。水輪機人口水量、凝汽器循環(huán)水量及回?zé)釞C組的回?zé)嵴羝榷际谴蠊軓? 400mm以上)的流量測量參數(shù)，由于加工創(chuàng)造困難和壓損大，一般都不選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。根據(jù)被測介質(zhì)特件及測量準(zhǔn)確度要求，分別采用插入式流量計、測速元件配差壓計、超聲波流量計，或采用標(biāo)記法、模擬法等無能損方式測流量。
為保證流量計使用壽命及準(zhǔn)確性，選型時還要注意儀表的防振要求。在濕熱地區(qū)要選擇濕熱式儀表。
正確地選擇儀表的規(guī)格，也是保證儀表使用壽命和準(zhǔn)確度的重要一環(huán)。應(yīng)特別注意靜壓及耐溫的選擇。儀表的靜壓即耐壓程度，它應(yīng)稍大于被測介質(zhì)的工作壓力，一般取1。25倍，以保證不發(fā)生泄漏或意外。量程范圍的選擇，主要是儀表刻度上限的選擇。選小了，易過載，損壞儀表；選大了，有礙于測量的準(zhǔn)確性。一般選為實際運行中最大流量值的1.2~1.3倍。
安裝在生產(chǎn)管道上長期運行的接觸式儀表，還應(yīng)考慮流量測量元件所造成的能量損失。一般情況下，在同一生產(chǎn)管道中不應(yīng)選用多個壓損較大的測量元件，如節(jié)流元件等。
總之，沒有一種測量方式或流量計對各種流體及流動情況都能適應(yīng)的。不同的測量方式和結(jié)構(gòu)，要求不同的測量操作、使用方法和使用條件。每種型式都有它特有的優(yōu)缺點。因此，應(yīng)在對各種測量方式和儀表特性作全面比較的基礎(chǔ)上選擇適于生產(chǎn)要求的，既安生可靠又經(jīng)濟耐用的最佳型式。
