流体测量的基本原理和方法。

流量测量方法

名词与术语

瞬时流量：单位时间内流过管道横截面的流体量（m3/h、t/h）。

累计流量：在一段时间内流过管道横截面的流体总量（m3、t）。

流量计：用于测量管道中流量的计量器具称为流量计。

主要的质量指标

流量范围：最大与最小可测范围，该范围内误差不超过容许值。

量程和量程比：量程是最大流量与最小流量之差；量程比是最大流量与最小流量之比，又称范围度。

测量误差

基本误差：

准确度：流量计示值接近被测流量真值的能力，称为流量计的准确度。

准确度等级有：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0级。

重复性：流量计在同一工作条件下，多次重复测量，其示值一致性的程度，反映仪表随机性误差的大小。

按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;

按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。

按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。

流量计简介

流量测量方法和仪表的种类繁多。工业用的流量仪表种类达100多种。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。

本文按照目前最流行、最广泛的分类法,分别介绍各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。

序号流量计种类全球产量

百分比

1差压式流量计（孔板、文丘里）45～55％

2浮子流量计（又称玻璃转子流量计）13～16％

3容积式流量计（椭圆、腰轮、螺旋）12～14％

4涡轮流量计9～11％

5电磁流量计5～6％

6流体振荡流量计（涡街、旋进）2.2～3％

7超声流量计（时差式、多普勒）1.6～2.2％

8热式流量计2～2.5％

9科里奥利质量流量计0.9～1.2％

10其他流量计（插入式流量计1.6～2.2％

1.1差压式流量计

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。

二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。

检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。

所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。

非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。

差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。

优点:

(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;

(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

缺点:

(1)测量精度普遍偏低;

(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1;

(3)现场安装条件要求高;

(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

应用概况:

差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。

1.2 浮子流量计

浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。

80年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。我国产量1990年估计在12~14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。

特点:

(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险;

(2)适用于小管径和低流速;

(3)压力损失较低。

1.3容积式流量计

原理

结构容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。

特点(1)计量精度高;

(2)安装管道条件对计量精度没有影响;

(3)可用于高粘度液体的测量;

(4)范围度宽;

(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。

缺点:

(1)结果复杂,体积庞大;

(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;

(3)不适用于高、低温场合;

(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体;

(5)产生噪声及振动。

应用容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。

工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%~23%;我国约占20%,1990年产量(不包括家用煤气表)估计为34万台,其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。

优点:

应用概况:

1.4 涡轮流量计

涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。

一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。

涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

优点:

　(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;

　(2)重复性好;

　(3)元零点漂移,抗干扰能力好;

　(4)范围度宽;

　(5)结构紧凑。

缺点:

　(1)不能长期保持校准特性;

　(2)流体物性对流量特性有较大影响。

应用概况:

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。

1.5电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。

70、80年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计,在流量仪表中其使用量百分数不断上升。

优点:

(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;

(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;

(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;

(4)流量范围大,口径范围宽;

(5)可应用腐蚀性流体。

缺点:

(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;

(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;

(3)不能用于较高温度。

应用概况:

电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

1.6 涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。

优点:

(1)结构简单牢固;

(2)适用流体种类多;

(3)精度较高;

(4)范围度宽;

(5)压损小。

缺点:

(1)不适用于低雷诺数测量;

(2)需较长直管段;

(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);

(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

1.7 超声流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

优点:

(1)可做非接触式测量;

(2)为无流动阻挠测量,无压力损失;

(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

缺点:

(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;

(2)多普勒法测量精度不高。

应用概况:

(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;

(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

1.8 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。

我国CMF的应用起步较晚,近年已有几家制造厂(如太行仪表厂)自行开发供应市场;还有几家制造厂组建合资企业或引用国外技术生产系列仪表。

1.9明渠流量计

与前述几种不同,它是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量仪表。

非满管态流动的水路称作明渠,测量明渠中水流流量的称作明渠流量计(open channel flowmeter)。

明渠流量计除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种形状。

明渠流量计应用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流入和排放渠;工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。有人估计1995台,约占流量仪表整体的1.6%,但是国内应用尚无估计数据。

2 新工作原理流量仪表的研究和开发

2.1 静电流量计(electrostatic flowmeter)

日本东京技术学院研制适用于石油输送管线低导电液体流量测量的静电流量计。

静电流量计的金属测量管绝缘地与管系连接,测量电容器上静电荷便可知道测量管内的电荷。他们分别作了内径4~8mm铜、不锈钢等金属和塑料测量管仪表的实流试验,试验表明流量与电荷之间接近于线性。

2.2 复合效应流量仪表(combined effects meter)

该仪表的工作原理是基于流体的动量和压力作用于仪表腔体产生的变形,测量复合效应的变形求取流量。本仪表由美国GMI工程和管理学院开发,已申请两项专利。

2.3 转速表式流量传感器(tachmetric flowrate sensor)

它是由俄罗斯科学工程中心工业仪表公司开发，是基于悬浮效应理论研制的。该仪表已在若干现场成功的应用(例如在核电站安装2000余台测量热水流量，连续使用8年),且还在改进以扩大应用领域。

3 几种流量仪表应用和发展动向

3.1 科里奥利质量流量计(CMF)

国外CMF已发展30余系列，各系列开发在技术上着眼点在于:流量检测测量管结构上设计创新;提高仪表零点稳定性和精确度等性能;增加测量管挠度,提高灵敏度;改善测量管应力分布,降低疲劳损坏,加强抗振动干扰能力等。

3.2 电磁流量计(EMF)

EMF从50年代初进入工业应用以来,使用领域日益扩展,80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占16%~20%。

我国近年发展迅速,1994年销售估计为6500~7500台。国内已生产最大口径为2~6m的ENF,并有实流校验口径3m的设备能力。

3.3 涡街流量计(USF)

USF在60年代后期进入工业应用,80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占4%~6%。1992年世界范围估计销售量为3.54.8万台,同期国内产品估计在8000~9000台。

4 结论

由上述可知,流量计发展到今天虽然已日趋成熟,但其种类仍然极其繁多,至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。

每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。这就要求我们:

(1)在选择仪表时,一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况,并要兼顾考虑其它因素,这样测量才会准确;

(2)努力研制新型仪表,使其在现有的基础上更加完善。

流量相关的物性参数

在流量测量和计算中，要使用到一些流体的物理性质（流体物性），它们对流量测量的准确度及流量计的选用都有很大影响。我们对这些物性参数只作基本概念及一些简单计算式的介绍，详细数据资料需到有关手册去查询。

1．流体的密度

流体的密度由下式定义

ρ—流体密度，kg/m3；

m—流体的质量，kg；

V—流体的体积，m3。

（1） 液体的密度

压力不变时，液体密度计算式为：

ρ—温度t时液体的密度，kg/m3；

ρ20—20℃时液体的密度，kg/m3；

μ—液体的体积膨胀系数，1/℃；

t—液体的温度，℃。

温度不变时，液体密度计算式为：

ρ1—压力P1时液体的密度，kg/m3；

ρ0—压力P0时液体的密度，；kg/m3；

β—液体的体积压缩系数1/Mpa；

P0、P1——液体的压力，Mpa。

通常压力的变化对液体密度的影响很小，在5Mpa以下可以忽略不计，但是对于碳氢化合物，即使在较低压力下，亦应进行压力修正。

（2） 气体的密度

工作状态下干气体的密度计算式为：

ρ—工作状态下干气体的密度，kg/m3；

ρn—标准状态下（293.15k，101.325kPa）干气体的密度，kg/m3；

p—工作状态下气体的绝对压力，kPa；

pn—标准状态下绝对压力，101.325kPa；

T—工作状态下气体的绝对温度，K；

Tn—标准状态下绝对温度，293.15K；

Zn—标准状态下气体的压缩系数；

Z—工作状态下气体的压缩系数。

2．流体的粘度

流体本身阻滞其质点相对滑动的性质称为流体的粘性。流体粘性的大小用粘度来度量。同一流体的粘度随流体的温度和压力而变化。通常温度上升，液体的粘度下降，而气体粘度上升。液体粘度只在很高压力下才需进行压力修正，而气体的粘度与压力、温度的关系十分密切。表征流体粘度常用有如下二种：

（1）动力粘度

η——流体动力粘度，Pa?s；

τ—单位面积上的内摩擦力，Pa；

—速度梯度，1/s；

u —流体流速，m/s；

h —两流体层间距离，m。

（3）运动粘度 流体的动力粘度与其密度的比值称为运动粘度。

v——运动粘度m2/s。

3．热膨胀率

热膨胀率是指流体温度变化1?C时其体积的相对变化率，即：

β—流体的热膨胀率，1/℃；

V —流体原有体积，m3；

V—流体因温度变化膨胀的体积，m3；

T—流体温度变化值，℃。

4．压缩系数

压缩系数是指当流体温度不变，所受压力变化时，其体积的变化率，即：

k—流体的压缩系数，1/Pa；

V—压力为p时的流体体积m3；

p—压力增加?p时流体体积的变化量，m3。

5．雷诺数

雷诺数是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲量，其定义为：

V—流体的平均速度，m/s；

L—流速的特征长度，如在圆管中取管内径值，m；

ν—流体的运动粘度，m2/s。

雷诺数的大小可以判断流动的状态，一般管道雷诺数Re＜2300为层流状态，Re＝2000～4000为过渡状态，Re＞4000为湍流（紊流）状态。

希望能用上。

人物介绍

马钧，字德衡，三国时期魏国扶风（今陕西省兴平县）人，生活在东汉末年这一时期。生卒年代不详。

出身贫寒。他是中国古代的机械大师。他的不少发明创造对当时生产力的发展起了相当大的作用。因为他在传动机械方面有很深的造诣，所以当时人们对他的评价很高，称他为“天下之名巧”。马钧从小口吃，不善言谈。但是他很喜欢思索，善于动脑，同时注重实践，勤于动手，尤其喜欢钻研机械方面的问题。马钧早年生活比较贫困，长时间住在乡间，比较关心生产工具的改革，并且作出了突出贡献。

马钧少年游乐，未认识到自己的才华。当博士时，生活贫困，于是改进绫机，并因此而出名。后来，在魏朝担任给事中，同时研制机械。他虽然一生不大得志，但刻苦钻研，设计制造出多种机械。魏明帝时，见当时织机五十条经线者有五十蹑（脚踏操纵板），六十条经线者六十蹑，便将织机一律改为十二蹑，大大提高了功效。在洛阳时，又发明了排灌水车，名叫“翻车”，它利用人力可以将水由低处提到高处。他还研究制造出指南车，改进了诸葛亮的连弩，改进了攻城用的发石车。他制造的“水转百戏”以水为动力，以机械木轮为传动装置，使木偶可以自动表演，构思十分巧妙。

生平记事

马钧，魏给事省中。少而游豫，不自知其为巧也。当此之时，言不及巧，焉可以言知乎？

为博士居贫，乃思绫机之变，不言而世人知其巧矣。钧为给事中，与常侍高堂隆、骁骑将军秦朗争论於朝，言及指南车，二子谓古无指南车，记言之虚也。於是二子遂以白明帝，诏钧作之，而指南车成。钧见诸葛亮连弩，曰：‘巧则巧矣，未尽善也。’言作之可令加五倍。又患发石车，有裴秀者，上国之士也，精通见理，闻而哂之。乃难钧，钧口屈不对。裴子自以为难得其要，言之不已。傅玄驳之。安乡侯曹羲与秀同，后服钧，告武安侯曹爽，武安侯忽之，不果试也。 人物影响 新式织绫机

绫是一种表面光洁的提花丝织品。中国是世界上生产丝织品最早的国家。可那时所以生产效率还很低。中国劳动人民才在生产实践中逐步发明了简单的织绫机。这种织绫机有一百二十个蹑（踏具），人们用脚踏蹑管理它，织一匹花绫得用两个月左右的时间。后来，这种织绫机虽经多次简化。可到三国时，仍然是五十根经线的织绫机五十蹑，六十根经线的织统机六十蹑，非常笨拙。马钧看到工人在这种织绫机上操作，累得满身流汗，生产效率很低，就下决心改良这种织绫机，以减轻工人的劳动。于是，他深入到生产过程中，对旧式织绫机进行了认真研究，重新设计了一种新式织绫机。新织绫机简化了踏具，改造了桄运动机件（即开口运动机件）。原来的织绫机五十根经线的五十蹑，六十根经线的六十蹑，综控制着经线的分组、上下开合，以便梭子来回穿织；蹑是踏具。马钧统统将其改成十二蹑。经过这样一改进，新织绫机不仅更精致，更简单适用，而且生产效率也比原来的提高了四、五倍，织出的提花绫锦，花纹图案奇特，花型变化多端，受到了广大丝织工人的欢迎。新织绫机的诞生，是马钧一生中最早的贡献，它大大加快了中国古代丝织工业的发展速度，并为中国家庭手工业织布机奠定了基础。

指南车

指南车是一种辨别方向的工具。我们的祖先很早就创造了指南车。据中国古史上传说，4000多年前，黄帝和蚩尤作战，蚩尤为使自己的军队不被打败，便作雾气，使黄帝的军队迷失了方向。后来，黄帝制造 了

指南车

靠指南车辨别了方向，终于打败了蚩尤。又传说3000年前，远方的越裳氏（在今越南）派使臣到周朝，迷失了回去的路线，周公遂制造指南车相赠，以作为指向工具。这些故事，虽然是传说，特别是蚩尤作雾，更是一种神话，但是中国指南车的发明，实在是极为久远的事情。东汉时期，伟大的科学家张衡就曾利用纯机械的结构，创造了指南车，可惜张衡造指南车的方法失传了。

到三国时期，人们只从传说上了解到指南车，但谁也没见过指南车是啥模样。当时，在魏国作给事中官的马钧对传说中的指南车极有兴趣，决心要把它重造出来。然而，一些思想保守的人知道马钧的决心后，都持怀疑态度，不相信马钧能造出指南车。有一天，在魏明帝面前，一些官员就指南车和马钧展开了激烈的争论。散骑常侍高堂隆说："古代据说有指南车，但文献不足，不足为凭，只不过随便说说罢了。"骁骑将军秦朗也随声附和道："古代传说不大可信，孔夫子对三代以上的事，也是不大相信的，恐怕不能有什么指南车。"马钧说；"愚见以为，指南车以往很可能是有过的，问题在于后人对它没有认真钻研，就原理方面看，造指南车还不是什么很了不起的事。"高堂隆听后轻视地冷冷一笑。秦朗则更是摇头不已，他嘲讽马钧说："你先生名钧，字德衡，钧是器具的模型，衡能决定物品的轻重，如果轻重都没有一定的标准，就可以作模型吗？"马钧道："空口争论，又有何用？咱们试制一下，自有分晓。"随后，他们一起去见魏明帝（曹睿），明帝遂令马钧制造指南车。马钧在没有资料，没有模型的情况下，苦钻苦研，反复实验，没过多久，终于运用差动齿轮的构造原理，制成了指南车。事实胜于雄辩，马钧用实际成就，胜利地结束了这一场争论。马钧制成的指南车，在战火纷飞、硝烟弥漫的战场上，不管战车如何的翻动，车上木人的手指始终指南，引起了满朝大臣的敬佩，从此，"天下服其巧也"。这充分表现了马钧肯刻苦钻研，敢想、敢说、敢做的精神。

龙骨水车

在以前中国许多地区都广泛使用着一种龙骨水车。也叫翻车。它应用齿轮的

原理使其汲水，很是好用。中国应用水车有着悠久的历史。大约在东汉时期，翻车就出现了，据古籍记载，东汉末年有个叫毕岚的人曾有翻车的制造，但那时的翻车还比较粗糙，大抵应该说是中国乡村历代通用的龙骨水车的前身。直到三国时期，机械发明家马钧重新发明创造了一种新式翻车，才使得翻车广泛推广应用，从而形成了从东汉到三国翻车的正式产生。

据《后汉书·张让传》记载，东汉中平三年（公元186年），毕岚曾制造翻车，用于取河水洒路。马钧在京城洛阳任职时，城内有地，可辟为园。为了能灌溉，他制造了翻车（即龙骨水车）。清代麟庆所著的《河工器具图说》记载了翻车的构造：车身用三块板拼成矩形长槽，槽两端各架一链轮，以龙骨叶板作链条，穿过长槽；车身斜置在水边，下链轮和长槽的一部分浸入水中，在岸上的链轮为主动轮；主动轮的轴较长，两端各带拐木四根；人靠在架上，踏动拐木，驱动上链轮，叶板沿槽刮水上升，到槽端将水排出，再沿长槽上方返回水中。如此循环，连续把水送到岸上。马钧所制的翻车，轻快省力，可让儿童运转，“其巧百倍于常”，即比当时其他提水工具强好多倍，因此，受到社会上的欢迎，被广泛应用。直到20世纪，中国有些地区仍使用翻车提水。

马钧当时在魏国作一个小官，经常住在京城洛阳，当时在洛阳城里，有一大块坡地非常适合种蔬菜，老百姓很想把这块土地开辟成菜园，可惜因无法引水浇地，一直空闲着。马钧看到后，就下决心要解决灌溉上的困难。于是他又在机械上动脑筋。经过反复研究、试验，他终于创造出一种翻车，把河里的水引上了土坡，实现了老百姓的多年愿望。马钧创适的这种翻车，"其巧百倍于常"，用时极其轻便，连小孩也能转动。它不但能提水，而且还能在雨涝的时候向外排水。可见进步之多，功效之高。这种翻车，是当时世界上最先进的生产工具之一，从那时起，一直被中国乡村历代所沿用，直至实现电动机械提水以前，它一直发挥着巨大的作用。

水转百戏

马钧在传动机械方面的研究，造诣是很深的，成绩也是极其卓著的。"水转百戏"的研制成功，足以说明这

一点。 一次，有人进献给魏明帝一种木偶百戏，造型相当精美，可那些木偶只能摆在那里，不能动作，明帝觉得很遗憾。明帝问马钧："你能使这些木偶活动吗？"马钧肯定地回答道："能！"明帝遂命马钧加以改造。没有多久，马钧则成功地创造了"水转百戏"。他用木头制成原动轮，以水力推动，使其旋转，通过传动机构。这样，上层的所有陈设的木人都动起来了。有的击鼓，有的吹萧，有的跳舞，有的耍剑，有的骑马，有的在绳上倒立，还有百官行署，真是变化无穷。并且这些木人出入自由，动作极其复杂，巧妙程度使原来的百戏木偶无法比拟。"水转百戏"的研制成功，在中国古代木偶艺术中，应该说是非常卓越的创造。它虽然是供封建统治者玩乐的东西，但从另一方面看，马钧已能熟练掌握和巧妙利用水利和机械方面传动的原理。 军事发明

由于马钧掌握了军事原理，因而他在军事上兵器制造方面也有不少发明创造。从历史文献当中可以证明，他在兵器学方面的精深研究，足以和同时代的军事学家诸葛亮相比。

那时候，魏国和蜀国经常打仗。蜀国大军事家诸葛亮在出师北伐时，曾发明了一种可以把箭接连发射出去的连发射远器--连弩。它每次可发数十箭，威力很大。魏军在战场上拣到，颇感惊奇。当时已经年老的马钧看到连弩后，认为这种兵器很好，说："巧是很巧了，但还有不到的地方，如再改进一下，威力还可增加五倍。"于是，他便将连弩进行了改进，果然效果甚佳。功效可提高五倍。

汉末时官渡之战，曹操曾使用“发石车”攻击袁绍的阵地，但只能单发，效率不高。马钧担心敌方在城楼上挂起湿牛皮，就能挡住发石车抛出的石头。马钧在原来作战用的发石车的基础上，重新设计出了一种新式的攻城武器——轮转式发石车。原来的发石车，象个大天平，一头挂着一个斗，斗里装满大小石头，另一头挂着许多根绳子，作战时，兵士们一齐用力拉绳子这头，装石头那头就飞快地翘起来，这样，石头就被抛出去打击敌人。这种发石车缺点很多，每发射一次，都要花费一些时间，而且效果不大。马钧设计的新式轮转式发石车，则克服了这些缺点。它是利用一个木轮子，把石头挂在木轮上，这样，装上机械带动轮子飞快地转动，就可以把大石头接连不断地发射出去，使敌方来不及防御。马钧曾用车轮子来做试验，可以连续把几十块砖瓦射出几百步远（一步约合1.45米），这在当时说来，威力是相当大的。

然而，这种设计却遭到地图学家裴秀的讥笑和发难，但得到文学家傅玄的理解和支持。傅玄对安乡侯曹羲说，马先生要制造的是国家之精器、军队之要用，只要费一点木材，用两个人，就能制造，不妨试验一下，免得埋没有用的东西。曹羲接受了这个建议，并把情况转告给武安侯曹爽。但曹爽未予理睬。对此，傅玄感慨地说，试验一下，本来是极易办到的事，马先生是有名的巧人，尚且不受重视，何况那些怀才的无名之辈呢？

马钧善于巧思，注重实践，对技术问题有自信心，但不擅长辞令。

马钧在手工业、农业、军事等方面有很多发明创造，是三国时代最优秀的机械制造家，就是在中国古代几千年的历史当中，也不多见，堪称一代机械大师，当时，有位叫傅玄的文学家曾称赞他说："马先生，天下之名巧也。"但由于封建统治阶级腐败没落，马钩的许多发明创造没有得到重视。他的一生，从少年到老年，一直不得志，虽然他曾作过给事中官，但他的工作仍然受到阻挠和蔑视，技巧一直未得到顺利发展的机会。尽管文学家傅玄曾几次在魏国贵族安乡侯曹义、武安侯曹爽那里推荐他，也还是没有受到重视。傅玄对此感慨颇深地说："马先生的巧，虽古时的公输般（鲁班）、墨翟，以及汉代的张衡，也比不过，但公输般和墨翟都能见用于时，张衡和马钧的一生却不能发挥其长，真是最可痛心的事。"傅玄的话道出了在封建社会里多少发明家被埋没了的事实。

马钧对中国的贡献，虽然没有被封建贵族所重视，但他的发明创造却得到了广大劳动人民的欢迎，一千多年来，他的功绩和美名一直被劳动人民所传颂。

马钧传

原文马先生钧，字德衡，天下之名巧也。少而游豫，不自知其为巧也。当此之时，言不及巧，焉可以言知乎？

译文马钧先生，字德衡，是天下闻名的技术高超的人。他年轻时过着游乐的生活，自己不知道有技术。在这时候，他从不对人家谈到技术，又怎么谈得上有人知道他呢？

原文为博士，居贫，乃思绫机之变，不言而世人知其巧矣。旧绫机五十综者五十蹑，六十综者六十蹑，先生患其丧功费日，乃皆易以十二蹑。其奇文异变因感而作者，犹自然之成形，阴阳之无穷。此轮扁之对，不可以言言者，又焉可以言校也？

译文他当了博士，生活贫困，就想改进织绫机，不用说什么人们就知道他技术巧妙了。旧式的织绫机，五十综（综：织绫机上经线的分组）的用五十个蹑（蹑：织绫机上的踏具），六十综的用六十个蹑，马先生认为这样的设计费力费时，于是他改进机械，全都改用十二个蹑。改进以后，可以随心所欲织出各种奇妙的花纹，织成后看上去象是天然形成的一样，又象阴阳二气反复变化无穷。这正象制造轮子的工人（轮扁：古代制造轮子的工人）回答别人的询问：那巧妙的地方是没法用言语说明的，又怎么能用言语去检验它呢？

原文先生为给事中，与常侍高堂隆、骁骑将军秦朗争论于朝，言及指南车。二子谓古无指南车，记言之虚也。先生曰：“古有之。未之思耳，夫何远之有？”二子晒之曰：“先生名钧，字德衡，钧者器之模，而衡者所以定物主轻重，轻重无准而莫不模哉！”先生曰：“虚争空言，不如试之易效也。”于是二子遂以白明帝，诏先生作之，而指南车成。此一异也，又不可以言者也。从是，天下服其巧矣。

译文先生任给事中官职时，有一次，和散骑常侍高堂隆、骁骑将军秦朗在朝廷上争论关于指南车的事。他两个说，古代根本没有指南车，记载上的说法是虚假的。先生说：“古代是有指南车的。我们没有去想到它罢了，哪是什么遥远的事呢！”两人嘲笑他说：“先生大名是钧，大号是德衡。‘钧’是陶器的模具，‘衡’是定东西轻重的，你现在这个‘衡’定不出轻重，还想做得出模具来吗！”。先生说：“讲空话，瞎争论，还不如试一试可以见效。”于是两人把这事报告明帝，明帝下令要先生把它制作出来，后来，他就把指南车造成了。这是一件奇妙的事情，又是没法用言语说清楚的。从此之后，天下人都佩服他的技术高明了。

原文居京师，都城内有地可以为园，患无水以溉。先生乃作翻车，令童儿转之，而灌水自覆，更入更出，其功百倍于常。此二异也。

译文他住在京师，城里有地可以种植菜蔬，但愁的是近旁没有水可以灌溉。先生就制作了翻车，叫年轻人（童儿：年轻人）转动它，汲来的可以自行倒出流到地里，翻车里外转动，效率大大超过平常水车。这是第二件奇妙的事情。

原文其后有人上百戏者，能设而不能动也。帝以问先生：“可动否？”对曰：“可动。”帝曰：“其巧可益否？”对曰：“可益。”受诏作之。以大木雕构，使其形若轮，平地施之，潜以水发焉。设为女乐舞象，至令木人击鼓吹箫；作山岳，使木人跳丸、掷剑，缘垣、倒立，出入自在，百官行署，春磨、斗鸡，变化百端。此三异也。

译文后来有人进贡一套杂技模型，只能作摆设不能活动。皇帝问先生：“你能使得它们动起来吗？”回答说：“可以活动。”皇帝说：“可以做得更巧妙些吗？”回答说：“可以更好。”于是他就接受皇命制作了。他用大木头又雕又削，做成轮子的形状，放在地上，下面设机关用水里发动。上面制作了女子奏乐舞蹈的偶像，还有木偶打鼓、吹箫、叠罗汉，还可以使木偶丢木球、掷剑、走绳索、翻筋斗，动作灵活，还有木偶坐堂审案，舂米磨面、斗鸡等各种各样的动作。这是第三件奇妙的制作。

原文先生见诸葛亮连弩，曰：“巧则巧矣，未尽善也”言作之可令加五倍。又患发石车，敌人于楼边悬湿牛皮，中之则堕，石不能连属而至。欲作一轮，悬大石数十，以机鼓轮，为常则以断悬石，飞击敌城，使首尾电至。尝试以车轮悬瓴甓数十，飞之数百步矣。

译文先生看到诸葛亮设计的连弩，说：“这东西巧是很巧，但还不顶完善。”他说，他可以做出一种连弩，发箭的效率能增加五倍。又认为发石车效果差，如果敌人在城楼边挂起湿牛皮，发过去的石子碰上牛皮就滑落下来，发石车又不能连续发射。他想制作一种轮子，挂上几十块大石头，用机械转动轮子，轮上悬石的绳子按一定节奏断掉，石子抛射到敌人城楼，可以迅速地接连抛射。他曾经试验用个车轮挂上几十块砖头瓦块，可以抛射到几百步远的地方去。

原文有裴子者，上国之士也，精通见理，闻而哂之。乃难先生，先生口屈不能对，裴子自以为难得其要，言之不已。傅子谓裴子曰：“子所长者言也，所短者巧也。马氏所长者巧也，所短者言也。以子所长，击彼所短，则不得不屈；以子所短，难彼所长，则必有所不解者矣。夫巧者，天下之微事也，有所不解而难之不已，其相击刺，必已远矣。心乖于内，口屈于外，此马氏之所以不对也。”

译文有位裴先生，是京师的著名人士，见识精深，听到先生的事情，就讥笑他。他去到先生那里和先生辩论，先生被他说得没法应对。裴先生自以为击中先生要害，不停地滔滔议论。傅先生对裴先生说：“您的长处是会讲话，短处是没有巧思。马先生的长处是有巧思，短处是不会讲话。用您的长处，攻他的短处，当然他不能不屈服了；但如果用你的短处，去较量他的长处，那您一定有许多不理解的地方。机巧之类，是天下极微妙精深的事情，您并不理解还要不停攻击，那攻击的内容，一定离题万里了。他内心并不同意您，但嘴上又说不过，这就是马先生不再应对你的责难的原因了。

原文傅子见安乡侯，言及裴子之论，安乡侯又与裴子同。傅子曰：“圣人具体备物，取人不以一揆也。有以神取之者，有以言取之者，有以事取之者。有以神取之者，不言而诚心先达，德行颜渊之伦是也。以言取之者，以变辩是非，言语宰我、子贡是也。以事取之者，着政事冉有、季路，文学子游、子夏。旦圣人之明尽物，如有所用，必有所试。然则试冉、季以政，试游、夏以学矣。游、夏犹然，况自此而降者乎？何者？悬言物理，不可以言尽也；施之于事，言之难尽，而试之易知也。今若马氏所欲作者，国之精器、军之要用也。费十寻之木，劳二人之力，不经时而是非定。难试易验之事，而轻以言抑人异能，此犹以己智任天下之事，不易其道以御难尽之物，此所以多废也。马氏所作，因变而得，是则初所言者不皆是矣。其不皆是，因不用之，是不世之巧无由出也。夫同情者相妒，同事者相害，中人所不能免也。故君子不以人害人，必以考试为衡石，废衡石而不用，此美玉所以见诬为石，荆和所以抱璞而哭之也。

译文傅先生去见安乡侯，谈到裴先生和马先生说的一套话，安乡侯的看法和裴先生一样。傅先生说：“圣人一身之中，具有各种才能德行，他选取人才并不局限于一个方面。有的以品德方面选取，有的从口才方面选取，有的从能力方面选取。从品德方面选取的人，不听他的言论就能看出他的诚心诚意，象德行类的颜渊等人就是。从口才方面选取的，能明辨是非、有机变，言语类的宰我、子贡等人就是。从能力方面选取的，如政治上有能力的冉有、季路，文学上有能力的子游、子夏。即使圣人有理解一切的明智，但要选用人材，就一定要先加以考验。因此，他就考验了冉有、季路的政治才能，考验了子游、子夏的文学才能。对这些人尚且如此，何况不如他们的人呢！为什么这样？空谈理论，有很多事情是无法讲得清楚的，如果加以实践，讲不清楚的地方，一考验就容易得到证明了。马先生所要制作的，是国家精密的器械，军事上重要的战具，化费十丈木材，用去两个人的劳力，不需多少时间，就可知道是错是对。去责难那种很容易考验出结果的事情，随便用言语去压抑别人的才能，这犹如用自己的老一套去做天下的事，用不变的方法看待层出不穷的新事物，事情当然就办不好了。马先生所制作的，都是创新的东西，因此他开头的所说所为，不会马上就正确，为了他有时会有错误，就不去支持他、任用他，那末杰出的奇才就无从产生了。同时爱一个人的人们相互妒忌，同类工作的人互相诽谤，一般人都不能避免。所以君子不因为个人的私心去伤害别人的事业，一定要以实际考验来作标准。丢开实际考验这个标准不用，这就是为什么明明是块美玉为什么会被诬说是石头，卞和要抱着玉璞痛哭了。

原文于是安乡侯悟，遂言之武安侯；武安侯忽之，不果试也。又马氏之巧名已定，此既易试之事，犹忽而不察，况幽深之才，无名之璞乎？后之君子，其鉴之哉！

译文安乡侯听了，就明白了，他就把这享告诉了武安侯。武安侯并不重视，也不去考验马先生的制作。马先生的特异才能已经为大众公认。这种很容易考验效果的事情，还忽略而不去考查，何况那些被埋没的人才，不出名的玉璞呢？后世的君子，要以此作为教训啊！

原文马先生之巧，虽古公输般、墨翟、王尔，近汉世张平子，不能过也。公输般、墨翟皆见用于时，乃有益于世。平子虽为侍中，吗先生虽给事省中，俱不典工官，巧无益于世，用人不当其才，闻贤不试以事，良可恨也。

译文马先生技术的巧妙，就是古代的公输般、墨翟、王尔，近代汉朝的张衡，都不能超过他。公输般、墨翟都在当时受过重用，所以他们的技术对国家有用处。张衡虽做侍中，马先生虽做给事中，但他们的官职都不是工程一类的，技术的巧妙不能贡献给国家。用人不用他的专门才能，知道有才能又不让他去实践，这实在是可惜之至了。

原文裴子者，裴秀。安乡侯者，曹羲也。武乡侯者，曹爽也。

译文裴先生，是裴秀。安乡侯，就是曹羲。武乡侯，就是曹爽。

《马钧传》，选自裴松之注《三国志-杜夔传》的注文。傅玄（217-278），字休奕，泥阳（今陕西耀县东南）人，三国魏末到晋初时的思想家。曾撰又《傅子》一书，现已失传。《马钧传》所记述的马钧，是三国时魏国人，中国古代有名的科学家，擅长发明创造和革新机械。