一、 科氏力質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

科氏力質(zhì)量流量計(jì)是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對(duì)振動(dòng)管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測(cè)量為目的的質(zhì)量流量計(jì)。一般由傳感器和變送器組成。

圖一 
 
圖二

　　如圖一所示。當(dāng)質(zhì)量為δm的流體質(zhì)點(diǎn)，以速度V沿管道AB運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，管道AB又以A點(diǎn)為圓心以角速度Ω轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)該質(zhì)點(diǎn)做上述復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任意一點(diǎn)M處，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)加速度分量：向心加速度ar, 方向指向A點(diǎn)；科氏加速度ak,方向向上，量值為2ΩV。為使流體質(zhì)點(diǎn)具有科氏加速度，需要在ak 方向施加一個(gè)大小等于2ΩVδm的力，這個(gè)力來(lái)自管道，而流體質(zhì)點(diǎn)反作用于管道上的力就是科氏力Fc，方向如圖所示。
Fc=2ΩVδm 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)
如圖二所示，若流體密度為ρ，以速度V沿管道AB流動(dòng)，設(shè)管道橫截面積為S，則任一段長(zhǎng)度為△X管道上的科氏力△Fc為：
Fc= -△mak 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
式中△m為長(zhǎng)度△X管道中的流體質(zhì)量。△m=ρS△X
△Fc=-2ρS△X(Ω×V) 　　　　　　　　　　　　　(3)
由于上述管道中的流體，其Ω與V的夾角為90oC，質(zhì)量流量qm=ρSV,
有： qm=△Fc/2Ω△X 　　　　　　　　　　　　　　　 (4)
從式(4)中可以看出，測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流體的科氏力就可以直接測(cè)得質(zhì)量流量。在實(shí)際應(yīng)用中使測(cè)量管道做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，用振動(dòng)的方式代替旋轉(zhuǎn)的方式，利用電磁或光電的檢測(cè)器檢測(cè)科氏力對(duì)振動(dòng)的影響從而測(cè)得管道中的質(zhì)量流量。
按照傳感器測(cè)量管的形狀，質(zhì)量流量計(jì)分為直管型和彎管型兩大類。直管型一般尺寸較小，不易積氣，易于清洗，但由于其振動(dòng)系統(tǒng)剛度大，諧振頻率高，相位差小，電信號(hào)處理較困難。為了降低諧振頻率，管壁必須較薄，而較薄的管壁會(huì)使耐磨性和抗腐蝕性變差。彎管型的振動(dòng)系統(tǒng)剛度較低，電信號(hào)容易處理，可選用較厚的測(cè)量管壁，其耐磨性和抗腐蝕性較好，但由于形狀復(fù)雜，容易積存殘?jiān)蜌怏w，引起誤差，結(jié)構(gòu)尺寸也較大。
從式(4)中還可以看出，質(zhì)量流量并不受壓力的影響，只同測(cè)量管的幾何形狀和測(cè)量系統(tǒng)的振蕩特性有關(guān)。但實(shí)際上，工作壓力的變化會(huì)引起測(cè)量管幾何尺寸的改變并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的振蕩特性產(chǎn)生影響，從而引起測(cè)量誤差。為了實(shí)際證明這一點(diǎn)，我們采用實(shí)驗(yàn)的方法分析工作壓力的變化對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響。

二、 工作壓力對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響

利用可調(diào)節(jié)工作壓力的靜態(tài)稱量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在不同壓力下對(duì)同一臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行測(cè)試，從而得到壓力對(duì)流量計(jì)精度的影響值。實(shí)驗(yàn)選用國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的一型彎管型和一型直管型流量計(jì)作為被測(cè)對(duì)象，所用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是通過標(biāo)定的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)步驟依照J(rèn)JG897-95《質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程》進(jìn)行，并參考了ISO 10790的有關(guān)要求。
1.實(shí)驗(yàn)方法 按照正常的檢定操作安裝好流量計(jì)，設(shè)定好檢定壓力，在進(jìn)行完系統(tǒng)預(yù)熱，調(diào)整流量計(jì)的零點(diǎn)后。進(jìn)行檢定操作，完成一次檢定過程后，重新設(shè)定檢定壓力，在新的檢定壓力下再次進(jìn)行檢定操作，直到完成全部實(shí)驗(yàn)壓力點(diǎn)的測(cè)試。在全部實(shí)驗(yàn)過程中，不對(duì)流量計(jì)的設(shè)置做改動(dòng)。
2.彎管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 
表1為對(duì)一臺(tái)DS300流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)試數(shù)據(jù) 
依照流量值對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算在各流量點(diǎn)下的流量計(jì)的誤差變化得到表2-5。

　表1 DS300型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)試數(shù)據(jù)表

　　3.直管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表6為一臺(tái)63FS80流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)試數(shù)據(jù)
同樣依照流量值對(duì)表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算在各流量點(diǎn)下的流量計(jì)的誤差變化得到表7-9。
從表2-5中可以發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的實(shí)際工作壓力每升高0.1Mpa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生-0.12～-0.17%的附加誤差。即當(dāng)工作壓力高于檢定壓力時(shí)，每高出0.1Mpa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生約為-0.15%的附加誤差，而當(dāng)工作壓力低于檢定壓力時(shí)。每低0.1Mpa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生約為+0.15%的附加誤差。此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同該儀表的制造商公布的數(shù)據(jù)(-0.13%/0.1Mpa)基本一致。

表6 63FS80型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)試數(shù)據(jù)表

表9 當(dāng)流量為100t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表

　　從表7～9可以發(fā)現(xiàn)，流量計(jì)實(shí)際工作壓力的變化會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，其變化值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流量計(jì)的標(biāo)稱精度，并且這種變化沒有規(guī)律。工作壓力每變化0.1Mpa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生-2.55～+1.18%的附加誤差。因此這種型號(hào)的流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中是不能接受的。

三、 解決壓力影響的方法

應(yīng)該指出的是，我們此次實(shí)驗(yàn)選用的流量計(jì)，是受壓力影響較大型號(hào)的流量計(jì)，對(duì)其它型號(hào)的，特別是DN50口徑以下的流量計(jì)受壓力影響較小。為了避免實(shí)際應(yīng)用中壓力變化對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響，可以采取以下方法：
1.在選型時(shí)盡量選用受壓力變化影響小的質(zhì)量流量計(jì)；
2.對(duì)流量計(jì)進(jìn)行在線檢定；在不具備在線檢定條件時(shí)，也應(yīng)使流量計(jì)在工作壓力下進(jìn)行離線檢定；
3.對(duì)一些受壓力影響所產(chǎn)生附加誤差的變化較穩(wěn)定的流量計(jì)，可采用安裝壓力變送器的方法以軟件的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓力補(bǔ)償計(jì)算。