為提高科氏流量計的精度，對科氏流量計的精度與科氏傳感器的應(yīng)力進行了研究。從科氏流量計的原理及結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了應(yīng)力與零點穩(wěn)定度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)各種不平衡的殘余應(yīng)力給科氏傳感器的零點穩(wěn)定性帶來了嚴重影響。采用熱時效、振動時效兩種方法對兩臺標定不合格的傳感器分別進行處理，將兩臺流量計的精度均從 1 級提高到了 0． 1 級。焊縫的應(yīng)力檢測及傳感器標定結(jié)果表明，處理后的焊縫殘余應(yīng)力得到降低與均化，科氏傳感器的零點穩(wěn)定度及精度得到顯著提高。將該方法推廣到大量的科氏傳感器上，得到了非常好的應(yīng)用效果。該方法既提高了科氏流量計的精度，又縮短了生產(chǎn)交貨周期，大大提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。該方法同樣適用于提升具有復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)的傳感器的穩(wěn)定度及精度。

1、科氏流量計工作原理及組成：
  科氏流量計是基于科里奧利原理的質(zhì)量流量測量儀表，由傳感器和變送器兩部分組成?？剖狭髁坑嫷慕Y(jié)構(gòu)與原理如圖 1 所示。

圖 1 科氏流量計結(jié)構(gòu)圖與原理圖
  傳感器主要由支架、振管、激振元件、檢測元件、鉑電阻組成。兩根振管在激振元件作用下繞 X 軸沿相反方向振動，當振管中有流體流過時，振管中進、出口段的流體受到相反的科氏力的作用，科氏力反作用于振管，使振管發(fā)生繞 Y 軸的扭轉(zhuǎn)振動。安裝在振管兩側(cè)的檢測元件檢測到相位不同的兩組信號，這兩組信號的時間差( 或相位差) 與流經(jīng)傳感器的流體的質(zhì)量流量成正比; 振管繞 X 軸振動的頻率隨流體密度的變化而變化，由此可計算出流體的質(zhì)量流量和密度。安裝在振管上的鉑電阻可間接測量流體的溫度，據(jù)此可對流體的流量和密度進行修正。變送器由振管一側(cè)的信號檢測器、放大電路、電磁驅(qū)動器等共同構(gòu)成一個正反饋回路，以維持傳感器系統(tǒng)的振動。

2、應(yīng)力與零點穩(wěn)定度：
  科氏流量計的流量由傳感器進出口段的檢測信號的時間差或相位差與零點的差值計算得到。在零流量時，對流量計作零校準，得到流量計的零點; 而在零校準之后，盡管流量計內(nèi)介質(zhì)是靜止的，但零點仍在變化，流量計仍顯示瞬時質(zhì)量流量，且隨著時間和溫度的變化而波動。波動的幅度越小，說明流量計的零點越穩(wěn)定，零點波動對流量計計量誤差的影響就越小，流量計的性能也越穩(wěn)定。通常用零點穩(wěn)定度反映零點波動的幅度。
  科氏流量計的零點由變送器和傳感器兩部分的零點組成。變送器的零點漂移主要是由于電子元件因溫度、時間變化產(chǎn)生漂移而造成的。傳感器因介質(zhì)溫度、壓力及密度變化和不良安裝引起的安裝狀態(tài)變化導(dǎo)致振管應(yīng)力變化，進而產(chǎn)生零點漂移。該漂移是構(gòu)成流量計零點漂移的主要成分。這些因使用過程中的外部因素導(dǎo)致的零點漂移，可以通過重新零校準降至較低［8 － 9］，但前提是流量計在穩(wěn)定的性能參數(shù)、安裝及外部條件下，自身的零點穩(wěn)定度很高。
  零點穩(wěn)定度是科氏流量計的一個非常重要的性能指標。不同廠家的產(chǎn)品，其零點穩(wěn)定度指標各不相同。因此，看似標稱精度相同的流量計，實際的流量誤差并不相同。不同產(chǎn)品在長期使用或不同工況下的誤差表現(xiàn)更是千差萬別。因此，對科氏流量計的不穩(wěn)定因素的研究發(fā)現(xiàn)，提高零點穩(wěn)定度是提高科氏流量計計量精度的***重要的途徑之一。
  傳感器自身的零點穩(wěn)定度，在傳感器出廠時就已基本確定，對設(shè)計制造過程中的各種與零點穩(wěn)定度有關(guān)因素的恰當設(shè)計、選材與工藝處理是保證傳感器零點穩(wěn)定度的關(guān)鍵。
  制造過程會產(chǎn)生機械加工應(yīng)力、裝配應(yīng)力、焊接應(yīng)力等各種應(yīng)力。在制造完成后，內(nèi)部殘余的不平衡或不穩(wěn)定的應(yīng)力隨著外界因素及時間而緩慢變化，造成傳感器零點的長期不規(guī)則波動，必須采取措施快速完成這個過程，否則將嚴重降低流量計的精度與量程范圍，影響產(chǎn)品的按時交付。

3、殘余應(yīng)力穩(wěn)定化處理：
3.1、熱時效處理：
  對 2 臺次標定精度為 1 級的傳感器進行試驗研究。1 號傳感器次與變送器配標，標定前后的零點變化較大，***大誤差為 0． 62% 。1 號傳感器熱時效前標定結(jié)果如表 1 所示。

表 1 1 號傳感器熱時效前標定結(jié)果
  對該傳感器進行熱時效處理，即按照特定的工藝曲線進行真空加熱。1 號傳感器熱時效前后應(yīng)力檢測結(jié)果如圖 2 所示。

圖 2 1 號傳感器熱時效前后應(yīng)力檢測結(jié)果圖
  處理前，利用無損檢測 X 射線應(yīng)力檢測方法，對其振管與支架結(jié)合部的焊縫應(yīng)力進行垂直檢測，檢測點1 ～ 5與檢測點 6 ～ 8 分別位于同一根振管的進口處與出口處，檢測點 2、7 位于焊縫中心，檢測點 1、3、6、8位于焊縫邊緣處，檢測點 4、5 位于距焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)約 3 mm 處。
  熱時效處理后再次標定，標定前后的零點幾乎沒有變化，***大誤差由之前的 0． 62% 降到了 0． 1% 。1 號傳感器熱時效后標定結(jié)果結(jié)果如表 2 所示。

表2  1號傳感器熱時效后標定結(jié)果
3. 2、振動時效處理：
   2號傳感器次與變送器配標，標定前后的零點漂移較大，***大誤差為0. 826%。2號傳感器振動時效前標定結(jié)果結(jié)果如表3所示。

表3  2號傳感器振動時效前標定結(jié)果
    對2號傳感器進行振動時效處理，即將傳感器置于振動臺上，按照特定的振動時效工藝對其進行振動時效檢測。傳統(tǒng)的方法是將傳感器與變送器連接通電，使傳感器在其工作頻率下振動，用時約2天至2個月，甚至更長。處理前后分別對其振管與支架結(jié)合部位的焊縫進行應(yīng)力檢測，檢測點位置與1號傳感器相對應(yīng)。2號傳感器熱時效前后應(yīng)力檢測結(jié)果如圖3所示。

圖3  2號傳感器熱時效前后應(yīng)力檢測結(jié)果圖

表 4 2 號傳感器振動時效后標定結(jié)果
  采用同樣的方法，對另外幾臺傳感器也進行了處理。應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)表明，焊縫的殘余應(yīng)力峰值下降，結(jié)構(gòu)應(yīng)力得到均化。振動時效對提高大型焊接結(jié)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性也十分有效［9］。標定結(jié)果表明，傳感器的零點穩(wěn)定度明顯得到改善，計量精度大幅提高。