由于 U 型管的兩臂中流動(dòng)方向相反，受到的科里奧利力方向也相反，于是會(huì)形成一對(duì)力矩 T 作用于 U 型管上，使 U 型管產(chǎn)生扭曲變形，設(shè) U 型管的彎曲半徑為 Ｒ，總長(zhǎng)度為 L，則力矩 T = 4ＲωqmL，在該力矩的作用下，U型管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角為 θ0 ，由于 θ0 角一般很小，故有 qm  = Ksθ /4LＲω，式中，KS 為 U 型管的扭轉(zhuǎn)彈性模量，在微小變形中 KS 為一常數(shù)，即質(zhì)量流量與檢測(cè)管扭轉(zhuǎn)角 θ 成正比。
  在 U 型管兩側(cè)的振動(dòng)中心設(shè)置傳感器 A 和傳感器 B，則傳感器 A 和傳感器 B 檢測(cè)到的信號(hào)將存在一個(gè)相位差φ，在一定時(shí)間內(nèi)存在一個(gè)時(shí)間差 t，顯然時(shí)間差 t 與扭轉(zhuǎn)角 θ 成正比。因?yàn)闄z測(cè)管在振動(dòng)中心位置時(shí)垂直方向的線速度 Lω，所以時(shí)間差 t = 2Ｒθ /Lω。則 qm = Ks LωΔt /8Ｒ2 Lω = Ks t /8Ｒ2 。由上式可以看出只要測(cè)出兩傳感器的 A 和 B 的信號(hào)時(shí)間差 t 就可以測(cè)出質(zhì)量流量 qm ，而與流體的物理參數(shù)和測(cè)試條件無(wú)關(guān)。
 

2、檢定過(guò)程：

  檢定液體介質(zhì) CMF 可以利用靜態(tài)質(zhì)量法、靜態(tài)容積法或標(biāo)準(zhǔn)表法三種液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其中靜態(tài)質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)裝置用得較普遍，如圖 2 所示。

  檢定 CMF 依據(jù)現(xiàn)行計(jì)量檢定規(guī)程，過(guò)程如下:正確合理的安裝儀表，連接好裝置、配套儀器及流量計(jì)的電路，通電預(yù)熱 30 分鐘，借助手操器或通訊軟件檢查流量計(jì)參數(shù)的設(shè)置，合理選擇輸出方式，優(yōu)先選用脈沖輸出。按照 qmax 、0. 5qmax 、0. 2qmax 、qmin 、qmax 的流量點(diǎn)順序依次進(jìn)行檢定，每個(gè)流量點(diǎn)檢定次數(shù)不少于 3 次，將流量調(diào)至規(guī)定的流量范圍，同時(shí)操作標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)行一段時(shí)間后，通過(guò)換向器同時(shí)停止標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量計(jì)的測(cè)量，分別計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)裝置和流量計(jì)的測(cè)量值，按照誤差公式，計(jì)算儀表示值誤差。例如流量計(jì)的流量范圍 qm = ( 0. 96 ～ 4. 80) t /h 時(shí)，典型測(cè)量數(shù)據(jù)如表 1 所示。

圖 2  靜態(tài)質(zhì)量法標(biāo)準(zhǔn)裝置
表 1  典型測(cè)量數(shù)據(jù)
 

介質(zhì)溫度:		26. 2	儀表系數(shù)	100	P/kg	水密度	997
檢定點(diǎn)	標(biāo)準(zhǔn)示值	脈沖數(shù)	標(biāo)準(zhǔn)值	儀表值	示值誤差	平均誤差	重復(fù)性
t/h	kg	P	kg	kg	%	%	%
	151. 84	15215	152. 001	152. 15	+ 0. 10
4. 8	151. 38	15165	151. 540	151. 65	+ 0. 07	+ 0. 09	0. 02
	152. 45	15277	152. 612	152. 77	+ 0. 10
	82. 01	8211	82. 099	82. 11	+ 0. 02
2. 40	80. 70	8082	80. 785	80. 82	+ 0. 04	+ 0. 03	0. 01
	80. 56	8068	80. 645	80. 68	+ 0. 04
	40. 57	4057	40. 613	40. 57	－ 0. 11
0. 96	40. 51	4052	40. 553	40. 52	－ 0. 08	－ 0. 09	0. 01
	40. 53	4054	40. 573	40. 54	－ 0. 08
	152. 14	15240	152. 301	152. 40	+ 0. 06
4. 80	151. 44	15172	151. 600	151. 72	+ 0. 08	+ 0. 08	0. 01
	154. 74	15505	154. 908	155. 05	+ 0. 09

  通過(guò)數(shù)據(jù)分析，檢查儀表的安裝狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在安裝方面，正確安裝后重新檢測(cè)，得到數(shù)據(jù)如表 3 所示。

表 2	傳感器安裝不合理時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)
流量點(diǎn)( t /h)	相對(duì)誤差( % )	重復(fù)性( % )
10	－ 0. 25	0. 02
5	－ 0. 56	0. 03
2	－ 1. 34	0. 05
10	－ 0. 25	0. 03
表 3	傳感器正確安裝時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)
流量點(diǎn)( t /h)	相對(duì)誤差( % )	重復(fù)性( % )
10	－ 0. 01	0. 01
5	－ 0. 05	0. 00
2	－ 0. 06	0. 02
10	－ 0. 01	0. 01

 
通過(guò)表 2、表 3 的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出，傳感器安裝正確與否直接影響計(jì)量結(jié)果。通常安裝不正確直接會(huì)影響傳感器零點(diǎn)數(shù)值，可以比較當(dāng)前零點(diǎn)值與出廠零點(diǎn)值，如果相差超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)或者波動(dòng)較大，則需查看儀表安裝是否正確。
 
3. 2、儀表設(shè)置不合理引起的誤差：
 對(duì)于 CMF 我們主要是采用靜態(tài)質(zhì)量法，通過(guò)獲取儀表的輸出脈沖，得到儀表在一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的質(zhì)量流量。標(biāo)定前應(yīng)檢查頻率輸出通道是否打開(kāi)，確保設(shè)置頻率輸出為質(zhì)量流量，合理設(shè)置頻率系數(shù)、流量系數(shù)，避免頻率輸出飽和報(bào)警。例如儀表量程是 20t /h，頻率系數(shù)10000Hz，如果儀表量程只設(shè) 10t /h，或者更小，當(dāng)流量達(dá)到 10t /h 或以上時(shí)，儀表的頻率輸出飽和報(bào)警，導(dǎo)致輸出頻率超出設(shè)置頻率，帶來(lái)極大的誤差。因此應(yīng)正確合理的對(duì)儀表量程、頻率系數(shù)和流量系數(shù)的設(shè)置，以避免儀表輸出設(shè)置不合理帶來(lái)的誤差。
 
3. 3、流體壓力變化引起的誤差：
 
表 4  壓力變化誤差對(duì)比
 

流量點(diǎn)	壓力	相對(duì)誤差	壓力	相對(duì)誤差	壓力	相對(duì)誤差
( m3 /h)	( MPa)	( % )	( MPa)	( % )	( MPa)	( % )
10	0. 10	+ 0. 00	0. 20	+ 0. 01	0. 36	－ 0. 02
5	0. 12	－ 0. 03	0. 20	－ 0. 04	0. 40	－ 0. 07
2	0. 08	－ 0. 03	0. 26	－ 0. 06	0. 38	－ 0. 08

 
  試驗(yàn)表明，流體壓力會(huì)影響流量計(jì)振動(dòng)管的剛性，這一影響與振動(dòng)管的壁厚 / 外徑比例相關(guān)。如表 4 所示。通過(guò)表 4 可以發(fā)現(xiàn)，在儀表系數(shù)和流量點(diǎn)相同的情況下，不同的工作壓力，流量計(jì)的測(cè)得結(jié)果是不一樣的。對(duì)于高精度科里奧利質(zhì)量流量計(jì)精度的影響還是不容忽視的，因此當(dāng)使用過(guò)程壓力與標(biāo)定壓力相差甚大時(shí)，應(yīng)該引入一個(gè)壓力補(bǔ)償系數(shù)。流量系數(shù)基于以下公式: K = K_cal * { 1 － K_p ( P_meas － P_cal ) } ; 式中 K 是經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償后的流量系數(shù); K_cal 是流量計(jì)出廠或安裝前標(biāo)定的流量系數(shù); K_p 是不同型號(hào)傳感器單位壓力變化的補(bǔ)償系數(shù); P_meas 是流量計(jì)工作壓力; P_cal 是流量計(jì)離線標(biāo)定時(shí)的壓力; 如表 5 所示。通過(guò)計(jì)算和設(shè)置補(bǔ)償后的流量系數(shù)，即可消除壓力變化帶來(lái)的影響。當(dāng)壓力變化較大時(shí)，也可通過(guò)壓力變送器將壓力信號(hào)，實(shí)時(shí)接入流量計(jì)變送器，由質(zhì)量流量計(jì)根據(jù)接收信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)壓力補(bǔ)償。
 

		表 5	壓力補(bǔ)償系數(shù)
傳感器	補(bǔ)償系數(shù)		傳感器	補(bǔ)償系數(shù)
CMF100	0.	0002	D300	0. 009
CMF200	0.	0008	D600	0. 005
CMF300	0.	0006	F100	0. 001
DL100	0. 005		F200	0. 0005
DL200	0. 009

3. 4、掛壁不均勻引起的誤差：
 CMF 的準(zhǔn)確度 E_q = E + q₀ ，E 為基本誤差限，q₀ 為零點(diǎn)不確定度，對(duì)于 CMF 第 i 檢定點(diǎn)的允許基本誤差限 E_q 可表示為 E_oi = ± ( q_i * E + q₀ ) /q_i * 100% ; E_oi 是第 i 點(diǎn)的基本誤差限，q_i 是第 i 點(diǎn)的質(zhì)量流量; 從上式可以看出零點(diǎn)的不穩(wěn)定度引起的誤差有時(shí)比基本誤差都大，正常檢定時(shí)都會(huì)對(duì)儀表進(jìn)行校零，當(dāng)發(fā)現(xiàn)儀表在安裝正常的情況下的零點(diǎn)波動(dòng)較大，應(yīng)該考慮儀表可能存在掛壁不均勻的現(xiàn)象，在 CMF 的使用過(guò)程中，粘度較大的介質(zhì)粘結(jié)在振動(dòng)管壁上，可能會(huì)影響流量計(jì)振動(dòng)管的振動(dòng)，出現(xiàn)這種情況時(shí)先檢查流量的零點(diǎn)，查看 K1 和 K2 值，通過(guò)計(jì)算理論頻率與實(shí)際頻率之間的差異來(lái)判斷該流量計(jì)的掛壁是否存在問(wèn)題。( 傳感器在介質(zhì)滿管狀態(tài)下理論頻率
= 1000000 / K2，實(shí)際頻率 = 瞬時(shí)頻率* ( 1 + T_c /1000 ) 。傳感器在空管狀態(tài)下理論頻率 = 1000000 / K1，實(shí)際頻率
= 瞬時(shí)頻率* ( 1 + T_c /1000) Hz) 。K1、K2 和 T_c 是傳感器特征化參數(shù)。
 
3. 5、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置異常帶來(lái)的誤差：
 檢定 CMF 時(shí)，在調(diào)零狀態(tài)下，必須保證流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的流體是充滿管線且靜止的，傳感器前后兩端的閥門的密封性能應(yīng)完好，調(diào)零過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)較大時(shí)，需檢查傳感器兩端閥門是否完全關(guān)好; 在檢定過(guò)程中也應(yīng)時(shí)刻注意氣源的穩(wěn)定，當(dāng)氣源壓力偏低時(shí)，及時(shí)檢查是否存在漏水情況，這些情況都直接影響到質(zhì)量流量計(jì)的檢定結(jié)果，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，馬上處理。
 
4、結(jié)束語(yǔ)：
   筆者在 CMF 日常的檢定校準(zhǔn)工作中，對(duì)可能影響流量計(jì)檢定結(jié)果準(zhǔn)確性的常見(jiàn)原因進(jìn)行了分析和探討，結(jié)合行業(yè)內(nèi)的相關(guān)研究成果，我們有理由相信，只要充分了解 CMF 的工作原理，找到誤差產(chǎn)生的具體原因并采取有效措施加以改進(jìn)，檢定過(guò)程不難得到控制，從而提高CMF 檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，為企業(yè)提供更好的計(jì)量服務(wù)。