為提高科氏流量計(jì)的精度，對(duì)科氏流量計(jì)的精度與科氏傳感器的應(yīng)力進(jìn)行了研究。從科氏流量計(jì)的原理及結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了應(yīng)力與零點(diǎn)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(diǎn)穩(wěn)定性帶來了嚴(yán)重影響。采用熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效兩種方法對(duì)兩臺(tái)標(biāo)定不合格的傳感器分別進(jìn)行處理，將兩臺(tái)流量計(jì)的精度均從 1 級(jí)提高到了 0． 1 級(jí)。焊縫的應(yīng)力檢測(cè)及傳感器標(biāo)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(diǎn)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(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)的傳感器的穩(wěn)定度及精度。

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

圖 1 科氏流量計(jì)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(cè)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(dòng)，當(dāng)振管中有流體流過時(shí)，振管中進(jìn)、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(dòng)。安裝在振管兩側(cè)的檢測(cè)元件檢測(cè)到相位不同的兩組信號(hào)，這兩組信號(hào)的時(shí)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(dòng)的頻率隨流體密度的變化而變化，由此可計(jì)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(cè)量流體的溫度，據(jù)此可對(duì)流體的流量和密度進(jìn)行修正。變送器由振管一側(cè)的信號(hào)檢測(cè)器、放大電路、電磁驅(qū)動(dòng)器等共同構(gòu)成一個(gè)正反饋回路，以維持傳感器系統(tǒng)的振動(dòng)。

2、應(yīng)力與零點(diǎn)穩(wěn)定度：
  科氏流量計(jì)的流量由傳感器進(jìn)出口段的檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間差或相位差與零點(diǎn)的差值計(jì)算得到。在零流量時(shí)，對(duì)流量計(jì)作零校準(zhǔn)，得到流量計(jì)的零點(diǎn); 而在零校準(zhǔn)之后，盡管流量計(jì)內(nèi)介質(zhì)是靜止的，但零點(diǎn)仍在變化，流量計(jì)仍顯示瞬時(shí)質(zhì)量流量，且隨著時(shí)間和溫度的變化而波動(dòng)。波動(dòng)的幅度越小，說明流量計(jì)的零點(diǎn)越穩(wěn)定，零點(diǎn)波動(dòng)對(duì)流量計(jì)計(jì)量誤差的影響就越小，流量計(jì)的性能也越穩(wěn)定。通常用零點(diǎn)穩(wěn)定度反映零點(diǎn)波動(dòng)的幅度。
  科氏流量計(jì)的零點(diǎn)由變送器和傳感器兩部分的零點(diǎn)組成。變送器的零點(diǎn)漂移主要是由于電子元件因溫度、時(shí)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(jìn)而產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。該漂移是構(gòu)成流量計(jì)零點(diǎn)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(diǎn)漂移，可以通過重新零校準(zhǔn)降至較低［8 － 9］，但前提是流量計(jì)在穩(wěn)定的性能參數(shù)、安裝及外部條件下，自身的零點(diǎn)穩(wěn)定度很高。
  零點(diǎn)穩(wěn)定度是科氏流量計(jì)的一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。不同廠家的產(chǎn)品，其零點(diǎn)穩(wěn)定度指標(biāo)各不相同。因此，看似標(biāo)稱精度相同的流量計(jì)，實(shí)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(duì)科氏流量計(jì)的不穩(wěn)定因素的研究發(fā)現(xiàn)，提高零點(diǎn)穩(wěn)定度是提高科氏流量計(jì)計(jì)量精度的***重要的途徑之一。
  傳感器自身的零點(diǎn)穩(wěn)定度，在傳感器出廠時(shí)就已基本確定，對(duì)設(shè)計(jì)制造過程中的各種與零點(diǎn)穩(wěn)定度有關(guān)因素的恰當(dāng)設(shè)計(jì)、選材與工藝處理是保證傳感器零點(diǎn)穩(wěn)定度的關(guān)鍵。
  制造過程會(huì)產(chǎn)生機(jī)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(shí)間而緩慢變化，造成傳感器零點(diǎn)的長期不規(guī)則波動(dòng)，必須采取措施快速完成這個(gè)過程，否則將嚴(yán)重降低流量計(jì)的精度與量程范圍，影響產(chǎn)品的按時(shí)交付。

3、殘余應(yīng)力穩(wěn)定化處理：
3.1、熱時(shí)效處理：
  對(duì) 2 臺(tái)次標(biāo)定精度為 1 級(jí)的傳感器進(jìn)行試驗(yàn)研究。1 號(hào)傳感器次與變送器配標(biāo)，標(biāo)定前后的零點(diǎn)變化較大，***大誤差為 0． 62% 。1 號(hào)傳感器熱時(shí)效前標(biāo)定結(jié)果如表 1 所示。

表 1 1 號(hào)傳感器熱時(shí)效前標(biāo)定結(jié)果
  對(duì)該傳感器進(jìn)行熱時(shí)效處理，即按照特定的工藝曲線進(jìn)行真空加熱。1 號(hào)傳感器熱時(shí)效前后應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果如圖 2 所示。

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

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

表3  2號(hào)傳感器振動(dòng)時(shí)效前標(biāo)定結(jié)果
    對(duì)2號(hào)傳感器進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，即將傳感器置于振動(dòng)臺(tái)上，按照特定的振動(dòng)時(shí)效工藝對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效檢測(cè)。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(dòng)，用時(shí)約2天至2個(gè)月，甚至更長。處理前后分別對(duì)其振管與支架結(jié)合部位的焊縫進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)位置與1號(hào)傳感器相對(duì)應(yīng)。2號(hào)傳感器熱時(shí)效前后應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3  2號(hào)傳感器熱時(shí)效前后應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果圖

表 4 2 號(hào)傳感器振動(dòng)時(shí)效后標(biāo)定結(jié)果
  采用同樣的方法，對(duì)另外幾臺(tái)傳感器也進(jìn)行了處理。應(yīng)力檢測(cè)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(dòng)時(shí)效對(duì)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(biāo)定結(jié)果表明，傳感器的零點(diǎn)穩(wěn)定度明顯得到改善，計(jì)量精度大幅提高。