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(jìn)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(yán)重影響。采用熱時效、振動時效兩種方法對兩臺標(biāo)定不合格的傳感器分別進(jìn)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(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(jī)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(dāng)振管中有流體流過時，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。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(jìn)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(jìn)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(zhǔn)，得到流量計的零點; 而在零校準(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)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(biāo)。不同廠家的產(chǎn)品，其零點穩(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，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(dāng)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(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(yán)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(biāo)定精度為 1 級的傳感器進(jìn)行試驗研究。1 號傳感器次與變送器配標(biāo)，標(biāo)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(biāo)定結(jié)果如表 1 所示。

表 1 1 號傳感器熱時效前標(biāo)定結(jié)果
  對該傳感器進(jìn)行熱時效處理，即按照特定的工藝曲線進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)定，標(biāo)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(biāo)定結(jié)果結(jié)果如表 2 所示。

表2  1號傳感器熱時效后標(biāo)定結(jié)果
3. 2、振動時效處理：
   2號傳感器次與變送器配標(biāo)，標(biāo)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(biāo)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(biāo)定結(jié)果
    對2號傳感器進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)定結(jié)果
  采用同樣的方法，對另外幾臺傳感器也進(jìn)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(biāo)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。