浅析影响科氏力流量计计量准确性的因素

郭安娜 周丹 籍凤凯 周旭昭

摘要：现在以CNG作为燃料的出租车、公交车等交通工具得到了极大推广和应用，而CNG加气柱（机）作为直接面向消费者的结算终端，其测量准确性正成为日益关注的问题。由于CNG加气柱（机）采用了科氏力流量计作为标准计量器具，如何保证其测量准确性，减少外界因素影响对其的影响，将直接决定装置的计量结果。

关键词：科氏力流量计;温度;飘零;流体密度;

1.科氏力流量计的测量原理

质量流量计以科氏力（科氏力是指流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力）为基础，有两根平行的测量管在传感器内部，两端测量管固定，作用在测量管上不同的力让其产生不同的位移，从而在测量管上形成扭曲。通过检测线圈（安装在振管两端）将产生相位不同的两组信号，而流经传感器的流体质量流量是与这两个信号的相位差成比例关系，通过计算可算出流经振管的质量流量。

科氏力流量计有多种形式结构，我们常见的测量管的形式有以下几种：S形测量管、U型测量管、双J形测量管、B形测量管等。下面以U型质量流量计为例介绍，根据理论建模，具体计算公式如下：

图1为U型质量流量计测量管，U形测量管振动是由电磁驱动系统以固定频率进行驱动的，设其速度为ω。设测量管中的单位长度流体的质量为m，通过测量管的速度设为v，切向科氏力Fc作用在流体上。

Fc=-2mω×v（1）

流体对测量管的反作用力为：

F’c=-2mω×v（2）

反作用力方向与测量管垂直，由于其在进口处方向与振动相反，而在出口处方向与振动相同，对U型测量管产生扭矩作用。

设在测量管中流动的流体不可压缩且流速均匀，测量管横截面积处处相等。对于测量管直管段，流体的流动方向一直不变，由公式（2）可得，直管段上科氏力均匀分布。对于弯管段，流体的流动方向一直不断变化，故速度矢量与速度矢量之间的夹角一直变化，因而科氏力的大小也一直变化，但其方向仍于管平面垂直。

现取一侧管路进行受力分析，如图2所示。

式（11）得出，影响质量流量qm，共3个因素，分别是两个信号之间的时间差（∆t）、测量管弹性模量（Ks）、测量管机械尺寸（ ）。测量管弹性模量（Ks）是一个温度的函数，所以，温度会对质量流量计的测量结果产生影响。

解决办法：影响科氏质量流量计测量准确度的最大影响因素是工艺温度。现在通过在生产的时候做补偿，在一定的温度压力范围内不会影响科氏力流量计精度。

2.2气液两相混合的影响

在加气母（子）站运行初期，由于前期工程施工中对管线吹扫不干净或者气源含水量较高，都会出现气液两相混合的情况。

由式（11）得知，科氏力流量计是根据两个震管之间的时间差来测量流量，当气液两相流时流过两个震管的质量不同使测量到的时间差不稳定，造成流量波动比较大，测量自然就不稳定。

解决办法：为避免这种情况出现，要确保加气母（子）站投产前，管线吹扫干净，并在运行过程中对加气柱中的过滤器滤芯进行定期更换。

2.3介质密度的影响

科氏力流量计的话对测量质量流量來说是没有影响的，因为质量流量计是直接测量质量的，但是由于加气柱（机）中的科氏力流量计计量结果是有质量换算成体积来进行计量，这就要求在标定是一定要输入CNG的密度。根据

在实际质量流量不变的情况下，实际密度比设定密度大，体积流量 比实际体积流量小，导致计量结果不利于卖方;反之，实际密度比设定密度小，体积流量 越大，体积流量 比实际体积流量大，导致计量结果不利于买方。

解决办法：为避免这一情况出现，当加气母（子）站CNG密度有变化时，要及时对质量流量计的密度进行及时修订。

2.4零点的影响

影响科氏力流量计传感器内部系统平衡的一个重要影响因素是零点。科氏力流量计传感器的平衡状态分为内部介质的平衡和机械结构的平衡。

流量计在使用过一段时间后，机械结构的平衡状态就会发生变化，当其恢复到初始状态时，此时的零点和初始的零点不一样。发生这种零点漂移的的原因有很多，比如内部结构的电路漂移、应力变化、平衡变化（腐蚀、磨损）等，这是就需要重新标定流量计的零点。

解决办法：流量计使用一段时间后，零点示值会出现超过规定的零点漂移极限值的情况，那就需要重新调零，且重新检定流量计。

参考文献

[1]邹明伟，徐旭.科氏力流量计温漂特性研究.重庆：仪器仪表用户，2017.

作者简介

郭安娜，性别女，籍贯山东潍坊。出生1990.3，学历本科，工程师，现从事天然气长输管道的生产运行管理工作.