科氏力质量流量计响应时间对检定的影响

　　科氏力质量流量计应用于工业生产近二十年,由于测量介质参数的变化对质量流量计测量结果的影响很小,已逐步取代传统的体积类流量计。我国于1995年颁布了质量流量计的检定规程《JJG897-95》,但无论我国的规程还是相应的国际标准《ISO10790》对检定时间和检定时流量稳定度的要求都参照了容积式和速度式流量计的标准,通过这几年的研究发现在检定过程中上述两点即使符合规程的要求,仍有不少流量计的检定结果不能真实反映计量的准确度。本文主要讨论产生这种现象的原因及解决的办法。

　　1　科氏力质量流量计的工作原理

　　(1)工作原理

　　科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理,以质量流量测量为目的的质量流量计。一般由传感器和变送器组成。

　　如图1所示。当质量为δm的流体质点,以速度v沿管道AB运动,同时,管道AB又以A为圆心以角速度ω转动,当该质点做上述复合运动时,在任意一点M处,质点具有两个加速度分量:向心加速度ar,方向指向A点;科氏加速度ak,方向向上,量值为2ωv。为使流体质点具有科氏加速度,需要在ak方向施加一个大小等于2ωvδm的力,这个力来自管道,而流体质点反作用于管道上的力就是科氏力Fc,方向如图所示。

　　从式(4)中可以看出,测量在旋转管道中流体的科氏力就可以直接测得质量流量。在实际应用中使测量管道做简谐振动,用振动的方式代替旋转的方式,利用电磁或光电的检测器检测科氏力对振动的影响从而测得管道中的质量流量。

　　(2)传递函数

　　对于质量流量计测量过程可以将其描述为一个带有滞后环节的一阶系统,其传递函数为:

　　式中　ζ为滞后时间;T为时间常数。

　　对于一个流量变化的阶跃信号,其流量计输出应为

　　从图中可以发现,在经过4T+ζ时刻后,流量计的输出才达到变化量的98·2%。

　　2　响应时间对检定结果的分析

　　我们以检定时间较短的体积管为例进行分析,对于其它标准装置此方法同样适用。

　　(1)检定要求

　　设体积管准备段容积为V1,实验段容积为V2,检定时在两段内的运行时间为C1, C2,在C1, C2段内流量稳定度分别为X1, X2,根据规程要求有X2<2%,对于常见的0·2级流量计检定,系统的准确度应优于0·2%/3,即0·067%。

　　以我国常用的体积管加在线密度计式的检定装置为例,系统误差来源包括:

　　密度测量误差δ1=0·02%;

　　体积管重复性误差δ2=0·02%;

　　上一级标准器误差δ3=0·025%;