中國測試技術研究院質量流量計項目組　蔡進（jìn）

　　1998年，國家出台了天然（rán）氣汽車發展規劃和鼓勵發（fā）展天然氣汽車產業的（de）優惠政策（cè），加大了（le）資金的投（tóu）入，在全國掀起了發展天（tiān）然氣汽車和建（jiàn）立CNG(壓縮天然氣，25MPa)充（chōng）氣站的高潮。這項工程的（de）啟動使壓縮天然氣的（de）準確計量成為急需解決的問題之一。目前國外壓縮天然氣的計量主要（yào）采用高（gāo）壓型科裏奧利質量流量計，該流量計準確度高、使用方便，但因其價格較高，極大地限製了在我國的推廣應用。因此，國產化高壓氣體科裏奧利質（zhì）量流量計的研製有著十分重要的意義。
　　中國測試技術（shù）研究院在國內（nèi）率（lǜ）先研製成功了具有自主知識產權的高壓型氣體科裏奧利（lì）質量流量（liàng）計，並已成功（gōng）地應（yīng）用（yòng）於（yú）CNG售（shòu）氣機（jī）。

　　1.原理
　　科裏（lǐ）奧利質量（liàng）流量計是利用流體流過運（yùn）動管時產生的科氏力來測（cè）量流體的質（zhì）量流量（liàng），就其結構而言(指振動管（guǎn）)，可分為彎管與直管、單管與雙管（guǎn）。在彎（wān）管（guǎn）中（zhōng），又可分為雙U型、雙重環型、Ω型、B型、J型、S型等。下麵以我們設計（jì）的T型管質量流量計（jì）為例，說明科裏奧利質量流量計（jì）的工作原理。
    

    圖1

　　如圖1所示的（de）T型流管，繞OO′軸（zhóu）作角（jiǎo）振動，角速度為ω。流體具有質量M和速度V，產生的科（kē）氏力F為:
    由此產生的（de）繞MM′軸的扭矩M為:
    M=2Fr                       (2)
由公式(1)和(2)可推出式(3):
    M=4mrωV                    (3)
設流管扭轉角為θ、流管的扭轉剛度為K，則有:
    M=Kθ                       (4)
我們還可進（jìn）一步（bù）推導出公式(5):
    Q=K/(8r²)·Δt  (5)
　　公式(5)中Q為質量流量，Δt為扭轉角對應的時間差，K為流管扭（niǔ）轉彈性係數，r為流管扭轉（zhuǎn）半徑。因此我們可以看出:質量流量值Q隻與時間間隔及幾何常量成正比，這就表明了流量計的準確度（dù）隻取決於流量計本身的材（cái）質及製造準確度。

　　2.質量流量計的組成
　　T型（xíng）管質量（liàng）流量計由流量傳感器和變送器兩部分組成，如圖2所示:
    

    圖2  質量流量計組成框圖

　　流（liú）量傳感（gǎn）器部分由二個T型流管、二個速度傳感器、一個激勵器和（hé）一個鉑電阻溫度傳感器組（zǔ）成。左右速度（dù）傳感器的信號（hào）用於時間差的測量；激勵器用（yòng）來驅動流管使之產生角振動；鉑電阻溫度（dù）傳感器用以測量（liàng）介質溫（wēn）度。流量計變送器部分的主要功能是對（duì）來自流量傳感器（qì）的兩路振（zhèn）動信號進行處（chù）理，計算出與質量流量成正比的時間差Δt，從而實現質量流（liú）量的測量。

　　3.技術特點
　　我們研製的高壓型氣體科裏奧利質量流量計，在功能和技術指標上瞄準國（guó）際（jì）90年代同類產品（pǐn）的（de）先進水平，結構設計上采用（yòng）了先進的（de）T型管結構，電路中（zhōng）采用了先進的微處理器和大規模可編程集成（chéng）電路，實現了一機多（duō）能，大大降低了成本。下麵將對T型（xíng）質量（liàng）流量（liàng）計的特點作詳細（xì）介紹。

　　(1)技（jì）術方麵
　　在結構上采用T型流管結構，這使得（dé）在同（tóng）樣的結構尺寸情況下提高了質量（liàng）流量測量的靈敏度；采用有限（xiàn）元分析技術設（shè）計流管形狀尺寸，使流管工作在最佳工作諧振頻率，提高了流量計對外界振動幹擾的抑製（zhì）能力。在測量電（diàn）路中采用對稱差動測量技術，抑製了信號中的（de）二次和三次諧波分量，提高了測量的信噪比，實現了時（shí）間差Δt的高精度測量，變送器的軟件編寫采用了先進的PL/M語言，使得整個軟件在結構優化、運行效率、可靠（kào）性和可擴充性方麵具有較好的（de）性能。
　　流量（liàng）計的傳（chuán）感器（qì）部分和變送器部分（fèn）均采用本安設計，變送器外殼采用隔爆設計，以保證工業現場應用的安全性。

　　(2)功能方麵
　　T型質量流量計可同時測量流體的瞬時質（zhì）量流量和溫（wēn）度，並可進行流體的質量累計。並提供了可刻度的（de）頻率脈衝輸（shū）出，刻度係數可（kě）由用戶設定。

　　4.性能指標
　　(1)技術指標
　　我們研製的高壓型氣體科裏奧利（lì）質量流量計，達（dá）到下列主要（yào）技術（shù）指標:
　　介質:壓縮天然氣，最大工作壓力25MPa；
　　流量範圍:最大流量（liàng）20kg/min，最小流量1kg/min；
　　零點穩定度:0.003kg/min；
　　流量（liàng）準確度:±0.2%×流量±傳感器零點穩定度。

　　(2)測試結果
　　測量誤差曲線如圖3所示，測量數據見右表。
    

    圖3  質量流量計流量校驗誤差曲（qǔ）線

　　5.試用情況
　　我們研製的TH006型高壓天然氣測（cè）量用科氏力質量流量計，已於1995年10月和1996年3月在川中礦區南充市充氣站和遂寧市充氣站試（shì）用，效果良好。目前主要用戶是四川省石油（yóu）管理局川中礦區。我們試生產的TH006型質量流量計已先後向用（yòng）戶提供了40餘台（tái）用於CNG售氣機，用（yòng）戶反映較好。重慶流（liú）量檢測技術研究所流量室（shì）從我院購買（mǎi）了一台特別挑（tiāo）選的TH006型質量流量計作為標準流量計，對充氣站的CNG售氣機進行檢定，到現在為止使用時間約有10個月了，安裝在汽車上進行流動作業，測量準確度和儀器功能均滿足要求，用戶較為滿意。

　　中國測試（shì）技術研究院研製的高壓（yā）氣體科裏奧利質量流量計經中國計量（liàng）科（kē）學研究院檢測，其主要技術（shù）指標已達到美國Micro Motion公（gōng）司D25型質量流量計的技術水平。國產高壓天然氣氣體質量流量計的研製成功，使得CNG售氣機的國產化程度達到100%，從而為我國大（dà）規模推廣天然氣汽車技術創造了（le）有利條件。