● 摘要
科氏质量流量传感器（Coriolis Mass Flowmeter，简称CMF）是一种直接敏感被测流体质量流量的谐振式传感器，广泛应用于石油化工、航空航天、贸易交接等领域。随着生物、医疗、食品卫生、微量化学等领域的发展，对小流量的测量提出更高的要求。高精度、小流量传感器的研制符合这些行业的发展需求。同时，小流量科氏质量流量传感器的研制也是国内科氏质量流量传感器实现产品系列化的重要内容。本文基于上述背景，采用门形管作为谐振敏感元件，设计了一种单管小口径科氏质量流量传感器。
(1) 论文通过对不同管型结构的固有频率、灵敏度和零点稳定性进行对比分析，选用门形测量管作为谐振敏感元件，设计一种单管小口径科氏质量流量传感器。通过对比常用激励检测方式的优缺点，选用电磁激励和磁电检测方式实现流体质量流量的测量，通过理论和仿真分析确定激励检测单元的最佳安装位置。
(2) 利用理论分析和有限元仿真分析相结合，得到传感器的固有频率、灵敏度以及管道压损与传感器结构尺寸之间的关系，为传感器结构的优化设计提供理论依据。在理论分析的基础上，利用MATLAB软件的GUI可视化界面设计制作传感器的理论分析软件，简化传感器的结构设计及用户选型。
(3) 通过对常用信号解算方法进行对比研究，在传统快速傅里叶变换（FFT）基础上，进行加窗插值，实现非整周期下信号的频率和相位解算。利用MATLAB软件对不同窗函数下信号解算的精度和实时性进行对比，最终选用Exact Blackman窗函数以满足流量检测对精度和实时性的要求。
利用搭建的单管小口径科氏质量流量传感器简易校准平台，对加工完成的传感器样机进行开环特性、零点稳定性、重复性和非线性测试。实验结果表明，传感器具有良好的零点稳定性，相对误差小于0.5%，重复性0.1%，满足设计要求。