GB／T 20728-2021  封闭管道中流体流量的测量 科里奥利流量计的选型、安装和使用指南

测得的量值减去参考量值。 注：“测量误差”的概念在以下两种情况下均可使用： a） 当涉及存在单个参考量值，如用测得值的测量不确定度可忽略的测量标准进行校准，或约定量值给定 测量误差是已知的； b）假设被测量使用唯一的真值或范围可忽略的一组真值表征时，测量误差是未知的

a）当涉及存在单个参考量值，如用测得值的测量不确定度可忽略的测量标准进行校准，或约定量值给定时， 测量误差是已知的； b 假设被测量使用唯一的真值或范围可忽略的一组真值表征时，测量误差是未知的， 3.2.4 校准calibration 规定条件下的一组操作，其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系，第二步则 是用此信息确定由示值获得测量结果的关系，这重测量标准提供的量值与相应示值都具有测量不确 定度。 注1：校准可以用文字说明、校准函数、校准图、校准曲线或校准表格的形式表示。某些情况下，可以包含示值的具 有测量不确定度的修正值或修正因子。 注2：校准不宜与测量系统的调整（常被错误称作“自校准”)相混淆，也不宜与校准的验证相混淆

规定条件下的一组操作，其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系 是用此信息确定由示值获得测量结果的关系，这重测量标准提供的量值与相应示值都具有 定度。 注1：校准可以用文字说明、校准函数、校准图、校准曲线或校准表格的形式表示。某些情况下，可以包 有测量不确定度的修正值或修正因子 注2：校准不宜与测量系统的调整（常被错误称作“自校准”)相混淆，也不宜与校准的验证相混淆

本标准使用的符号见表1。

装修CAD图纸表1本标准使用的符号

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本标准使用的缩略语见表2。

表2本标准使用的缩略

4科里奥利流量计的选型准则

用户宜根据所需的参数测量 在选择时要考虑下述内容。 科里奥利流量计并不是通用流量仪表。潜在用户宜仔细查看制造商的数据表

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制造商宜详细说明最佳安装配置和使用限制。 安装配置的设计应能满足用户的测量要求。液体和气体测量装置的安装是不同的。有些应用可能 需要安装滤网或过滤器，而有些应用可能需要安装消气器和（或）蒸气分离器， 科里奥利流量计一般安装在主管道内，但测量密度时也可以置于旁路管道内

测量液体和测量气体可能存在差异。安装时考虑以下几点： ） 安装科里奥利流量计所需的空间，包括需要现场校准时连接外部校准装置或标准流量计所需 的空间； b） 管道连接件的压力等级、连接方式和材质，以及所使用装置的尺寸； C 危险区域的分类； d) 气候和环境对检测元件的影响，例如温度、湿度、腐蚀性气体、机械冲击、振动和电磁场； e 固定和支撑要求，

4.2.3液体的满管要求

安装一次装置时宜使振动管充满被测流体，这有助于防止科里奥利流量计的测量性能降低。制 宜说明清除或者排空科里奥利流量计中的液体或气体的方法

立取决于科里奥利流量计的预定应用场合以及振动管的几何形状。制造商宜对科里奥利流量计的 方位提出建议。

4.2.5流动条件和直管段要求

安装在科里奥利流量计的上游和下游，供隔离和零点调整使用的阀门可以是任何类型的阀门，但 密关闭。与科里奥利流量计串联的控制阀宜安装在下游，使科里奥利流量计内尽可能维持所需 以确保流体为单相流，不出现闪蒸或空化

某些应用（例如卫生用途）可能需要对科里奥利流量计进行现场清洗，清洗的方法有以下几种： 机械方法（用清管器或超声波装置）； b） 自排方法； 冲洗方法； d) 消毒法（在线消毒，SIP）； 化学或生物法（在线清洗，CIP）

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使用清洗剂清洗后宜注意避免交叉污染。 宜确定检测元件接触过程流体的材质与过程流体及清洗剂之间的化学相容性

4.2.8水力振动和机械

可能产生的影响。除了工作频率之外，其他频率有可能会对科里奥利流量计的性能产生影响。正确地 安装和固定科里奥利流量计能有效抑制上述影响。 在有高强度机械振动或流体脉动的场合，可考虑使用抑止流体脉动的装置（见4.3.7）和（或）隔振器 和（或）采用柔性连接件

4.2.9管道应力和扭力

流量检测元件在运行过程中受到轴向力、弯曲力和扭曲力的影响。过程温度和（或）压力的变化会 导致这几种力发生变化，这会影响科里奥利质量流量测量。宜采取措施，确保这些力不会通过紧固装置 作用于科里奥利流量计上。 还宜采取措施防止校直应力通过连接管道作用于科里奥利流量计上。 在任何情况下都不宜利用科里奥利流量计校直管道

4.2.10检测元件间的串扰

如果将两台或多台科重奥利流量计安装在一起，可能会由于机械耦合而产生干扰。这通常被称 尤。可向制造商咨询避免串扰的方法。 宜在安装的机械设计阶段就加以注意，以避免干扰或“串扰”。在安装后宜进行测试，因为由此引 流量计误差会很显著，但在正常操作中是不明显的。如果观察到，宜咨询制造商

4.3过程条件和流体特性的影响

密度、黏度等流体特性的变化以及压力、温度等过程条件的变化会影响科里奥利流量计的性能。这 些影响各不相同，对于不同的参数有不同的影响

4.3.2应用和流体特性

要为某一特定应用确定最适用的科里奥利流量计，重点是确定科里奥利流量计的工作条件范围。 这些条件宜包括以下内容： a） 流量； b 密度范围； c 温度范围； d） 压力范围； e） 足以防止闪蒸和空化的液体压力； f) 允许压力损失； g） 黏度范围； h） 被测流体的特性，包括饱和蒸气压、两相流和腐蚀性； i） 单向或双向； j） 连续、间歇或波动； 腐蚀性附加物质（腐蚀性杂质或污染物，以及杂质的数量和大小，包括液体流中可能携带的磨

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蚀微粒对科里奥利流量计的影响》

科里奥利流量计能满足液体混合物，均匀液固混合物或均匀液气混合物的测量。测量两相或多相 非均匀混合物则会产生附加测量误差，在某些场合甚至会导致科里奥利流量计无法工作。由于这些影 响是随机出现的，以及大量特定应用的参数（例如流动剖面、流体速度、密度等）都会影响测量，对测量不 确定度的影响并不是完全可预测的。因此，建议采取预防措施减少影响（例如，安装适当的罐内液位控 制系统或气体分离器设备）。罐内液位控制系统和气体分离器这些设备的安装，不在本标准的范围 之内。 由于上游管道或科里奥利流量计内的压力损失，液体中的溶解气体也会导致闪蒸。气泡会导致形 成更大的空洞，这可能会给测量带来不良影响。增大压力（例如把检测元件安装在限压装置或控制阀的 高压端）有助于使夹杂气体处于溶解状态。如果能保持气体均匀混合和分布，以避免各振动管之间或振 动管的进口和出口部分之间气体含量不平衡，就可在更高的气体体积分数和更低的测量不确定度下 侧量。 在批处理应用场合下，管道在开始时是空的，在批处理过程开始时，液体会迫使大量气体通过科里 奥利流量计。在此情况下科里奥利流量计的误差特性并不明确，充满科里奥利流量计的时间宜尽可 能短。 注：当有两个以上的组分时（例如水、气和油），区别混合物的不同组分需要进行额外的测量（如压力、相对介电常 数、水的比例或速度）。通常，这是多相流测量系统的任务

4.3.4过程流体的影响

振动管内表面上的侵蚀、腐蚀和沉积物（有时称作覆盖层），最初会引起流量和密度的测量误差 以往会导致检测元件故障

振动管的温度变化会影响振动管的性能，从而影响科里奥利流量计的测量。对温度影响的补偿通 常设置在变送器中。 建议用户与流量计制造商探讨温度影响问题

静压变化会影响科里奥利流量计的测量，制造商应指明影响程度

科里奥利流量计一般能在脉动流状态下工作，除非有往复式泵靠近计量系统导致脉动相当严 这种情况发生时，宜采取措施将脉动降至不影响性能的水平。这往往需要加装中间设备，改善脉动 装置，更换泵的类型等（见4.2.8）。有关应用和是否使用脉动缓冲装置的问题，可遵循制造商的建讠

高黏度流体可能会吸收利 其在流动开始阶段。这种现象会使检 则元件的振动管在启动时瞬间停止振动。如果对测量黏度变化较大的流体有较高性能要求，可考虑用 站度较高的流体对科里奥利流量计进行校准验证

4.3.9闪蒸和（或）空化

科重奥利流量计内经常会出现相当高的液体流速和流速的快速变化，这会造成科重奥利流量计

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局部动态压力下降，从而导致闪蒸和（或）空化， 闪蒸和空化会引起测量误差并可能损坏检测元件，因此任何时候都宜避免科里奥利流量计内（以及 紧邻科里奥利流量计的上、下游）出现闪蒸和空化

流体流经检测元件会产生压力损失。压力损失的大小主要取决于振动管的尺寸和几何形状、质 量（流速）以及过程流体的动力黏度。 制造商应提供方法（尺寸计算程序或图表），供用户确定流量计的压力损失

科单奥利流量计不宜在超出科单奥利流量计技术规格书的条件下使用。科单奥利流量计也宜符合 必要的危险区域分类。此外，还宜考虑下列安全事项

4.5.2流体静压试验

科里奥利流量计的检测元件装配完毕后，宜按相关标准对接触过程流体的部件进行流体静压试

十检测元件的结构材料宜选 和清洗液相容的材料。特别宜注意无流动或空管状态

外壳主要用于保护流量检测元件免受周围环境（污垢、凝结物和机械干扰)的有害影响，这些影响会 对测量产生干扰。如果科里奥利流量计的振动管损坏，容纳振动管的外壳就可能受过程流体和过程工 况影响，导致外壳损坏。因此重点考虑下列可能性： 外壳内的压力可能会超出设计极限； b）流体可能有毒、有腐蚀性或易挥发，可能会泄出外壳。 为了避免这些问题，可采取下列措施： a） 辅助压力安全壳； b）安全隔膜或减压阀、流体排泄口或放气孔等。 有关辅助压力安全壳的指南参见附录B

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4.6变送器（二次装置）

科里奥利流量计是多变量流量计，可以在过程的一个点提供各种测量数据。在选用最合适的变选 器时，宜考虑下列各项内容： a） 电气、电子、气候和安全兼容性； b) 安装型式，即一体型或分体型安装； c） 所需的输出种类和数量； d) 编程的便利性和安全性； e) 输出的稳定性和合理的响应时间，若为模拟量输出还包括量程最小和最大调整量； f) 指示系统错误的输出； g 所需的输人选项，例如远程零点调整、积算器清零、警报确认； h) 数字通信的类型； i) 二次仪表输人，例如过程压力、温度和密度； 测量不确定度

科里奥利流量计可以从变送器向检测元件提供各种电信号，例如电流，用于驱动振动管，也可以从 检测元件向变送器传递信号，例如运动检测装置发出的调频信号。 这些信号的目的主要是确保测量的实施，同时提供更多的信息，与参比值比较或利用软件算法，可 用于诊断功能。该功能可以集成到变送器中，也可以作为数据提供给控制系统进行进一步的处理。诊 断功能可以用来指示有关过程或系统条件的更详细的信息。用户宜咨询制造商以了解诊断功能的可 用性。

科里奥利流量计是管道系统的组成部分（管道式流量计），需要像其他管道元件一样接受类似的测试。 所有校准和测试应由一个经过ISO/IEC17025认可，或者具有同等的质量体系，且测量结果可溯 到国家基准或国际基准的实验室完成。 除了校准和（或）性能检查外，还可进行下列可选试验，以满足机械方面的要求： a）尺寸检查； b 根据用户规定，按照可追溯程序进行附加流体静压试验； 对一次装置进行射线照相检查和（或)超声波检查，检查内部缺陷（即异物）并验证焊接完整性 如有要求，上述试验结果宜列人试验报告。 除上述报告外，最终检验时还宜具备下列证书： a） 所有承压部件的材质证书； 符合性证书（电气区域分类）； ） 合格证书； d） 校准证书和试验结果。

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科里奥利流量计的工作原理是当旋转体中的一个质点朝旋转中心或相反方向作相对运动时会产 生力。这个惯性力被称为科里奥利力，其原理如图1所示

图1振动管内科里奥利力的原理

一个质量为m：的流动质点以恒速在振动管tb中流动，振动管在固定点P一定距离r外以角速 度旋转。质点得到一个加速度，此加速度可分成两部分： a）方向指向P，等于rw的径向加速度（向心加速度）a：； b）角度与α，垂直，方向如图1所示，等于2uw的横向加速度（科里奥利加速度）a： 为了使质点获得科里奥利加速度a，，在a，方向上需要有一个大小为2wvom：的力。振动管将这个 力施加到质点上，质点产生一个相等的反作用力，称为科里奥利力Fc，其定义如下： Fc=2vom 当密度为β的流动质点以恒速沿着如图1所示的振动管流动时，振动管任何一段长度x受到 个大小如式（2）所示的横向科里奥利力

F.=2wupA.0

在商用科重奥利流量计中，不使用直接测量振动管中科重奥利力的方法。相反，通常通过振动管进 行测量，因为振动包含某种形式的旋转运动。基于振动原理的典型操作如图2所示。 图2a)中，振动管在人口和出口位置有支撑，它的形状可以是弯曲的，也可以是直的。振动驱动机 构通常布置在中间，振动管受连续正弦运动的激励。例如，在驱动位置，流体质点m：的运动和振动管 贡点mtb耦合在一起，它可以用正弦函数sinD表示。 理想情况下，当没有流体流过时，人口和出口部分的正弦运动，sina和sing是同相的，如图2b）

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当流体流动时，由于流体速度及人口和出口流体质点的旋转分量，在人口和出口部分产生科里 奥利力。 然而，由于人口和出口流体质点的旋转分量如图2a)所示是反向的，因而人口和出口部分由此产生 的科里奥利力Fc.人口和Fc.出口也是反向的。因此，人口和出口部分的正弦运动，sinA和sinB不再同相， 如图2c)所示。质量流量与式(5)给出的两个正弦信号之间的时间延迟t.成正比：

式中，KR是个常数，是参比条件下的主要流量校准系数。 宜注意的是，在图2c)中，为了便于说明的目的，在正弦信号的峰值处测量时间延迟。理论上，时间 延迟可以在两个正弦信号的任何点测量。因此，不同的制造商可以采用不同的技术来测量这个时间延 迟。理想情况下，当没有流体流动时，人口和出口部分的正弦运动，sinA和sinB，如图2b)所示是同相 的。需要注意的是，正弦运动的形式可以是位移、速度、加速度或形变，可以通过各种方式检测。商业科 里奥利流量计通常使用磁铁/线圈传感器检测速度

6.1.2科里奥利流量计的检测元件

）完整管道系统中的运动

图2科里奥利流量计测量质量流量的工作原

科里奥利流量计是一种由流量检测元件和变送器组成的机电系统。科里奥利流量计的检测元件是 主要机械部件，而变送器则提供控制和信号处理。 内部测量组件中包含一个或多个振动管，振动管可以是弯曲的，也可以是直的。在大多数科里奥利 流量计中，振动管固定在入口和出口两点之间，并且在两点之间的中间位置振动。振动通常是用线圈和 磁铁以电磁激发的。流量检测元件中还包含运动检测装置，用来检测入口和出口部分的运动。 支撑结构通常包括提供保护的检测元件外壳或辅助安全壳。它还包括连接到用户管道的过程 连接。

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检测元件的特性。每一个检测元件的校准系数都 是唯一的，通常被记录在校准证书和（或）检测元件外壳的铭牌上

科里奥利流量计需要变送器提供驱动能量和处理随后产生的信号。检测元件数据铭牌或校准证书 上的校准系数应输人变送器使之与检测元件相匹配。 通常，质量流量在变送器中根据时间求积以给出总的质量。 变送器可能含有用于计算附加参数的应用软件，但这需要做进一步配置。如果是测量密度或体积， 需要在软件中输人其他系数以满足输出要求，所有输出通觉都单独测量

值得注意的是，测量结果是对被测物理量的估算 因此在报告测量结果时，定量表征测量结果日 质量十分必要，以便让使用测量结果的人评估其有 效程度。没有这样的定量表征，就不宜对测量结果进 亍相互比较， 宜与规范或标准给出的参比 值进行比较 一个参数。它通常以读数的白分比表示，置 区通 规定条件下的所有合理影响因素，不仅包括流量 科里奥利流量计制造商通常以读数的百分数说明质量流量测量的性能。制造商公布的质量流量性 指标包括准确度和零点稳定性的综合影响。制造商的准确度指标包括重复性、回差和线性度，但也可 以包括每个制造商不同的其他项目。制造商发布的性能指标通常包含“在参比条件下”这样一个条款。 对于科里奥利流量计制造商来说，参比条件通常是不相同的。 为了确定科里奥利流量计在某一流量下的预计性能，制造商通常使用两种方法表述。第一种方法 是计算特定流量下的零点稳定性值（以读数的百分比表示），再加上基本准确度值，以确定性能指标，如 图3所示

利流量计制造商给出的性能指标的典型曲线图（第

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确定科里奥利流量计性能的第二种方法是用某一个流量来确定零点稳定性，或者使用一个基本准 确度值表示。低于该流量，则按照指定流量下读数的百分比来计算零点稳定性，以确定性能指标。大于 该流量时，则采用一个基本准确度值作为一个常量来确定性能指标。第二种方法如图4所示。

奥利流量计制造商给出的性能指标的典型曲线图

由于制造商给出的性能指标通常是使用校准设备在参比条件下确定的，估算测量不确定度需要考 虑并添加其他合理的影响因素。4.3中更详细地描述了这些额外的不确定度，并且可以包括以下内容： a）校准设备的不确定度，通常可在校准证书上获得； b）由于过程条件，如过程温度和压力，偏离规定参比条件导致的误差； c）安装条件，例如环境温度变化，导致的误差，

6.3影响质量流量测量的因素

密度和黏度对于质量流量测量的影响通常较小，因此一般没有必要进行补偿。然而，对于某些结构 和尺寸的科重奥利流量计来说，密度变化可导致零流量时科重奥利流量计的输出发生偏移和（或）引起 交准系数改变。在工作条件下调整零点（见6.4)可以消除此偏移。黏度的影响见4.3.8

在多数情况下能满意测量液体混合物、均匀液固混合物或含少量气体的均匀液气混合物。宜避免 则量多相流，因为测量多相流会导致不确定度增大。测量多相流，包括非均匀混合物的多相流会引起附 口的测量误差。 宜注意确保科里奥利流量计中不存留气泡和冷凝液滴（见4.2.4）。在这种情况下宜特别注意进行 零点调整（见6.4）

由于材料的特性与温度相关，温度变化会影响流量校准系数，因而有必要进行补偿。温度影响的补 14

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偿通常通过测量振动管温度由变送器执行。 但是，当振动管温度与环境温度之间存在较大温差时会引起温度补偿误差。使用隔热材料能使这 些影响减至最小。温度变化也可能导致零流量时科里奥利流量计的输出发生偏移

压力对于质量流量测量的影响较小，一 一般没有必要进行补偿。然而，对于某些结构和尺寸的科里 流量计来说，压力变化会影响流量校准系数，在这种情况下就有必要进行补偿。压力变化也会导致 量时科里奥利流量计的输出发生偏移。在过程压力下调整零点可以消除此影响（见6.4）

周围管道施加在检测元件上的应力会引起零流量时科重奥利流量计的输出发生偏移，对于某些 和尺寸的科重奥利流量计，会影响整个流量范围的不确定度。在初始安装后或者随后有任何改变 宜检查零点偏移。如果此偏移不可接受，宜再次作零点调整（见6.4）

零点偏移是由于机械噪声造成的，与质量流量引起的科里奥利效应难以区分。当流量为零时，可加 以确定和补偿。在制造过程中，通常会保持科重奥利流量计平衡，以减少这些影响。然而，即使经过适 当的平衡和安装，仍可能存在由于外部机械噪声所造成的残余偏移。科里奥利流量计制造商应提供 个确定和补偿零点偏移的程序。 某些结构的科里奥利流量计安装完毕后可能需要调整零点，以消除6.3所述的影响。这可以参考 共货商提供的使用说明书。检查或者调整零点时，流量计内宜充满流体并通过关闭上游和下游的阀门 使流体停止流动。建议首先检查零点，如果零点偏移大于制造商的规定或者用户不能接受再调整零点， 零点调整宜在过程温度、压力和密度条件下进行。流体保持稳定，没有气泡或大量沉淀物，也没有流动 十分重要。 通过观测零流量时科重奥利流量计的输出可以检查零点调整的程度。但在观测科里奥利流量计的 前出之前，需把变送器内的小流量切除设定设置为零，或者设置成一个不受小流量切除设定影响的输 出。如果合适，可能需要启动双向功能。最好定期检查科里奥利流量计的零点。

6.5质量流量测量的校准

每一台科里奥利流量计都宜采用可溯源到国家基准或国际基准的标准装置进行校准，并提供校准 正书。校准实验室宜通过ISO/IEC17025试验室认可。通过此程序确定的校准系数宜永久标记在检 测元件的铭牌上。 科里奥利流量计的校准方法和其他流量计类似。将科里奥利流量计的输出与一个可溯源标准装置 对照。可溯源标准装置的不确定度宜至少优于被测科里奥利流量计不确定度的1/3。 由于科里奥利流量计是一种质量流量测量装置，因此最好对照质量或重量标准进行校准。在无法 更用质量或比重法的场合，尤其是在现场校准情况下，也可以对照体积标准结合密度测定法进行校准。 应仔细评估使用这种方法引起的误差。如果使用标准科重奥利流量计，宜注意避免串扰（见4.2.10）。 工厂校准通常用水做试验介质。开始校准之前宜检查流量计的零点（见6.4）。科重奥利流量计可 能需要在校准装置上进行零点调整天然气标准，在最终安装后需要再次进行零点调整。详细的校准建议、校准周 期、建议的程序和校准类型参见附录A

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科里奥利流量计可在测量条件下进行在线密度测量。本章概述了用科里奥利流量计进行密度测量 和密度校准的方法。标准密度和浓度等以密度为基础的推断测量在附录C中论述， 注意：在本标准编写之时，科里奥利流量计测量气体密度的能力比较有限。因此，利用气体密度测 量法将气体的质量流量转化为气体的实际体积流量的能力也很有限。对于测量气体流量条件下所提供 的实际体积测量的不确定性和有效性.宜咨询制造商

科单奥利流量计通常在谐振频率上工作。对于一个谐振系统来说，此频率与振动的质量和刚度之 间有着非常密切的关系。科里奥利流量计的谐振频率（f）和相关公式如下式所示： f=(1/2元）(C /m)1/2 （6

科里奥利流量计通常在谐振频率上工作。对于二个谐振系统来说，此频率与振动的质量和刚 有着非常密切的关系。科里奥利流量计的谐振频率（f）和相关公式如下式所示： f = (1/2元)(C/m)1/2 *

建筑施工图集其中 m=mtb+mr （7） 且 mf=pf· V ·（8） 式中： f 谐振（固有）频率； C 振动管组件的机械刚度或弹簧常数； m 质量； mth 振动管的质量； m 振动管中流体的质量； V 振动管中流体的体积； f 流体的密度。 振动管组件的机械刚度或弹簧常数取决于科里奥利流量计的结构和振动管材料的杨氏弹性模量 根据式（6）、式（7)和式（8）可以确定：

其中 m=mtb+mr （7） 且 m=pf·V ·（8） 式中： f 谐振（固有）频率； C 振动管组件的机械刚度或弹簧常数； m 质量； mtb 振动管的质量； m 振动管中流体的质量； V 振动管中流体的体积； f 流体的密度。 振动管组件的机械刚度或弹簧常数取决于科里奥利流量计的结构和振动管材料的杨氏弹性模量。 根据式（6）、式（7)和式（8）可以确定：