昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：31發(fā)布時(shí)間：2025-7-7
M E M S 流量計(jì)在城市天然氣貿(mào)易計(jì)量中的應(yīng)用
黃立基 鄧文紅 馮 勇 魏凱平 楊祥友 蔣昌明 江蘇剛 劉 蕊
（矽翔微機(jī)電系統(tǒng)（上海）有限公司， 上海 200233）
摘 要 MEMS 全電子氣體質(zhì)量流量計(jì)采用量熱式測量原理，流量芯片封裝在不銹鋼平板上，在流道中形成邊界層。通過不同氣體的校準(zhǔn)和實(shí)標(biāo)以及分別與羅茨和渦輪流量計(jì)在城市天然氣貿(mào)易計(jì)量的在線對比數(shù)據(jù)分析，對MEMS 流量計(jì)的性能進(jìn)行了全面的考證。實(shí)際數(shù)據(jù)表明，MEMS 流量計(jì)與傳統(tǒng)帶溫度和壓力補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械流量計(jì)在相同的測量范圍能夠互換，而由于其更寬的動(dòng)態(tài)測量范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的計(jì)量。同時(shí)，MEMS 流量計(jì)不需要附加的溫度和壓力補(bǔ)償，體積小巧，極大節(jié)約綜合計(jì)量成本。此外，全電子技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，避免由于諸如機(jī)電轉(zhuǎn)換帶來的貿(mào)易糾紛。MEMS 流量計(jì)還提供了未來能量計(jì)量的可能。
關(guān)鍵詞 MEMS 流量計(jì)量；天然氣；貿(mào)易計(jì)量；質(zhì)量流量
MEMS Flow Meters for City Gas Custody Transfer
Huang Liji Deng Wenhong Feng Yong Wei Kaiping Yang Xiangyou
Jiang Changming Jiang Sugang Liu Rui
(Siargo (Shanghai), Ltd. Shanghai 200233, China)
Abstract: The MEMS mass flow meters for city gas utilize calorimetric principle. The flow sensor is packaged in a stainless plate forcing the fluid into a perfect boundary laminar flow across the sensor. The performance of the MEMS flow meter calibrated with either air or natural gas was evaluated by comparison in serial with either roots meter or turbine or
diaphragm meters in the city natural gas pipeline. The data indicated that the MEMS flow meters had a much larger dynamic measurement range while exchangeable in the measurement range of either compensated roots or turbine meters with flow computers.
However, the compact MEMS meters do not required the additional temperature and
pressure compensation with flow computers, resulting in significant savings in cost and maintenance. Further, the all electronic MEMS mass flow meters are ready for remote data access and pave the way for future implementation of energy metering.
Key words: MEMS flow meter; natural gas; custody transfer; mass flow
引言
當(dāng)前日益緊缺的能源供應(yīng)推動(dòng)了能源管理技術(shù)的快速發(fā)展。世界各國都高度支持智能能源網(wǎng)的建設(shè)。但是能源網(wǎng)中相對于智能電網(wǎng)的建設(shè)，智能燃?xì)饩W(wǎng)、供熱網(wǎng)和水網(wǎng)發(fā)展卻較為緩慢。一個(gè)多世紀(jì)以來，城市燃?xì)庥?jì)量以皮膜、渦輪和羅茨技術(shù)為主導(dǎo)。并且在家庭和小型工商用戶中，皮膜燃?xì)獗碚紦?jù)了的。這些技術(shù)有很好的可靠性和各自的優(yōu)點(diǎn)，但使之網(wǎng)絡(luò)化卻比較困難。在機(jī)械（皮膜）表上加裝機(jī)電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理的方式（AMR，Automatic Meter Reading）已有數(shù)十年的歷史，但其不僅成本高昂而且機(jī)電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的可靠性和數(shù)據(jù)安全性一直未能根本解決。原因之一是機(jī)電轉(zhuǎn)換隨時(shí)間的累計(jì)值與儀表本身的機(jī)械讀數(shù)間的誤差較為難以消除。從2009 年以來，在一些開始實(shí)施的國家，客戶的投訴乃至于法律訴訟已開始出現(xiàn)并且有增多的跡象[1]。
用于城市燃?xì)獾娜娮蛹夹g(shù)始于20 世紀(jì)70 年代。超聲波燃?xì)獗硪言诿绹腿毡居行×康膽?yīng)用[2]。但由于其成本昂貴，大規(guī)模的應(yīng)用仍難以實(shí)現(xiàn)。采用MEMS（Micro Electro Mechanical System）流量芯片技術(shù)開發(fā)的全電子流量計(jì)開始于上個(gè)世紀(jì)90 年代。日本[3] 和瑞士[4] 都分別開發(fā)出了適用于小型工商客戶和家庭的MEMS 燃?xì)饬髁坑?jì)并且通過了相應(yīng)的性能測試。但是目前這些產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中或是由于壓損太大，或是現(xiàn)場應(yīng)用的問題，產(chǎn)品的商業(yè)化過程尚未完成。
1 MEMS 流量計(jì)的構(gòu)造和工作原理
1.1 MEMS 流量計(jì)的構(gòu)造
圖1 MEMS 流量計(jì)的組件圖。
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