昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：3發布時間：2025-7-7
M E M S 流量計在城市天然氣貿易計量中的應用
黃立基 鄧文紅 馮 勇 魏凱平 楊祥友 蔣昌明 江蘇剛 劉 蕊
（矽翔微機電系統（上海）有限公司， 上海 200233）
摘 要 MEMS 全電子氣體質量流量計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和實標以及分別與羅茨和渦輪流量計在城市天然氣貿易計量的在線對比數據分析，對MEMS 流量計的性能進行了全面的考證。實際數據表明，MEMS 流量計與傳統帶溫度和壓力補償的機械流量計在相同的測量范圍能夠互換，而由于其更寬的動態測量范圍，能夠實現更準確的計量。同時，MEMS 流量計不需要附加的溫度和壓力補償，體積小巧，極大節約綜合計量成本。此外，全電子技術易于實現數據遠傳，避免由于諸如機電轉換帶來的貿易糾紛。MEMS 流量計還提供了未來能量計量的可能。
關鍵詞 MEMS 流量計量；天然氣；貿易計量；質量流量
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
當前日益緊缺的能源供應推動了能源管理技術的快速發展。世界各國都高度支持智能能源網的建設。但是能源網中相對于智能電網的建設，智能燃氣網、供熱網和水網發展卻較為緩慢。一個多世紀以來，城市燃氣計量以皮膜、渦輪和羅茨技術為主導。并且在家庭和小型工商用戶中，皮膜燃氣表占據了的。這些技術有很好的可靠性和各自的優點，但使之網絡化卻比較困難。在機械（皮膜）表上加裝機電轉換和數據傳輸設備來實現遠程管理的方式（AMR，Automatic Meter Reading）已有數十年的歷史，但其不僅成本高昂而且機電轉換數據的可靠性和數據安全性一直未能根本解決。原因之一是機電轉換隨時間的累計值與儀表本身的機械讀數間的誤差較為難以消除。從2009 年以來，在一些開始實施的國家，客戶的投訴乃至于法律訴訟已開始出現并且有增多的跡象[1]。
用于城市燃氣的全電子技術始于20 世紀70 年代。超聲波燃氣表已在美國和日本有小量的應用[2]。但由于其成本昂貴，大規模的應用仍難以實現。采用MEMS（Micro Electro Mechanical System）流量芯片技術開發的全電子流量計開始于上個世紀90 年代。日本[3] 和瑞士[4] 都分別開發出了適用于小型工商客戶和家庭的MEMS 燃氣流量計并且通過了相應的性能測試。但是目前這些產品在實際應用中或是由于壓損太大，或是現場應用的問題，產品的商業化過程尚未完成。
1 MEMS 流量計的構造和工作原理
1.1 MEMS 流量計的構造
圖1 MEMS 流量計的組件圖。
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