M E M S 流量計在城市天然氣貿(mào)易計量中的應(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(mào)易計量的在線對比數(shù)據(jù)分析，對MEMS 流量計的性能進行了全面的考證。實際數(shù)據(jù)表明，MEMS 流量計與傳統(tǒng)帶溫度和壓力補償?shù)臋C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(tài)測量范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)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(jié)約綜合計量成本。此外，全電子技術(shù)易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，避免由于諸如機電轉(zhuǎn)換帶來的貿(mào)易糾紛。MEMS 流量計還提供了未來能量計量的可能。

　　關(guān)鍵詞 MEMS 流量計量；天然氣；貿(mào)易計量；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)，智能燃氣網(wǎng)、供熱網(wǎng)和水網(wǎng)發(fā)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(shù)為主導(dǎo)。并且在家庭和小型工商用戶中，皮膜燃氣表占據(jù)了絕對的市場份額。這些技術(shù)有很好的可靠性和各自的優(yōu)點，但使之網(wǎng)絡(luò)化卻比較困難。在機械（皮膜）表上加裝機電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備來實現(xiàn)遠程管理的方式（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。原因之一是機電轉(zhuǎn)換隨時間的累計值與儀表本身的機械讀數(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]。

　　用于城市燃氣的全電子技術(shù)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(yīng)用[2]。但由于其成本昂貴，大規(guī)模的應(yīng)用仍難以實現(xiàn)。采用MEMS（Micro Electro　Mechanical System）流量芯片技術(shù)開發(fā)的全電子流量計開始于上個世紀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 燃氣流量計并且通過了相應(yīng)的性能測試。但是目前這些產(chǎn)品在實際應(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 流量計的構(gòu)造和工作原理
　　1.1　MEMS 流量計的構(gòu)造

圖1　MEMS 流量計的組件圖。

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