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MEMS质量流量计在城镇燃气计量中的应用

时间:2017-03-15 12:34 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

介绍了微机电系统(MEMS)质量流量计的构造、工作原理、技术特性、选型注意事项,探讨了 MEMS 质量流量计的实际应用。罗茨流量计与 MEMS 质量流量计在居民小区用户的实际应用效果对比,MEMS 质量流量计比罗茨流量计始动流量小,小流量段计量优势明显。

1. 微机电系统(MEMS)简介 

MEMS 是微机电系统是指可批量制作的微型器件或系统。

MEMS 是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的,完整的 MEMS 是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。

2 .MEMS 质量流量计的构造及工作原理

 

2.1 MEMS 质量流量计的构造 MEMS 质量流量计主要由微机电系统流量传感器部件、表头、显示部件、表体、整流器及法兰组成。核心部件为流量传感器组件。其组成部分如下图:

构造1.jpg

2.2 MEMS 质量流量计的工作原理 MEMS 质量流量计与传统热式质量流量计的测量原理类

 

似,流量传感器是基于传热学能量平衡原理,流体的质量和流速直接与传感器上的温度场的梯度相关联,当气体无流动时,微热源两边的温度场呈对称分布,温度为零。当气体流过传感器芯片时,将带走热量,破坏了温度场的对称分布,流速越高,带走的热量越大;同样,气体的密度越大,比热容越大,带走的热量越多,温度差越大,通过两端的温度差可测出气体的流速。流体带走的热量与流体的流速和质量有关。下图为热式质量流量计传感器的工作原理示意图。

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3. MEMS 质量流量计的特点 

MEMS 质量流量计适用于天然气、液化石油气等气体的贸

 

易计量。目前应用于城市天然气工业和商业用户的中压和低压系列产品已面市,其在城市天然气计量表现出的优越性非常显著。MEMS 质量流量计的特点为:采用微机电系统芯片制造技术和材料生长技术,传感器的尺寸为微米量级,提高了灵敏度,使流量计的石洞流量大大降低,可有效解决机械式流量计的小流量漏计问题,减小供销差。在单个芯片上实现了多传感器基础,流量计的量程比大大提高。无需温度及压力补偿,保障了流量计的高精度计量。结合二次仪表的微控制器智能技术,使流量计重复性好;传感器零点稳定度较之传统的热式质量流量计有很大的改善,计量准确可靠。结构简单,较机械仪表压力损失大幅度减小,免维护,可以消除因润滑油加注不当引起的计量误差和损失。采用 LCD 显示瞬时流量和累积流量,表头可以限位旋转 180o,便于安装,读数方便。可根据需要旋转脉冲输出模块,兼容已有抄表系统,可根据需求设置每个脉冲代表的流量。

 构造3.jpg

4 MEMS 质量流量计的选型注意事项

MEMS 质量流量计为例,其产品分为MF 系列商用气体质量流量计及MF-FD 系列工业用气体质量流量计。在进行气体计量时,MEMS 质量流量计不要额外的温度压力补偿,直接输出标况体积流量,所以商业表选型时,将流量计与用户设计流量范围相对应即可;在进行工业表选型时,考虑到仪表最大流量和管道直径,需要把管道压力考虑进去。

 

5 MEMS 质量流量计安装注意事项

1)为了减少灰尘对流量计的影响,保证流量计的灵敏度和计量准确性,必须在流量计前加装≤50um 的高效过滤器;(2)为了确保气流的稳定性和计量的准确性,必须保留上游端最少 5DN 的直管段,下游端最少 3DN 的直管段(中间不能有阀门)。

6 MEMS 质量流量计的应用

由于 MEMS 质量流量计始动流量小,其在公福、商业用户中的应用优势明显,公福、商业客户的用气特点:用气炉灶多(用气点多),单点用气量小,传统机械式流量计受制于机械计量组件制造工艺等限制,有小流量不计量,或者是负偏计量等固有缺点,MEMS 质量流量计在侦测流体状态时灵敏度高,能快速响应气体流速的变化,及时扑捉小流量段用气量。而且其始动流量极小,小流量段正偏计量,可以很好的解决小流量计量问题。

 

应用案例:2013 月东三县-辛集公司奥林盛园小区应用了 MF25FD  MEMS 质量流量计。为掌握罗茨流量计与 MEMS 质量流量计的计量情况,将一支 G40 罗茨流量计与 MF25FD 型质量流量计串联,进行流量计量对比,两块对比表安装之前都送往河北省计量院进行检定,检定合格,符合 1.5 级表精度。对比情况见下表。

由上表可知:①6 -6  15 日,G40 罗茨流量计计量的总体积流量为 1312.2Nm3MF25FD  MEMS 质量流量计计量的总体积流量为 1481.8Nm3G40 罗茨流量计比 MF25FD  MEMS 质量流量计的总体积流量小 169.6 Nm3,相对误差为12.92%小区居民用户入住率不固定,用气时段不确定,用气量不规律,在小流量段,MEMS 质量流量计表现出优良的计量精度,在对比中能直观看到罗茨流量计小流量段计量始终负偏差。由于气质原因,罗茨流量计在应用一段时间后,在杂质的磨损下会出现小流量计量不精确,甚至不计量的情况;而质量流量计无可动部件,不受杂质的影响,且始动流量小,灵敏度高,能快速响应气体流速的变化,小流量计量时仍能达到较高精度。④MEMS 质量流量计无需压力、温度修正,罗茨流量计需要进行压力、温度修正,故罗茨流量计修正后的始动流量根据压力的不同成倍扩大,在中压计量时始动流量远大于质量流量计。