近年國(guó)內(nèi)燃?xì)獗硎袌?chǎng)容量高達(dá)千萬(wàn)臺(tái)，據(jù)估算，總市場(chǎng)空間超400億元，燃?xì)獗硎袌?chǎng)前景廣闊、大有可為。市場(chǎng)現(xiàn)有燃?xì)獗矶酁槠つな綑C(jī)械表，隨著熱量計(jì)量、能量計(jì)量方式的興起，超聲波燃?xì)獗砘驘崾劫|(zhì)量流量表將后來(lái)居上成為主流，本文將對(duì)熱式流量質(zhì)量表的技術(shù)進(jìn)展作簡(jiǎn)單梳理。
一、家用燃?xì)獗韺?duì)MEMS熱式質(zhì)量流量檢測(cè)技術(shù)要求
基于煒盛科技十多年流量檢測(cè)的技術(shù)沉淀，結(jié)合熱式質(zhì)量流量燃?xì)獗碚髑笠庖?jiàn)稿，MEMS熱式質(zhì)量流量檢測(cè)技術(shù)要求主要有如下五個(gè)方面：
◎抗污染
• 4種污染物顆粒
• 持續(xù)運(yùn)行5分鐘
• 6支樣品對(duì)比
與歐洲燃?xì)庀啾?，?guó)內(nèi)燃?xì)馄毡闈崈舳绕停細(xì)獗頌楸３钟?jì)量精度，必須擁有一定的抗污染能力。即將發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)里列舉了4種污染物，顆粒范圍分別是0-100um，100-200um，200-300um，300-400um。在實(shí)驗(yàn)中針對(duì)每種污染物，將6支樣品分別運(yùn)行5分鐘，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后檢測(cè)不同實(shí)驗(yàn)條件燃?xì)獗砭鹊挠绊憽?strong>燃?xì)獗淼谋３志仍礁?，其抗污染能力越?qiáng)。
◎氣體類型識(shí)別
• 不同氣體類型識(shí)別
• 同一類型不同標(biāo)號(hào)識(shí)別
民用燃?xì)夥譃樘烊粴?、液化氣、人工煤氣等不同的氣體類別，同樣為天然氣又根據(jù)組分不同分為不同的標(biāo)號(hào)，這就要求燃?xì)獗砟軌驅(qū)崿F(xiàn)兩個(gè)識(shí)別能力，即：不同氣體類型識(shí)別能力，同一類型不同標(biāo)號(hào)識(shí)別能力。
◎脈動(dòng)流量檢測(cè)
• 兩個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)：0.375qmax、0.07qmax
• 三個(gè)時(shí)間點(diǎn)：1.05Tc、5.25Tc、10.5Tc
脈動(dòng)流量檢測(cè)也是燃?xì)獗砭鹊囊粋€(gè)重要指標(biāo)。熱式流量質(zhì)量燃?xì)獗頌榱私档凸亩嗖捎妹}沖檢測(cè)，若脈沖檢測(cè)間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則對(duì)脈動(dòng)流量的測(cè)量會(huì)出現(xiàn)較大誤差。對(duì)脈動(dòng)流量的測(cè)量，一般采集基于兩個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)（0.375qmax、0.07qmax）和三個(gè)時(shí)間點(diǎn)（1.05Tc、5.25Tc、10.5Tc）。
◎零流量
• 三個(gè)溫度點(diǎn)：-10℃、+20℃、+40℃
• 每個(gè)溫度點(diǎn)存儲(chǔ)24小時(shí)
熱式質(zhì)量流量燃?xì)獗韺儆跀?shù)字式燃?xì)獗?，電子元器件受溫度漂移影響較大。和傳統(tǒng)的機(jī)械式燃?xì)獗硐啾?，熱式質(zhì)量流量燃?xì)獗砭哂徐`敏度高，精度高等優(yōu)點(diǎn)，但在零流量點(diǎn)的控制方面要有更加嚴(yán)格的控制手段，以確保零流量情況下燃?xì)獗碛?jì)數(shù)不會(huì)受溫度出現(xiàn)大的漂移。
◎耐久性
耐久性即驗(yàn)證燃?xì)獗韷勖?。燃?xì)獗淼臉?biāo)準(zhǔn)里規(guī)定壽命不得低于6年，如果持續(xù)觀察燃?xì)獗砉ぷ?年，驗(yàn)證周期過(guò)長(zhǎng)，故該方法不具有操作性。行業(yè)內(nèi)多采用模擬方式加速老化，即采用最大流量運(yùn)行2000小時(shí)或累積氣量方式運(yùn)行5000小時(shí)。
二、熱式質(zhì)量燃?xì)獗泶嬖诘娜舾蓡?wèn)題及解決方向
1、目前最大的問(wèn)題，是MEMS熱式流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量中的污染。燃?xì)獾臐崈舳炔桓撸渲袚诫s著各種雜質(zhì)，致使燃?xì)獗順O易受到污染。下圖是熱式質(zhì)量燃?xì)獗淼氖褂们闆r。
（參考資料來(lái)源于新奧燃?xì)猓?/span>
結(jié)論：
（1） 家用表在使用過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)傳感器污染情況；
（2） 輕度灰塵對(duì)MEMS熱式流量傳感器的計(jì)量性能不產(chǎn)生影響
（3） 油污將對(duì)MEMS熱式流量傳感器的計(jì)量性能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)誤差
（4） 傳感器污染后無(wú)法修復(fù)，只能整表更換
耐臟污解決方向
（1） 芯片：流量檢測(cè)芯片上生長(zhǎng)致密保護(hù)層，燃?xì)庵械挠臀?、灰塵等污染物不易敷著在流量芯片上，可以明顯提高抗污染能力。
（2） 封裝：流量檢測(cè)芯片平鋪于PCB上會(huì)在PCB上凸起，污染物易在芯片周邊堆積，這對(duì)于芯片的抗污染極為不利；如果將芯片嵌入PCB中，芯片表面與PCB處于同一水平面，污染物不易堆積，芯片的抗污染能力也能大幅提高。
（3） 流道：污染物中的油污、灰塵，密度均大于空氣。對(duì)流道適當(dāng)改良后，在不影響整體燃?xì)饬髁坎杉耐瑫r(shí)，利用離心原理避免污染物從芯片表層通過(guò)，從而延長(zhǎng)芯片的使用壽命。
（4） 算法：上文提及的三種方法均是從硬件提高芯片的抗污染能力，延長(zhǎng)芯片的使用壽命，而作為數(shù)字式燃?xì)獗恚惴▽?duì)于燃?xì)獗淼挠?jì)量進(jìn)度也有重要影響，通過(guò)優(yōu)化算法，也可以達(dá)到提高計(jì)量精度的目的。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于安裝在某個(gè)特定環(huán)境中的燃?xì)獗?，可以通過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)觀測(cè)擬合出匹配該環(huán)境的計(jì)量算法，應(yīng)用該算法后，燃?xì)獾挠?jì)量精度穩(wěn)定性、可靠性均有所改善。
2、組分問(wèn)題
天然氣的組分并非一成不變，甚至是經(jīng)常改變的。不同時(shí)間，不同地域的天然氣組分都有所差異。因此，采用固定組分系數(shù)的燃?xì)獗頃?huì)出現(xiàn)較大誤差，下圖數(shù)據(jù)就說(shuō)明了這一點(diǎn)。
下圖是不采用組分跟蹤的誤差統(tǒng)計(jì)表，誤差竟達(dá)到19-38%。
下圖是采用超聲波原理的燃?xì)獗碚`差統(tǒng)計(jì)表。
如圖所示，超聲波流量計(jì)存在誤差，而事實(shí)上皮膜表也會(huì)存在誤差。長(zhǎng)期以來(lái)，我們默認(rèn)皮膜表不出現(xiàn)計(jì)量誤差，這是不甚合理的。
為了解決上述問(wèn)題，我們采用固定修正系數(shù)去補(bǔ)償組分的影響。如果組分一定，該計(jì)量方法精確度較高；但是如果組分變化，該方法仍然存在較大誤差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖所示：
為了進(jìn)一步解決上述問(wèn)題，宜采用組分自動(dòng)跟蹤技術(shù)。在燃?xì)獗碇性黾咏M分自動(dòng)跟蹤傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃?xì)饨M分的改變，智能調(diào)整燃?xì)庥?jì)量算法。該方法操作性強(qiáng)，精度高，較好地解決了組分變化影響計(jì)量準(zhǔn)確度的問(wèn)題。
MEMS燃?xì)獗碓诮M分補(bǔ)償方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其組分傳感器熱導(dǎo)能力好，在燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域具有極佳表現(xiàn)。
寫在最后：
特此感謝煒盛科技研發(fā)中心劉工供稿
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