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干貨 | MEMS熱式質(zhì)量流量檢測(cè)技術(shù)在*表中的應(yīng)用分析

2023年06月17日 12:31:29      來(lái)源:鄭州煒盛電子科技有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:30

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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、*表對(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?,其中摻雜著各種雜質(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)庵械挠臀邸⒒覊m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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