微机电体系芯片可获得某些微观机电器材不能完成的功用。典型的微机电体系芯片包含微传感器、微调理器及智能电子操控线路。微传感器能感应环境的热、机械、磁、光、化学或生物特性，经过微调理器及智能电子操控线路来完结相关功用。
MEMS质量流量计选用美国SIARGO公司出产的热式质量流量传感器芯片，经过气体活动发生的热场改变来丈量气体的流量。因为不同质量的气体对热场具有不同的影响，因而它所丈量的流量为质量流量。
微机电体系芯片热式质量流量传感器选用多个温度传感器及1个微热源，大大减小了环境对丈量的影响。其热源十分细小，选用刺进式，在相对大的静态流场中，热源对介质环境没有影响，不会像传统的热丝式质量流量计那样构成气体的对流。因而，微机电体系芯片热式质量流量传感器具有优秀的零点安稳性和极短的呼应时刻。
2 MEMS质量流量计的结构和作业原理
2.1MEMS质量流量计的结构
MEMS质量流量计的结构见图1，核心部件为流量传感器组件。关于工业用户，流量计的均匀功耗不大于0.8mW，其所选用的19AH锂电池组可以支撑3年以上的不间断作业。组合整流器包含直流和整流两个功用。表体的管道一般选用文丘里结构，有利于流场的安稳。
图1 MEMS质量流量计的结构
2.2 MEMS质量流量计的作业原理
与传统热式质量流量计的丈量原理相似，流体的质量流量与流过传感器所带走的热量相对应。在MEMS流量芯片上，1个微热源的上、下流各对称地设置1个温度传感器，还设置了1个环境温度传感器，用来调理环境温度改变对微热源的影响。流体的质量流量，微热源上、下流的温度改变及微热源的功率是芯片的首要参数。传感器所丈量的流量为与温度和压力无关的质量流量。虽然如此，操控电路的温度补偿是流量计温度效应的首要来历。
3 MEMS质量流量计的技能特性
MEMS质量流量计适用于天然气、气态液化石油气等气体的丈量。现在运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十分明显。
MEMS质量流量计的长处为：
①量程比大，MF－FD系列气体质量流量计的量程比达100∶1。
②始动流量小。可有用处理机械式流量计的小流量漏计问题，减小燃气公司的供销差。
③直接进行质量计量，不需温度、压力补偿，削减计量丢失。
④压力丢失小，能确保体系节能运转。
⑤分量轻。与容积式流量计比较，MEMS质量流量计的分量大大减轻。
⑥无可动部件。
⑦全电子智能功用。专门规划的电子操控部件能供给信号传输、事端报警、%&&&&&%卡操控等功用；内置存储器进行历史数据记载，为深入分析和办理用户用气发明了条件；网络通信功用可轻松完成城市燃气外表的体系办理，为城市燃气完成调峰、阶梯收费等办法发明了条件。
4 MEMS质量流量计的校准和功用
①用于校准的规范器
因为MEMS质量流量计量程比大，因而挑选规范器时量程比是一个重要因素，负压临界流文丘里喷嘴法气体流量规范设备（声速喷嘴）成为首选的规范器。一方面，经过喷嘴的组合，声速喷嘴具有较大的量程比；另一方面，声速喷嘴具有较好的安稳性和扩展不确认度，是常用的气体质量流量计校准和检定的规范设备。MEMS质量流量计均由声速喷嘴作为规范器进行校准。由矽翔微机电体系（上海）有限公司规划的声速喷嘴，空气中的丈量规模为0.016～1500m3/h，不确认度为0.22%。
②MEMS质量流量计的校准
因为MEMS流量芯片选用相似于大规模%&&&&&%的制造工艺，在单一硅基晶圆上可制造上千个传感器，因而芯片与芯片之间具有较高的一致性。因而MEMS质量流量计间的一致性除了规划，特别是除了操控电路和机械结构的规划以外，取决于芯片封装的一致性、流量计各部件的一致性和安装进程的一致性。在实践校准进程中，校准流量点的多少、流量计整流器的作用、校准环境的安稳性（温度、湿度和压力）以及介质（空气）和流场的安稳性都是决议校准精度的重要因素。在实践出产进程中，对出产工艺的操控决议了校准的难易。对MEMS质量流量计而言，其原始信号可选用多项式拟合来使之线性化和校准。
③MEMS质量流量计的前直管段要求
经试验确认，前直管段长度最小应为前直管段内直径（D）的5倍。在前直管段的前端衔接不同的弯管（包含90°笔直或水平弯管及其各类组合），得到5种工况下的计量相对误差，见图2。5种工况分别为：工况1：1个90°笔直弯管+长5D的前直管段；工况2：2个90°笔直弯管+长5D的前直管段；工况3：2个90°水平弯管+长5D的前直管段；工况4：1个90°水平弯管+1个90°笔直弯管+长5D的前直管段；工况5：长15D的前直管段。由图3可知，只需前直管段长度大于等于5D，各类弯管对MEMS质量流量计的精度影响很小。
图2 MEMS质量流量计在5种工况下的质量流量相对误差
用于城市天然气计量的质量流量计，其可靠性十分重要，可靠性毛病会给燃气办理带来困难，乃至引起交易胶葛。在MEMS质量流量计的可靠性测验中，选用了加快试验的办法。一台管径为32mm，最大标称流量为16m3/h的MEMS质量流量计在校准后和累积流量到达32650m3后的质量流量相对误差见图3，同一工况、同一质量流量下的3个相对误差值代表3次重复性丈量的成果（图3中有些点重合）。该MEMS质量流量计适用于小型餐饮用户等的天然气计量，这类用户均匀每天用气约6h，均匀小时流量约为8m3/h，因而32650m3的天然气约需求运用2年。由图3可知，累积运用2年后，MEMS质量流量计的丈量精度仍能满意要求。
图3 MEMS质量流量计的可靠性测验成果
对全电子流量计而言，环境温度的安稳性也是一个重要目标。虽然MEMS质量流量计一次传感丈量的数据为质量流量，与介质温度无关，但二次传感（操控电路自身的温度特性）与介质温度相关。假如操控电路的温度特性使丈量相对误差超出了精度答应规模，则流量计不能用于天然气的交易计量。
管径为50mm的MEMS质量流量计校准（介质温度为20℃）后的丈量相对误差，与介质温度（t）为31℃时（常压）的丈量相对误差比较见图4。由图4可知，虽然介质温度升高后，丈量相对误差整体负偏，但仍在精度答应规模内。因而在城市天然气的实践运用环境中，操控电路的温度效应带来的影响满意丈量精度要求。
图4 MEMS质量流量计温度功用测验成果
①MEMS质量流量计的实流检测
关于燃气流量计，在出产进程中，实践气体标定一般难以完成，因而空气校准是必定的挑选。空气校准的流量计，有必要可以容易地运用到实践的城市燃气计量中。理论上，因为传感器封装在流场中构成边界层层流状况及相对安稳的流场，气体批改因子可用于不同丈量气体的检测。为了证明这一理论估测，在空气中标定2台MEMS质量流量计，其间1台管径为50mm，丈量规模为0～400m3/h；另1台管径为80mm，丈量规模为0～1500m3/h。在进行天然气实流检测前，经过软件设定单一线性气体批改因子为0.7845。实流检测设备的丈量规模为26～10000m3/h，不确认度为0.25%。用于实流检测的天然气以甲烷（体积分数为97.549%）为首要成分，密度为0.6879kg/m3。
管径为50mm的MEMS质量流量计的重复性为0.26%，相对误差为－0.74%～0.74%。管径为80mm的MEMS质量流量计的检测成果与管径为50mm的MEMS质量流量计附近。这2台MEMS质量流量计在天然气中的检测精度与在空气中的附近。成果表明，选用MEMS质量流量计对天然气进行交易计量是可行的。日本东京燃气公司在对MEMS质量流量计的评价中，对气体组分改变的状况进行了研讨。成果表明，当气体组分改变不大时，对丈量精度的影响细小。这契合大多数运用状况，一般某个城市的燃气气源相对安稳。当气源组分改变很大时（例如含N2等），MEMS质量流量计中的组分检测传感器需求进行常态检测，以对气源组分改变进行批改或补偿。这在必定条件下会影响MEMS质量流量计的功耗，缩短电池寿数。
②运用事例
2009年6月，重庆市某制衣厂运用了MF50GD型MEMS质量流量计。为把握膜式表与MEMS质量流量计的计量状况，将1只G40膜式表与1只MEMS质量流量计串联，进行计量流量的比照，见表1，其间MEMS质量流量计计量的质量流量换算为体积流量。
表1 G40膜式表与MEMS质量流量计计量的日体积流量m3 
a.6月18日至7月5日，G40膜式表计量的整体积流量为698m3，MF50GD型MEMS质量流量计计量的整体积流量为911m3，G40膜式表比MF50GD型MEMS质量流量计计量的整体积流量少213m3，相对误差为30.5%。
b.7月2日至5日的数据阐明，用户或许运用小火或长明火，流量达不到G40膜式表的始动流量，使其无法计量；而MF50GD型MEMS质量流量计的始动流量很小，可精确计量小流量。(end)
