技术引进到自主研发，表企该如何走好户用超声燃气表这条路？

　　这几年，燃气仪表方面最引人注目的毫无疑问是超声波燃气表和超声波燃气流量计，甚至可以说是这几年厂家追逐的亮点。但是坦率地说，目前市场上大规模批量生产的超声波民用燃气表全部使用的是日本松下的捆绑式一体化方案，这也是不争的事实。与大口径燃气流量计的厂家既有欧美系的，也有日系的，还有拥有自己专利技术和产品生产的国内厂家不同，在小口径超声波燃气表方面，松下方案的一家独大尤为令人侧目。
 

　　从2019年起，多家表计厂家宣称有了自己的超声波燃气表方案，也有一些展示、宣传的手段和内容，但是在市场推广和产品销售上始终是“犹抱琵琶半遮面”，无法大大方方亮出来。就笔者在小口径民用燃气表的超声波化方面的认知，我们还处于初步发展阶段。和众多行业发展的规律相同，我国企业在超声波民用燃气表这个细分产品上，在从技术引进到技术吸收再到自主研发这条道路上，现在走到什么阶段，是一个值得关注的话题。
 

　　超声波燃气表主要由三大组件构成：包含计量算法的PCBA电子线路板、有效双向流道、超声波换能器。其主要优点在于精度高、量程比很宽、无压损、可测量双向流，可精确测定脉动流、对沉积物不敏感，无可动部件、维护费用较低等。松下依赖自己超过三十年的市场应用，完善了整套的设计方案，并使其能够符合燃气计量的标准要求。目前国内外提出的各种方案，最大问题就是计量的准确性是否能达标、稳定性是否长期可靠、生产一致性是否能达到目标以及在工业生产中是否能长期保持。从实际情况来看，将三大组件分别开发然后拼合的思路是不成功的。设置算法的PCBA或者芯片厂家，不管是国内的多家企业乃至国际顶流芯片厂商德州仪器(TI)，都有过芯片或者PCBA推出，但是这些厂家由于对整个计量系统无法深入接触，也缺乏大量的、长期的流道实验和实践，推出的芯片乃至PCBA，均处于实验室环境下的可行性，或者和特有的几个合作伙伴的匹配，对流量修正系数无法也不可能做到多效匹配、多场合匹配。换句话说，从芯片厂家出发推出的超声波计量芯片，目前为止是无法达到燃气流量计的精度和准确率的。
 

　　这里恐怕有读者要质疑：那为什么热表、水表已经有成熟的超声波计量芯片呢？
 

　　关键是水(热水和冷水)与气的特性的不同。虽然水和气有较多的共同点比如压力推动流向、水质和气质一样较为复杂等，但是气质由于其很强的不连续性的特征，可以随时随地在任何环节变化自身的体积和密度，所以其计量难度远高于水，之前有很多厂家提出过将优化过的(主要是强化了测量灵敏度)水超声波计量芯片用于气，结果都是失败，就是这个原因。
 

　　第二个重要组件：流道，其经验主要积累在各个燃气生产使用单位，即使是最接近相关行业的燃气表生产厂家，其更多的也只是在实验室和标定以及售后场合才会直观的接触到燃气的实际情况。其实，流道的经验积累是在三大组件中最早的，在纯机械燃气表时代就有大量的相关观察和记录，但是这些记录主要掌握在有机械表主业的厂家手中，可能很难引起更多的重视。相反的，需要匹配流道中燃气流速、正反向气量、小气量等经验的方案厂家，由于缺少足够的长年累积的试验数据和实际数据支持，就会容易陷入前文提到的对流量修正系数、算法上的误差大、优化不准确，最终结果就是计量不准确。
 

　　最后一个组件：换能器，准确的说，是换能器的传感器部分，也是目前一个非常大的错位配置的症结所在。一般目前换能器有两种生产方式：表厂自行生产和专业的传感器厂家生产。前者的优点毋庸置疑，能够最好地匹配自己的整套产品，符合自己所有的需求；缺点在于表厂厂家毕竟不是传感器厂家，就像做汽车的不见得会炼钢一样，传感器有其自己的专业性，需要专业的设备投资进行匹配，才能保证精密性、一致性、稳定性和性价比。自己做传感器，数量首先就受到了局限，其次自行设计传感器的产品质量和经验真的就能满足计量需求吗？从目前的各种公开信息来看，还是有很多疑问。因为谁家自行生产的换能器首先也唯一需要满足的任务就是匹配自己的产品，整个闭环系统：算法、流道、换能器都带有自己的特性，最终就和松下目前提供的整套产品一样，单独拆开来是没有办法对外销售的。当然，对于表厂来说，可能从来就没有要广泛对外销售换能器的想法，但是这样就意味着换能器的大规模生产会受到限制，相应成本始终会偏高，最终对整个产品的价格定位还是会有影响。
 

　　另外一种方法就是找专业的传感器厂家进行合作，定制符合自己需求的换能器。从目前笔者收集的信息以及拿到的一些换能器样品来看，换能器厂家对此动力较强，他们也希望提供一些标准件以扩大市场规模。但是这里又出现了一个前文反复提到的悖论：如果最终产品由于匹配问题导致不满足计量精度，那这个产品就是失败的，也就毫无量产的希望。但是如果进行专项匹配，又会回到数量少、定制化的原点。
 

　　那么，是不是只有松下目前的整套化产品才是市场化出路呢？笔者并不认同这个观点。翻看近三十年来各科研机构针对流体力学的相关论文以及针对流量计的安装效应及其评估研究并计算若干种典型声道布置在特定流场中的流场适应能力的研究报告来看，以下两条，是未来专业化厂家各自规模化生产，最终有表厂方案集成的可能性方向：
 

　　超声在气体中的能量衰减的定量化分析的突破
 

　　由于流量计主要依靠超声脉冲在顺流和逆流情况下的信号时延差分来获取流体的流动速度信息，因此时延估计的精度也就决定了流量计能达到的计量精度与性能。在超声信号的时延估计问题中，信道的随机时变、频变对接收信号的影响是导致估计精度难以提高的主要原因。高精度时延估计通常以信道平稳、接收信号归一化波形基本不变为前提，当信道起伏严重、信号波形畸变严重时，时延估计的精度将迅速下降。简单的说，就是将换能器的超声信号向高频调整、更多点(目前通常是2点换能器)设计等方式，可以针对几种大类的流道形成有决定性指导意义的换能器布置，这些标准化精确定位，在换能器超声信号的高频强化下，可以有效弥补精度偏差，为计量算法补偿提供一个可以实现的范畴。
 

　　流道换能器一体化
 

　　这种方式是部分的将事实上可以独立的算法、芯片等表厂本来就无法自制的产品拆出继续维持标准化产品，而将换能器完全和流道合并在一起，以拼接或者直接组装的方式，将换能器和流道一体化，这样可以做出多种流道，和上文方案1中的目的一样，提供标准化的超声反馈信号，有助于计量算法和芯片的处理，最终实现能够符合计量要求的标准化产品的出现。
 

　　当下的国际环境和市场现状，都在要求我国在各个行业逐步进行国产化替换，超声波燃气表这个细分产品自然也会有这样的期待。笔者热诚的期盼能有国内同仁尽快完善自己的超声波燃气表产品，真正的大批量投放市场，将这个燃气行业的明星产品，掌握到中国人自己的手中。
 

　　原标题：技术引进到自主研发，表企该如何走好“户用超声燃气表”这条路？