超声波燃气表助力我国燃气表行业转型升级.pdf

作者：熊友辉 武汉四方光电科技有限公司（湖北武汉，430205）
一、燃气表行业背景分析
近年来，我国加快推进“煤改气”工程建设，天然气已经成为我国现代清洁能源体系的主体能源之一。
到 2020 年，天然气在一次能源消费结构中的占比力争达到 10%左右，到 2030 年，占比提高到 15%左
右。在这些燃气迅速发展的利好消息促进下，燃气计量行业将迎来巨大的发展契机。膜式燃气表因其技术
成熟、质量稳定和价格低廉等优点，在我国城市燃气发展中得到广泛应用，随着计算机和微电子技术的发
展，膜式表也逐步实现了智能化，目前在燃气计量行业仍然占据着主导地位。但膜式燃气表结构复杂、易
磨损、易受管道介质温度压力等客观因素的影响，导致测量精度降低。热式（MEMS）燃气表是利用热传
递原理测量燃气标准状况下流量的一种新型燃气计量器具，采用全电子结构，无机械运转部件，体积小、
精度高。虽然可以针对特定天然气组分进行修正，但是从原理上还是易受多种不同气体组分影响，温度的
影响修正也相对复杂，同时长期的污染物沉积使得 MEMS 芯片响应变慢影响精度，使得其应用受到限制。
超声波燃气表以其非接触测量、无可动部件、无压力损失、极高的计量精度和可结合更多的智能化应用等
优势，引起国内外的高度重视，是近年来燃气计量领域的开发热点。

二、超声波燃气表的研究与应用现状
其实早在上世纪九十年代，英国、德国等国的多家燃气公司已陆续开发了超声波燃气表。受当时超声
波探头、计时芯片、电子技术等的因素限制，价格还是非常高昂，无法与传统膜式燃气表竞争。进入二十
世纪后，超声波燃气表的关键部件价格大大降低，迎来了超声波燃气表的快速发展。日本东京燃气公司于
2003 年 7 月开展了超声波燃气表的各种现场测试，于 2005 年率先安装了 5000 台超声波燃气表至用户家
中，在 2008 年全面使用超声波燃气表。目前国际上的超声波燃气表技术主要来源于松下、西门子等公司，
他们在超声波领域深耕多年，从流道结构、软件算法、超声波换能器及模块到整机，都有着诸多专利。虽
然国内现有多家燃气表公司已开始研发超声波燃气表，但是大多数厂家还是使用松下的超声波燃气表传感
器方案，也就是购买松下的电路板和超声波探测器，自己配套外壳组装成超声波燃气表。这样的模式使得
国内厂家生产的超声波燃气表价格偏高，市场推广受到限制。我国燃气表产业生态已经基本建立，因此积
极开展自主知识产权、可以满足燃气表规范要求的超声波气体流量传感器的技术研究，对于打破国外技术
垄断、促进我国燃气表转型升级发展具有重要意义。

三、超声波燃气表用气体流量传感器核心关键
（1）超声波换能器的自主研制。目前满足超声波燃气表计量要求的核心部件的超声波换能器基本都是
进口，价格占总成本的 40%。国产化的难点是其带宽以及高低温特性，既要保证较长的测试距离提高测试