這幾年，燃氣儀表方面最引人注目的毫無疑問是超聲波燃氣表和超聲波燃氣流量計，甚至可以說是這幾年廠家追逐的亮點。但是坦率地說，目前市場上大規模批量生產的超聲波民用燃氣表全部使用的是日本松下的捆綁式一體化方案，這也是不爭的事實。與大口徑燃氣流量計的廠家既有歐美系的，也有日系的，還有擁有自己專利技術和產品生產的國內廠家不同，在小口徑超聲波燃氣表方面，松下方案的一家獨大尤為令人側目。

從2019年起，多家表計廠家宣稱有了自己的超聲波燃氣表方案，也有一些展示、宣傳的手段和內容，但是在市場推廣和產品銷售上始終是“猶抱琵琶半遮面”，無法大大方方亮出來。就筆者在小口徑民用燃氣表的超聲波化方面的認知，我們還處于初步發展階段。和眾多行業發展的規律相同，我國企業在超聲波民用燃氣表這個細分產品上，在從技術引進到技術吸收再到自主研發這條道路上，現在走到什么階段，是一個值得關注的話題。

超聲波燃氣表主要由三大組件構成：包含計量算法的PCBA電子線路板、有效雙向流道、超聲波換能器。其主要優點在于精度高、量程比很寬、無壓損、可測量雙向流，可精確測定脈動流、對沉積物不敏感，無可動部件、維護費用較低等。松下依賴自己超過三十年的市場應用，完善了整套的設計方案，并使其能夠符合燃氣計量的標準要求。目前國內外提出的各種方案，最大問題就是計量的準確性是否能達標、穩定性是否長期可靠、生產一致性是否能達到目標以及在工業生產中是否能長期保持。從實際情況來看，將三大組件分別開發然后拼合的思路是不成功的。設置算法的PCBA或者芯片廠家，不管是國內的多家企業乃至國際頂流芯片廠商德州儀器(TI)，都有過芯片或者PCBA推出，但是這些廠家由于對整個計量系統無法深入接觸，也缺乏大量的、長期的流道實驗和實踐，推出的芯片乃至PCBA，均處于實驗室環境下的可行性，或者和特有的幾個合作伙伴的匹配，對流量修正系數無法也不可能做到多效匹配、多場合匹配。換句話說，從芯片廠家出發推出的超聲波計量芯片，目前為止是無法達到燃氣流量計的精度和準確率的。

這里恐怕有讀者要質疑：那為什么熱表、水表已經有成熟的超聲波計量芯片呢？

關鍵是水(熱水和冷水)與氣的特性的不同。雖然水和氣有較多的共同點比如壓力推動流向、水質和氣質一樣較為復雜等，但是氣質由于其很強的不連續性的特征，可以隨時隨地在任何環節變化自身的體積和密度，所以其計量難度遠高于水，之前有很多廠家提出過將優化過的(主要是強化了測量靈敏度)水超聲波計量芯片用于氣，結果都是失敗，就是這個原因。

第二個重要組件：流道，其經驗主要積累在各個燃氣生產使用單位，即使是最接近相關行業的燃氣表生產廠家，其更多的也只是在實驗室和標定以及售后場合才會直觀的接觸到燃氣的實際情況。其實，流道的經驗積累是在三大組件中最早的，在純機械燃氣表時代就有大量的相關觀察和記錄，但是這些記錄主要掌握在有機械表主業的廠家手中，可能很難引起更多的重視。相反的，需要匹配流道中燃氣流速、正反向氣量、小氣量等經驗的方案廠家，由于缺少足夠的長年累積的試驗數據和實際數據支持，就會容易陷入前文提到的對流量修正系數、算法上的誤差大、優化不準確，最終結果就是計量不準確。

最后一個組件：換能器，準確的說，是換能器的傳感器部分，也是目前一個非常大的錯位配置的癥結所在。一般目前換能器有兩種生產方式：表廠自行生產和專業的傳感器廠家生產。前者的優點毋庸置疑，能夠最好地匹配自己的整套產品，符合自己所有的需求；缺點在于表廠廠家畢竟不是傳感器廠家，就像做汽車的不見得會煉鋼一樣，傳感器有其自己的專業性，需要專業的設備投資進行匹配，才能保證精密性、一致性、穩定性和性價比。自己做傳感器，數量首先就受到了局限，其次自行設計傳感器的產品質量和經驗真的就能滿足計量需求嗎？從目前的各種公開信息來看，還是有很多疑問。因為誰家自行生產的換能器首先也唯一需要滿足的任務就是匹配自己的產品，整個閉環系統：算法、流道、換能器都帶有自己的特性，最終就和松下目前提供的整套產品一樣，單獨拆開來是沒有辦法對外銷售的。當然，對于表廠來說，可能從來就沒有要廣泛對外銷售換能器的想法，但是這樣就意味著換能器的大規模生產會受到限制，相應成本始終會偏高，最終對整個產品的價格定位還是會有影響。

另外一種方法就是找專業的傳感器廠家進行合作，定制符合自己需求的換能器。從目前筆者收集的信息以及拿到的一些換能器樣品來看，換能器廠家對此動力較強，他們也希望提供一些標準件以擴大市場規模。但是這里又出現了一個前文反復提到的悖論：如果最終產品由于匹配問題導致不滿足計量精度，那這個產品就是失敗的，也就毫無量產的希望。但是如果進行專項匹配，又會回到數量少、定制化的原點。

那么，是不是只有松下目前的整套化產品才是市場化出路呢？筆者并不認同這個觀點。翻看近三十年來各科研機構針對流體力學的相關論文以及針對流量計的安裝效應及其評估研究并計算若干種典型聲道布置在特定流場中的流場適應能力的研究報告來看，以下兩條，是未來專業化廠家各自規模化生產，最終有表廠方案集成的可能性方向：

超聲在氣體中的能量衰減的定量化分析的突破

由于流量計主要依靠超聲脈沖在順流和逆流情況下的信號時延差分來獲取流體的流動速度信息，因此時延估計的精度也就決定了流量計能達到的計量精度與性能。在超聲信號的時延估計問題中，信道的隨機時變、頻變對接收信號的影響是導致估計精度難以提高的主要原因。高精度時延估計通常以信道平穩、接收信號歸一化波形基本不變為前提，當信道起伏嚴重、信號波形畸變嚴重時，時延估計的精度將迅速下降。簡單的說，就是將換能器的超聲信號向高頻調整、更多點(目前通常是2點換能器)設計等方式，可以針對幾種大類的流道形成有決定性指導意義的換能器布置，這些標準化精確定位，在換能器超聲信號的高頻強化下，可以有效彌補精度偏差，為計量算法補償提供一個可以實現的范疇。

流道換能器一體化

這種方式是部分的將事實上可以獨立的算法、芯片等表廠本來就無法自制的產品拆出繼續維持標準化產品，而將換能器完全和流道合并在一起，以拼接或者直接組裝的方式，將換能器和流道一體化，這樣可以做出多種流道，和上文方案1中的目的一樣，提供標準化的超聲反饋信號，有助于計量算法和芯片的處理，最終實現能夠符合計量要求的標準化產品的出現。

當下的國際環境和市場現狀，都在要求我國在各個行業逐步進行國產化替換，超聲波燃氣表這個細分產品自然也會有這樣的期待。筆者熱誠的期盼能有國內同仁盡快完善自己的超聲波燃氣表產品，真正的大批量投放市場，將這個燃氣行業的明星產品，掌握到中國人自己的手中。