技術(shù)引進(jìn)到自主研發(fā)，表企該如何走好戶用超聲燃?xì)獗磉@條路？

　　這幾年，燃?xì)鈨x表方面最引人注目的毫無疑問是超聲波燃?xì)獗砗统暡ㄈ細(xì)饬髁坑?jì)，甚至可以說是這幾年廠家追逐的亮點(diǎn)。但是坦率地說，目前市場上大規(guī)模批量生產(chǎn)的超聲波民用燃?xì)獗砣渴褂玫氖侨毡舅上碌睦壥揭惑w化方案，這也是不爭的事實(shí)。與大口徑燃?xì)饬髁坑?jì)的廠家既有歐美系的，也有日系的，還有擁有自己專利技術(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)的國內(nèi)廠家不同，在小口徑超聲波燃?xì)獗矸矫?，松下方案的一家?dú)大尤為令人側(cè)目。
 

　　從2019年起，多家表計(jì)廠家宣稱有了自己的超聲波燃?xì)獗矸桨?，也有一些展示、宣傳的手段和?nèi)容，但是在市場推廣和產(chǎn)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?xì)獗淼某暡ɑ矫娴恼J(rèn)知，我們還處于初步發(fā)展階段。和眾多行業(yè)發(fā)展的規(guī)律相同，我國企業(yè)在超聲波民用燃?xì)獗磉@個(gè)細(xì)分產(chǎn)品上，在從技術(shù)引進(jìn)到技術(shù)吸收再到自主研發(fā)這條道路上，現(xiàn)在走到什么階段，是一個(gè)值得關(guān)注的話題。
 

　　超聲波燃?xì)獗碇饕扇蠼M件構(gòu)成：包含計(jì)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(yōu)點(diǎn)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(dòng)流、對(duì)沉積物不敏感，無可動(dòng)部件、維護(hù)費(fèi)用較低等。松下依賴自己超過三十年的市場應(yīng)用，完善了整套的設(shè)計(jì)方案，并使其能夠符合燃?xì)庥?jì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求。目前國內(nèi)外提出的各種方案，最大問題就是計(jì)量的準(zhǔn)確性是否能達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定性是否長期可靠、生產(chǎn)一致性是否能達(dá)到目標(biāo)以及在工業(yè)生產(chǎn)中是否能長期保持。從實(shí)際情況來看，將三大組件分別開發(fā)然后拼合的思路是不成功的。設(shè)置算法的PCBA或者芯片廠家，不管是國內(nèi)的多家企業(yè)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(duì)整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)無法深入接觸，也缺乏大量的、長期的流道實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，推出的芯片乃至PCBA，均處于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的可行性，或者和特有的幾個(gè)合作伙伴的匹配，對(duì)流量修正系數(shù)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(fā)推出的超聲波計(jì)量芯片，目前為止是無法達(dá)到燃?xì)饬髁坑?jì)的精度和準(zhǔn)確率的。
 

　　這里恐怕有讀者要質(zhì)疑：那為什么熱表、水表已經(jīng)有成熟的超聲波計(jì)量芯片呢？
 

　　關(guān)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(diǎn)比如壓力推動(dòng)流向、水質(zhì)和氣質(zhì)一樣較為復(fù)雜等，但是氣質(zhì)由于其很強(qiáng)的不連續(xù)性的特征，可以隨時(shí)隨地在任何環(huán)節(jié)變化自身的體積和密度，所以其計(jì)量難度遠(yuǎn)高于水，之前有很多廠家提出過將優(yōu)化過的(主要是強(qiáng)化了測量靈敏度)水超聲波計(jì)量芯片用于氣，結(jié)果都是失敗，就是這個(gè)原因。
 

　　第二個(gè)重要組件：流道，其經(jīng)驗(yàn)主要積累在各個(gè)燃?xì)馍a(chǎn)使用單位，即使是最接近相關(guān)行業(yè)的燃?xì)獗砩a(chǎn)廠家，其更多的也只是在實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定以及售后場合才會(huì)直觀的接觸到燃?xì)獾膶?shí)際情況。其實(shí)，流道的經(jīng)驗(yàn)積累是在三大組件中最早的，在純機(jī)械燃?xì)獗頃r(shí)代就有大量的相關(guān)觀察和記錄，但是這些記錄主要掌握在有機(jī)械表主業(yè)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?xì)饬魉?、正反向氣量、小氣量等?jīng)驗(yàn)的方案廠家，由于缺少足夠的長年累積的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)支持，就會(huì)容易陷入前文提到的對(duì)流量修正系數(shù)、算法上的誤差大、優(yōu)化不準(zhǔn)確，最終結(jié)果就是計(jì)量不準(zhǔn)確。
 

　　最后一個(gè)組件：換能器，準(zhǔn)確的說，是換能器的傳感器部分，也是目前一個(gè)非常大的錯(cuò)位配置的癥結(jié)所在。一般目前換能器有兩種生產(chǎn)方式：表廠自行生產(chǎn)和專業(yè)的傳感器廠家生產(chǎn)。前者的優(yōu)點(diǎn)毋庸置疑，能夠最好地匹配自己的整套產(chǎn)品，符合自己所有的需求；缺點(diǎn)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(huì)煉鋼一樣，傳感器有其自己的專業(yè)性，需要專業(yè)的設(shè)備投資進(jìn)行匹配，才能保證精密性、一致性、穩(wěn)定性和性價(jià)比。自己做傳感器，數(shù)量首先就受到了局限，其次自行設(shè)計(jì)傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)驗(yàn)真的就能滿足計(jì)量需求嗎？從目前的各種公開信息來看，還是有很多疑問。因?yàn)檎l家自行生產(chǎn)的換能器首先也唯一需要滿足的任務(wù)就是匹配自己的產(chǎn)品，整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)：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(chǎn)品一樣，單獨(dú)拆開來是沒有辦法對(duì)外銷售的。當(dāng)然，對(duì)于表廠來說，可能從來就沒有要廣泛對(duì)外銷售換能器的想法，但是這樣就意味著換能器的大規(guī)模生產(chǎn)會(huì)受到限制，相應(yīng)成本始終會(huì)偏高，最終對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的價(jià)格定位還是會(huì)有影響。
 

　　另外一種方法就是找專業(yè)的傳感器廠家進(jìn)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(duì)此動(dòng)力較強(qiáng)，他們也希望提供一些標(biāo)準(zhǔn)件以擴(kuò)大市場規(guī)模。但是這里又出現(xiàn)了一個(gè)前文反復(fù)提到的悖論：如果最終產(chǎn)品由于匹配問題導(dǎo)致不滿足計(jì)量精度，那這個(gè)產(chǎn)品就是失敗的，也就毫無量產(chǎn)的希望。但是如果進(jìn)行專項(xiàng)匹配，又會(huì)回到數(shù)量少、定制化的原點(diǎn)。
 

　　那么，是不是只有松下目前的整套化產(chǎn)品才是市場化出路呢？筆者并不認(rèn)同這個(gè)觀點(diǎn)。翻看近三十年來各科研機(jī)構(gòu)針對(duì)流體力學(xué)的相關(guān)論文以及針對(duì)流量計(jì)的安裝效應(yīng)及其評(píng)估研究并計(jì)算若干種典型聲道布置在特定流場中的流場適應(yīng)能力的研究報(bào)告來看，以下兩條，是未來專業(yè)化廠家各自規(guī)?；a(chǎn)，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(jì)主要依靠超聲脈沖在順流和逆流情況下的信號(hào)時(shí)延差分來獲取流體的流動(dòng)速度信息，因此時(shí)延估計(jì)的精度也就決定了流量計(jì)能達(dá)到的計(jì)量精度與性能。在超聲信號(hào)的時(shí)延估計(jì)問題中，信道的隨機(jī)時(shí)變、頻變對(duì)接收信號(hào)的影響是導(dǎo)致估計(jì)精度難以提高的主要原因。高精度時(shí)延估計(jì)通常以信道平穩(wěn)、接收信號(hào)歸一化波形基本不變?yōu)榍疤幔?dāng)信道起伏嚴(yán)重、信號(hào)波形畸變嚴(yán)重時(shí)，時(shí)延估計(jì)的精度將迅速下降。簡單的說，就是將換能器的超聲信號(hào)向高頻調(diào)整、更多點(diǎn)(目前通常是2點(diǎn)換能器)設(shè)計(jì)等方式，可以針對(duì)幾種大類的流道形成有決定性指導(dǎo)意義的換能器布置，這些標(biāo)準(zhǔn)化精確定位，在換能器超聲信號(hào)的高頻強(qiáng)化下，可以有效彌補(bǔ)精度偏差，為計(jì)量算法補(bǔ)償提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的范疇。
 

　　流道換能器一體化
 

　　這種方式是部分的將事實(shí)上可以獨(dú)立的算法、芯片等表廠本來就無法自制的產(chǎn)品拆出繼續(xù)維持標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)化的超聲反饋信號(hào)，有助于計(jì)量算法和芯片的處理，最終實(shí)現(xiàn)能夠符合計(jì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的出現(xiàn)。
 

　　當(dāng)下的國際環(huán)境和市場現(xiàn)狀，都在要求我國在各個(gè)行業(yè)逐步進(jìn)行國產(chǎn)化替換，超聲波燃?xì)獗磉@個(gè)細(xì)分產(chǎn)品自然也會(huì)有這樣的期待。筆者熱誠的期盼能有國內(nèi)同仁盡快完善自己的超聲波燃?xì)獗懋a(chǎn)品，真正的大批量投放市場，將這個(gè)燃?xì)庑袠I(yè)的明星產(chǎn)品，掌握到中國人自己的手中。
 

　　原標(biāo)題：技術(shù)引進(jìn)到自主研發(fā)，表企該如何走好“戶用超聲燃?xì)獗?rdquo;這條路？