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?，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)饬髁坑嫷膹S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，可精確測定脈動流、對沉積物不敏感，無可動部件、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)計方案，并使其能夠符合燃?xì)庥嬃康臉?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整個計量系統(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，或者和特有的幾個合作伙伴的匹配，對流量修正系數(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)推出的超聲波計量芯片，目前為止是無法達(dá)到燃?xì)饬髁坑嫷木群蜏?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，可以隨時隨地在任何環(huán)節(jié)變化自身的體積和密度，所以其計量難度遠(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)水超聲波計量芯片用于氣，結(jié)果都是失敗，就是這個原因。
 

　　第二個重要組件：流道，其經(jīng)驗(yàn)主要積累在各個燃?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)饬魉佟⒄聪驓饬?、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，就會容易陷入前文提到的對流量修正系數(shù)、算法上的誤差大、優(yōu)化不準(zhǔn)確，最終結(jié)果就是計量不準(zhǔn)確。
 

　　最后一個組件：換能器，準(zhǔn)確的說，是換能器的傳感器部分，也是目前一個非常大的錯位配置的癥結(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)計傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)驗(yàn)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?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外銷售的。當(dāng)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(guī)模生產(chǎn)會受到限制，相應(yīng)成本始終會偏高，最終對整個產(chǎn)品的價格定位還是會有影響。
 

　　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，換能器廠家對此動力較強(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)致不滿足計量精度，那這個產(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)同這個觀點(diǎn)。翻看近三十年來各科研機(jī)構(gòu)針對流體力學(xué)的相關(guān)論文以及針對流量計的安裝效應(yīng)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(yīng)能力的研究報告來看，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(dá)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(jī)時變、頻變對接收信號的影響是導(dǎo)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(wěn)、接收信號歸一化波形基本不變?yōu)榍疤幔?dāng)信道起伏嚴(yán)重、信號波形畸變嚴(yán)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(diào)整、更多點(diǎn)(目前通常是2點(diǎn)換能器)設(shè)計等方式，可以針對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，在換能器超聲信號的高頻強(qiáng)化下，可以有效彌補(bǔ)精度偏差，為計量算法補(bǔ)償提供一個可以實(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，有助于計量算法和芯片的處理，最終實(shí)現(xiàn)能夠符合計量要求的標(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行業(yè)逐步進(jìn)行國產(chǎn)化替換，超聲波燃?xì)獗磉@個細(xì)分產(chǎn)品自然也會有這樣的期待。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？