无线远传超声波燃气表结构图（四方光电熊友辉）

在刚结束的第23届中国国际燃气、供热技术与设备展览会上，超声波燃气表成为行业一个新的热点。超声计量技术在燃气行业内经历十余年的开发应用后，已经逐渐成为新一代燃气计量技术的主流趋势，能够更准确安全地采集、沉淀海量数据，为城市数据挖掘、数据分析提供有效支撑。四方光电股份有限公司（以下简称“四方光电”）旗下子公司锐意自控携多款户用以及工商用超声波燃气表及燃气表流量传感器核心模块，超声波气体流量计以及热值分析仪等设备亮相展会。

四方光电是专业从事新型气体传感器研发、生产和销售的高新技术企业，产品广泛应用于健康医疗、家电电子、汽车电子、工业控制、环保监测、能源计量等众多领域。四方光电董事长、创始人熊友辉为华中科技大学博士，教授级高级工程师，国务院特殊津贴专家。依托省级技术中心、湖北省气体仪器仪表工程中心两个技术平台，四方光电积极融入国家技术创新体系，先后获得国家科技部创新基金重点项目、重大科学仪器专项、工信部物联网发展专项、湖北省重大技术创新项目、武汉市重大科技成果转化项目等多个项目的支持，逐步建立了包括红外、紫外、热导、激光拉曼、超声波、电化学、MEMS金属氧化物半导体等原理的气体传感器技术平台。

展会现场，四方光电董事长熊友辉博士介绍：随着我国天然气消费量迅速增长，物联网智能燃气表成为智慧计量新方向。相比传统的膜式燃气表，超声波燃气表具有精度高、抗污染性能好、体积小等优点，逐渐成为物联网智能燃气表的可靠选择。

据了解，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。

四方光电凭借在超声波气体传感技术领域的长期探索和积累，早在 2013 年就开始在超声波燃气表领域的布局。面对天然气这一清洁能源日益得到推广，四方光电及时将超声波气体传感技术的应用方向由农村沼气计量转向城市燃气计量，重点布局家用及工商业用超声波燃气表领域。据悉，四方光电超声波燃气表产品已覆盖民用、商业和工业，广泛应用于城市燃气、煤改气、瓶改管、地暖用气、小商业用气等场景。

(图：四方光电户用（G2.5/G4）、工商用（G6/G10/G16G25/G40/G65）燃气表）

针对家用燃气表需要的超宽量程比、宽温度范围、抗污能力、脉动气流测量等特殊要求，四方光电开发了带燃气密度测量功能的新型家用超声波燃气表。同时，四方光电通过计算流体力学模拟，设计了一种 L 型的超声波气室通道，进一步降低成本，提高抗污性能，从而加强了超声波燃气表的竞争力。

(图：四方光电超声波燃气表模块及 L 型气室内部流场模拟）

工商用燃气计量多采用工业膜式表以及罗茨表。为了确保测量准确，超声波气体流量计采用多组超声波探测器，成本和功耗较高。四方光电在家用燃气表模块研究经验基础上，通过流体力学模拟，在进气口处优化设计了整流罩，确保进入各个子腔室的燃气更加均匀平稳。由此，仅采用一组超声波探测器就能够完成工商业燃气表的测量，确保了准确性和低成本。

为进一步提高超声波燃气表模块性能并降低成本，四方光电通过对不同压电陶瓷片直径、厚度，基片的直径、厚度等进行有限元仿真分析，确定最优的探测器材料以及结构尺寸，并进行相应的工艺方案研发，实现了高灵敏度超声波探测器的自主生产。

（图：四方光电燃气表用超声波探测器设计仿真）

此外，四方光电还在核心的算法上实现创新，采用双阈值过零检测与数据选择技术、自动调零算法，精确计算气体流量，抵消由于零点漂移对流量测量产生的影响。

面对诸多对四方光电超声波燃气表颇有兴趣的燃气计量行业专家，四方光电董事长熊友辉博士介绍：目前，四方光电在超声波气室流场设计、超声波信号处理、流量算法、温度修正、 燃气成分修正、超声波探测器自主设计等方面取得多项发明专利，开发的燃气表已经通过计量认证并小批量生产。目前已与国内燃气仪表厂商签订框架性合作协议，并实现产品出口至海外。随着市场对超声波燃气表接受度提升、产品推广及家用超声波燃气表标准落地，四方光电上述多年的技术储备将带来新的爆发式增长，实现进口替代。