從產(chǎn)品發(fā)展史看，超聲流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱USF ）、電磁流量計(jì)和科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（下簡(jiǎn)稱質(zhì)量流量計(jì)）是在上世紀(jì)60-70年代引入市場(chǎng)。因?yàn)樗鼈兌紝儆跓o(wú)阻流測(cè)量同時(shí)也無(wú)任何可動(dòng)部件，所以使用和維護(hù)上要比傳統(tǒng)的孔板、渦輪流量計(jì)等要簡(jiǎn)便；另一方面，這三種流量計(jì)的測(cè)量精度高銷售價(jià)格卻在不斷下調(diào)，這使得業(yè)內(nèi)外人士均看好它們的發(fā)展前景。如果說(shuō)超聲、電磁和質(zhì)量流量計(jì)在當(dāng)今的流量計(jì)市場(chǎng)呈三足鼎立之勢(shì)，絕大多數(shù)的人士均會(huì)表示贊同。但從銷售金額和臺(tái)數(shù)看，USF要落后于電磁和質(zhì)量流量計(jì)。當(dāng)前在應(yīng)用行業(yè)上，USF也不具有電磁流量計(jì)在造紙或污水行業(yè)，質(zhì)量流量計(jì)在石化行業(yè)那樣的優(yōu)勢(shì)地位。人們不禁疑問USF是否跟得上同時(shí)代其它兩類流量計(jì)的發(fā)展速率？但如果分析USF近年的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展后，就會(huì)得出這樣的結(jié)論，USF市場(chǎng)是一個(gè)充滿著生機(jī)和機(jī)遇的市場(chǎng)。


    超聲流量計(jì)的發(fā)展

     USF早期僅在給排水和部分石化行業(yè)主要用作管網(wǎng)流量評(píng)估和過(guò)程控制。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，USF涉及了工業(yè)領(lǐng)域的各行業(yè)，從應(yīng)用數(shù)量上觀察主要是在給水、排水、油氣、煉化和能源計(jì)量等行業(yè)，應(yīng)用也從簡(jiǎn)單的流量監(jiān)測(cè)擴(kuò)展到流體的貿(mào)易交接計(jì)量等，如圖2。


     （2）超聲流量計(jì)的技術(shù)進(jìn)步

     技術(shù)革新使USF在應(yīng)用范圍獲得擴(kuò)展，如智能化信號(hào)處理技術(shù)，放寬了介質(zhì)中所含氣泡和固體顆粒的限制條件；通過(guò)增加傳感器聲道等措施，不僅改善了流態(tài)對(duì)測(cè)量的影響，同時(shí)使得測(cè)量精度有顯著突破。

     （2.1）超聲傳感器聲道布置改進(jìn)：流體在測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)管道和介質(zhì)情況各不相同，所以速度分布形成的流態(tài)也各有不同。典型的流態(tài)分布可分為湍流層和層流層。而實(shí)際情況更為負(fù)雜，還有不少情況屬于湍流層和層流層的中間狀態(tài)過(guò)渡層。研究表明：相同流量當(dāng)流態(tài)分別為層流或紊流時(shí)，對(duì)于采用單聲道USF，兩者引入最大測(cè)量誤差可達(dá)到30%。雖然大多數(shù)單聲道USF都具有自動(dòng)校正流速分布影響技術(shù)，但實(shí)際精度大都在 2-5% F.S之間。一般說(shuō)來(lái)聲道數(shù)愈高，精度愈高。多年前的研究結(jié)果已證明增加聲道的數(shù)量可以提高測(cè)量的精度?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的雙聲道USF測(cè)量誤差為0.5% M.V，三聲道0.3％ M .V和五聲道的精度可達(dá)到0.15% M .V。為減少流態(tài)變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，單靠增加聲道數(shù)是不夠的。聲道的合理布置是提高精度的關(guān)鍵，這需要混合邏輯算法作為基礎(chǔ)，也是各相關(guān)制造商的專利所在。如圖3示五聲道超聲波作類似斷層狀掃描可覆蓋整個(gè)流速分布，所以不管流態(tài)的實(shí)際分布如何，USF的精度均可達(dá)到0.15%。另外一種方法是多次反射式,它的特點(diǎn)在于多次反射造成聲道也相應(yīng)延長(zhǎng)，從而易于后位電子線路處理，對(duì)于小口徑的瞬時(shí)分辨率要求相應(yīng)減低。如圖4示，多反射式USF以螺旋狀路徑(發(fā)射換能器→1→2→3→4→5→接收換能器)掃描測(cè)量管流通空間。這樣可以提高測(cè)量精度，減少流速分布畸變影響。流量測(cè)量范圍可以從層流開始，可測(cè)液體最大流速為10m/s。范圍度在25:1時(shí)誤差≤±0.5%M.V；范圍度在100:1時(shí)則≤±1%M.V。這種方案的測(cè)量精度高，對(duì)轉(zhuǎn)換器的要求也較低，但也存在不足。如被測(cè)介質(zhì)為易固化介質(zhì)，當(dāng)超聲波以管壁作為反射面時(shí)，管壁有沉積物時(shí)反射會(huì)比一般情況要多加上多次反射后超聲波的強(qiáng)度就不足以保證測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定。所以貿(mào)易交接計(jì)量（Custody Transfer ,CT）中未推薦這種形式的USF。

     （2.2）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)測(cè)量的貢獻(xiàn)：除了在傳感器上的改進(jìn)，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)在USF上的應(yīng)用對(duì)測(cè)量的可靠性提高起了關(guān)鍵作用。眾所周知，幾乎所有的流量計(jì)都對(duì)流態(tài)所含的氣泡和固體顆粒有所限制。由于氣泡和固體顆粒對(duì)超聲傳播而言都有相當(dāng)?shù)乃p性， USF測(cè)量中對(duì)此也有限制條件。DSP的采用和新穎的數(shù)字濾波技術(shù)很好地解決了由氣泡和固體形成的噪聲信號(hào)處理。最優(yōu)信號(hào)檢測(cè)和連續(xù)信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)保證了現(xiàn)在的USF測(cè)量比過(guò)去更穩(wěn)定和可靠。


     （2.3）可測(cè)介質(zhì)范圍的擴(kuò)展：USF早期應(yīng)用局限在液體流量計(jì)量，近年國(guó)外氣體用USF發(fā)展很快，常用的可測(cè)氣體有空氣、沼氣和氮?dú)獾?。?guó)際上天然氣工業(yè)的發(fā)展，更加促進(jìn)了USF在氣體的應(yīng)用。英國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)在用超聲家用燃(煤)氣表大宗替換傳統(tǒng)皮膜式家用煤氣表，在中國(guó)市場(chǎng)，也有國(guó)內(nèi)公司開始涉足這一市場(chǎng)應(yīng)用。目前市場(chǎng)上管道式氣體用的USF的最大管徑可達(dá)到1100mm，最多的有6個(gè)聲道，精度可以達(dá)到0.1%的等級(jí)。夾持式氣體用超聲的管徑最大可達(dá)到1500mm，最多可以有8聲道，精度在0。5－1％測(cè)量值之間。近年國(guó)際市場(chǎng)較為引入注目的超聲氣應(yīng)用，就是中國(guó)的西氣東輸項(xiàng)目。在這一世界最長(zhǎng)的氣體輸送管線上，每年要輸送超過(guò)40億美金的天然氣，總計(jì)有13套超聲氣體流量計(jì)應(yīng)用在這一管線應(yīng)用。

     （2.4）安裝形式的多樣：早期測(cè)量液體的USF必須在測(cè)量管上打孔裝超聲換能器，換能器直接向液體發(fā)射或從液體接收聲波。1975年后有了能在管外夾裝換能器測(cè)量管內(nèi)液體流量的外部夾持持（又稱便攜式）USF，成了一種真正不接觸介質(zhì)的流量?jī)x表。外夾式USF適用于管網(wǎng)作移動(dòng)選點(diǎn)非固定安裝測(cè)量，幾十年來(lái)各制造廠競(jìng)相開發(fā)和推廣應(yīng)用，外夾裝式USF市場(chǎng)繁榮。在流程工業(yè)中小管徑應(yīng)用方面，USF往往是非優(yōu)先選用儀表，特別是對(duì)導(dǎo)電性液體。因外夾裝式USF現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度較低，可靠性差，缺乏品種間競(jìng)爭(zhēng)力，因此近年中小管徑USF視線又轉(zhuǎn)向非外夾裝式，向帶超聲換能器和測(cè)量管段的超聲流量傳感器的方向發(fā)展。管道用USF近年的發(fā)展很快還開發(fā)了一些極端條件和特殊應(yīng)用場(chǎng)合的類型，如常規(guī)的USF最高溫度可到150℃-200℃（根據(jù)不同廠商的類型），而在石化行業(yè)中有不少高壓高溫中的應(yīng)用，市場(chǎng)上某些USF可以承受的最高溫度可達(dá)到500℃，壓力1500bar。對(duì)于容易固化或者結(jié)晶的介質(zhì)如硫磺，USF可以有保溫夾套的結(jié)構(gòu)，以確保介質(zhì)在管內(nèi)不凝固。

     3 用戶認(rèn)可度提高：

     USF近年獲得很多關(guān)注，主要得益于其在高精度的貿(mào)易交接計(jì)量中的應(yīng)用。如1996歐洲天然氣制造商協(xié)會(huì)（GERG）通過(guò)了〈〈多聲道USF用于天然氣計(jì)量〉〉的報(bào)告，1998年美國(guó)天然氣協(xié)會(huì)AGA發(fā)布了AGA9號(hào)報(bào)告〈〈用多聲道USF測(cè)量天然氣流量〉〉；之后不久國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO于同年１２月也發(fā)布了ISO/TR-１２７６５〈〈用時(shí)間傳播法USF測(cè)量封閉管內(nèi)的流體流量〉〉報(bào)告。這些報(bào)告在很大程度上促進(jìn)了USF的銷量。中國(guó)2001年編制了氣體USF測(cè)量天然氣的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

    超聲流量計(jì)的市場(chǎng)預(yù)測(cè) 

     隨著USF的技術(shù)的不斷成熟和用戶對(duì)它的逐漸認(rèn)可，USF市場(chǎng)正以前所未有的發(fā)展速度向前發(fā)展。ARC（Auotmation Research Corp）2001年給出2001-2005年USF的年復(fù)合增長(zhǎng)率（Compound Annual Growth Rate,CARG）為10.5%，,到2005年全球USF的銷售額可以達(dá)到3.65億美金，82,100 套的市場(chǎng)規(guī)模。Frost Sulliven 2002年給出的預(yù)測(cè)為 14.6%,Flow Research2002年的預(yù)測(cè)為15.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它流量計(jì)的增長(zhǎng)率。這主要基于以下的幾個(gè)方面的原因：

     與其它類型的流量計(jì)相比USF所適用的介質(zhì)和范圍要寬；

     USF價(jià)格不斷下降和有資源稀缺性決定石油、天然氣等資源等價(jià)格上漲的共同作用；

     在氣體和液體貿(mào)易計(jì)量上的行業(yè)認(rèn)可如美國(guó)石油協(xié)會(huì)API和OIML在液體貿(mào)易計(jì)量的認(rèn)可，AGA在氣體貿(mào)易計(jì)量認(rèn)可和美國(guó)供水協(xié)會(huì)AWWA在水行業(yè)認(rèn)可（預(yù)計(jì)2004通過(guò)）；

     傳感器制造技術(shù)的革新，如多聲道數(shù)傳感器使得流量測(cè)量精度的提高，DSP技術(shù)使USF對(duì)氣泡和固體含量的限制條件下降和信號(hào)穩(wěn)定性的提高。

     基于上述的原因，我們不會(huì)再懷疑USF是和電磁流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)并列成為最具發(fā)展前景的流量計(jì)的資格。不用過(guò)多久我們就會(huì)談USF一出，誰(shuí)與爭(zhēng)鋒的問題了。