超声波流量计产品技术工艺发展分析

第一节 基本生产技术、工艺或流程

根据检测的方式不同，超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法以及相关法等的不同类型。超声波流量计是近十几年才发展起来的一种非接触式仪表。适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。

目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，而超声波流量计可避免这些问题。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量计也可用于气体测量。

超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度以及密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。

超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。

超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的 10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，构成换能器整体。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。

第二节 新技术研发、应用情况

超声波流量计采用的信号检测方法有时差法、相位差法、频差法、多普勒法、相关法、波束偏移法和噪声法。由于时差法、相位差法、频差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传播时速度之差来反应流体流速的，故又统称为传播速度差法。其中时差法和频差法克服了声速随流体变化的带来的误差，准确度较高，被广泛的应用。多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮粒、气泡等流体流量的测量。相关法是利用相关技术测量流量，因此在原理上此法的测量准确度与流体中的声速无关，基本也与温度、浓度等无关准确度高，适用范围广，特别在微处理器普及且相关器产品繁多价格较低廉的今天，相关流量计有着十分广阔的发展前途。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反应流体流速的，低速时，灵敏度很低，适用性不大。噪声法(听音法)是利用管道中流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值，其结构及原理最为简单但只适用于流量测量准确度要求不高的场合。

第三节 国外技术发展现状

随着电子技术的飞速发展，各种CPU、相关器、DSP等芯片产品越来越多，其性能越来越完善，而价格也随之大幅下降，这些都将为各种超声波流量计的发展提供了十分有力的硬件环境，这里特别提到的是相关流量计由于这些硬件的快速发展在不久的将来也将发挥出其特有的优越性。相信在不久的将来，超声波流量计的品种会更加多元化，性能也将越来越趋于完善。

第四节 技术开发热点、难点分析

超声波流量计由超声波换能器、电子线路和流量显示三部分组成。目前，时差法、频差法和多普勒法是工业超声波流量计中采用最多的方法。

1、时差法

时差法的工作原理是，在被测管道上游和下游安有超声换能器，两个换能器交替发射和接收超声波信号。

时差法原理图

2、多普勒法

一个换能器发射出频率为f1的声波，当它受到运动中的散射粒子(杂质、气泡、或悬浮粒子)的反射时，它的频率发生了改变，使得另一个换能器接收到的声波频率变为f2。

多普勒法豫理图

第五节 技术未来发展趋势分析

仪器仪表作为信息工业的源头，是以电脑和微处理器的技术为核心技术，以计算机、网络、系统、通信、图像显示、自动控制理论为共性关键技术基础。这些信息技术应用到仪器仪表中，促成仪器仪表产品升级为智能仪器仪表，发展成为信息工业领域中一大系列产品群体。仪器仪表产品正向智能化、微型化、网络化和虚拟化方向迅速迈进。

第二部分 超声波流量计国内市场现状分析及发展预测

第一节 超声波流量计行业国内市场发展特征分析

一、产业成熟度分析

超声波流量计从80年代开始进入我国工业生产和计量领域，并在90年代得到迅速发展，到了21世纪产品本身已经非常成熟，但我国在产业发展上明显不足，目前市场上仍然进口产品居多。

二、行业企业分布情况分析

国内市场超声波流量计主要分布在江浙沪地区及广州深圳北京地区，这些地区电子产业发达，高级技术人才密集，有利于企业的技术开发。

三、产品市场开发情况分析

超声波流量计的各类很多，应用也很广泛，在流量测量方面发挥着越来越重要的作用，而且其技术更新很快，不断有新型的超声波流量计推向市场，走向用户。

1、多谱勒式超声波流量计

只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂技含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。

2、便携式超声波流量计

适用于临时性测量，主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态，进行一个区域内的流体平衡测试 ，检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既方便又经济。

3、时差式超声波流量计

目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量，在自来水公司和工业用水领域，得到广泛应用。此外它也可以测量杂技含量不高(杂质含量小于10g/L，粒径小于1mm)的均匀流体，如污水等介质的流量，而且精度可达±1.5%。实际应用表明，选用时差式超声波流量计，对相应流体的测量都可以达到满意的效果。

4、管道式超声波流量计

精度最高，可达到±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，成本也会随增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。

5、固定式超声波流量计

如果有足够的安装空间，使用插入式换能器代替外贴式换能器，彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。而且，由于插入式换能器也可以不断流安装，所以其应用正在不断推广。

有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计，其特点是采用数字电路处理信号，纠错能力增强，取样及时，精度提高(模拟电路的精度为±1.5%，数字电路可以达到±1.0%)，而且集成度提高，仪表体积大大减小，有多种信号输出模式供选择，在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。

超声波流量计除上述各种类型外，近年来又出现了采用数字化电路的数字式超声波流量计，把换能器和转换器做在一起的一体式超声波流量计，等等。

第二节 超声波流量计国内市场供需现状分析及发展预测

一、超声波流量计国内市场供需现状分析

（一）产值增长情况

2003-2009年超声波流量计产值及同比增长统计表

单位：亿元

（二）产值地区分布情况

2009年超声波流量计产值地区分布统计图

（三）市场规模增长情况

2003-2009年超声波流量计市场规模及同比增长统计表

单位：亿元

（四）需求地区分布情况

我国超声波流量计主要分分布在石油化工分布重点地区。

2009年我国超声波流量计分布区域统计

二、超声波流量计国内市场供需发展预测

（一）产值增长预测

2010-2014年超声波流量计产值及同比增长预测表

单位：亿元

（二）需求增长预测

2010-2014年超声波流量计市场规模及同比增长预测表

单位：亿元

第三节 超声波流量计进出口情况分析

我国海关对超声波流量计的进出口统计计入测量、检验液体流量或液位的仪器及装置，如下表所示，由于没有单独统计项统计超声波流量计进出口数值，我们从测量、检验液体流量或液位的仪器及装置总体来看，国内产品以出口为主，由于国内原料、劳动力成本等多方面价格低廉，因此国外厂商多在国内建厂，降低成本，增加利润，产品在国内生产后再将产品出口到国外地区。

2003-2009年测量、检验液体流量或液位的仪器及装置进口量及金额统计表

单位：套；美元

2003-2009年测量、检验液体流量或液位的仪器及装置出口量及同比增长统计表

单位：套；美元

第四节 超声波流量计消费者调查分析

一、调查数据概览 

此次超声波流量计市场调查历时5个月，向3000家下游用户企业发放了调查问卷，调查对象覆盖流量计的主要用户行业：石油石化、化工、天然气、电力、冶金、水/污水处理、工程公司、设计院等。调查共收到有效问卷回复344份，其中有效问卷填写者18%来自石油石化行业，38%来自化工行业，19%来自工程公司设计院，电力、冶金、水/污水处理、天然气行业各占7%、3%、6%、4%，其他行业占5%。 

超声波流量计调查对象行业分布

本次调查涉及用户企业经营规模以1亿~5亿元和10亿元以上者居多，两者合计占60%以上。

被调查人员所在企业的人员规模为，1000人以上的企业占35.66%，500~1000人的企业占16.80%，100~500人的企业35.66%，100人以下的企业占11.89%。 

有效调查对象涉及国有企业占比39%；股份企业占比18%；私营企业占比9%，合资企业占比14%，独资企业占比21%。

超声波流量计调查对象的经营状况

二、采购分析

为进一步了解用户对品牌采购的选择意愿，本次问卷调查就采购情况作了深入调研和分析。有超过6成的调查对象在流量计设备采购过程中具有决策和决策建议权。 

从问卷的反馈来看，被调查对象的重点是流量计的使用与产品设计制造部门，即流量计采购的推荐和应用部门。被调查人员中对流量计设备采购有决策权的占24%，有参与/建议权的占73%，其他占3%。从调查对象的部门和人员性质的分布来看，问卷数据的有效性是很高的。

调查对象在采购中的角色统计

1、供销商推荐和专业杂志成为用户深入了解流量计供货商信息的主要渠道。 

超声波流量计用户了解产品及技术信息的主要渠道来源统计

研究用户获取流量计产品及技术信息的渠道，有助于生产企业决定广告宣传的投放方式。调查结果显示，用户通过多种渠道获取流量计产品及技术信息，超过六成的用户使用不少于2种方式了解自己感兴趣的流量计产品，排在前两位的信息获取渠道是：供货商推荐和专业杂志，两者合计超过50%，分别为30.12%和24.41%；互联网和展览会次之，分别为18.50%和14.76%；专业研讨会为8.86%，报纸则很少受到用户关注。

2、通过代理/经销商购买和直接向制造商购买是用户采购流量计的主要渠道。 

超声波流量计用户采购主要渠道统计

调查结果显示，通过代理/经销商和购买直接向制造商购买是流量计用户最主要的购买途径，两者合计超过八成；其次是代理商，13%的被调查用户选择由总包商处购买流量计；采用招标等其他方式的用户较少。

3、产品的稳定性、测量准确度和售后服务成为用户采购流量计重点考虑的因素。

用户在购买流量计时会考虑很多因素，根据产品的品牌、仪器灵敏度、价格、是否在合同期内及时交货、售后服务的质量，以及销售人员的素质等来作出是否购买的决定。在调查购买决策因素时，调查对象对各个因素的重要性做了评判。

在分析统计数据时，对用户购买要素的重要程度设置权重，设"非常重要"的权重为1，"重要"的权重为0.6，"不重要"的权重为0，分别将样本个数乘以相应的权重，进行各因素重要程度的归一化处理。

产品的稳定性、测量准确度和售后服务是用户在购买流量计时首先考虑的因素，此次用户调查得到的结果为稳定性、售后服务和测量准确度在用户采购决策时的重要程度分别为10.81%、9.94%和9.78%。其次，流量计的仪器使用寿命、仪器灵敏度、可维护性、可操作性对用户具有较强的购买影响力。再次是品牌和销售人员素质，最后才是价格、业绩、供货期和产品的通讯能力。