第一節(jié) 基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程

根據(jù)檢測的方式不同，超聲波流量計可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法以及相關(guān)法等的不同類型。超聲波流量計是近十幾年才發(fā)展起來的一種非接觸式儀表。適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。使用超聲波流量計不用在流體中安裝測量元件，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。

目前的工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因?yàn)橐话懔髁坑嬰S著測量管徑的增大會帶來制造和運(yùn)輸上的困難，而超聲波流量計可避免這些問題。因?yàn)楦黝惓暡髁坑嬀晒芡獍惭b、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量計也可用于氣體測量。

超聲測量儀表的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度以及密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。

超聲波流量計目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復(fù)雜。若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1％，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。

超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測。超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的 10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，構(gòu)成換能器整體。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。

第二節(jié) 新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況

超聲波流量計采用的信號檢測方法有時差法、相位差法、頻差法、多普勒法、相關(guān)法、波束偏移法和噪聲法。由于時差法、相位差法、頻差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳播時速度之差來反應(yīng)流體流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中時差法和頻差法克服了聲速隨流體變化的帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，被廣泛的應(yīng)用。多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮粒、氣泡等流體流量的測量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，因此在原理上此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，基本也與溫度、濃度等無關(guān)準(zhǔn)確度高，適用范圍廣，特別在微處理器普及且相關(guān)器產(chǎn)品繁多價格較低廉的今天，相關(guān)流量計有著十分廣闊的發(fā)展前途。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反應(yīng)流體流速的，低速時，靈敏度很低，適用性不大。噪聲法(聽音法)是利用管道中流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值，其結(jié)構(gòu)及原理最為簡單但只適用于流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合。

第三節(jié) 國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種CPU、相關(guān)器、DSP等芯片產(chǎn)品越來越多，其性能越來越完善，而價格也隨之大幅下降，這些都將為各種超聲波流量計的發(fā)展提供了十分有力的硬件環(huán)境，這里特別提到的是相關(guān)流量計由于這些硬件的快速發(fā)展在不久的將來也將發(fā)揮出其特有的優(yōu)越性。相信在不久的將來，超聲波流量計的品種會更加多元化，性能也將越來越趨于完善。

第四節(jié) 技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路和流量顯示三部分組成。目前，時差法、頻差法和多普勒法是工業(yè)超聲波流量計中采用最多的方法。

1、時差法

時差法的工作原理是，在被測管道上游和下游安有超聲換能器，兩個換能器交替發(fā)射和接收超聲波信號。

時差法原理圖

2、多普勒法

一個換能器發(fā)射出頻率為f1的聲波，當(dāng)它受到運(yùn)動中的散射粒子(雜質(zhì)、氣泡、或懸浮粒子)的反射時，它的頻率發(fā)生了改變，使得另一個換能器接收到的聲波頻率變?yōu)閒2。

多普勒法豫理圖

第五節(jié) 技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

儀器儀表作為信息工業(yè)的源頭，是以電腦和微處理器的技術(shù)為核心技術(shù)，以計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、通信、圖像顯示、自動控制理論為共性關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。這些信息技術(shù)應(yīng)用到儀器儀表中，促成儀器儀表產(chǎn)品升級為智能儀器儀表，發(fā)展成為信息工業(yè)領(lǐng)域中一大系列產(chǎn)品群體。儀器儀表產(chǎn)品正向智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化方向迅速邁進(jìn)。

第二部分 超聲波流量計國內(nèi)市場現(xiàn)狀 分析 及發(fā)展預(yù)測

第一節(jié) 超聲波流量計 行業(yè) 國內(nèi) 市場發(fā)展 特征 分析

一、產(chǎn)業(yè)成熟度 分析

超聲波流量計從80年代開始進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領(lǐng)域，并在90年代得到迅速發(fā)展，到了21世紀(jì)產(chǎn)品本身已經(jīng)非常成熟，但我國在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上明顯不足，目前市場上仍然進(jìn)口產(chǎn)品居多。

二、 行業(yè) 企業(yè)分布情況 分析

國內(nèi)市場超聲波流量計主要分布在江浙滬地區(qū)及廣州深圳北京地區(qū)，這些地區(qū)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，高級技術(shù)人才密集，有利于企業(yè)的技術(shù)開發(fā)。

三、產(chǎn)品市場開發(fā)情況 分析

超聲波流量計的各類很多，應(yīng)用也很廣泛，在流量測量方面發(fā)揮著越來越重要的作用，而且其技術(shù)更新很快，不斷有新型的超聲波流量計推向市場，走向用戶。

1、多譜勒式超聲波流量計

只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆粒或氣泡的流體，如工廠排放液、未處理的污水、雜志含量穩(wěn)定的工廠過程液等。要注意它對被測介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時雜技含量要相對穩(wěn)定，才可以正常測量，而且不同廠家的儀表性能及對被測廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計即要對被測介質(zhì)心中有數(shù)，也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質(zhì)的要求有深入的了解。

2、便攜式超聲波流量計

適用于臨時性測量，主要用于校對管道上已安裝其它流量儀表的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行一個區(qū)域內(nèi)的流體平衡測試 ，檢查管道的當(dāng)時流量情況等。如果不作固定安裝，而用于這些用途時，選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟(jì)。

3、時差式超聲波流量計

目前生產(chǎn)最多、應(yīng)用范圍最廣泛的是時差式超聲波流量計。它主要用來測量潔凈的流體流量，在自來水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域，得到廣泛應(yīng)用。此外它也可以測量雜技含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm)的均勻流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達(dá)±1.5%。實(shí)際應(yīng)用表明，選用時差式超聲波流量計，對相應(yīng)流體的測量都可以達(dá)到滿意的效果。

4、管道式超聲波流量計

精度最高，可達(dá)到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測量精度要求高的場合。但隨著管徑的增大，成本也會隨增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計，較為經(jīng)濟(jì)。

5、固定式超聲波流量計

如果有足夠的安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，徹底消除了管襯、結(jié)垢及管壁對超聲波信號衰減的影響，測量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)工作量。而且，由于插入式換能器也可以不斷流安裝，所以其應(yīng)用正在不斷推廣。

有的廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路的超聲波流量計，其特點(diǎn)是采用數(shù)字電路處理信號，糾錯能力增強(qiáng)，取樣及時，精度提高(模擬電路的精度為±1.5%，數(shù)字電路可以達(dá)到±1.0%)，而且集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號輸出模式供選擇，在實(shí)際應(yīng)用也取得了很好的效果。用戶在使用中可以和模擬電路的超聲波流量計進(jìn)行比較。

超聲波流量計除上述各種類型外，近年來又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計，把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計，等等。

第二節(jié) 超聲波流量計國內(nèi)市場供需現(xiàn)狀 分析 及發(fā)展預(yù)測

一、超聲波流量計國內(nèi)市場供需現(xiàn)狀 分析

（一）產(chǎn)值增長情況

2003-2009年超聲波流量計產(chǎn)值及同比增長統(tǒng)計表

單位：億元

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