薛　曄　李　晶

(西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安　710048)

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我國(guó)微小流量計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景探討

薛曄李晶

(西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安710048)

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)微小流量的定義模糊且高端微小流量計(jì)大量依賴進(jìn)口，微小流量?jī)x表的國(guó)產(chǎn)化顯得至關(guān)重要。結(jié)合我國(guó)微小流量計(jì)的發(fā)展，從經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)核心角度對(duì)微小流量計(jì)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，闡述了我國(guó)流量?jī)x表轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要性和舉措；探討了在經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢(shì)下，我國(guó)微小流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，以及流量?jī)x表發(fā)展轉(zhuǎn)型方式。

微小流量計(jì)國(guó)產(chǎn)化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新發(fā)展概況現(xiàn)狀分析發(fā)展趨勢(shì)轉(zhuǎn)型

Transformation

0　引言

隨著微小流量在航空、航天、化工和生物工程等眾多領(lǐng)域的迅猛發(fā)展及廣泛應(yīng)用[1]，現(xiàn)有的微小流量計(jì)是否依然滿足市場(chǎng)的需求已經(jīng)引起越來(lái)越多的探討。研發(fā)高水平的國(guó)產(chǎn)化微小流量計(jì)迫在眉睫。

NSvedin利用一種流體升力的作用來(lái)測(cè)量微小流量，雖測(cè)量精度和敏感性很高，但很多工業(yè)場(chǎng)合無(wú)法使用，只適用于特定條件下的微小流量測(cè)量[2]。Czars利用激光多普勒測(cè)速(laserDopplervelocimetry,LDV)法直接測(cè)量并獲得微流量，但此方法對(duì)測(cè)試環(huán)境要求非?？量糖翼毢馁M(fèi)較多時(shí)間。浙江大學(xué)通過(guò)測(cè)量氣體流量間接測(cè)量液體微小流量，但對(duì)于超低壓條件下超微小流量也無(wú)能為力[3]。邵東亮等人針對(duì)現(xiàn)有測(cè)試方法(如天平稱重法、人工計(jì)量等)中所存在的一些問(wèn)題，提出了基于毛細(xì)管滲流理論的改進(jìn)辦法[4]。

然而，與國(guó)外相比，目前我國(guó)的高檔儀器主要依賴進(jìn)口，費(fèi)用昂貴且對(duì)測(cè)試環(huán)境等方面的要求苛刻；絕大多數(shù)產(chǎn)品是基于對(duì)原有產(chǎn)品的改造，可靠性和穩(wěn)定性等關(guān)鍵性指標(biāo)尚未全部達(dá)到國(guó)際要求，處于中低檔技術(shù)水平。本文主要從經(jīng)濟(jì)水平和核心技術(shù)兩方面，對(duì)國(guó)內(nèi)微小流量計(jì)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，研究了我國(guó)未來(lái)微小流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

1　微小流量計(jì)現(xiàn)狀概況

目前，我國(guó)微小流量計(jì)種類繁多，主要應(yīng)用于流程工業(yè)、實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)療事業(yè)三大領(lǐng)域。面對(duì)復(fù)雜的市場(chǎng)環(huán)境，微小流量測(cè)量一直是流量計(jì)量的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①對(duì)微小流量的定義十分模糊，尚不明確。雖然微小流量測(cè)量從上世紀(jì)80年代就已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，但目前對(duì)微小流量計(jì)量范圍的要求僅按企業(yè)和業(yè)界的使用習(xí)慣界定，并沒(méi)有制定出一個(gè)嚴(yán)格、準(zhǔn)確的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

②影響流量的因素和儀表的種類繁多。流量是一個(gè)推導(dǎo)量，其影響因素較多[5]，如流體的物性、流動(dòng)特性、工藝要求、檢測(cè)環(huán)境、安裝維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性等，然而一種儀表并不能滿足上述一切要求，因此，流量計(jì)的種類較多。目前，微小流量計(jì)測(cè)量原理達(dá)十多種，類型近200種[6-8]，但尚無(wú)一種儀表可以獨(dú)占鰲頭，取代其他儀表。

③國(guó)內(nèi)流量計(jì)市場(chǎng)尚不成熟。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于微小流量計(jì)的設(shè)計(jì)研發(fā)還較少，主要以進(jìn)口為主。并且，對(duì)于我國(guó)的微小流量計(jì),產(chǎn)品的性能指標(biāo)相對(duì)較低，可靠性和穩(wěn)定性等方面與國(guó)外相比相對(duì)落后。

在我國(guó)，流量是節(jié)能減排的重要依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)微小流量的研究重點(diǎn)大多在于對(duì)其測(cè)量裝置的改造上，希望儀表的使用界線能延伸到更小的流量范圍。眾多企業(yè)希望用戶能接受從傳統(tǒng)機(jī)械式儀表到電子技術(shù)流量計(jì)的革新，很多學(xué)者也對(duì)微小流量計(jì)展開(kāi)積極研究。

2　微小流量計(jì)的現(xiàn)狀分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)[9]，我國(guó)近五年來(lái)關(guān)于測(cè)量、檢驗(yàn)液體流量或液位的儀器及裝置出口數(shù)量是進(jìn)口數(shù)量的3倍多，由此可見(jiàn)我國(guó)生產(chǎn)能力強(qiáng)勁。儀器、裝置進(jìn)出口情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1　儀器、裝置進(jìn)出口情況統(tǒng)計(jì)表Tab.1　The import and export statisticsof instruments and apparatuses

由表1可知，我國(guó)算得上儀器儀表生產(chǎn)大國(guó)，然而出口金額卻不及進(jìn)口金額的一半，面臨著虧損嚴(yán)重的困境。這其中有多方面的原因，本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1經(jīng)濟(jì)水平的促進(jìn)和制約

通過(guò)研究世界流量測(cè)量?jī)x表的主要分布點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，其基本上都受到經(jīng)濟(jì)水平的促進(jìn)與制約。微小流量測(cè)量?jī)x表的興起可追溯至上世紀(jì)80年代，主要生產(chǎn)商有艾默生(Emerson)、恩德斯豪斯(E+H)、阿西布朗勃法瑞(ABB)、西門子(Siemens)、橫河(Yokogawa)、通用電氣(GeneralElectric)、霍尼韋爾(Honeywell)、英維思(Invensys)和山武(Yamatake)等。這些生產(chǎn)商大多來(lái)自歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家，集中度相對(duì)較高。與此同時(shí)，這些世界知名的公司具有很大的市場(chǎng)占有量，且產(chǎn)品價(jià)格居高不下。隨著近幾十年來(lái)我國(guó)流量?jī)x表產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，我國(guó)已成為亞洲除日本外的第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)[10]。

分析現(xiàn)代流量測(cè)量?jī)x表的分布特點(diǎn)，先進(jìn)的儀器設(shè)備大多集中分布在歐洲國(guó)家，亞洲成為中低檔技術(shù)水平產(chǎn)品的主要生產(chǎn)地。雖然各個(gè)國(guó)家、地區(qū)的發(fā)展條件有差異，國(guó)情不同，但都是在特定的歷史時(shí)期、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)和影響下發(fā)展壯大的。由此可見(jiàn)，經(jīng)濟(jì)水平對(duì)流量測(cè)量技術(shù)的發(fā)展起著推動(dòng)與促進(jìn)作用。

2.2核心技術(shù)的促進(jìn)和制約

為什么流量測(cè)量起源于發(fā)達(dá)國(guó)家？首先，這是資本主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求。資本主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展為其奠定了雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，使得這些國(guó)家在流量測(cè)量上具有競(jìng)爭(zhēng)力[11]。其次，資本主義發(fā)展催生了世界一流研發(fā)技術(shù)的誕生。例如：世界前三名流量?jī)x表生產(chǎn)商艾默生、E+H和ABB，以高端的技術(shù)水平占據(jù)整個(gè)市場(chǎng)將近50%的市場(chǎng)份額。

而我國(guó)，流量?jī)x表的出口量雖然很大，但是與國(guó)外同行相比，還存在著很大的差距，還有漫長(zhǎng)的道路要走。目前，我國(guó)的流量?jī)x表自主研發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)于資本主義發(fā)達(dá)國(guó)家還是比較薄弱，仍需不斷積累。我國(guó)流量?jī)x表的核心技術(shù)不足，許多高端流量?jī)x表需要進(jìn)口的主要原因就是我國(guó)流量測(cè)量技術(shù)不成熟。

流量測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，理論研究、自主研發(fā)和自主生產(chǎn)研究等都必不可少。這幾者相輔相成，共同促進(jìn)流量測(cè)量領(lǐng)域的巨大發(fā)展。我國(guó)雖然在此領(lǐng)域取得了一定的技術(shù)突破，但是對(duì)于核心技術(shù)還需加大自主研發(fā)力度，否則，流量測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展會(huì)受到制約。

3　微小流量?jī)x表的出路

作為流量?jī)x表生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)儀表還存在產(chǎn)品種類不全、產(chǎn)品性能指標(biāo)低、高技術(shù)產(chǎn)品少等難題，需要迎頭趕上國(guó)際先進(jìn)水平。為了面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境，微小流量計(jì)的研制和轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。而未來(lái)國(guó)內(nèi)的微小流量計(jì)要在行業(yè)內(nèi)脫穎而出，必然要滿足以下幾個(gè)方面的要求。

①加大高端產(chǎn)品的科技研發(fā)。隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，個(gè)性化、定制化要求將日益提高，而設(shè)計(jì)原理合理、傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[12]、測(cè)試狀態(tài)簡(jiǎn)潔直觀的儀表必然是未來(lái)微小流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，我們的研發(fā)目標(biāo)是高端產(chǎn)品、新材料和新技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

②傳統(tǒng)機(jī)械式儀表向新型儀表的轉(zhuǎn)型[13-15]。近年來(lái)，節(jié)流式、容積式、浮子等傳統(tǒng)流量計(jì)由于自身所存在的缺陷(如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝置笨重等)和用戶要求的提高，已不能滿足市場(chǎng)的需求。與傳統(tǒng)流量計(jì)相比，新型流量計(jì)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展十分迅速，大有取代傳統(tǒng)流量計(jì)的市場(chǎng)主導(dǎo)地位之勢(shì)。

③國(guó)產(chǎn)化刻不容緩。我們應(yīng)該借助大數(shù)據(jù)時(shí)代的“互聯(lián)網(wǎng)+”等新技術(shù)拓展，多維發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源整合，把握市場(chǎng)變革，積極面對(duì)挑戰(zhàn)，把握機(jī)遇，把推動(dòng)科技創(chuàng)新和打造國(guó)產(chǎn)化高端產(chǎn)品作為流量?jī)x表市場(chǎng)的根本之策；從市場(chǎng)中尋找機(jī)遇，尋找出路，使我國(guó)的微小流量?jī)x表迎頭趕上國(guó)際的先進(jìn)水平，研制出具有本國(guó)特色的產(chǎn)品。

4　結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)微小流量?jī)x表正處于從傳統(tǒng)機(jī)械式向新型式轉(zhuǎn)型的重要時(shí)期。在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，要實(shí)現(xiàn)微小流量計(jì)的國(guó)產(chǎn)化，必須找準(zhǔn)發(fā)展方向。尋找走出困境之良策，既要堅(jiān)持眼下穩(wěn)定生產(chǎn)、維持自身運(yùn)營(yíng)，又要謀求長(zhǎng)遠(yuǎn)添動(dòng)力；既要積極總結(jié)過(guò)去，又要凝聚創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略；既要采取措施、做好自身發(fā)展戰(zhàn)略，又要學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外同行先進(jìn)的技術(shù)，以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)[16-18]，從而為未來(lái)中國(guó)微小流量?jī)x表的國(guó)產(chǎn)化和國(guó)際化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在當(dāng)前困難和機(jī)遇并存的局面下，我國(guó)微小流量?jī)x表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間仍然無(wú)限、市場(chǎng)仍然廣闊。

[1] 蔡武昌.微小流量?jī)x表性能及其應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2009,4(1):34-45.

[2]SVEDINN,KALVESTENE,STEMMEE,etal.ALift-forceflowsensordesignedforaccelerationinsensitivity[J].SensorsandActuatorsA,1998,68(1-3):263-268.

[3] 王海波,陶國(guó)良.全自動(dòng)微小流量測(cè)試儀的研制[J].流體傳動(dòng)與控制,2003,11(1):33-35.

[4] 邵東亮,朱金堂,孔偉.液體微流量計(jì)量方法研究[J].石油儀器,2005(2):69-72.

[5] 毛新業(yè).流量?jī)x表的市場(chǎng)趨勢(shì)與技術(shù)熱點(diǎn)[J].世界儀表與自動(dòng)化,2008(1):26-29.

[6] 王茜.流量計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械與電子,2008(3):34-45.

[7] 蔡武昌.微小流量測(cè)量現(xiàn)狀[J].世界儀表與自動(dòng)化,2004(5):26-29.

[8] 呂春紅,任泰安.微尺度流動(dòng)研究的歷史與現(xiàn)狀[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2007,12(1):11-14.

[9] 中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2015年我國(guó)測(cè)量、檢驗(yàn)液體流量或液位的儀器及裝置進(jìn)出口貿(mào)易及發(fā)展情況分析(圖)[EB/OL].[2015-12-17].http://www.chyxx.com.cn/.pdf.

[10]中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng).我國(guó)成為亞洲第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)[EB/OL].[2016-02-02].http://www.cnelc.com.cn/.pdf.

[11]鮑友良.微小流量的測(cè)量和應(yīng)用[J],機(jī)械工程學(xué)報(bào),2002,42(5):34-69.

[12]張濱華,范秋濤,張衛(wèi)剛.微小流量傳感器的研制[J].傳感器技術(shù),2003,33(7):33-35.

[13]解海艇,黃富貴.流量?jī)x表技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].自動(dòng)化儀表,2013(4):69-72.

[14]李春輝.國(guó)際流量測(cè)量技術(shù)和儀表的發(fā)展趨勢(shì)[J].計(jì)量技術(shù),2008(9):161-164.

[15]蔡武昌.從FLOMEKO2010看流量測(cè)量技術(shù)和儀表的發(fā)展[J].石油化工自動(dòng)化,2011,47(5):1-4.

[16]WANGZ,El-AliJ,ENGGELUNDM,etal.Measurementsofscatteredlightonamicrochipflowcytometerwithintegratedpolymerbasedopticalelement[J].LabChip,2004(4):372-377.

[17]SHIM,J.,CRISTOBALl,G.,LINKD.L.,etal.Usingmicrofluidicstodecouplenucleationandgrowthofproteincrystals[J].CrystalGrowth&Design,2007,7(11): 2192-2194.

[18]BERNINIR,NUCCIOED,BRESCIA,F,etal.Developmentandcharacterizationofanintegratedsiliconmicroflowcytometer[J].AnalyticalandBioanalyticChemistry,2006,386(5): 1267-1272.

ExplorationontheCurrentDevelopingStatusandProspectsofMicroFlowmetersinChina

Nowadays,thedefinitionofthemicroflowisambiguous,andthehigh-endmicroflowmetersaremostlyimported,thusthelocalizationofmicroflowmetersbecomesvital.Combiningwiththedevelopmentofmicroflowmetersinourcountry,thecurrentsituationofmicroflowmeterisanalyzedbasedontheperspectiveofeconomiclevelandtechnicalkeypoints.Thenecessityandmeasuresoftransformationandupgradingofflowinstrumentsinourcountryaresummarized.Thedevelopingorientationofmicroflowmetersundernewsituationofeconomicdevelopmentinourcountryandthepatternsofdevelopmentandtransformationofflowinstrumentsinourcountryareexplored.

MicroflowmeterLocalizationTransformationInnovationGeneralsituationSituationanalysisDevelopmenttendency

薛曄(1990—)，女，現(xiàn)為西安工程大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)方向的研究。

TH814;TP2

A< class="emphasis_italic">DOI

:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201610010

修改稿收到日期2016-04-22。