常见燃气表的发展及其优缺点的比较

徐志豪 ,张海燕,刘晨阳,罗钊川

(1.广东工业大学机电工程学院,广东 广州 510000；2.广东工业大学自动化学院,广东 广州 510000)

0 引言

在燃气普遍使用的今天，燃气表已经成为燃气网络的基本构件，是我国民用计量领域的一种重要计量工具[1]。诞生于第一次工业革命的燃气表，在第三次工业革命的浪潮下，燃气表也逐渐走向智能化。智能燃气表的结构和功能与原始的燃气表有很大的改变。本文将介绍燃气表发展历史以及现在常用的三种智能燃气表，并对它们的结构和工作原理进行阐述，同时对优缺点进行分析对比。最后指明燃气表的发展趋势。

1 燃气表的发展历史

煤用于生产煤气是在18世纪末，最初确定煤气的使用量是通过计算煤气灯的数量和煤气灯的使用时间。大面积的燃气使用推动了燃气表在欧洲问世。城市燃气贸易结算的计算仪器(比如：容积式罗茨表、涡轮式涡轮表)的基础是英国的Samuel兄弟在1815年发明的湿式燃气计量表[2]。而膜式结构的家用煤气表由Jimas Pocadas在1833年发明。1844 年,英国人Messrs Croll和Richards发明具有两个圆形的膜和相关的滑动式阀的煤气表。在这之后，英国的Thomas Glover对Messrs Croll和Richards发明的煤气表继续进行结构改进，从而发明了家用膜式燃气表，并普及至今。传统燃气表的演化过程如表1所示。

表1 传统燃气表的演化过程Tab.1 Evolution process of conventional gas meters

随着互联网技术的普及以及物联网的兴起，智能燃气表已逐渐成为应用主流。智能燃气表的发展经历了三个阶段：卡式燃气表阶段、远传燃气表阶段和物联网燃气表阶段。目前，常见的智能燃气表有IC卡智能燃气表、远传智能燃气表和物联网燃气表等。

2 三类常见的智能燃气表的结构与工作原理

IC卡智能燃气表由膜式燃气表作为计量基表，加装微功耗单片机控制模块、阀门控制模块、采样计数模块、声音报警模块、显示屏、IC卡座及电源。其中，微功耗单片机是整个控制器的核心，用于接收采样、IC 卡等信息并发出相应的控制指令[3]。IC卡智能燃气表系统如图1所示。

图1 IC卡智能燃气表系统框架图Fig.1 The frame diagram of IC card intelligent gas meter system

根据通信方式，远传智能燃气表可以分为有线远传燃气表和无线远传燃气表[4]。二者均以膜式燃气表为计量基表，加装流量信号采集模块、信号传输模块、阀门控制模块、显示屏。其中，无线远传燃气表需要电源。当用户使用燃气时，流量信号采集模块会将基表计量的结果转化为电信号，再通过信号传输模块上传到燃气企业后台管理系统，从而实现远程抄表。远传智能燃气表系统框架如图2所示。

图2 远传智能燃气表系统框架图Fig.2 The frame diagram of remote intelligent gas meter system

有线远传燃气表和无线远传燃气表二者的区别在于信号传输模块的不同。有线远传燃气表内置M-BUS/RS-485远传数据接口[5]，采用RS-485、M-Bus通信协议通过数据线进行数据传输。而无线远传燃气表内置有射频(radio frequency,RF)天线，采用无线RF特定频率进行数据传输，我国无线抄表工作频段为470～510 MHz。有线和无线远传燃气表信号传输模块区别如表2所示。

表2 有线和无线远传燃气表信号传输模块区别Tab.2 Differences of signal transmission module of wired and wireless remote gas metes

物联网燃气表系统框架如图3所示。

图3 物联网燃气表系统框架图Fig.3 Framework structure of IoT gas meter system

物联网燃气表基于移动通信网络，借助于移动通信公网。通过燃气公司通信网关直接与燃气公司的收费抄表管理系统进行数据交互，实现数据远传及控制的燃气计量系统，为燃气运营商提供公用资源智能管控。其结构与无线远传燃气表相似，区别在于信号传输模块。物联网燃气表是使用较低频段的信号作为通信媒介来进行数据传输[6]。其中的典型代表便是利用窄带物联网(narrow band internet of things,NB-IoT)进行传输的物联网燃气表。NB-IoT是目前物联网领域风头正劲的新兴技术[7]，其具有功耗低、覆盖广、接入量大等特点。

3 三类燃气表的优缺点对比

三类燃气表优缺点对比如表3所示[8-10]。

表3 三类燃气表优缺点对比Tab.3 Comparison of advantages and disadvantages of three types of gas meters

4 燃气表的发展趋势

随着技术的发展，燃气表更加注重安全可靠、智能方便。现在，发展中国家的燃气市场的主体仍然是旧燃气表，而新兴的智能燃气表将逐步取代旧燃气表。在远程通信技术的不断发展中，以远程管理和智能服务为主要功能的燃气表将成为热点。通过数据深度挖掘的燃气大数据也将给燃气公司带来巨额利润。多种因素推动智能燃气表市场的不断扩大，如：智慧城市概念的提出、城镇化率不断提高以及国家相关政策的推动，同时极大地释放了燃气表的使用需求[12]。

5 结论

本文从燃气表发展历史的角度出发，介绍了燃气表发展的三个阶段，并着重阐述了常见的三种智能燃气表的结构及工作原理，继而对其三者的优缺点进行对比分析。随着电子信息技术及网络技术的发展，燃气表的智能化和远程管理及服务将成为燃气表发展的主要方向。借助通信技术、物联网技术，燃气仪表在智能化的道路上将不断前进。相信随着技术的不断发展和推广，智能燃气表能够走进千家万户，让生活更加便捷。