自20世纪80年代国内外智能燃气表问世以来，我国智能燃气表发展主要经历了IC卡膜式燃气表、远传燃气表、带附加装置的燃气表、智能燃气表（IC卡和远程控制）和物联网智能燃气表。
智能燃气表由于引入了智能计量、智能控制等智能功能，需要电源为智能功能提供能源，因此，在设计上更加复杂。由于电流的存在，对机械气密性提出了更高的要求，并且需要对电流、电压等相关参数作出相应的规定，并将其标准化。
智能燃气表的防范爆炸风险安全技术从3个方面分析：预防和阻止由于用户异常使用或突发灾难引发的泄漏爆炸事故的技术（即燃气表密封技术及安全切断技术）；预防和阻止燃气表自身电路火花引爆周围环境所集聚的燃气的技术（即电流控制技术）；预防和阻止控制阀电机电路火花引爆燃气表内已形成的燃气、空气混合物的技术（即电机电路与燃气隔绝技术）。本文对智能燃气表的防范爆炸风险技术和信息安全进行探讨。
智能燃气表在设计和生产时就应考虑燃气表的密封性能，使其达到全生命周期内比传统纯机械式燃气表更可靠的密封性能。本公司生产的智能燃气表密封性能主要采用如下密封技术。 燃气表整体密封包括上下壳的连接密封以及接头与上壳的连接密封。上下壳连接采用整体封圈冲压或滚压方式进行密封。接头与上壳采用铆接或焊接技术，在上壳和接头之间采用钎料层使焊件熔为一体，可以保证焊接质量，该技术已获得国家专利［1］。输出轴密封技术中，输出轴是保证膜式燃气表壳体内部机芯的运动转换为壳体外部计数器齿轮转动的关键部件，其密封性的可靠性非常重要，其密封技术包括机械式输出轴动密封技术和磁力式输出轴静密封技术。内置切断阀控制线绝缘及密封技术已获得国家专利［2］。内置切断阀控制线是保证燃气表外部控制器对内置切断阀实现操作与控制的关键电路，其绝缘性、密封性和可靠性非常重要。目前主要有两种装配技术。a.在壳体上安装双向接线柱，在内部和外部分别与控制线焊接，但焊点易受表壳内燃气杂质腐蚀。b.控制线整体穿出壳体穿线孔，壳体穿线孔的密封采用密封组件实现，其优点是实现了良好的绝缘和密封。
内置切断阀密封技术已获得两项国家专利［3-4］。内置切断阀密封技术是保证燃气表下游用气设备阀门失效后仍处于安全状态的关键技术，其泄漏量直接关系到用户安全。目前存在两种技术。a.以灶具的允许泄漏量为标准设计的阀门，泄漏量应不大于550 mL/h。b.以内置切断阀为技术依据，泄漏量应不大于20mL/h。各种密封技术不仅要保证密封强度，还应保证密封的完整性、有效性和足够的生命周期，以及能够耐高温、低温、雷击等各种外部恶劣环境。
流量异常安全切断技术主要包括以下6种技术：流量过载切断、异常大流量切断、异常微小流量切断、持续流量超时切断、燃气压力过低切断、长期未使用切断等。流量过载指流经燃气表的流量大于1.2倍燃气表******流量，异常大流量指流经燃气表的流量超过了燃气用户使用的燃具的******负荷流量。流量感知技术能很好地实现异常流量安全切断，是预防和阻止燃气安全事故发生的主要技术之一。压力感知技术是通过压力传感器（已获得国家专利［7］）来实现的。压力传感器能够对燃气供气压力进行实时感知监测，并通过传感器检测模块将燃气压力异常（压力过低）信息传输至燃气表内置微电脑控制器。燃气表内置微电脑控制器在接收到燃气压力异常信号后，通过切断阀控制电路向内置切断阀发送关阀命令，实现燃气切断，防止压力过低而造成用气设备熄火及漏气现象，同时蜂鸣器发出报警，相关信息在液晶显示屏中给出提示。燃气供应商远程控制端通过数据传输模块接收到报警信息，及时进行处理。燃气表内置微电脑控制器连接有状态恢复电路，可以通过燃气表表端的状态恢复按钮启动状态恢复电路，使燃气表进行安全自检，实现燃气表发生安全切断后的燃气供应恢复。
通过在燃气表内部安装燃气表专用地震传感器（已获得相应国家专利［9］），智能燃气表能够在检测到地震动加速度达到2 m/s2时，及时切断燃气供应，防止因燃气泄漏而发生二次灾害。通过将燃气泄漏报警器（已获得国家专利［11］）与智能燃气表连接，燃气泄漏报警器的气体感知模组对环境气体（甲烷、乙烷、二氧化碳）进行感知，并将感知信息以相应的电信号传递给控制芯片。控制芯片能够对气体组分、浓度等进行识别和分析，从而实现燃气泄漏和火灾安全切断。当发生燃气泄漏时，燃气泄漏报警器能够通过气体感知模组和控制芯片对甲烷、乙烷气体浓度变化情况进行感知：若甲烷、乙烷浓度持续、显著、快速增高，则判断燃气发生了泄漏，蜂鸣器和指示灯会进行声光报警，同时将异常信息传输给燃气表内置微电脑控制器。燃气表内置微电脑控制器接收到燃气泄漏感知信号后，会通过切断阀控制电路控制内置切断阀立刻切断燃气供应，阻止燃气继续泄漏，同时蜂鸣器发出报警，相关信息在燃气表的液晶显示屏中给出提示，燃气供应商远程控制端也能通过数据传输模块接收到报警信息，及时进行处理。当发生火灾时，燃烧产生的二氧化碳会使环境中的二氧化碳含量持续升高。燃气泄漏报警器能够通过气体感知模组和控制芯片对二氧化碳含量变化情况进行感知。若二氧化碳含量持续、显著、快速增高，则判断燃气表所处环境有火灾发生，蜂鸣器和指示灯会进行声光报警。同时，火灾信息通过燃气泄漏报警器检测模块传输给燃气表内置微电脑控制器，燃气表内置微电脑控制器接收到火灾信号后，会通过切断阀控制电路控制内置切断阀立刻切断燃气供应，相关信息在燃气表的液晶显示屏中给出提示，燃气供应商远程控制端也能通过数据传输模块接收到报警信息，及时进行处理。智能燃气表的各种智能功能均需要电池供电，其工作电流的控制主要通过运用低功耗阀控技术、低功耗通信技术和低功耗控制器技术来实现。低功耗阀控技术是通过优化阀门动作机械和电子原理来实现低运行电流，低功耗通信技术是通过采用低功耗广域网LPWAN（LoRa技术、NB-IoT技术等）通信技术来实现的。低功耗控制器技术是通过优化芯片设计和驱动电路设计等方法来实现的。低功耗的实现使通过智能燃气表各种电子器件的工作电流大大降低，延长了其使用寿命，使其不易老化、不易烧毁，保障了燃气表的防范爆炸风险的性能。基于智能燃气表工作环境的特殊性，相关标准对燃气表工作电流进行了规定。GB/T 6968—2011《膜式燃气表》规定，带有辅助装置的燃气表工作电压不应大于直流 36 V，******工作电流（控制器稳定工作，同时进行开关阀动作及远程通信时的电流）不应大于500 mA，静态工作电流（控制器稳定工作，无开关阀动作，无远程通信时的电流）不应大于50 μA。行业标准CJ/T 112—2008《IC卡膜式燃气表》规定了更加严格的电气参数，静态工作电流不应大于20 μA。对于阀控电流，原则上应远低于******工作电流，越小越好。随着智能功能的日益发展和阀控技术的不断提高，阀控所需的电流已大幅降低，主要技术有双向无堵转齿轮传动的燃气表专用机电阀技术［3］（阀门动作电流已低至70 mA）和到位检测等技术（阀门动作电流可低至200 mA以下）。对于阀控电压，根据供电技术的不同而不同（单一干电池供电技术为直流 6 V、锂电池+干电池复式供电技术为直流 6 V、单一锂电池供电技术为直流 3.6 V或直流 7.2 V），单一锂电池供电技术是发展趋势。对于通信电流，通过运用低功耗广域网通信技术，已使收发通信电流大大降低（LoRa通信技术通信电流可低至130 mA，休眠电流低于10 μA）。对于降低控制器电流的方法，主要采用优化芯片设计和驱动电路设计来实现，如采用低功率单片机（运行模式工作电流可低至2 mA），选择合适的时钟方案，尽量降低时钟运行频率等。智能燃气表智能部分的电压越低、电流越小，则表端功耗越低，其潜在的爆炸风险更小，与此同时可延长电源的使用寿命。
电机是内置切断阀的动力装置，需要电池供电。正常情况下，燃气表内充满了燃气，无空气存在，即使电机电路暴露在燃气中也不会引发爆炸事故。但考虑到在燃气表初次安装和进行检修时，燃气表内部很容易混入空气，若电机电路暴露在这种燃气与空气混合的环境中，其电火花很容易引起燃气表爆炸，造成安全事故。因此，目前对于燃气表内置切断阀电机电路的隔绝一般采用绝缘保护技术。燃气隔绝和密封设计简图见图2，图中红色框内为内置切断阀，燃气表的其他部分在图中未表示。内置切断阀作为燃气表的过流部件，其电动机位于内置切断阀壳体内部，在设计上始终与燃气隔绝。电动机作为内置切断阀的动力装置，需要设计动力装置和传动装置（传动齿轮）以及传动装置和阀门执行装置（阀杆和密封瓣）之间的连接方式。执行装置处于燃气气流中，因此，传动装置向执行装置输出动力的动力输出口需要进行动密封（通过密封圈和动密封塞的配合实现）设计，实现电动机与燃气的隔绝。动密封材料采用具有密封性好、耐腐蚀、压缩性和回弹性好、永久性变形小等特点的密封材料。电源线与电动机焊接相连，依次穿过内置切断阀壳体和燃气表壳体，与控制盒（含有主控电路板、电源、机电转换装置等）内的的主控电路板连接。主控电路板中的内置微电脑控制器能够通过切断阀控制电路控制电动机的供电和断电，同时也能控制电源线中的电流方向（通过改变电流方向来改变电动机转子的旋转方向），实现内置切断阀的开阀和关阀。在电源线与主控电路板连通的路径中，需要对以下两个关键位置进行密封：①在电源线穿过内置切断阀壳体穿线孔处，需采用密封组件进行密封，防止燃气进入电动机所处的内置切断阀内部，实现燃气与电动机的隔绝。②在电源线穿过燃气表壳体穿线孔处，采用密封组件进行密封，防止燃气向燃气表外部泄漏。为了保证电动机和电源线在上述隔绝或密封失效时仍然可靠，在生产制造过程中，需要对内置切断阀电动机与电源线的焊接点进行绝缘保护处理，即当焊接完成后在焊接点处覆盖绝缘材料，实现焊接点的绝缘。绝缘材料的选择应注意以下两个问题：①当焊接点出现短路时会产生大量热量致使焊接点温度升高，易造成覆盖的绝缘材料融化，使电机电路与燃气隔绝失败。②燃气中具有腐蚀性的杂质会对覆盖的绝缘材料造成腐蚀，使绝缘材料的绝缘效果大大降低。因此，覆盖焊接点的绝缘材料应具有耐高温、耐腐蚀的特性。
对由于智能燃气表信息网络遭受黑客攻击所带来的阀门失控风险及其存在的泄漏爆炸危险，也应引起高度重视。基于黑客攻击的危害性，应及早将智能燃气表的信息安全逐步纳入议事日程。一般而言，智能燃气表及其网络运行系统在设计时，会将阀门的工作模式设计为远程可关闭阀门，但不允许远程打开阀门，如果阀门关闭后需要开启，需要用户或燃气公司操作人员在现场对燃气表进行操作才能打开。如果燃气表及其网络的信息安全存在脆弱性，则易受黑客攻击，尤其是当黑客潜入网络内部直接对燃气表端的智能控制软件进行恶意攻击时，可能会导致阀门工作模式发生变化（变为允许远程开阀模式或阀门锁定模式），这将会导致供气失控或大面积停止供气，存在巨大的泄漏爆炸风险或燃气运营风险，可能会导致社会公共事件。若黑客攻击智能燃气表及其网络运行系统，进入燃气公司服务系统，制造并发布虚假燃气泄漏爆炸事故信息，则会引起信息安全社会事件，对燃气公司、公众及社会造成巨大恐慌和负面影响。
综上所述，当前国内并没有强制性的标准和法规对智能燃气表信息安全进行强制性要求，也没有相应的惩罚制度，造成违法成本很低。因此，智能燃气表及其网络系统运行安全应尽早纳入议事日程。借鉴我国信息安全方面的现有标准，例如GB/T 31507—2015《信息安全技术智能卡通用安全检测指南》、GB/T 20273—2006《信息安全技术数据库管理系统安全技术要求》等，以及国际法制计量组织对智能燃气表及其网络运行系统软件的一些规定，例如国际组织文件OIML D31 《软件控制的计量器具的通用要求》（General requirements for software controlled measuring instruments），计量器具控制软件应防止采用非授权更改、非授权下载或非授权更换储存装置的方法进行软件的更换或升级，在采用机械式封印技术的基础上，还应该对软件部分采取必要的软硬件技术手段来保护。因此，应及早进行相关标准和法规的研究和制定。［1］邵泽华，蔡化煊，向海堂. 一种气表接头的连接结构：ZL200810045807.1［P］. 2010-12-08.［2］邵泽华，吴岳飞，任长清. 一种全密封智能燃气表控制盒：ZL201210336293.1［P］. 2014-06-25.［3］邵泽华，吴岳飞，徐朝应，等. 双向无堵转齿轮传动的燃气表专用机电阀：ZL201010230368.9［P］. 2012-01-04.［4］邵泽华，刘宗学，刘彬. 机电阀气密性智能检测设备：ZL201520547586.3［P］. 2015-12-02. ［7］任长清，邵泽华，权亚强. 安全切断型智能燃气表专用压力传感器：ZL201420306746.0［P］. 2014-12-10. ［9］邵泽华. 用于智能燃气表的地震传感器：ZL 201620779724.5［P］. 2017-01-11.［11］邵泽华. 家用燃气报警器：ZL201520902018.0［P］. 2016-04-13.
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