淺談智能水表的計量特性與應用現狀

劉平進

（甘肅省計量研究院，甘肅 蘭州 730070）

1 智能水表概述

智能水表是在傳統水表的基礎上加入了科技的因素，運用智能化和自動化技術對居民的用水量進行數據計量、統計、傳遞和交易結算的新型水表。在我國，智能水表的定義可簡單概述為：通過特定的傳感和信號對水量進行處理，在其中植入精準的計算機算法、各類輸入-輸出端口或中央執行器，具有測量水量速度、數據通信以及聯網等功能的新型電子水表。智能水表的結構主要包括了以下四個部分：一是配合控制器讀取信息的線圈；二是計量水量且將信息傳送到控制器中的基表；三是保證水表正常開關閥的執行器；四是記錄居民的用水量，控制閥門正常開關的控制器，并且把用戶用水量等信息呈現在控制器上的液晶顯示器上。

2 智能水表的應用現狀

2.1 智能水表分類

新型的智能水表充分利用了網絡的便捷性和科學性，早已超過了傳統意義上的水表，而是一種系統、集成的科技理念。現在的住宅越來越重視私密性，入戶抄水表已經不再現實，智能水表恰恰能解決這一問題。因此，智能水表越來越受到住戶的喜愛，也為自來水公司提供了很大的便捷性，智能水表的應用范圍越來越廣泛。依照水費收取的方式、系統功能或者硬件平臺來看，智能水表可以分為兩類，分別是卡式智能水表系統和遠程集中抄表系統。卡式智能水表又可以為分為IC卡水表、代表交換式預付水表、TM卡水表和RT卡水表等。本文對卡式智能水表的研究以IC卡水表為主要對象。

2.2 遠程集抄的組成及其技術應用現狀

遠程集抄的構成主要有三部分：一是基表；二是數據存貯與通訊系統；三是后臺軟件操作系統。其中基表是指通過傳感器精確測量水量并將測量信息轉換成電信號的儀表。

基表可以分為兩部分，分別為測量機構和傳感器。目前，主要的測量依據是測量水表中葉輪通過的水流。由葉輪的旋轉頻率記錄的流量信息由指示器元件顯示，包括流動信息的部件，如葉輪、指針和字輪，被稱為測量元件。該傳感器用于采集測量部件的運動，然后將測量信息轉換成電信號的形式。計量元件可以根據經過水流能量的順序分為初級計量元件和次級計量元件，首先因水流作用而開始運動的元件叫做初級計量元件，對初級計量元件傳遞的信息加以處理的元件叫做次級計量元件。

現在智能水表常用的傳感器主要分為三種，一是主要包括干簧管、霍爾元件的磁敏傳感器；二是電感式傳感器；三是直讀式傳感器。磁敏元件由于會降低智能水表的使用壽命以及易受磁干擾而具有一定的局限性。但是磁敏元件價格低廉，受到很多人的喜愛，因此現在的使用范圍仍然較廣。電感式傳感器相比較于磁敏元件抗干擾能力較強，葉輪的阻尼較小而有較廣泛的應用。直讀式傳感器分為兩種，分別是光電式和機械式。根據發射機和接收機的相對位置，光電型可分為反射式和計數器式。光電直讀是對次級測量元件采集相關信息，以確定字輪的讀數。光電直讀技術因其傳感器元件多、硬件電路復雜、技術要求高而難以批量生產。機械直讀受到簧片材料和加工工藝的影響，存在可靠性差、機械阻尼大（水表流量大）、批量生產過程中存在諸多問題等問題。

數據通信一般采用RS485總線和MBUS總線的通信方式。隨著現代通信技術的發展，智能水表的通信技術也在不斷發展。在后臺軟件操作系統中，目前的軟件在服務模式、收費模式、數據接口等方面不同于管理部門，因此后臺軟件系統具有個性化和不兼容性的特點。在遠程采集的應用中，由于系統管理員單方獲取相關數據，如耗水量等，導致雙方獲取信息的不對稱性。雖然在基表和后臺處理中存在著各種各樣的矛盾，但遠程集抄已經建立了管理者和用戶之間的實時通信通道，以及實現了社會化、集約化、真實化等現代管理要求的支持作用。因此，水資源管理行為的人性化是不可替代的。

2.3 卡式智能水表系統組成及其技術應用現狀

卡式智能水表系統可以從結構的角度分為三部分：一是卡式智能水表，二是讀寫卡，三是后臺處理系統。

卡式智能水表從水費收付的方式看屬于“先付費后用水”，可以有效解決收費困難等問題。帶有發信裝置的水表為卡式智能水表的計量基表，以讀寫卡為媒介，再加控制系統所組成的一種新型智能水表。讀寫卡包括IC卡、TM卡等。后臺處理系統就是對IC卡、TM卡等讀寫卡進行信息讀、寫的操作。卡式智能水表系統實現了用戶與管理者之間的溝通，用戶可以隨時知道自己的用水情況，避免因欠繳水費而停水的情況發生。但是這種溝通存在一定時間上的差異，也就降低了管理者對用戶的人性化服務的程度。

3 智能水表的發展方向

3.1 計量性能提升

水表是一種計量工具，首要發展方向便是計量性能。傳統機械水表由固定的部件進行計量計數，由于部件磨損，傳統水表在使用一定時間后會影響計量的準確性，測量的結果和傳統水表的使用壽命都不能讓人滿意。目前帶電子裝置的機械水表有著同普通機械水表一樣的計量缺陷，即壓力損失大，儀表非線性特性校正困難，產品在寬量程低流量區的測量精度不高，必須發展更先進的流量傳感技術。因此必須對智能水表做相應地改進，主要包括：提升測量水量的準確度，擴大測量范圍、減少大流量測量條件下的壓力損失值；在智能水表內置入測量校正系統等，盡量減少誤差；應盡量延長水表的使用時間，提高智能水表的質量，降低故障率，在保證質量的前提下還要盡量選用低耗能和高容量電池；選用無阻流件、無運動部件的傳感器，以減小壓力損失。從而使水表計量更加精準，計量范圍更寬，滿足小流量測量特性。

3.2 使用功能拓展

在智能水表測量功能的基礎上，開發了一些新的功能，滿足水務管理用戶的預付水費、售水管理、數據遠程傳輸和抄表管理、網絡閥門控制和定量控制等功能。隨著智能水表相關技術的成熟和應用，由智能水表控制電源電壓、拖欠、漏電等的自校驗、自校正、自補償、自校驗以及無線通信的功能也將逐步進入應用階段。

3.3 參與管網測控系統構建

目前，水測量領域的產品已經從單一終端產品發展到網絡系統集成產品和整體解決方案，并將硬件產品集成到智能產品的軟硬件中。由于物聯網技術的應用越來越廣泛，供水網絡的傳感技術、網絡通信技術等技術得到了重視。智能水表作為物聯網技術感知層的智能終端，在供水管網測控系統中起著重要的作用。現在的社會是信息化的社會，將智能水表與網絡連接起來會大大提高智能水表的性能。

4 結語

智能水表是現代化的科技產物，其發展方向必然精準化、科學化，計量更加準確，使用壽命較長，功能拓展，參與管網測控系統構建，智能水表可以很好地解決傳統水表使用壽命短、計量不夠精確等問題，其應用范圍必然會越來越廣泛。