機(jī)械式水表校準(zhǔn)方法與誤差檢測研究

阮華驅(qū)

摘要：當(dāng)前我們面臨著水資源短缺的嚴(yán)峻形勢，加上溫室效應(yīng)加劇、城市化進(jìn)程加快、工業(yè)系統(tǒng)引發(fā)嚴(yán)重的水系統(tǒng)污染，又加劇了水資源緊缺的嚴(yán)重程度。節(jié)約水資源、做好供水服務(wù)是社會重點(diǎn)研究的課題。水表作為普遍的流量計(jì)量儀表，其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對水資源合理利用有直接影響，應(yīng)針對水表的計(jì)量、校準(zhǔn)方法、誤差檢測進(jìn)行研究，以帶來能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，節(jié)約水資源，滿足居民生活用水需求、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求。本文主要就機(jī)械式水表校準(zhǔn)與誤差檢測問題進(jìn)行研究，明確水表校準(zhǔn)方法及誤差檢測思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式水表;校準(zhǔn);誤差檢測

機(jī)械水表是目前使用比較廣泛的水表類型，在生產(chǎn)及使用中流量計(jì)算、誤差檢測及校正是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。明確機(jī)械水表校準(zhǔn)的有效方法，探明誤差檢測的路徑，對于規(guī)范機(jī)械式水表的應(yīng)用，指導(dǎo)水資源的合理使用具有積極意義。

1 機(jī)械式水表誤差檢測現(xiàn)狀

隨著城市“一戶一表”自來水改造工程的持續(xù)推進(jìn)，水表需求量明顯增加，經(jīng)常出現(xiàn)用戶與供水公司之間的矛盾糾紛，而其中一部分原因就在于水表計(jì)量有誤差，無法準(zhǔn)確反映用戶的用水量。機(jī)械式水表使用廣泛，有著較長的誤差檢測歷史，但在實(shí)際的誤差檢測和校準(zhǔn)處理中存在一定問題。如水表計(jì)量檢測多選擇人工檢測方法，通過人工讀數(shù)比較被測水表的流量值與標(biāo)準(zhǔn)流量值進(jìn)行水表計(jì)量檢測，根據(jù)兩者之間的示值誤差調(diào)整被測水表計(jì)量性能，達(dá)到誤差檢測的目的，人工檢測很容易出現(xiàn)檢測誤差。再如機(jī)械式水表檢測裝置自動化程度低、可靠性差，在實(shí)際的檢測過程中耗時(shí)耗力[1]，平均檢測用時(shí)在一小時(shí)以上，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)械式水表的快速誤差校正，影響用戶用水。再如機(jī)械式水表誤差檢測過程中示值讀取、記錄、計(jì)算均為人工操作，出現(xiàn)人為失誤會導(dǎo)致檢測的不準(zhǔn)確性。再如，測得數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值不高，對機(jī)械式水表誤差校正缺乏指導(dǎo)作用，一般需要工作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行誤差校正。為解決機(jī)械式水表計(jì)量檢測的現(xiàn)實(shí)困擾，應(yīng)系統(tǒng)研究機(jī)械式水表校準(zhǔn)的有效方法，明確誤差檢測的有效策略。

2 機(jī)械式水表計(jì)量誤差檢測方法

基于國際法制計(jì)量組織的規(guī)定，一般在機(jī)械性水表誤差檢測時(shí)主要對應(yīng)四種誤差檢測方法，分別為收集法、流量時(shí)間法、標(biāo)準(zhǔn)水表法和標(biāo)準(zhǔn)體積法。不同的誤差檢測方法對應(yīng)不同的使用場景，其背后的測量原理又有所差異，下面詳細(xì)論述。

2.1 收集法誤差檢測

收集法用于機(jī)械式水表誤差檢測歷史比較久遠(yuǎn)，相對來說經(jīng)驗(yàn)比較豐富，就是把流經(jīng)被測水表的水量集中到標(biāo)準(zhǔn)量器內(nèi)，采用靜態(tài)容積法或靜態(tài)稱量法準(zhǔn)確測算出量器內(nèi)的水量[2]。靜態(tài)容積法容積計(jì)算結(jié)果單位須與水表顯示單位統(tǒng)一，靜態(tài)容積法檢測水表誤差有對應(yīng)公式。而靜態(tài)稱量法主要用于水表使用現(xiàn)場檢驗(yàn)，屬于臨時(shí)檢查水表值誤差的常見方法，也有具體的使用公式，主要涉及到被測水表示值、水質(zhì)量換算容積值、修正系數(shù)、檢測溫度、下水體密度等參數(shù)。

2.2 時(shí)間流量法誤差檢測

使用時(shí)間流量法進(jìn)行機(jī)械式水表誤差檢測，需要根據(jù)測量流量與測量時(shí)間的關(guān)系，確定流經(jīng)水表的水流總量。該方法進(jìn)行誤差檢測有相應(yīng)的使用條件，通過在某一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行單次或多次重復(fù)性的測量，獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行水量分析。使用時(shí)間流量法進(jìn)行機(jī)械式水表誤差檢測需避免檢測實(shí)驗(yàn)中開始和結(jié)束時(shí)在非恒定流量區(qū)域內(nèi)進(jìn)行流量測量。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)水表法誤差檢測

該檢測方法又叫比較法，檢測原理是將被測水表讀數(shù)與預(yù)先在具有高準(zhǔn)確等級的裝置上標(biāo)定過的標(biāo)準(zhǔn)水表的讀數(shù)進(jìn)行比較，通過比較得出結(jié)論，使用范圍較廣，操作簡單，無需其他設(shè)備輔助。必須要確保標(biāo)準(zhǔn)水表所得出的讀數(shù)準(zhǔn)確，以串聯(lián)方式進(jìn)行示值誤差比較。比較法計(jì)量誤差計(jì)算與靜態(tài)容積法計(jì)算方法一致，不同之處在于需要消除自來水脈動壓力對水表示值誤差影響的基礎(chǔ)上，將標(biāo)準(zhǔn)水表與被測水表進(jìn)行串聯(lián)校驗(yàn)[3]，借助光電檢測設(shè)備確定被測水表示值誤差，由校正人員進(jìn)行人工誤差校正。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)體積誤差檢測

標(biāo)準(zhǔn)體積誤差檢測是將被測水表讀數(shù)與體積管式標(biāo)準(zhǔn)量器排出的固體體積數(shù)值進(jìn)行對比，因體積管比較小，更適用于水表現(xiàn)場的誤差檢測。

3 機(jī)械式水表校準(zhǔn)建議

3.1 研發(fā)生產(chǎn)階段統(tǒng)一可計(jì)量接口

計(jì)量接口包括被測信號接口、數(shù)字接口的硬件接口、校準(zhǔn)軟件接口等，數(shù)據(jù)接口又包括標(biāo)準(zhǔn)儀器接口、非標(biāo)準(zhǔn)專用接口以及自定義接口。不同生產(chǎn)廠家使用的接口不統(tǒng)一，使得水表在線計(jì)量難以實(shí)現(xiàn)，不得不使用傳統(tǒng)方法拆檢水表，檢測完再還原，耗時(shí)低效。大口徑水表更是因?yàn)殡y以拆卸，無法檢測校準(zhǔn)。因此，應(yīng)在研發(fā)與生產(chǎn)階段規(guī)范計(jì)量接口口徑、規(guī)格，讓計(jì)量接口統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，為水表在線計(jì)量提供支持。

3.2 安裝階段明確校準(zhǔn)要求

機(jī)械式水表往往拆卸困難，也不具備實(shí)驗(yàn)室檢測校準(zhǔn)的條件，只能選擇在線校準(zhǔn)方式，而管道封閉一般選取外加式液體超聲流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)器，通過比較查看被檢表的計(jì)量性能是否達(dá)標(biāo)，查看被檢表的量值是否有明顯變化。因此，在安裝設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分考慮水表在線計(jì)量校準(zhǔn)的多重需求。選型階段考慮水表口徑，評估實(shí)驗(yàn)室檢測裝置能力，確保水表安裝前得到檢測或校準(zhǔn)，以確保準(zhǔn)確計(jì)量。安裝大口徑水表時(shí)可在供水管線上選擇合理的上下游管道預(yù)留安裝超聲流量計(jì)的位置進(jìn)行防銹處理，或安裝口徑一致的不銹鋼管道，方便計(jì)量。

3.3 掌握有效校正的技術(shù)方法

在校準(zhǔn)時(shí)對于機(jī)械性水表應(yīng)采用批次抽樣方案，先確定抽樣范圍，按照一定比例抽取進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)，校驗(yàn)合格的水表適當(dāng)延長檢測間隔時(shí)間，而不合格的進(jìn)行輪換。也可以基于區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，以其為技術(shù)支持，確保計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。鑒于傳統(tǒng)的人工計(jì)量校正，不僅高成本且容易疏忽、漏項(xiàng)等問題，選擇區(qū)塊鏈技術(shù)，發(fā)揮其分布式、去中心化、去信任化的技術(shù)方案優(yōu)勢。基于其密碼學(xué)、分布式計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)流程的監(jiān)管、數(shù)據(jù)的追溯，方便計(jì)量。建立區(qū)塊鏈分布式水表計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行水表計(jì)量設(shè)備間的身份識別、傳輸中的數(shù)據(jù)保護(hù)，保證計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的情況下發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)水表的精準(zhǔn)校準(zhǔn)。

3.4 M/T測速算法校準(zhǔn)

當(dāng)前也可以使用激光脈沖反饋裝置進(jìn)行始動元件檢測，當(dāng)始動元件一個(gè)齒轉(zhuǎn)動達(dá)到檢測位置，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋脈沖，對時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)測，獲得使動元件轉(zhuǎn)速。M法測量是在設(shè)定時(shí)間內(nèi)用計(jì)數(shù)器計(jì)取目標(biāo)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反饋脈沖數(shù)，明確目標(biāo)轉(zhuǎn)速。T法測速原理是計(jì)取兩個(gè)反饋脈沖間的時(shí)鐘脈沖數(shù)，倒數(shù)反映轉(zhuǎn)速的測量值。M/T測速算法校準(zhǔn)是結(jié)合M法與T法的測速優(yōu)勢，在較寬的速度范圍內(nèi)提供精準(zhǔn)度更高的速度值。基于比較法原理，通過M/T測速算法檢測比較標(biāo)準(zhǔn)水值與被測水植梅花指針轉(zhuǎn)速差異，求得被測表誤差并進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)工作人員觀察數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)顯示屏上轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、水表偏差值，及時(shí)調(diào)節(jié)被測表噴孔調(diào)整裝置，讓水表梅花指針的轉(zhuǎn)速值與標(biāo)準(zhǔn)水表梅花指針的轉(zhuǎn)速值誤差在合理范圍內(nèi)，完成校準(zhǔn)操作，這屬于典型的動態(tài)檢測及校準(zhǔn)操作，不僅精準(zhǔn)度高且省時(shí)。

4 結(jié)語：

目前機(jī)械式水表廣泛存在，得到了普及應(yīng)用，為使其計(jì)量準(zhǔn)確，必須檢測分析水表流量誤差，并在校準(zhǔn)工作中利用該性能特點(diǎn)減少水表計(jì)量誤差。當(dāng)前，針對水表誤差檢測及水表校準(zhǔn)也有相應(yīng)的研究成果。通過合理選擇誤差檢測方法，采取有效的水表校準(zhǔn)舉措，并減少人工操作的主觀估計(jì)色彩，能進(jìn)一步提高機(jī)械式水表計(jì)量準(zhǔn)確性。

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