旋翼式水表誤差來(lái)源詳解

劉明　周海亮　王錫鋼

【摘要】水表是用來(lái)計(jì)量封閉管道中水流量的一種計(jì)量器具[1]，普遍應(yīng)用于居民生活用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水中，是國(guó)家首批重點(diǎn)管理的計(jì)量器具。保證其計(jì)量準(zhǔn)確性是保證供需雙方公平貿(mào)易、合理結(jié)算的根本，也是保障民生的關(guān)鍵，因此了解水表計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因是至關(guān)重要的。

【關(guān)鍵詞】水表；旋翼式；流量；誤差

水表從機(jī)械原理來(lái)看，主要分為速度式和容積式兩種。速度式水表的運(yùn)動(dòng)元件由水流運(yùn)動(dòng)直接獲得動(dòng)力速度，因此葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度與水流速度成正比關(guān)系，主要包括螺翼式水表和旋翼式水表；容積式水表也稱(chēng)定量排放式水表，一般采用活塞式結(jié)構(gòu)，由一個(gè)已知容積的容室和流體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成[2]，例如活塞式水表、旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)式水表等。容積式水表比速度式水表準(zhǔn)確度高，但是對(duì)水質(zhì)要求也高，主要應(yīng)用于精工企業(yè)或試驗(yàn)場(chǎng)所，日常使用較少。鑒于安裝條件以及使用環(huán)境的限制，旋翼式多流束水表應(yīng)用最廣，也是日常檢定最多的水表。本文針對(duì)該類(lèi)水表計(jì)量性能超差的情況，從水表結(jié)構(gòu)原理以及檢定條件的角度，詳細(xì)的分析其計(jì)量誤差的主要來(lái)源。

一、水表裝配不合理以及器件磨損產(chǎn)生的計(jì)量誤差

旋翼式多流束水表主要由表殼、表玻璃、密封墊圈、中罩、濾水網(wǎng)、流量計(jì)量機(jī)構(gòu)等組成[3]。流量計(jì)量機(jī)構(gòu)主要由齒輪盒、葉輪盒、葉輪、頂尖、調(diào)節(jié)板等組成，作為水表的核心部件，是影響其計(jì)量性能以及耐用性的關(guān)鍵，因此水表裝配不合理以及使用過(guò)程中各零部件的磨損都會(huì)對(duì)水表計(jì)量性能產(chǎn)生很大的影響。

1.定位線(xiàn)或零刻線(xiàn)沒(méi)對(duì)齊帶來(lái)的誤差：旋翼式水表葉輪盒與齒輪盒外壁定位線(xiàn)，若裝配時(shí)沒(méi)有對(duì)齊會(huì)使水流進(jìn)入葉輪盒的角度偏離初始設(shè)計(jì)，造成水流沖擊葉輪所產(chǎn)生的沖擊力發(fā)生變化而帶來(lái)計(jì)量誤差。另外，指示裝置為指針式或指針字輪結(jié)合式的水表，裝配時(shí)所有指針都要對(duì)零位，否則當(dāng)水表流過(guò)一定量的水后，會(huì)由于零位沒(méi)對(duì)齊造成讀數(shù)不準(zhǔn)或無(wú)法正常讀數(shù)，進(jìn)而帶來(lái)計(jì)量誤差，日常檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)很多后續(xù)檢定的水表都存在此問(wèn)題。

2.齒輪架上下夾板變形產(chǎn)生的誤差：使用過(guò)程中的水表在外力作用下或者由于器件材質(zhì)達(dá)不到要求等因素容易引起齒輪架變形，使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力增大，造成水表小流量偏慢，使動(dòng)流量增大，嚴(yán)重時(shí)甚至影響常用流量的計(jì)量性能。

3.頂尖磨損產(chǎn)生的誤差：頂尖安裝在水表葉輪盒底部中間，與葉輪軸底部的凹軸承形成點(diǎn)滑動(dòng)接觸，支撐葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。水表在長(zhǎng)期使用過(guò)程中頂尖磨損，一方面增大了頂尖和葉輪軸之間的滑動(dòng)摩擦力，同時(shí)葉輪呈現(xiàn)下沉的狀態(tài)，其下平面與葉輪盒底部阻尼筋之間的間距減小，二者同時(shí)作用的結(jié)果是增大了水表的使動(dòng)流量，使水表小流量時(shí)呈現(xiàn)偏慢的狀態(tài)；另一方面葉輪與齒輪盒底部阻尼筋之間間距增大，減小了大流量時(shí)水流對(duì)葉輪的阻尼作用，使水表大流量呈現(xiàn)偏快的現(xiàn)象；若磨損嚴(yán)重的話(huà)則會(huì)使水表所有流量時(shí)都偏慢。

4.濾網(wǎng)孔堵塞產(chǎn)生的計(jì)量誤差：由于我國(guó)供水管網(wǎng)一般使用鑄鐵管、鋼管或者水泥管，水中難免會(huì)有砂礫、銹蝕、碎屑等雜質(zhì)，若雜質(zhì)堵塞濾水網(wǎng)部分網(wǎng)孔甚至葉輪盒進(jìn)水孔時(shí)，會(huì)造成水流進(jìn)入葉輪盒后產(chǎn)生不均勻流速場(chǎng)，通常流速會(huì)明顯變快，使水表偏快。

二、檢定環(huán)境及檢定裝置帶來(lái)的誤差

1.水表檢定裝置一般有標(biāo)準(zhǔn)表法、容積法、質(zhì)量法三種方法。實(shí)驗(yàn)室水表裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法和標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行檢定。當(dāng)采用質(zhì)量法檢定時(shí)，誤差主要來(lái)源于計(jì)時(shí)器、換向器換進(jìn)換出時(shí)間差以及電子稱(chēng)本身的不確定度，另外，由于裝置的穩(wěn)壓罐壓力不穩(wěn)產(chǎn)生的水流脈動(dòng)，也會(huì)影響計(jì)量準(zhǔn)確性；當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)表法檢定時(shí)，除計(jì)時(shí)器不確定度帶來(lái)的計(jì)量誤差外，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)工作在非標(biāo)定狀態(tài)下時(shí)，信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理等過(guò)程的通訊不確定度也會(huì)造成水表誤差[4]。

2.管道同軸度：水表安裝在檢定臺(tái)上時(shí)，由于夾表器氣源不穩(wěn)可能造成夾表速度不均或松緊程度不合適，影響水表與測(cè)量管道之間的同軸度，使水流進(jìn)入水表時(shí)流場(chǎng)出現(xiàn)波動(dòng)進(jìn)而引入誤差；同時(shí)水表安裝傾斜還會(huì)造成葉輪軸、頂尖、齒輪盒襯孔之間不同軸，增大頂尖與軸承之間的摩擦力從而影響計(jì)量性能[5]。

3.測(cè)量管道內(nèi)空氣沒(méi)排凈：水表安裝到檢定裝置上，檢定前應(yīng)排出管內(nèi)空氣，以保證水充滿(mǎn)測(cè)量管道，若管道內(nèi)空氣未排凈，因空氣可壓縮性較大，加壓時(shí)會(huì)使水壓出現(xiàn)較大波動(dòng)，影響水表計(jì)數(shù)，甚至使水表出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)或者自轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

4.水質(zhì)影響：水表檢定裝置使用的是循環(huán)水，水表后續(xù)檢定時(shí)由于使用環(huán)境不同會(huì)帶有砂礫、塑料屑、銹片等各種雜質(zhì)，因此循環(huán)水使用一段時(shí)間后水質(zhì)會(huì)下降，當(dāng)雜質(zhì)隨水流進(jìn)入水表時(shí)會(huì)增大齒輪傳動(dòng)阻力甚至出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，從而使水表偏慢，嚴(yán)重影響測(cè)量準(zhǔn)確度。

5.密封件變形影響：在水表檢定過(guò)程中，管道密封件重復(fù)使用后會(huì)由于夾緊器壓力作用產(chǎn)生變形，當(dāng)變形嚴(yán)重到一定程度后會(huì)凸入管道中，其作用類(lèi)似于閥門(mén)半開(kāi)阻流件或者管道縮徑對(duì)流場(chǎng)帶來(lái)的影響，水流通過(guò)時(shí)速度會(huì)明顯加快，從而使水表呈現(xiàn)偏快的現(xiàn)象。

6.環(huán)境條件變化影響：一次檢定過(guò)程中氣溫、水溫等因素的不斷變化會(huì)對(duì)水表讀數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)器的讀數(shù)產(chǎn)生一定的影響。

7.人為誤差：水表大多使用模擬顯示裝置，不同檢定人員對(duì)指針位置的辨識(shí)力不同，因此讀數(shù)差異會(huì)引入計(jì)量誤差；另外，操作人員粗心大意誤讀數(shù)據(jù)、不按規(guī)程操作、檢定時(shí)間不夠等行為，都會(huì)帶來(lái)水表的計(jì)量誤差。

結(jié)語(yǔ)

水表作為國(guó)家強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，廣泛應(yīng)用在居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及貿(mào)易結(jié)算等各個(gè)領(lǐng)域，保證其計(jì)量準(zhǔn)確性是保障民生的關(guān)鍵。本文根據(jù)實(shí)際檢定工作經(jīng)驗(yàn)以及所遇到的問(wèn)題，對(duì)旋翼式水表計(jì)量誤差的可能來(lái)源做了詳細(xì)的分析，為能夠準(zhǔn)確、高效的完成水表檢定工作以及保證其計(jì)量準(zhǔn)確性提供了借鑒，同時(shí)為能夠更好的節(jié)約水資源做出貢獻(xiàn)。

致謝：本論文受到國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014QK186）和天津市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技計(jì)劃項(xiàng)目（13-02）資助。

參考文獻(xiàn)

[1]JJG 162-2009，冷水水表[S]

[2]李晨，王軼巍.民用水表計(jì)量常識(shí).北京：中國(guó)計(jì)量出版社出版，2011，2-5.

[3]詹志杰.水表[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008，47-63.

[4]蘇彥勛，梁國(guó)偉，盛健.流量計(jì)量與測(cè)試（第二版）.北京：中國(guó)計(jì)量出版社出版，2007年，348-349.

[5]潘浩，鄭軍朝等.民用小口徑水表計(jì)量誤差案例研究[J].給水排水，2011，37卷：80-84.