淺談智能水表的計量特性與應用現(xiàn)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(tǒng)水表的基礎(chǔ)上加入了科技的因素，運用智能化和自動化技術(shù)對居民的用水量進行數(shù)據(jù)計量、統(tǒng)計、傳遞和交易結(jié)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(zhí)行器，具有測量水量速度、數(shù)據(jù)通信以及聯(lián)網(wǎng)等功能的新型電子水表。智能水表的結(jié)構(gòu)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(guān)閥的執(zhí)行器；四是記錄居民的用水量，控制閥門正常開關(guān)的控制器，并且把用戶用水量等信息呈現(xiàn)在控制器上的液晶顯示器上。

2 智能水表的應用現(xiàn)狀

2.1 智能水表分類

新型的智能水表充分利用了網(wǎng)絡的便捷性和科學性，早已超過了傳統(tǒng)意義上的水表，而是一種系統(tǒng)、集成的科技理念?，F(xiàn)在的住宅越來越重視私密性，入戶抄水表已經(jīng)不再現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)和遠程集中抄表系統(tǒng)?？ㄊ街悄芩碛挚梢詾榉譃镮C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(shù)應用現(xiàn)狀

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

基表可以分為兩部分，分別為測量機構(gòu)和傳感器。目前，主要的測量依據(jù)是測量水表中葉輪通過的水流。由葉輪的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電信號的形式。計量元件可以根據(jù)經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)發(fā)射機和接收機的相對位置，光電型可分為反射式和計數(shù)器式。光電直讀是對次級測量元件采集相關(guān)信息，以確定字輪的讀數(shù)。光電直讀技術(shù)因其傳感器元件多、硬件電路復雜、技術(shù)要求高而難以批量生產(chǎn)。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(chǎn)過程中存在諸多問題等問題。

數(shù)據(jù)通信一般采用RS485總線和MBUS總線的通信方式。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，智能水表的通信技術(shù)也在不斷發(fā)展。在后臺軟件操作系統(tǒng)中，目前的軟件在服務模式、收費模式、數(shù)據(jù)接口等方面不同于管理部門，因此后臺軟件系統(tǒng)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(tǒng)管理員單方獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，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(jīng)建立了管理者和用戶之間的實時通信通道，以及實現(xiàn)了社會化、集約化、真實化等現(xiàn)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(tǒng)組成及其技術(shù)應用現(xiàn)狀

卡式智能水表系統(tǒng)可以從結(jié)構(gòu)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(tǒng)。

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(fā)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(tǒng)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(tǒng)就是對IC卡、TM卡等讀寫卡進行信息讀、寫的操作?？ㄊ街悄芩硐到y(tǒng)實現(xiàn)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(fā)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(fā)展方向

3.1 計量性能提升

水表是一種計量工具，首要發(fā)展方向便是計量性能。傳統(tǒng)機械水表由固定的部件進行計量計數(shù)，由于部件磨損，傳統(tǒng)水表在使用一定時間后會影響計量的準確性，測量的結(jié)果和傳統(tǒng)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(chǎn)品在寬量程低流量區(qū)的測量精度不高，必須發(fā)展更先進的流量傳感技術(shù)。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(nèi)置入測量校正系統(tǒng)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(zhì)量，降低故障率，在保證質(zhì)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(chǔ)上，開發(fā)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(shù)據(jù)遠程傳輸和抄表管理、網(wǎng)絡閥門控制和定量控制等功能。隨著智能水表相關(guān)技術(shù)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(wǎng)測控系統(tǒng)構(gòu)建

目前，水測量領(lǐng)域的產(chǎn)品已經(jīng)從單一終端產(chǎn)品發(fā)展到網(wǎng)絡系統(tǒng)集成產(chǎn)品和整體解決方案，并將硬件產(chǎn)品集成到智能產(chǎn)品的軟硬件中。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用越來越廣泛，供水網(wǎng)絡的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)等技術(shù)得到了重視。智能水表作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知層的智能終端，在供水管網(wǎng)測控系統(tǒng)中起著重要的作用?，F(xiàn)在的社會是信息化的社會，將智能水表與網(wǎng)絡連接起來會大大提高智能水表的性能。

4 結(jié)語

智能水表是現(xiàn)代化的科技產(chǎn)物，其發(fā)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(wǎng)測控系統(tǒng)構(gòu)建，智能水表可以很好地解決傳統(tǒng)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。