民用水表的檢定及計量誤差處理

左勇，葉童

（濟(jì)寧市計量測試所，山東 濟(jì)寧 272000）

生活中居民離不開水的使用，水表與每個居民如何正確科學(xué)的使用生活用水有關(guān)。供水單位與居民之間水費結(jié)算的主要計量工具便是水表。但是，在大多數(shù)使用水的過程中,一般會有一些不穩(wěn)定因素在水表的工作過程,這將導(dǎo)致某些偏差測量精度的水表,影響水生植物和居民之間的經(jīng)濟(jì)利益,因為小的測量誤差會影響水生植物的收入,和大的測量誤差會導(dǎo)致居民的利益受損。由于居民用水的方式方法差異，導(dǎo)致在測量精度上不同的水表有一定的區(qū)別。本文結(jié)合誤差產(chǎn)生的原因分析，對水表測量誤差存在的問題進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上，推出了部分預(yù)防和控制措施，期待為同行提供一些建設(shè)性的意見和參考。

1 居民水表的產(chǎn)生和發(fā)展

水表的出現(xiàn)和發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程。著名科學(xué)家伽利略于1630年開始研究水。隨著托里切利和牛頓的發(fā)展，伯努利于1738年發(fā)表了液體平衡與運動理論，并對水力學(xué)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。直到18世紀(jì)末，塞西爾和布呂尼建立了流速與流體之間的關(guān)系，為水表的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。19世紀(jì)，英國獲得了一項平衡水箱水表的專利。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。水表有兩個等體積的水箱，一個軸，使兩個水箱處于平衡狀態(tài)。當(dāng)一個水箱上的水向下流動時，它會由于重量的增加而自動下陷和流出。同時，另一盤水將被移動到水的位置進(jìn)行往復(fù)操作，可以實現(xiàn)水流量的連續(xù)測量。后來，經(jīng)過一段時間的發(fā)展和演變，水表逐漸從正位移表發(fā)展到流速表，越來越多的國家可以生產(chǎn)水表，如德國、英國和日本。

圖1 平衡罐式水表工作原理圖

我國民用水表的歷史可以追溯到清末民初。當(dāng)時，水表用戶主要集中在東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)和外國租界。20世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)水表行業(yè)開始發(fā)展。在這一時期，水表的主要類型是小口徑多流梁式和水平螺桿式。后來，國家對水表行業(yè)進(jìn)行了整頓和規(guī)范，統(tǒng)一了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提高了水表的通用性和標(biāo)準(zhǔn)化。近年來，我國水表行業(yè)迎來了一個快速發(fā)展的時期。據(jù)粗略統(tǒng)計，全國共有家用水表生產(chǎn)企業(yè)100多家，年產(chǎn)值410萬。水表種類繁多，有熱水表、定量表、插入式水表等。

2 民用水表的檢定方法

2.1 收集法檢定

方法是將流經(jīng)儀表的水收集到容器中，然后，測量容器內(nèi)的水容量。Jjg258-88國家計量檢定規(guī)程規(guī)定的容積法，是指將流經(jīng)計量器具的水收集到罐中一定時間，然后，測量罐中的水量并與計量器具讀數(shù)進(jìn)行比較，確定計量器具誤差的方法。這種方法是水表生產(chǎn)過程中最常用的水表檢定方法。發(fā)明時間長，計算結(jié)果可靠。但是，這種方法的缺點是對于大口徑、大流量的水流設(shè)備來說，體積太大。

流經(jīng)流量計的水被收集到一個或多個容器中，并通過體積法或稱重法進(jìn)行測量。計量檢定規(guī)程規(guī)定的體積法和稱重法分別介紹了靜態(tài)體積法和靜態(tài)稱重法。流量計充水（或稱量容器）中的水以靜態(tài)方式讀取，并比較水表的值以確定水表的誤差值。靜態(tài)容積法是水表生產(chǎn)中常用的檢定方法。供水系統(tǒng)用于修理水表。該方法成熟、準(zhǔn)確、可靠。容器計量與水表容積值顯示單位一致，無其他換算。

水表領(lǐng)域采用靜態(tài)稱重法。它是檢驗水的價值誤差的一種臨時方法。該方法可以在水桶（或水桶）附近找到一個刻度（刻度的測定精度不低于0.1%）。這種方法也應(yīng)該用來換算水的重量，可以直接用kg表示水的重量，相當(dāng)于相應(yīng)的L的個數(shù)，并與水表的累計量進(jìn)行比較，確定水表的表面值的誤差。隨著電子秤的發(fā)展和普及，水表檢定的靜態(tài)或動態(tài)稱重方法將進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

2.2 流量法檢定

當(dāng)水表的偏差得到驗證時，通過水表的總流量可由流量與流量時間的比例關(guān)系來確定。這種方法可以在一段時間內(nèi)多次重復(fù),但是，應(yīng)該注意避免使用這種方法在流的開始和結(jié)束,因為這兩種情況下的流動是不穩(wěn)定的,所以這種方法的重要的一點是確保流之間的精度和時間,用于一些測試。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)法檢定

在標(biāo)準(zhǔn)方法行業(yè)，也被稱為比較法，被測儀表的讀數(shù)與已經(jīng)在更精確的設(shè)備上測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

該方法原理簡單，在大多數(shù)情況下，不需要使用其他設(shè)備，只要有一個標(biāo)準(zhǔn)表就可以，可以使用級聯(lián)來比較誤差，因為在實驗中，這種方法有很多抗干擾因素不是很好的解決辦法，所以在很多情況下，該方法的結(jié)果可信度較差，所以在不能用體積法或稱重法的情況下，粗略比較可以利用這種方法。近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，水表的校準(zhǔn)問題得到了深入的研究。

通過提供一個壓力穩(wěn)定的水源，可以大大消除自來水壓力變化對水代表值的影響，從而提高比較方法結(jié)果的可靠性。除采用光電脈沖技術(shù)外，發(fā)明了水表電子測量儀，可以快速測定水表指針的壓力波動次數(shù)，并與標(biāo)準(zhǔn)水表上的脈沖次數(shù)相比，在較短的時間內(nèi)可以測定水表的誤差，這也是一種比較法，估計會有很好的市場前景。

3 針對水表檢定誤差的處理

3.1 水表校準(zhǔn)誤差來源

在水表檢定試驗中，誤差來源主要來自以下三個方面。

（1）被測水表的誤差，由于其裝配結(jié)構(gòu)、摩擦程度、誤差設(shè)定等原因，會產(chǎn)生一定的誤差，即隨機(jī)誤差。

（2）測試裝置的誤差主要由測量裝置的誤差、換向器的誤差和串聯(lián)驗證中不同位置的誤差組成。

（3）由于驗證條件的變化所引起的誤差主要表現(xiàn)在以下三個方面：第一是水流通過水表的變化，而測點的變化不再是預(yù)置的位置，導(dǎo)致誤差的表達(dá)不準(zhǔn)確；第二是環(huán)境溫度變化的影響，水溫的變化也會對檢測裝置的精度產(chǎn)生一定的影響；最后是水位計壓力的影響。水位表的壓力一般設(shè)置在1MPa。用于制造水位計的材料通常是金屬或塑料。試驗水壓可能與實際水壓不同，水壓會由于發(fā)生變化。因此，壓力也是一個影響因素，需要更多的關(guān)注。

3.2 民用水表檢定結(jié)果的可靠性檢定

測量值的可靠性規(guī)定如下：一般情況下，三個驗證結(jié)果的重復(fù)不能大于誤差限度，則認(rèn)為是合格的，量規(guī)的體積比例尺已采用第二種驗證方法進(jìn)行驗證。如果偏差確實不超過允許誤差的一半，便認(rèn)為是合格的。換言之，若第二次驗證的誤差值小于允許誤差的一半，則可以認(rèn)為該驗證是有效的，結(jié)果是可信的，否則，需要重新驗證。如果第三次測量的誤差小于允許誤差的一半，則認(rèn)為第三次測量是可靠的。

住宅水表的發(fā)展有著悠長的歷史。在此過程中，為了適用于不同的用水特性，產(chǎn)生了多種不同類型的水表。居民水表的檢定和對誤差的分析處理與居民的日常生活和經(jīng)濟(jì)利益有著密不可分的關(guān)系。依據(jù)本文的討論，住宅水表檢定誤差的來源主要是水表本體誤差、水表測試裝置誤差和檢定條件引入的誤差。通過這三個方面的誤差，根據(jù)住宅水表可靠性參數(shù)的正態(tài)分布和根組成，嚴(yán)格要求水表的合格與否。簡而言之，水表檢定的可靠性與可信度密切相關(guān)。為了確保安全，檢測裝置的結(jié)果誤差一般需要小于允許誤差的一半，才能被認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)。