家用水表靈敏度的研究

張穎 丁晶 蘇波

摘 ?要：家用水表的始動流量是水能夠推動水表轉(zhuǎn)動的最小流量值，所以該值反映了水表的靈敏度。最大流量表示的是水表使用的上限流量。文章通過研究家用水表的工作原理以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析了影響水表靈敏度的因素，同時分別對兩種不同類型的水表進(jìn)行了實驗，測量了其靈敏度的大小。

關(guān)鍵詞：家用水表;始動流量;最大流量;靈敏度

中圖分類號：TU991.63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）32-0054-03

Abstract： The starting flow of domestic water meter is the minimum flow value that water can push the water meter to rotate， so this value reflects the sensitivity of water meter. The maximum flow represents the upper flow rate used by the meter. This paper studies the working principle and internal structure of domestic water meter， analyzes the factors that affect the sensitivity of water meter， and at the same time， measures two different types of water meters are tested and their sensitivity.

Keywords： domestic water meter; initiating flow; maximum flow; sensitivity

1 概述

水表目前已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶，對人們的日常生活發(fā)揮著重大作用。由于水表自身靈敏度的問題，如果水龍頭關(guān)閉不嚴(yán)，會出現(xiàn)水流通過水表，但水表不轉(zhuǎn)的情況，這就造成了水資源的浪費，對國家也有一定的損失。本文主要探究了家用水表的工作原理以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析了影響家用水表靈敏度的因素，之后通過實驗測量了兩種不同類型家用水表的始動流量以及最大流量，進(jìn)而計算出其靈敏度。同時根據(jù)測量數(shù)據(jù)以及結(jié)構(gòu)分析了提高家用水表靈敏度的方法。

2 理論分析

按照國家的標(biāo)準(zhǔn)，速度式水表的定義為“裝在封閉管道中，由一個動力元件組成，并由水流速直接使其獲得運動的一種水表”。當(dāng)水流經(jīng)過水表時，會驅(qū)動葉輪（螺翼或旋翼）開始旋轉(zhuǎn)，因為水的流速與葉輪的轉(zhuǎn)速成正比，且水表內(nèi)葉輪處水流噴口的口徑是常量，故葉輪的轉(zhuǎn)速與流量是成正比的。水表計數(shù)的工作原理是通過將計數(shù)機構(gòu)與葉輪軸上的聯(lián)動部件連接在一起，計數(shù)機構(gòu)積累葉輪（螺翼或旋翼）的轉(zhuǎn)數(shù)，進(jìn)而記下通過水表的水量[1]。常見的家用水表分為旋翼式和螺翼式。

2.1 家用電表的分類

旋翼式家用水表和螺翼式家用水表分別如圖1和圖2所示。

水表的關(guān)鍵部分是計量機構(gòu)，計量機構(gòu)擔(dān)當(dāng)著水表“心臟”的重要地位，對水表的計量功能和使用壽命起著非常重要的作用。旋翼式水表的計量結(jié)構(gòu)主要由齒輪盒、葉輪盒、整體葉輪、調(diào)節(jié)板、頂尖等組成[2]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 水表的計量機構(gòu)

（1）齒輪盒：水表的計數(shù)器位于齒輪盒中，與上部的內(nèi)孔相互配合。齒輪盒的底部一般有三條左右的固定筋，作用是當(dāng)有大水流通過水表時，對葉輪的旋轉(zhuǎn)起阻尼的作用，以此優(yōu)化水表在大水流量時的使用性能。

（2）葉輪盒是水表的計量結(jié)構(gòu)中非常關(guān)鍵的部件[3]。葉輪盒的上部小孔與齒輪盒下部的凸臺相配合。葉輪盒的四周有排水孔以供水流進(jìn)出。與齒輪盒類似，在葉輪盒底部有若干條固定筋，其作用與齒輪盒筋相仿。

（3）葉輪是水表的敏感部件，將水的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速，通過葉輪軸傳給指示機構(gòu)進(jìn)行指示。旋翼式水表的葉片為直板形。

（4）葉輪盒的下部有調(diào)節(jié)孔和調(diào)節(jié)板。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)板的角度，可以改變水流受到調(diào)節(jié)板的反作用力的大小，調(diào)節(jié)水流對葉輪轉(zhuǎn)動的阻尼，由此調(diào)節(jié)水表的測量誤差。

（5）頂尖安裝于葉輪盒底部的中心，位于葉輪軸下部，支撐葉輪的轉(zhuǎn)動。頂尖的上部尖端與葉輪軸的下端凹軸承形成點滑動接觸，使葉輪的轉(zhuǎn)動更加靈敏[4]。

3 兩種類型家用水表靈敏度測量實驗

始動流量是指水表開始連續(xù)指示時的流量，即水表指針開始轉(zhuǎn)動時的最小流量值，所以該值即可反映水表的靈敏度大小;最大流量表示的是水表使用的上限水流量。

測量旋翼式家用水表和螺翼式家用水表時，在規(guī)定時間內(nèi)測量水表始動流量以及水表的最大流量，分別測量20次，記錄數(shù)據(jù)。測量最大流量時直接讀取水表指針以及數(shù)字示數(shù)，測量始動流量時流經(jīng)水表的水流入燒杯然后讀取燒杯刻度線示數(shù)。在測量最大流量時每次結(jié)束實驗后要將水表中殘留的水倒凈，不允許有殘存水;在測量始動流量時每次實驗結(jié)束后要保證水表中的水已經(jīng)全部流入燒杯中，且下一次實驗前要將燒杯擦干凈。

3.1 實驗數(shù)據(jù)

旋翼式家用水表和螺翼式家用水表的實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理

旋翼式和螺翼式兩種家用水表的最大流量實驗值與理論值的關(guān)系分別如圖4和圖5所示。

旋翼式水表：最大流量平均值為：8.36×10-4m3/s，4分水表內(nèi)徑為15mm，故水表的最大流速為：Vmax=Qmax/S=4.73m/s，始動流量Qs的平均值為：1.18×10-5m3/s，不確定度為0.343L，所以最后測得的始動流量為：1.18×10-5±5.00×10-6m3/s，那么，此水表的始動流速為：Vqs=Qs/S=0.67±0.03m/s。

螺翼式水表：最大流量平均值為：8.58×10-4m3/s，4分水表內(nèi)徑為15mm，故水表的最大流速為：Vmax=Qmax/S=4.86m/s，始動流量Qs的平均值為：8.5×10-6m3/s，不確定度為0.106L，所以最后測得的始動流量為：8.5×10-6±1.7×10-6m3/s，始動流速為：Vqs=Qs/S=0.08±0.01m/s。

3.3 實驗結(jié)果

旋翼式水表：如果一年都開著水龍頭并且在水表指針保持不轉(zhuǎn)動的情況下，最大水量為：（1.18×10-5+5.00×10-6）×60×60×24×365=372.12m3/年。按照北京居民用水收費標(biāo)準(zhǔn)（2.07元/m3）[5]計算可得，旋翼式水表一年將損失372.12×2.07=770.3元。

螺翼式水表：如果一年都開著水龍頭并且在水表指針不轉(zhuǎn)動的情況下，最大流水量為：（8.5×10-6+1.7×10-6）×60×60×24×365=321.67m3/年。按照北京居民用水收費標(biāo)準(zhǔn)（2.07元/m3）計算可得，螺翼式水表一年將損失321.67×2.07=665.9元。

4 結(jié)論

通過理論分析，得出影響家用水表靈敏度的因素有：長時間水流的沖擊會對葉輪本身造成影響，增大葉輪間的摩擦，削弱筋對水流的阻尼作用，所以葉輪材料要堅固;葉輪盒中葉輪的下端要與出水口下緣對接好，若上調(diào)葉輪，會使進(jìn)水孔的部分水流沖擊不到葉輪上，因此會使葉輪轉(zhuǎn)速變慢，反之變快;頂尖安裝在葉輪盒底部的中心，在葉輪軸的下部，用于支撐葉輪轉(zhuǎn)動，頂尖頭的磨損，會增大葉輪和頂尖之間的摩擦，影響水流對葉輪轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，因此，頂尖頭的材質(zhì)應(yīng)具有很高的耐磨性能。

通過實驗測得了旋翼式水表和螺翼式水表的最大流量以及始動流量，計算得出了兩種水表的靈敏度的大小。根據(jù)實驗結(jié)果可知，由于水表自身靈敏度的問題，水表對精準(zhǔn)計量用水量存在一定的誤差，因此，會造成國家水資源的浪費，在此呼吁大家節(jié)約用水，珍惜水資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐萌.淺析多功能水表的設(shè)計原理[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008（20）：68.

[2]張長華.速度式水表計量原理[J].上海水務(wù)，2004（03）：3-4.

[3]杜國鋒.水表水量計量控制[J].門窗，2019（08）：143+145.

[4]朱仲亞.簡述影響水表計量準(zhǔn)確度的因素與對策[J].建材與裝飾，2018（48）：204-205.

[5]常穎.計量達(dá)世界水平北京住宅水表將可按滴計價[J].中國計量，2005（3）：75-75.