機械式水表校準(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)是社會重點研究的課題。水表作為普遍的流量計量儀表，其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對水資源合理利用有直接影響，應(yīng)針對水表的計量、校準(zhǔn)方法、誤差檢測進行研究，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。本文主要就機械式水表校準(zhǔn)與誤差檢測問題進行研究，明確水表校準(zhǔn)方法及誤差檢測思路。

關(guān)鍵詞：機械式水表;校準(zhǔn);誤差檢測

機械水表是目前使用比較廣泛的水表類型，在生產(chǎn)及使用中流量計算、誤差檢測及校正是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。明確機械水表校準(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，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量有誤差，無法準(zhǔn)確反映用戶的用水量。機械式水表使用廣泛，有著較長的誤差檢測歷史，但在實際的誤差檢測和校準(zhǔn)處理中存在一定問題。如水表計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)流量值進行水表計量檢測，根據(jù)兩者之間的示值誤差調(diào)整被測水表計量性能，達到誤差檢測的目的，人工檢測很容易出現(xiàn)檢測誤差。再如機械式水表檢測裝置自動化程度低、可靠性差，在實際的檢測過程中耗時耗力[1]，平均檢測用時在一小時以上，無法實現(xiàn)機械式水表的快速誤差校正，影響用戶用水。再如機械式水表誤差檢測過程中示值讀取、記錄、計算均為人工操作，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)用價值不高，對機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)驗進行誤差校正。為解決機械式水表計量檢測的現(xiàn)實困擾，應(yīng)系統(tǒng)研究機械式水表校準(zhǔn)的有效方法，明確誤差檢測的有效策略。

2 機械式水表計量誤差檢測方法

基于國際法制計量組織的規(guī)定，一般在機械性水表誤差檢測時主要對應(yīng)四種誤差檢測方法，分別為收集法、流量時間法、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，下面詳細論述。

2.1 收集法誤差檢測

收集法用于機械式水表誤差檢測歷史比較久遠，相對來說經(jīng)驗比較豐富，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，屬于臨時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 時間流量法誤差檢測

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

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)方式進行示值誤差比較。比較法計量誤差計算與靜態(tài)容積法計算方法一致，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)水表與被測水表進行串聯(lián)校驗[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 機械式水表校準(zhǔn)建議

3.1 研發(fā)生產(chǎn)階段統(tǒng)一可計量接口

計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，使得水表在線計量難以實現(xiàn)，不得不使用傳統(tǒng)方法拆檢水表，檢測完再還原，耗時低效。大口徑水表更是因為難以拆卸，無法檢測校準(zhǔn)。因此，應(yīng)在研發(fā)與生產(chǎn)階段規(guī)范計量接口口徑、規(guī)格，讓計量接口統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，為水表在線計量提供支持。

3.2 安裝階段明確校準(zhǔn)要求

機械式水表往往拆卸困難，也不具備實驗室檢測校準(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為標(biāo)準(zhǔn)器，通過比較查看被檢表的計量性能是否達標(biāo)，查看被檢表的量值是否有明顯變化。因此，在安裝設(shè)計階段就應(yīng)充分考慮水表在線計量校準(zhǔn)的多重需求。選型階段考慮水表口徑，評估實驗室檢測裝置能力，確保水表安裝前得到檢測或校準(zhǔn)，以確保準(zhǔn)確計量。安裝大口徑水表時可在供水管線上選擇合理的上下游管道預(yù)留安裝超聲流量計的位置進行防銹處理，或安裝口徑一致的不銹鋼管道，方便計量。

3.3 掌握有效校正的技術(shù)方法

在校準(zhǔn)時對于機械性水表應(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行現(xiàn)場校驗，校驗合格的水表適當(dāng)延長檢測間隔時間，而不合格的進行輪換。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，確保計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。鑒于傳統(tǒng)的人工計量校正，不僅高成本且容易疏忽、漏項等問題，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)、分布式計算、互聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，實現(xiàn)校準(zhǔn)流程的監(jiān)管、數(shù)據(jù)的追溯，方便計量。建立區(qū)塊鏈分布式水表計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進行水表計量設(shè)備間的身份識別、傳輸中的數(shù)據(jù)保護，保證計量數(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)價值，實現(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行始動元件檢測，當(dāng)始動元件一個齒轉(zhuǎn)動達到檢測位置，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋脈沖，對時鐘進行監(jiān)測，獲得使動元件轉(zhuǎn)速。M法測量是在設(shè)定時間內(nèi)用計數(shù)器計取目標(biāo)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反饋脈沖數(shù)，明確目標(biāo)轉(zhuǎn)速。T法測速原理是計取兩個反饋脈沖間的時鐘脈沖數(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?；诒容^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行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時工作人員觀察數(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。

4 結(jié)語：

目前機械式水表廣泛存在，得到了普及應(yīng)用，為使其計量準(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減少水表計量誤差。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色彩，能進一步提高機械式水表計量準(zhǔn)確性。

參考文獻：

[1]劉添花. 基于機器視覺的機械水表讀數(shù)識別系統(tǒng)[D].湖南大學(xué)，2018.

[2]郭華. 從誤差分類角度簡析水表在檢定過程、加工和裝配中形成的誤差及對策[J]. 中國計量，2020（01）：124-126.

[3]吳迪. 影響水表計量產(chǎn)生誤差因素及相應(yīng)對策[J]. 石化技術(shù)，2019，26（03）：237.