三聯(lián)水表耐壓試驗裝置的研制

洪 偉，金肖峰，湯長揚

（臺州市計量設(shè)備技術(shù)校準(zhǔn)中心，浙江 臺州 318000）

水表廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及居民的日常生活中，同時也是國家強制檢定的計量儀表。隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加速，水表的需求量不斷增加，導(dǎo)致水表的檢定工作量急劇加重。根據(jù)水表檢定規(guī)程要求，水表檢定項目除了示值誤差之外，水表的密封性也是重要的檢定項目之一。水表的耐壓校驗不但可以檢測水壓以及水表的密封性，還可以對濕式水表的鋼化玻璃和水表外殼性能進行檢驗。目前水表耐壓校驗工作都是依靠人工操作，需要對水表進行裝夾、校驗、記錄數(shù)據(jù)和卸表等操作，工作效率十分低下。

文章根據(jù)水表國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T778.4-2018）和水表檢定規(guī)程（JJG162-2019）中對靜壓力項目的試驗要求，研制了一種三聯(lián)水表耐壓試驗裝置。采用全自動控制方式實現(xiàn)對三塊并聯(lián)水表同時進行靜壓力全自動化試驗。設(shè)計了視頻監(jiān)視系統(tǒng)，能夠全程連續(xù)記錄靜壓力試驗的整個過程，并且能夠?qū)⒁曨l檔案儲存于計算機控制系統(tǒng)中，隨時可供調(diào)用。實驗結(jié)果表明該裝置大大減少水表的耐壓檢定時間，有效提高了水表的檢定效率。

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，整個裝置由循環(huán)水加壓系統(tǒng)、壓力測試系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及微機控制系統(tǒng)等組成。測試管路采用并聯(lián)的方式，3只水表可以同時進行壓力測試，當(dāng)某只水表不正常時不影響其他水表正常加壓和測試。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 水循環(huán)加壓系統(tǒng)

水循環(huán)系統(tǒng)采用南方泵業(yè)的CDM1-40型水泵。根據(jù)水表壓力檢定參數(shù)要求，配置了2.5 MPa增壓泵和4 MPa增壓泵各一臺，可實現(xiàn)范圍為0.1~3.2 Mpa內(nèi)的水壓可調(diào)。水增壓系統(tǒng)采用變頻器調(diào)節(jié)加壓，以實現(xiàn)水壓的緩慢增加，避免快速加壓產(chǎn)生水錘效應(yīng)及沖擊對管路和設(shè)備造成損害。

1.2 壓力傳感器

壓力傳感器負責(zé)采集被檢水表下游的壓力參數(shù)。裝置安裝有三個壓力傳感器，采用米科通用型壓力傳感器MIK-P300，量程為0~4.0 Mpa，精度等級為0.2級。壓力傳感器輸出4~20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，壓力信號通過單片機系統(tǒng)采集后傳送給電腦上位機進行壓力的計算。

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)

采用CCD相機實時監(jiān)控水表的檢測臺位，當(dāng)水表因耐壓不合格而發(fā)生破裂時，通過監(jiān)控系統(tǒng)記錄整個檢定的過程。同時在進行高壓實驗時，通過監(jiān)控系統(tǒng)進遠程監(jiān)視，確保檢定人員的安全。

1.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是整個裝置的核心部分，包括壓力信號的采集和閥門的控制。微控制器選用Atmel 公司的AT89S52 8位低功耗、高性能單片機。壓變傳感器的壓力信號和溫度傳感器信號通過MAX186 AD芯片轉(zhuǎn)換后由單片機采集?？刂葡到y(tǒng)能開展所有模擬量的自動取值以及開關(guān)量的輸出，配合上位機軟件進行參數(shù)設(shè)定，實現(xiàn)整個檢定過程的完全自動化。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計方案，主要包括參數(shù)設(shè)置模塊、壓力測試模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊以及打印顯示模塊等。

2.1 參數(shù)設(shè)置模塊

參數(shù)模塊主要根據(jù)檢定規(guī)程的要求，設(shè)定耐壓測試的壓力點、壓力保持時間以及壓力保持的上下限。同時輸入測試水表的表號，型號、制造商、口徑等內(nèi)容。

圖2 參數(shù)設(shè)置界面

2.2 壓力測試模塊

壓力測試模塊設(shè)計流程圖如圖3所示。首先打開進水管路、出水管路以及加壓，開啟小水泵排出管路中的空氣后關(guān)閉進水閥和出水閥閥門進行增壓。先用小水泵增壓再用高壓泵增壓直至到達壓力設(shè)定值。如果在設(shè)定的時間內(nèi)壓力保持在設(shè)定值以上則耐壓測試實驗成功，否則耐壓測試失敗退出測試程序。

圖3 壓力測試流程圖

3 實驗測試與分析

本次密封性試驗的對象為3臺DN15水表，最大工作壓力為1 MPa.將3個水表依次安裝在裝置的耐壓工位上，如圖4所示；密封性試驗選取的壓力點分別為0.5 MPa，0.8 MPa，1.0 MPa以及1.6倍最大壓力點1.6 MPa。在軟件參數(shù)設(shè)置界面中分別設(shè)置上述4個測試壓力點，同時設(shè)置保壓時間為1 min，分別觀察水表有無泄漏及損壞現(xiàn)象。

圖4 耐壓測試水表安裝

圖5、圖6、圖7分別為0.5 Mpa、0.8 Mpa以及1.0 Mpa時三只水表的加壓和保壓曲線圖?？梢钥吹剑?.5 Mpa時，三只水表均沒有出現(xiàn)泄漏的情況，保壓曲線呈現(xiàn)出平穩(wěn)的水平直線。隨著壓力的不斷增加，臺位A的水表出現(xiàn)了泄漏的情況，如圖6所示。在0.8 Mpa壓力點，由于臺位A的水表出現(xiàn)泄漏，在保壓時間內(nèi)壓力曲線逐漸下降。而當(dāng)壓力進一步增加到最大工作壓力1.0 Mpa時，臺位A已經(jīng)無法保持壓力，壓力曲線急劇下降。同時，臺位B的水表也出現(xiàn)了泄漏，保壓曲線出現(xiàn)下降趨勢。

圖5 0.5 MPa壓力點三個臺位的加壓及保壓曲線

圖6 0.8 MPa壓力點三個臺位的加壓及保壓曲線

圖7 1.0 MPa壓力點三個臺位的加壓及保壓曲線

根據(jù)《JJG 162-2019 飲用冷水水表》檢定規(guī)程要求，新制造的水表應(yīng)能承受1.6倍的最大允許壓力下持續(xù)1 min的密封性試驗，不發(fā)生滲漏、泄漏或損壞。圖8為1.6 Mpa測試點三個臺位的壓力曲線，可以看到，臺位A和臺位B均無法保持壓力，壓力曲線急劇下降，只有臺位C的水表耐壓測試合格。

圖8 1.6 MPa壓力點三個臺位的加壓及保壓曲線

5 結(jié)束語

設(shè)計了水表耐壓自動測試實驗裝置，實現(xiàn)三只水表并聯(lián)靜壓同時檢測。裝置結(jié)合檢定員實際工作經(jīng)驗，內(nèi)嵌檢定員工作時所需的所有細節(jié)。同時對裝置進行了水表檢定的實驗測試。實驗結(jié)果表明，裝置大大減少了檢定時間，大幅度提高了水表檢定的工作效率。整個檢定流程自動化控制，提高工作效率的同時提高工作質(zhì)量，全程無人為干預(yù)，真正做到了無人值守的智慧檢測。

圖9 裝置實物圖