小口径电子水表技术现状及发展趋势..docx

小口径电子水表技术现状及发展趋势1.概述小口径水表在水表总量中占有绝对多数，每年有近5～6 千万台小口径水表投放市场使用，为用水计量和节约用水管理提供有效测量工具，因此其在水计量领域的重要性是不言而喻的。目前国内外小口径水表绝大多数使用的是速度式或容积式机械水表，如：旋翼式多流、单流水表，活塞式水表等等，即使是预付费卡式水表和电子远传水表等“智能水表”的基表用的也几乎全是机械水表。由于机械水表传感元件及计量机构采用的是纯机械结构，因此其测量准确度、测量可靠性以及使用寿命等特性与其加工、装配精度密切相关，而且批质量一致性不易控制，水表性能受管道水质影响。机械水表的流量测量特性通常很难用简单方法加以调整和修正，想要保持其特性长期不变并非易事，因此机械水表的测量准确度目前只能维持在2 级水平。随着流量传感技术的不断创新与进步，原来用于工业过程测量与控制的大口径流量计的流量传感技术正在逐步小型化和微型化，传感器的小流量测量特性和始动流量指标有了质的提高；与此同时，新型电子器件、嵌入式软硬件系统、信号处理技术、通信技术、以及微功2耗和高能量电源技术发展的突飞猛进，为小口径电子水表的诞生奠定了坚实的技术基础与物质条件。小口径水表追求低的始动流量、好的小流量特性、高的计量准确度、长的使用寿命、以及拥有自动抄表功能等目标，目前小口径电子水表已能基本达到或者超越达到，而电子水表的长寿命、宽范围、高精度、信号易处理、特性易修正、功能易拓展、制造成本低等特点则是机械水表所不能比拟的。2.小口径电子水表技术现状小口径电子水表目前在国外已经有多种产品定型并投放市场，国内也有部分水表骨干企业正在研制该类产品，有的已批量出口国外。电子水表中有代表性的产品主要有：射流水表、超声水表和电磁水表等几种。这些电子水表的主要技术指标均能符合新的水表国家标准GB/T 778.1～3-2007（等同采用ISO 4060：2005）的要求，某些指标与机械水表相比已经明显占有优势，特别是流量测量范围和最大允许误差指标更为突出。大部分电子水表的测量准确度都能达到或接近1 级水平，流量测量范围（Q3/Q1）也比较容易达到160 倍以上。2.1 射流水表射流流量传感技术是伴随射流技术的发展而出现的一种新颖流量传感技术，其中利用附壁效应制成的反馈振荡式流量传感器已在小口径水表和气表中得到很好应用。该技术主要用于低雷诺数流体测量（目前雷诺数测量下限已达102 量级），在微、小流量检测中具有明显优势，而且测量范围宽，超量程能力强；由于输出信号是与流体流速成正比的射流振荡频率量，因此流量信号获取方便，检测灵敏度较高；应用新颖电磁检测原理的射流流量传感器，可以消除被测液体中气泡和泥沙对测量结果的影响；传感器内无运动部件，结构牢固，不受振动和撞击影响，便于集成化制造。但射流水表的测量上限受到水表压力损失指标的制约，测量下限则受雷诺数影响较大，因此只有采取相应的技术方法和措施其测量范围才有可能向两端作更大的延伸。当封闭管道中的水流体进入射流计量腔时，由于存在射流附壁效应（即“Coanda effect”）和射流反馈控制作用，使流体在计量腔中发生振荡，该振荡频率在一定流量范围内与流体流经管道的流速或体积流量成正比，且不受流体其它物理参数所影响。通过在射流计量腔的主通道或反馈通道上设置速度型电磁传感元件或压力型压电传感元件，可以将流体振荡频率方便检出并送后续信号处理电路处理，其工作原理见图1。图2 是国内某著名水表公司研制的射流水表和射流热量表产品图。DN15/20 射流水表目前可能达到的较好性能指标为：（1）始动流量：6 l/h ;（2）最小流量Q1：6～10 l/h ；（3）流量测量范围Q3/Q1：160～250 ;（4）最大允许误差：±1.0～±2.0 % ；（5）主要功能：瞬时流量/累积流量计量、数据统计功能、MBUS/RS485/无线/红外等通信接口；（6）表内电池寿命：10 年。2.2 超声水表超声水表通常是采用超声波在测量管道中的正逆向传播时间差来对流速或流量进行测量的。其工作原理见图3，正逆向传播时间、时间差、平均流速和流量值的计算见式（1）～（4）。式中 t1-2 —超声正向传播时间； t2-1—超声逆向传播时间；Δt —超声正逆向传播时间差；v —流体轴向平均线流速;qv—管道流量；c —超声波传播速度；A—管道截面积；D—管道直径。小口径水表需要测量的流量值非常小、声波传播的距离也很短，这将导致传播速度差值小、测时（测距）精度低。根据测量原理不同，超声水表可以分为时差法、相差法、频差法及多普勒法等几种；根据传感器安装方法不同，可以分为管段式、夹装式和插入式等几种；根据声道数目，有单声道和多声道之分，等等。图4 是目前国外的几种超声水表产品图。超声水表的主要特点是：可在不干扰流