智能水表2.0产品关键核心技术分析与探讨详解.PDF

智能水表 2.0 产品关键核心技术分析与探讨 宁波水表股份有限公司 （浙江省水表研究院 ） 姚 灵 智能水表 2.0 产品主要是指水流量传感器部分无机械运动机构、采用流量计某些技术的 新一代电子水表产品，目前主流产品有超声水表、电磁水表和射流水表等三类。除了这三类 水表外，GB/T 778-2007 《封闭满管道中水流量的测量 饮用冷水水表和热水水表》标准还提 到了非主流的涡街水表和科氏水表等产品。 本文主要介绍上述三类主流智能水表 2.0 产品的关键核心技术。 1.超声水表 超声水表主要有以下特点： 1 ）用于液体与气体测量，不受被测介质变化影响；2 ）测量管内通常无阻流件，流速分 布畸变较小；3）仪表价格不随管道直径增加而大幅增加；4 ）可以在管道外测量被测介质； 5 ）采用渡越时间法的超声水表，被测介质中不能有较大汽泡、杂质等存在。 超声水表关键核心技术主要有以下几个方面。 1.1 高分辨力、高性能计时芯片技术 当前，全球制造超声水表精密计时芯片的企业主要有：ACAM 、D-FLOW 、美信和艾萨 半导体等公司，它们推出的计时芯片产品主要有：GP22/GP30 ，UFO2 ，MAX35102 ，UTA6902 /UTA6905 等。 十数年来，精密计时芯片的计时分辨力指标已从 100ps 量级提高至 10ps 量级；对于零 流量条件下的稳定性指标，也有一些芯片公司间接声称可控制在 ±0.5mm/s 的不确定度范围 内。 关于计时芯片，以下两项影响因素必须予以足够的重视。 1 ）计时芯片的计时分辨力对超声水表测量结果的影响 水表产品主要用于测量各时间段的用水量及平均瞬时流量等参数，因此对它的性能要求 通常偏重于稳态工作特性方面，而对其动态工作特性则要求不高。基于这一事实，超声等智 能水表通常采用对被测数据列划分成任意多个采样周期进行数据处理和显示，并通过数据求 平均的方式来削弱测量过程中的随机误差影响，见图 1 和式 （1 ）。 1 图 1 超声水表数据采集示意图 1 m D 1 d1i （1 ） m i 1 式中 D 1 — 第 1 采样周期 m 个测量数据的平均值； d1i — 第 1 采样周期 T1 中第t1-i 时间段采集的测量数据值 （数据经过预处理 ）； m — 每个采样周期 T 内的采样数。 j 计时芯片的计时分辨力是造成超声水表测量分散性的主要影响因素之一。假设设计时采 用了计时分辨力为 ≈100ps 的计时芯片 （注：计时分辨力在数值上等同于一个计数脉冲周 期，可以作为计时量化误差处理 ），每次测量时该值就会计入到超声水表的测量结果中，并 以随机误差的形式影响着测量。下面用不同计时分辨力的计时芯片对超声水表测量结果分散 性的影响作出简要的分析。 根据超声水表时间差计算公式有 2L t v （2 ） 2 c 式中 L — 两反射体之间的距离 （以L ≈0.07m 计 ）； c — 超声波在水中的传播速度 （c≈1500m/s ）； v