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超声水表和电磁水表的原理及其技术特点 浙江省计量科学研究院 赵建亮 2015年6月 电子水表的种类 按传感原理分类 机械传感电子水表 超声波水表 电磁水表 射流水表 科里奥列力式 其它 超声波水表 什么是声波? ——机械振动 声波是怎么传播的？ ——能在真空中传播吗？ 声波的传播速度是多少？ ——空气中：大约340m/s ——水中：大约1500m/s 超声波水表 什么是超声波? 人耳为什么听不到超声波？ 超声波水表 为什么选择超声波? ——束射性好 ——方向性好 ——能量密度大 ——本底干扰小 超声波水表 怎样产生超声波? ——利用压电元件的压力 电压效应 ——常用材料：压电陶瓷 超声波水表 怎样利用超声波测量流量？ 为什么顺流而下与逆流而上的时间不同？ 超声波水表 超声波水表的测量原理 超声波水表 超声波水表的结构 超声波水表 超声波水表的优点 低功耗全电子化设计，无机械运动部件 能实现较宽的量程比（R400以上） 高准确度设计（电子修正，优于1级） 无阻流件设计（压力损失小） 任意角度安装 双向计量 超声波水表 超声波水表的缺点 对流场的敏感高 跟踪流量变化能力弱 低功耗下外壳防护（IP）设计难度高 超声波水表 怎样提高超声波水表的性能？ 多声道设计 优化流场数学模型 牺牲压力损失优点，入口加装整流器 采用高精度的时间测量电路 采用高可靠性和稳定性的换能器 提高电池的续航能力 提高外壳防护能力 超声波水表 超声波水表的前景 户用表（小口径） ——成本：劣势 ——性价比：劣势 ——性能：无优势 ——功能：无优势 超声波水表 超声波水表的前景 工商业表（中大口径） ——成本：无优势 ——性价比：高 ——性能：有优势 ——功能：有优势 ——环境适应性：弱 电磁水表 电磁水表的结构 电磁水表 工作原理 法拉第电磁感应定律 电磁水表 电磁水表的技术关键 传感器设计和加工 ——线圈 ——导磁结构 ——密封工艺 转换器设计 ——低功耗 ——励磁 ——信号处理：放大，滤波，采样 ——数据处理。 电磁水表 电磁水表的优点 全电子化设计，无机械运动部件 线性度好，可实现高准确度设计（电子修正，优于1级） 能实现很宽的量程比（R800以上） 无阻流件（压力损失小） 任意角度安装 双向计量 流场敏感度不高（与超声水表比） 电磁水表 电磁水表的缺点 测量工作（励磁）电流大，电池续航难 低功耗下外壳防护（IP）设计难度高 流量变化响应慢 环境适应性弱，防电磁干扰能力弱（避免安装在变压器、变电站的中心线接地桩附近） 电磁水表 电磁水表应用前景 户用表（小口径） ——制造工艺复杂 ——成本高 ——电池额定寿命低 ——市场接受度低 电磁水表 电磁水表应用前景 工商业表（中大口径） ——技术含量：高 ——制造工艺：复杂 ——成本：高 ——性能：好 ——功能：强 ——电池额定寿命：低 ——环境适应能力：弱 电子类水表的共性问题 环境适应性 ——外壳防护能力（低功耗条件下） 电池的续航能力 ——超声优于电磁 工艺一致性 ——批量生产 ——电子修正 电子类水表的共性问题 可靠性 ——元器件 ——结构 ——材料 ——工艺 校表方法和设备 ——宽量程 ——流量稳定性 ——效率 结论 电子类水表仍在起步阶段，还有很长的路要走。 电子水表并不完全代表先进，机械水表也并不完全落后，二者各有优缺点，各有改进余地和发展空间。 当前户用水表中机械水表或者带电子装置的机械水表仍然占领绝对性的主导，乃至今后很长一段时间。 工商业水表中已经为电子类水表打开了一条门，开始快速增长，前景看好。 用户使用水表的理念仍有待进步。 感谢聆听 浙江省计量科学研究院 赵建亮zhaojl6188@ 2015年6月 * * 超声换能器：材料、工艺、理论、设计、小型化 无流动Δt=0 流动产生Δt 传播时间差法原理 测量管 换能器 计算器 四声道超声 仍然需要等待市场的响应 市场接受度高 改进劣势 规避劣势使用 e=K·B·D·v e—感应电动势 K—仪表常数 B—磁感应强度 D—管道内径 （导体长度） v—流体流速 （导体运动速度） 市场接受度低 电池续航能力 是焦点问题 *