机械式水表校准方法与误差检测研究

阮华驱

摘要：当前我们面临着水资源短缺的严峻形势，加上温室效应加剧、城市化进程加快、工业系统引发严重的水系统污染，又加剧了水资源紧缺的严重程度。节约水资源、做好供水服务是社会重点研究的课题。水表作为普遍的流量计量仪表，其数据准确性对水资源合理利用有直接影响，应针对水表的计量、校准方法、误差检测进行研究，以带来能源结构的优化，节约水资源，满足居民生活用水需求、工农业生产用水需求。本文主要就机械式水表校准与误差检测问题进行研究，明确水表校准方法及误差检测思路。

关键词：机械式水表;校准;误差检测

机械水表是目前使用比较广泛的水表类型，在生产及使用中流量计算、误差检测及校正是关键环节。明确机械水表校准的有效方法，探明误差检测的路径，对于规范机械式水表的应用，指导水资源的合理使用具有积极意义。

1 机械式水表误差检测现状

随着城市“一户一表”自来水改造工程的持续推进，水表需求量明显增加，经常出现用户与供水公司之间的矛盾纠纷，而其中一部分原因就在于水表计量有误差，无法准确反映用户的用水量。机械式水表使用广泛，有着较长的误差检测历史，但在实际的误差检测和校准处理中存在一定问题。如水表计量检测多选择人工检测方法，通过人工读数比较被测水表的流量值与标准流量值进行水表计量检测，根据两者之间的示值误差调整被测水表计量性能，达到误差检测的目的，人工检测很容易出现检测误差。再如机械式水表检测装置自动化程度低、可靠性差，在实际的检测过程中耗时耗力[1]，平均检测用时在一小时以上，无法实现机械式水表的快速误差校正，影响用户用水。再如机械式水表误差检测过程中示值读取、记录、计算均为人工操作，出现人为失误会导致检测的不准确性。再如，测得数据应用价值不高，对机械式水表误差校正缺乏指导作用，一般需要工作人员根据经验进行误差校正。为解决机械式水表计量检测的现实困扰，应系统研究机械式水表校准的有效方法，明确误差检测的有效策略。

2 机械式水表计量误差检测方法

基于国际法制计量组织的规定，一般在机械性水表误差检测时主要对应四种误差检测方法，分别为收集法、流量时间法、标准水表法和标准体积法。不同的误差检测方法对应不同的使用场景，其背后的测量原理又有所差异，下面详细论述。

2.1 收集法误差检测

收集法用于机械式水表误差检测历史比较久远，相对来说经验比较丰富，就是把流经被测水表的水量集中到标准量器内，采用静态容积法或静态称量法准确测算出量器内的水量[2]。静态容积法容积计算结果单位须与水表显示单位统一，静态容积法检测水表误差有对应公式。而静态称量法主要用于水表使用现场检验，属于临时检查水表值误差的常见方法，也有具体的使用公式，主要涉及到被测水表示值、水质量换算容积值、修正系数、检测温度、下水体密度等参数。

2.2 时间流量法误差检测

使用时间流量法进行机械式水表误差检测，需要根据测量流量与测量时间的关系，确定流经水表的水流总量。该方法进行误差检测有相应的使用条件，通过在某一时间间隔内进行单次或多次重复性的测量，获取数据进行水量分析。使用时间流量法进行机械式水表误差检测需避免检测实验中开始和结束时在非恒定流量区域内进行流量测量。

2.3 标准水表法误差检测

该检测方法又叫比较法，检测原理是将被测水表读数与预先在具有高准确等级的装置上标定过的标准水表的读数进行比较，通过比较得出结论，使用范围较广，操作简单，无需其他设备辅助。必须要确保标准水表所得出的读数准确，以串联方式进行示值误差比较。比较法计量误差计算与静态容积法计算方法一致，不同之处在于需要消除自来水脉动压力对水表示值误差影响的基础上，将标准水表与被测水表进行串联校验[3]，借助光电检测设备确定被测水表示值误差，由校正人员进行人工误差校正。

2.4 标准体积误差检测

标准体积误差检测是将被测水表读数与体积管式标准量器排出的固体体积数值进行对比，因体积管比较小，更适用于水表现场的误差检测。

3 机械式水表校准建议

3.1 研发生产阶段统一可计量接口

计量接口包括被测信号接口、数字接口的硬件接口、校准软件接口等，数据接口又包括标准仪器接口、非标准专用接口以及自定义接口。不同生产厂家使用的接口不统一，使得水表在线计量难以实现，不得不使用传统方法拆检水表，检测完再还原，耗时低效。大口径水表更是因为难以拆卸，无法检测校准。因此，应在研发与生产阶段规范计量接口口径、规格，让计量接口统一标准化，为水表在线计量提供支持。

3.2 安装阶段明确校准要求

机械式水表往往拆卸困难，也不具备实验室检测校准的条件，只能选择在线校准方式，而管道封闭一般选取外加式液体超声流量计为标准器，通过比较查看被检表的计量性能是否达标，查看被检表的量值是否有明显变化。因此，在安装设计阶段就应充分考虑水表在線计量校准的多重需求。选型阶段考虑水表口径，评估实验室检测装置能力，确保水表安装前得到检测或校准，以确保准确计量。安装大口径水表时可在供水管线上选择合理的上下游管道预留安装超声流量计的位置进行防锈处理，或安装口径一致的不锈钢管道，方便计量。

3.3 掌握有效校正的技术方法

在校准时对于机械性水表应采用批次抽样方案，先确定抽样范围，按照一定比例抽取进行现场校验，校验合格的水表适当延长检测间隔时间，而不合格的进行轮换。也可以基于区块链技术的应用优势，以其为技术支持，确保计量数据的准确。鉴于传统的人工计量校正，不仅高成本且容易疏忽、漏项等问题，选择区块链技术，发挥其分布式、去中心化、去信任化的技术方案优势。基于其密码学、分布式计算、互联网融合技术应用优势，实现校准流程的监管、数据的追溯，方便计量。建立区块链分布式水表计量数据采集系统，进行水表计量设备间的身份识别、传输中的数据保护，保证计量数据的准确，保证数据准确的情况下发挥数据价值，实现水表的精准校准。

3.4 M/T测速算法校准

当前也可以使用激光脉冲反馈装置进行始动元件检测，当始动元件一个齿转动达到检测位置，产生相应的反馈脉冲，对时钟进行监测，获得使动元件转速。M法测量是在设定时间内用计数器计取目标转动产生的反馈脉冲数，明确目标转速。T法测速原理是计取两个反馈脉冲间的时钟脉冲数，倒数反映转速的测量值。M/T测速算法校准是结合M法与T法的测速优势，在较宽的速度范围内提供精准度更高的速度值。基于比较法原理，通过M/T测速算法检测比较标准水值与被测水植梅花指针转速差异，求得被测表误差并进行校准。校准时工作人员观察数据处理系统显示屏上转速数据、水表偏差值，及时调节被测表喷孔调整装置，让水表梅花指针的转速值与标准水表梅花指针的转速值误差在合理范围内，完成校准操作，这属于典型的动态检测及校准操作，不仅精准度高且省时。

4 结语：

目前机械式水表广泛存在，得到了普及应用，为使其计量准确，必须检测分析水表流量误差，并在校准工作中利用该性能特点减少水表计量误差。当前，针对水表误差检测及水表校准也有相应的研究成果。通过合理选择误差检测方法，采取有效的水表校准举措，并减少人工操作的主观估计色彩，能进一步提高机械式水表计量准确性。

参考文献：

[1]刘添花. 基于机器视觉的机械水表读数识别系统[D].湖南大学，2018.

[2]郭华. 从误差分类角度简析水表在检定过程、加工和装配中形成的误差及对策[J]. 中国计量，2020（01）：124-126.

[3]吴迪. 影响水表计量产生误差因素及相应对策[J]. 石化技术，2019，26（03）：237.