旋翼式水表的仲裁检定与误差分析

杨图强



旋翼式水表的仲裁检定与误差分析

杨图强

（三明市计量所，福建 三明 365000）

摘要：水表作为涉及民生的国家强制检定的计量器具，因其准确度引起的计量纠纷通常涉及到仲裁检定。使用中水表的计量偏差与供水水质、构件装配不当、零部件的磨损、安装方式等多种因素有关，文中总结了仲裁检定过程中出现的计量偏差情况及其产生的原因，并归纳出仲裁检定需要注意的事项。针对水表检定装置自动化水平不高的现状，提出了采用视频采集系统、电磁阀控制、水位传感器等技术创新措施，以有效避免人为误差、提高检定效率。

关键词：旋翼式水表；计量偏差；仲裁检定；技术创新

1　引言

随着百姓法治意识的不断提高，与百姓生活息息相关的旋翼式水表的计量准确度愈加受到关注。作为承担仲裁检定的国家法定计量技术机构，开展水表仲裁检定的数量呈不断增加趋势。文中从仲裁检定的角度出发，采用理论分析和数据佐证的方式，阐述了仲裁检定过程中经常出现的计量偏差产生的原因，并强调仲裁检定时需加以重视的关键事项，对开展水表仲裁检定具有一定的指导意义。对于水表检定装置检定过程中人工操作影响检定效率及准确度的情况，提出技术创新的措施。

2　正常使用期限内水表的仲裁检定

JJG162-2009《冷水水表》检定规程中规定：对于标称口径小于或等于50mm、且常用流量Q3不超过16m3/h，用于贸易结算的水表只作首次强制检定，限期使用，到期轮换［1］。文中正常使用期限内的水表是指经过首次强制检定后，在轮换期内因计量准确度问题产生计量纠纷而需进行仲裁检定的水表。

2.1最小流量Q1时的计量偏差在仲裁检定中的体现

据笔者所受理的仲裁检定统计数据发现，最小流量Q1时的计量偏差，主要表现为计量负偏差，即水表走慢甚至不走。究其原因，主要有以下几点：

2.1.1中心齿轮与齿轮组啮合或齿轮组之间啮合存在问题

叶轮上方有一齿轮，通常是与叶轮一同浇筑成型，称之为中心齿轮（见图1）。该齿轮置于齿轮盒下方的同轴孔中，叶轮旋转将带动位于计数机构内与该中心齿轮相邻的齿轮组的旋转。齿轮组中的第一个相邻齿轮（见图2）旋转的同时，水表刻度盘上与其同轴的黑色圆指针旋转，表示水表已正式进行计量。一般而言，中心齿轮与齿轮组中的第一个相邻齿轮啮合过紧，将无法带动第一齿轮正常旋转，水表指针转速变慢甚至卡住不动，产生计量负偏差。齿轮组（见图3）起着变速计数作用，DN15～DN50水表的整个齿轮组均由17只齿轮组成，齿轮组间配合不当、转动不灵活、卡顿等也将造成旋转不顺畅，产生计量负偏差。解决对策是对齿轮组间的中心距进行调整或是直接更换叶轮、齿轮盒。

图1　叶轮及中心齿轮

图2　计数机构内部结构图

图3　齿轮组内部结构图

2.1.2顶尖过平

叶轮盒底部中心有一顶尖（见图4），用于支撑叶轮转动。叶轮长时间旋转，叶轮下方的顶尖不可避免地产生磨损。顶尖被严重磨损甚至磨平时，叶轮正常旋转所需对抗的摩擦阻力增大。在最小流量Q1时，水流对叶轮的冲击力小，较难带动叶轮旋转，造成转速变慢甚至无法计量，产生计量负偏差。解决对策是对顶尖进行适当修尖，或者直接更换顶尖。

图4　叶轮盒及顶尖

2.1.3上下夹板变形

齿轮盒内计数机构（见图5）的上下夹板（见图2）变形，齿轮组中的齿轮与上下夹板上的轴孔同轴度降低，造成齿轮组传动阻力增大，降低转速，严重时甚至会使齿轮组上下顶死，无法转动，产生计量负偏差。解决对策是调整上下夹板位置，保证齿轮组与上下夹板对应轴孔的同轴度，并使齿轮组留有充足的窜动量，厂家一般将齿轮组的正常窜动量定为（0.6～0.8）mm。

图5　齿轮盒及计数机构

2.2 分界流量Q2和常用流量Q3时的计量偏差在仲裁检定中的体现

分界流量Q2和常用流量Q3在仲裁检定时出现的计量偏差情况与最小流量Q1相比，更具复杂性，计量正偏差和计量负偏差两种情况均有体现。

2.2.1计量正偏差的原因

2.2.1.1叶轮盒进水孔有毛刺或杂质堵塞

由于城市供水的水质不佳，掺杂着些许杂质或杂物，亦可能是水中有机物、无机物超标，长时间积累形成铁盐等的锈垢，杂质堵住叶轮盒进水孔，进水孔的截面积相应变小，在进水量不变的情况下，通过水表内的水流速度加快［2］，叶轮转速加快，驱动计数机构中指针转速变快，产生计量正偏差。解决对策是磨去叶轮盒进水孔处的毛刺并去除滤网处的杂质或杂物，提高供水水质。

2.2.1.2叶轮安装位置偏低

叶轮的装配位置偏低，流经进水孔的水流冲击叶轮的速度将变快，产生计量正偏差。解决对策是对叶轮位置进行调整，重点是对顶尖进行重新装配，使叶轮处在说明书中明示的正确位置。

2.2.1.3滤水网严重堵塞

城市供水中不可避免的存在些许的沙砾、铁屑等杂质或异物，它们会随着水流流入水表的进水口，为了防止这些杂质或异物对水表造成不良影响，在水表内的进水口装有滤水网，通常为碗状滤水网，安装在水表的叶轮盒外。在滤水网堵塞时，将会使驱动叶轮盒内叶轮旋转的水流激增，叶轮转速明显加快，产生计量正偏差。解决对策是将此类杂质或异物祛除，必要时更换滤水网。

2.2.1.4顶尖量少量磨损

顶尖少量的磨损会产生计量正偏差，因为磨尖顶尖磨损少量部分后，将使叶轮在水表中的空间位置下降，更加接近进水孔，流经进水孔的水流冲击叶轮的速度将变快，造成计量正偏差。解决对策是将顶尖适当打磨或直接更换顶尖头。

2.2.2计量负偏差的原因

2.2.2.1叶轮盒进水口变大

造成叶轮盒进水口变大的原因主要是受到机械磨损，国内生产的水表其叶轮盒大都采用塑料铸造成型，在水中含有沙砾等硬质杂质的情况下，沙砾在高速水流的带动下不断冲击叶轮盒进水口，随着时间的推移，进水口处因被磨损而增大，从而形成水表内配水的不均匀性，流经叶轮盒进水孔的流量大于出水口的出水量，造成转轴中部与叶轮轴套不必要的摩擦，同时也将使叶轮倾斜，叶轮的边缘会与叶轮盒内壁产生摩擦，阻力增大，产生计量负偏差。解决对策是对叶轮盒进行更换。

2.2.2.2叶轮磨损

叶轮的材质为塑料，易受磨损。由于受到前述2.2.2.1的影响，叶轮与叶轮盒内壁不断摩擦而磨损，磨损后的叶轮受到水流冲击的面积减小，水流对叶轮的冲击力进而变小，叶轮驱动计数机构的转速变慢，产生计量负偏差。解决对策是更换叶轮。

2.2.2.3顶尖严重磨损

顶尖严重磨损，摩擦阻力将增大，同时叶轮受水流冲击呈下沉旋转状态，虽然受叶轮上平面与齿轮盒筋的间隙增大的影响，水流对叶轮转速的阻力减小，但在大流量的情况下，摩擦阻力的影响会超过水流对叶轮转速阻力减小的影响，叶轮转速变慢，产生计量负偏差。解决对策是更换顶尖，或整体更换叶轮盒。

2.2.2.4上夹板下方的中心孔与叶轮上端的光轴同轴度差

上夹板的下方有一带孔的凸台，它与叶轮上端的光轴直接接触组成活动联接，确保叶轮正常旋转的稳定性和可靠性。若两者之间的同轴度差，则会造成光轴相对转动不流畅，产生计量负偏差。解决对策是更换上下夹板和叶轮。

2.2.2.5水表安装方式不当

水表倾斜造成的计量负偏差大小与水表倾斜的角度及检定流量点有着密切的关系。以同一个DN15水平安装水表为例，在不同的倾斜角度和不同流量点测得的误差如表1所示。

表1　DN15水平安装水表不同倾斜角度不同流量点的误差比对表

水表在不同的安装角度下，叶轮所受到的摩擦力不同。随着水表的倾斜，水表内零件间运行摩擦阻力增大，水表齿轮间的啮合不正，水表的灵敏度降低，随着倾斜角度的增大而愈走愈慢，计量负偏差呈不断增大的趋势。此种计量负偏差在常用流量点Q3时表现不明显，在最小流量Q1和分界流量Q2时表现尤为显著。

安装不当的另一种表现是使用错误的检定装置进行检定，这种情况也会形成计量负偏差。如将立式水表安在水平安装水表检定台上测试，由于其安装的局限性，形成了倾斜45°，造成与正确安装方式下检定的数据存在极大的误差，测试数据见表2。

表2　立式水表使用不同检定装置检定时不同流量点的误差比对表

解决对策是纠正不当的安装方式，严格遵循检定规程及水表使用说明书的要求夹装水表并使用适用于该型水表的检定装置进行检定。

2.2.2.5计数机构装配误差及密封性不佳

因计数机构的装配不当导致齿轮组在计数机构里的位置倾斜，造成齿轮组在齿轮架中的上、下窜动量不一致，齿轮组在传动中的阻力增大，在正常水流冲击下指针转速变慢，产生计量负偏差。此外，计数机构因水表的长期使用，密封性不佳造成了污物进入计数机构中（见图6），甚至出现污物环绕在计数机构的红指针上，阻碍指针正常转动的现象，进而产生计量负偏差。解决对策是更换密封垫圈或整个计数机构。

图6　计数机构受污物影响的水表

3　超使用年限在用水表的仲裁检定

超使用期限在用水表是指经过首次强制检定后，已超出使用期限未做轮换仍在实际使用的水表。依照JJG162-2009《冷水水表》中7.5检定周期的规定，以标称口径25mm及以下的水表为例，其使用期限一般不超过六年。其中对于未执行GB/T778.1-2007（2008年5月1日起实施）进行生产水表，据检定周期推算在2014年5月1日前理应淘汰轮换完毕。对于Q2/Q1≠1.6的水表GB/ T778.1-2007中给出过渡期（2009年4月30日过渡期结束），亦应于2015年4月30日前淘汰轮换，但在近年实际的投诉受理发现，居民生活用水中不少仍使用此类超期未轮换的水表。令人吃惊的是，笔者在2015年11月受理的一个仲裁检定中居然发现该水表是依据GB778-84生产的（见图6）。

对于超过使用年限水表，计量纠纷频发，作为服务民生的法定计量检定机构，百姓送检的此类水表，不宜未经实际检定简单地告知此水表已不符合新国标和计量检定规程的要求而直接退检，这是对百姓诉求的不负责。建议即使外观已不符合要求，仍应对水表进行计量检定，判定计量是否超差，让其知晓在用水表的计量是否准确，解决群众的真正诉求。对此，笔者总结归纳水表（尤其是超使用年限在用水表）在仲裁检定时需加以重视的几个问题及应对客户质疑的合理解释。

3.1检定有效期的确定

针对超期服役的水表，因其外观已不符合JJG162-2009《冷水水表》检定规程中7.3.1的要求，笔者认为即便仲裁检定后计量特性满足国家检定规程中的误差限要求也不能继续使用，建议严谨的做法是重点对计量误差这一个参数进行检定并对该参数进行是否符合检定规程的判定，出具检定结果通知书，明确告知客户其计量特性值。对于在使用周期内仲裁检定的水表，若检定参数均合格，基于水表自身的使用寿命和检定规程限期使用、到期轮换的要求，注意检定有效期的确定。建议出具检定证书前重点核查该表的首次检定时间（因计量检定属地管理，此信息仲裁检定机构较易获取），检定有效期应在检定规程规定的检定周期上扣除首次检定至仲裁检定时的时间。

3.2检定前排空的影响

老旧水表，多为铸铁表壳，因水表进水口锈蚀，使进水口流速加快，从而造成水表计量加快，是普遍存在的现象，也是旧水表仲裁投诉率高的最主要原因之一。在现实生活中有可能出现用户家中使用时因水表锈蚀而计量失准，但在实验室里仲裁检定的结果却符合检定规程要求的情况。这是因为使用中的水表从现场拆下，已经破坏了原始的工作状态，淤住水表进水口的许多锈蚀和污垢，在拆卸水表时随着表内残余的水一同倒掉。［3］此外，送至实验室检定时，检定前必须经过排空水表里的空气这一必经程序，在高水压的冲击下，残留在水表内的锈蚀被冲走，仲裁数据无法最为真实反映水表拆卸前的计量准确度。

3.3分界流量、最小流量的确定

进行仲裁检定的老旧水表经常出现常用流量不在JJG162-2009《冷水水表》计量性能要求5.1.3中规定的常用流量列表值中的情况，主要是因为此类水表采用的是前版标准GB/T778.1-1996《冷水水表》生产的机械式水表，其常用流量的数值与标称口径DN有比较明确的对应关系，见附录G中的表G.2，分界流量和最小流量见附录G中的表G.3。开展检定时可依据JJG162-2009《冷水水表》附录G确定常用流量、分界流量和最小流量这三个检定点。以较常出现依据前版标准GB/T778.1-1996《冷水水表》生产的DN15、B级水表为例，其常用流量用Qn或qp表示，查表G.2知qp=1.5m3/h，分界流量qt和最小流量qmin可查JJG162-2009附录G表G.3，得出qt=0.12m3/h，qmin=0.03m3/h。

3.4检定用水量的确定

检定用水量应采取“取大”原则来执行。对于执行GB/T778.1-2007新国标生产的水表，在仲裁检定时依据JJG162-2009《冷水水表》中的7.3.3.2确定检定用水量。对于执行GB/T778.1-1996甚至更早版本国标生产的水表，在仲裁检定时尤其需注意旧表的最小检定分格值和选取的检定流量点，并取最小检定分格值200倍和该流量点1min对应的体积这两个值中的较大值作为检定用水量。

3.5水表超差的程度与用户测算不符

仲裁检定得出的水表计量偏差往往容易出现与用户自己测算不符的情况，以如图2-6所示的超期在用水表为例，用户表示水表超差非常严重，以往每月的水费仅为70元左右，而近两个月的水费则高达近200元。而送至实验室检定后，检定结果显示常用流量、分界流量、最小流量三个流量点的相对示值误差分别为+7.4%、+6.8%、+6.9%。除了检定前排空的影响这一因素外，还可从以下几个方面向用户进行科学解释，提升仲裁投诉用户的满意度：

（1）未按GB/T778.2-2007《封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表第2部分：安装规范》的要求正确安装水表。

（2）水表使用环境恶劣，如潮湿、受侵蚀严重。

（3）外界震动和管道水压不稳、管道存在锈蚀、渗漏。

（4）用户自身不良用水习惯，如频繁开闭水龙头等［4］。

4　水表的检定周期与使用寿命

有些水表安装单位曾经提出过质疑：为何水表的检定周期定这么短，水表完全能用更长时间。针对水表的检定周期与使用寿命的问题，文中通过数据测算的方式验证其合理性和科学性。

JJG162-2009《冷水水表》检定规程附录A水表耐久性试验要求模拟了实际使用情况［5］，详见下表3。以居民家中常用的DN15的水表为例，耐久性试验流量为2.5m3/h，断续次数为10万次，每次时间为15秒。则总的用水时间T=100000×15÷60÷60=416.67（h），总用水量L=2.5×416.67=1041.67（m3），以六年的检定周期来计算，每月用水量为14.47m3。

GB/T 50331-2002《城市居民生活用水量标准》中根据居民不同用水设施、居住条件、行政区划、地理因素，将全国划分成六个区域，组织有关人员进行用水写实调查，调查情况表见表4。根据表内的统计数据，按普通单元式住宅居民用户来计算，居民生活用水人日平均用水量为142L，按3人/户、每月30.4天计算，普通单元式住宅居民家庭算每月用水量为12.95m3，考虑到这一用水量不包含实际过程当中的用水损耗、走亲访友在家庭内活动的用水增加等一些复杂情况的必要水量，可以得出依据国家标准测算的居民家庭户每月用水量与通过检定周期测算的每月用水量接近。JJG162-2009《冷水水表》规定的检定周期定为6年，限期必须轮换，既符合水表自身的机械寿命，也符合日常的实际使用情况。

表3　水表耐久性试验要求

表4　居民生活用水人日平均用水量区域分类统计表（单位：L）

5　技术创新研究

目前旋翼式水表检定装置自动化水平不高，从夹装水表到开关阀门、水表读数和标准量器液面读数均为人工操作，存在较大的人为误差，技术创新的潜力巨大。可在检定装置中引入PC机，结合以下几个新技术，通过电脑和软件的辅助提升检定自动化水平。

5.1视频采集系统

对被检表示值的读数采用视频采集系统，不需单个调焦，自动捕捉水表字轮读数，同时每个表位的采样器具有集中和单个微调装置，以提高采样效率和准确度，根据被检水表的示值和标准值自动计算示值相对误差，避免人为估读或判读不当引起的误差。

5.2电磁阀技术

实际检定中，流量点快速准确设置到位是一个难题，尤其新手对阀门的操控不娴熟，造成流量点未能短时间内控制在理论检定流量点，因此检定装置的管路系统中引入工控机和电磁阀控制技术十分必要。根据不同检定流量点编制不同的检定方案，在工控机的指令下采用电磁阀进行检定流量点控制，避免开关阀门延迟或反复调整阀门引起的误差。

5.3水位传感器

在检定用水量接近设定值时，目前采用的是人工目视观察标准量器水位的方式进行给水阀门关闭，这种方式存在极大误差，尤其在10L小流量时更为明显，一个细微的超前或滞后操作，均会使检定用水量严重偏离规程规定值。可在标准量器上加装水位传感器，将接收到的水位信号传送到控制器，控制器根据水位的变化情况计算出给水电磁阀关闭的时间，实现检定用水量与设定值一致。

6　结束语

水表的仲裁检定不仅涉及到仲裁双方的切身利益，更代表着政府计量行政部门的公信力，作为法定计量技术机构在以科学、公正、准确、高效的原则开展仲裁检定工作的同时，应更加重视检定数据的解释工作，化解群众心中疑团。

参考文献

［1］ JJG162-2009冷水水表［S］.北京：中国计量出版社，2009.

［2］姜国军，于兰梅.水表计量误差原因及应对［J］.计量测试与技术，2014，41（1）:24-29.

［3］李淑藿，李国斌，崔士杰.浅谈使用中冷水水表不准的原因及仲裁检定［J］.城市建设理论研究，2013，（4）.

［4］姜旭.水表检定周期内失准的防范［J］.企业标准化，2004，（7）:36.

［5］王杭州，李雪梅.水表问题探讨［J］.第六届水行业流量仪表选型与应用技术研讨会，2014:94-100.

收稿日期：2016-03-16

作者简介：杨图强，男，三明市计量所长度室主任，高级工程师，硕士

The Arbitration Examination and Error Analysis of Rotating Vane Type Water Meter

YANG Tu-Qiang
（ Sanming Institute of Metrology， Sanming 365000， Fujian， China）

Abstract:Water meter is as involving people's livelihood of national compulsory verification of measuring instruments， caused by its accuracy disputes measurement usually involves arbitration verifcation. Water meter in use can appear metrological deviation， metrological deviation be related to the water quality of water supply， component of wear parts， Improper assembly component， and other factors.This paper summarizes the arbitration verifcation in the process of metrological deviation and its causes， and conclude the arbitration test matters needing attention.In view of the situation of water meter prover automation level is not high， using video acquisition system was put forward，solenoid valve control， water level sensor and other new technology innovation measures， in order to effectively avoid human error and improve the metrological verifcation effciency.

Key words:Rotating vane type water meter；Metrological deviation；Arbitration verifcation； Technology innovation