水表检定装置存在的问题及解决方案

福建省计量科学研究院

0 引言

水表检定装置可以是启停容积法、静态容积法、启停质量法、静态质量法或标准表法等的液体流量标准装置。水表示值误差检定应在常用流量Q3、分界流量Q2和最小流量Q1三个流量点进行检定[1]，目前常用水表检定装置主要以启停容积法和启停质量法为主，而示值读取方式主要为人工读取、摄像头自动读取、红外感应读取和脉冲信号采集读取。各类不同测试方法的检定装置各有其优点，又各有其局限性。摄像头自动读取方式示值稳定、可靠，但当被检表指针被部分遮挡时就无法使用此种方法；红外感应自动读取在示值的稳定性上较差，但对不同水表检定的适应性较强；而脉冲信号采集读取只能针对少数脉冲式水表进行检定[2]。本文要介绍的12表位启停容积法摄像头自动读取示值冷水水表检定装置属于启停容积法、摄像头自动读取示值的。

1 装置组成及工作原理

该水表检定装置由水泵、稳压罐、试验管路、标准量器（浮子流量计）、标准罐（带标度分度尺）以及水槽组成。其结构如图1所示。

装置的工作原理：按要求将被检水表安装到试验管路中，启动液体循环系统。当液体以稳定压力的流量同时流入被检水表和标准工作量器时，调节标准量器至待测液体以某一稳定流速流动时关闭其底部阀门并记录水表当前示值；当达到标准器标度分度尺某一分度时再同步记录水表及标准器相应示值。根据记录计算出在检定时间内流入标准工作量器的液体体积及水表的输出流量值，从而确定被检水表的计量特性。

图1 水表装置结构

2 水表检定装置存在的问题及解决方法

2.1 水表检定装置的发展及存在的问题

机械式水表是目前使用最广泛的水表类别。机械式水表的误差检定有很长的历史，其中传统水表计量检测存在一定的问题：1）水表计量检测多数采用人工检测作为基本方法，即通过人工读取并比较被测水表的流量值和标准流量值，实现水表的计量检测；2）传统水表检定装置自动化程度较低，可靠性差，检定过程耗时长（整个检测须耗时1 h左右）；3）检测过程中示值读取、记录、计算均需人工完成，易受人为因素影响，引入不确定度分量[3]。

为了解决传统水表计量检测存在的种种问题，国内外对此展开了一系列的研究。目前主要的检测方法是基于机器视觉以及图像采集技术，利用光电传感器采集并识别被测水表示值，这种检测方法自动化程度大大提高，但是仍然存在一些弊端，在检定过程中检测时间长，工作效率低。

目前使用的12表位启停容积法摄像头自动读取示值冷水水表检定装置存在的主要问题是，在开始检定之前要调节摄像头对准被检水表表盘并调焦至清晰，每个摄像头调节得花费几分钟的时间，并且每检定完一批水表重新安装另一批时夹表位置会有少许变动，这样就需要重新调焦。另一方面，在检定过程中会由于振动使得摄像头偏离水表而不得不又重新调整，如此一来虽然克服了人工读取示值的弊端，提高了记录数据的精准，但摄像头的调节占用了检定的大部分时间，使得检定效率大大降低。

2.2 解决方案

为了解决在检定过程中快速定位的问题，本文提出一种采用反射镜光学结构，实现光路同轴回归的反射式激光传感器，结构如图3所示。通过固定装置(可横向调节)安装在水表表盘上，并可根据不同水表始动元件位置进行横向调节，使传感器发射的激光瞄准始动元件边缘并返回脉冲数据。根据水表的机械原理，由于叶轮转速与始动元件转速成正比，利用传感器获取始动元件的转速（水表实物如图2所示），就可以通过计算获得叶轮的转速，从而可以得到通过被检水表的流量。在使用时，首先根据始动元件与水表中心的距离调整内部传感器支架的横向位置，然后旋转传感器瞄准装置使指示方向与中心方向重合，即视为传感器已经瞄准，开始进行检测[3]。整个系统的检测时间相比摄像头自动检定装置大大降低；由人为因素引起的示值误差也可以减到最小，相应的劳动强度也大为下降，精度提高。改进后的装置结构，如图4所示。

图2 水表表盘

图3 激光传感器的光学原理

图4 基于激光传感器快速定位的水表检定装置

3 结语

机械式水表在出厂前以及工业现场长时间使用后，都要进行误差检定和误差校正。且水表都是大批量生产，可见这种装置的推广会为企业和法定计量检定单位节省更多的时间，大大提高检定/检测效率。接下来需要进一步解决的问题是将此方案投入试验、使用。

[1]全国流量容量计量技术委员会.JJG 162-2009冷水水表检定规程[S].北京：中国计量出版社，2009.

[2]费平，陈岚，朱海东.冷水水表多表式检定方法[J].上海计量测试，2017（01）：30-33.

[3]李轶凡，孔明.机械水表计量误差检测及快速校正装置[D].中国计量学院，2012.

[4]韩昆.一种智能化水表检定台自动检测、调整流量的方法[J].工业计量，2011（S1）：153-153.