費(fèi)平陳嵐朱海東/ .上海市松江區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所；.上海市金山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所

冷水水表多表式檢定方法

費(fèi)平1陳嵐1朱海東2/ 1.上海市松江區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所；2.上海市金山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所

針對(duì)目前冷水水表檢定裝置檢定效率較低的現(xiàn)狀，對(duì)20表位啟停容積法攝像頭自動(dòng)讀數(shù)冷水水表檢定裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析了水壓、流量對(duì)檢定結(jié)果的影響。對(duì)冷水水表示值誤差的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定，并采用比對(duì)法對(duì)評(píng)定結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的20表位啟停容積法冷水水表檢定裝置是可行的，其在滿足JJG 162-2009《冷水水表》要求的前提下可以提高檢定效率。

冷水水表；多表式；示值誤差；檢定方法

0 引言

根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 162-2009《冷水水表》的定義，水表是在測(cè)量條件下用于連續(xù)測(cè)量、記憶和顯示流經(jīng)測(cè)量傳感器的水體積的計(jì)量?jī)x表。水表示值誤差應(yīng)在常用流量Q3、分界流量Q2和最小流量Q1三個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行檢定。而水表的檢定可以采用啟停容積法、靜態(tài)容積法、啟停質(zhì)量法、靜態(tài)質(zhì)量法或標(biāo)準(zhǔn)表法等的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

1 檢定裝置的類(lèi)型

以上海地區(qū)為例，目前在用的水表檢定裝置，主要以啟停容積法和啟停質(zhì)量法為主，而示值讀取方式主要為人工讀數(shù)、攝像頭自動(dòng)讀數(shù)、紅外感應(yīng)自動(dòng)讀數(shù)和脈沖信號(hào)采集讀數(shù)。

各類(lèi)不同測(cè)試方法的檢定裝置各有其優(yōu)點(diǎn)，又各有其局限性。攝像頭自動(dòng)讀數(shù)方式讀數(shù)穩(wěn)定、可靠，但當(dāng)被檢表指針被部分遮擋時(shí)就無(wú)法使用此種方法；紅外感應(yīng)自動(dòng)讀數(shù)在讀數(shù)的穩(wěn)定性上較差，但是對(duì)不同水表檢定的適應(yīng)性較強(qiáng)；而脈沖信號(hào)采集讀數(shù)只能針對(duì)少數(shù)脈沖式水表進(jìn)行檢定。

2 20表位啟停容積法攝像頭自動(dòng)讀數(shù)檢定裝置的可行性

隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，在用水表數(shù)量劇增，不得不在保證檢定質(zhì)量的同時(shí)考慮檢定效率。

經(jīng)過(guò)實(shí)地考察調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多企業(yè)生產(chǎn)的冷水水表檢定裝置只能滿足10只以內(nèi)D20水表的串聯(lián)檢定，而如果用10只D20水表串聯(lián)檢定，經(jīng)測(cè)算單臺(tái)裝置每年完成水表的檢定量在1.5萬(wàn)只左右，兩臺(tái)裝置也只能完成3萬(wàn)只水表檢定，無(wú)法滿足本單位現(xiàn)有5萬(wàn)只水表的首檢任務(wù)。因此，能否提高串聯(lián)數(shù)量就成了研究重點(diǎn)。如果串聯(lián)數(shù)量達(dá)到20只，就能滿足當(dāng)前的需求。然而多數(shù)企業(yè)無(wú)法做到的原因主要有以下幾方面：

1）水表的壓力損失過(guò)大。串聯(lián)數(shù)量過(guò)多很有可能使后面串聯(lián)的幾只水表的水壓小于檢定規(guī)程的規(guī)定；

2）如果提高水壓，串聯(lián)的第一只水表會(huì)因?yàn)樗畨哼^(guò)高而將水表進(jìn)口的過(guò)濾網(wǎng)沖破，損壞水表；

3）檢定水壓過(guò)大，對(duì)水表檢定數(shù)據(jù)造成影響。

在進(jìn)一步調(diào)研市場(chǎng)后，選定某廠制造的20表位啟停容積法攝像頭自動(dòng)讀數(shù)檢定裝置，其原理圖見(jiàn)圖1。要克服以上幾個(gè)方面的難題，采用以下兩個(gè)方法對(duì)檢定裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)：

1）串聯(lián)數(shù)量增多，一定程度上要增大進(jìn)口壓力，因此選擇合適的水泵才能保證水壓和常用流量。根據(jù)水泵的特性曲線，選用了威樂(lè)MVI1608型水泵；

2）為避免進(jìn)口水壓瞬間過(guò)大，安裝了緩沖裝置。

2.1 水壓

JJG 162-2009中的通用技術(shù)要求規(guī)定：作為額定工作條件的水壓范圍在0.03 MPa～MAP（最大允許壓力），MAP至少為1 MPa（除了標(biāo)稱(chēng)口徑DN不小于500 mm的水表為0.6 MPa外）。為了研究串聯(lián)過(guò)程中每只水表的壓損和通過(guò)水表的水壓，在每一個(gè)水表位依次裝上精密壓力表（水表位如圖2所示），觀察三個(gè)流量點(diǎn)測(cè)試過(guò)程中每一個(gè)表位的水壓。如果水壓在規(guī)定范圍內(nèi)，那么所有通過(guò)水表的水壓均會(huì)滿足要求（進(jìn)口的水壓控制在1 MPa以內(nèi)）。以DN15～DN25水表檢定裝置（設(shè)備編號(hào)1244）為例，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示（穩(wěn)壓罐壓力0.96 MPa，水表口徑：20 mm，量程比R= 80，Q3= 4 000 L/h）。

圖1 裝置原理圖

表1 表位水壓測(cè)定記錄

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，Q2、Q1流量下，壓力表?yè)p失幾乎為零，只有在Q3流量情況下，每只被檢水表的壓損大概為0.045 MPa。在第20表位顯示水壓為0.04 MPa，滿足檢定規(guī)程要求。由此得出結(jié)論：在穩(wěn)壓罐提供出口壓力為0.96 MPa的情況下，對(duì)壓損≤0.45 MPa的被檢水表，檢定裝置可以滿足20只D20水表串聯(lián)檢定的水壓要求，對(duì)于壓損＞0.45 MPa的被檢水表，應(yīng)該減少串聯(lián)數(shù)以滿足水壓要求。

2.2 常用流量Q3

根據(jù)JJG 162-2009的規(guī)定，在首次檢定和后續(xù)檢定時(shí)，每一只水表均應(yīng)在常用流量Q3、分界流量Q2和最小流量Q1三個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行檢定。以D20水表為例，常用流量Q3、分界流量Q2和最小流量Q1分別為4 000 L/h、80 L/h、50 L/h。由于Q2和Q1相對(duì)較小，水壓對(duì)其影響不大，因此重點(diǎn)對(duì)Q3進(jìn)行水壓和流量試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 常用流量Q3測(cè)定記錄

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，串聯(lián)20只水表的情況下，要保證Q3流量達(dá)到4 000 L/h，穩(wěn)壓罐壓力不得小于0.95 MPa。

2.3 檢定水壓對(duì)水表檢定數(shù)據(jù)的影響

由于整套裝置串聯(lián)的水表數(shù)量較多，使用的水壓較高，水壓的高低對(duì)水表的檢定數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生影響呢？為了解決這一疑惑，利用DN15～DN25水表檢定裝置（設(shè)備編號(hào)1243）進(jìn)行檢定實(shí)驗(yàn)。選定1只水表作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將該水表放置于不同的串聯(lián)表位同時(shí)進(jìn)行20只水表檢定，并對(duì)實(shí)驗(yàn)被檢表在不同表位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。

圖2 串聯(lián)水表位排列圖

如圖2所示，將實(shí)驗(yàn)水表分別放置于1、3、5、7、9、11、13、15、17、19檢定表位。因?yàn)槊恐凰砭袎簱p，所以不同表位的水表所承受的壓力是不同的。使用常用流量Q3測(cè)量其示值誤差，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示（實(shí)驗(yàn)條件：環(huán)境溫度29.0 ℃，環(huán)境相對(duì)濕度90.2% RH，水溫24.3 ℃）。

表3 不同表位示值誤差測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上示值誤差測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)水表在不同串聯(lián)表位、不同水壓下，示值誤差沒(méi)有明顯變化?？梢缘贸鼋Y(jié)論，20只水表的串聯(lián)能夠滿足檢定規(guī)程的要求。

2.4 水表示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

環(huán)境條件：溫度5～55 ℃，相對(duì)濕度0～100 %RH；測(cè)量裝置：測(cè)量范圍為0.004～31.5 m3/h的水表檢定裝置；被測(cè)對(duì)象：DN20水表；測(cè)量方法：JJG 162-2009中7.3.3.4規(guī)定的方法。

評(píng)定結(jié)果的使用：對(duì)符合上述條件的測(cè)量結(jié)果，一般可參照使用本不確定度的評(píng)定方法。

2.4.1 測(cè)量模型

式中：E—— 水表的示值誤差，%；

Vi—— 被測(cè)水表的示值，L；

Va—— 測(cè)量時(shí)經(jīng)水表注入標(biāo)準(zhǔn)量器的實(shí)際水量，L

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

根據(jù)測(cè)量模型，被測(cè)水表示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度主要由被測(cè)水表示值和測(cè)量時(shí)經(jīng)水表注入標(biāo)準(zhǔn)量器的實(shí)際水量引入。這里對(duì)編號(hào)為17114056140509的被測(cè)水表在常用流量Q3點(diǎn)、取100 L的用水量進(jìn)行不確定度評(píng)定。被測(cè)水表的示值誤差平均值為-0.67%，標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)際值為100.10 L，水表示值為99.46 L。

1）測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ui

輸入量Vi的不確定度主要由測(cè)量時(shí)被測(cè)水表的示值誤差分散性引起的，采用A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)定。裝置對(duì)被測(cè)表在常用流量Q3下重復(fù)測(cè)量10次，得到被測(cè)表相對(duì)示值誤差為：-0.58%，-0.61%，-0.59%，-0.76%，-0.72%，-0.71%，-0.74%，-0.67%，-0.63%，-0.69%。

ui= 99.46 L×0.059% = 0.059 L

2）水表檢定裝置引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ua

該項(xiàng)不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)量器容積的準(zhǔn)確度引起，由水表檢定裝置引入的不確定度ua1和水體積膨脹影響產(chǎn)生的不確定度ua2組成。

（1）由水表檢定裝置引入的不確定度分量ua1

水表檢定裝置準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)。則實(shí)際體積讀數(shù)Va誤差半寬為0.2%。服從正態(tài)分布，其k= 2，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

（2）水體積膨脹影響引起的不確定度分量ua2

由檢定規(guī)程規(guī)定，一次測(cè)量過(guò)程中水溫變化不得超過(guò)5 ℃。把介質(zhì)溫度視為半寬2.5 ℃的均勻分布，則水體積的變化為

式中：βw—— 水體積膨脹系數(shù)，取2×10-4/℃。

（3）輸入量Va的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ua計(jì)算

兩個(gè)量相互獨(dú)立，則：

2.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度1）靈敏度系數(shù)

2）各不確定度分量匯總

各不確定度分量匯總表見(jiàn)表4。

表4 各不確定度分量匯總表

2.4.4 擴(kuò)展不確定度

2.4.5 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

水表示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為

2.5 裝置能力驗(yàn)證

為了進(jìn)一步證實(shí)該裝置的測(cè)量能力，在對(duì)水表示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定后，采用比對(duì)法對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行驗(yàn)證。方法如下：選取一只較穩(wěn)定的LXS-20S型旋翼式冷水水表（編號(hào)：119235534），分別經(jīng)本所實(shí)驗(yàn)室、上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院、上海市水表強(qiáng)制檢定站進(jìn)行檢定。

本實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果y1ab、測(cè)量不確定度U1ab；上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院的測(cè)量結(jié)果y1；上海市青浦區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所測(cè)量結(jié)果y2；三個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的平均值。以上測(cè)量結(jié)果均采用相對(duì)誤差表示。

能力驗(yàn)證具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 能力驗(yàn)證記錄

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，冷水水表多表式檢定方法是可行的。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，需要以后在允許情況下再進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。

1）因D25水表所需常用流量Q3大于4 000 L/h，為滿足檢定規(guī)程要求，水壓還需提高，因此，從安全方面考慮，可以適當(dāng)減少串聯(lián)數(shù)量。

2）由于標(biāo)準(zhǔn)裝置離泵房的距離稍遠(yuǎn)，使穩(wěn)壓罐出口至裝置的管路較長(zhǎng)，且管路的彎頭較多，使管路的壓損偏大，需要較高的進(jìn)口壓力才能滿足檢定要求。如果縮短管路距離就可以降低壓力，起到節(jié)能降耗的效果。

3）由于水泵在檢定過(guò)程中是長(zhǎng)期開(kāi)啟的，在未進(jìn)行流量檢定時(shí)也是啟動(dòng)狀態(tài)，但它始終處于沒(méi)有流量輸出的“悶打”。長(zhǎng)時(shí)間處于這種狀態(tài)容易引起泵負(fù)載過(guò)高而損壞，建議在穩(wěn)壓罐上引一根細(xì)管到標(biāo)準(zhǔn)裝置的水箱，在非檢定過(guò)程（如更換檢定水表等）中也能保持有流量，防止水泵損壞，延長(zhǎng)水泵使用壽命。

[1]全國(guó)流量容量計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG 162-2009冷水水表檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.

[2]中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院.JJG 164-2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.

[3]全國(guó)法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1001-2011通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2011.

[4]全國(guó)法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF 1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

Multi meter verification method of cold water meters

Fei Ping1，Chen Lan1，Zhu Haidong2
（1.Shanghai Songjiang Institute of Measurement and Quality；2.Shanghai Jinshan Institute of Measurement and Quality）

According to the current lower ef fi cience of veri fi cation device for cold water meters, the experimental research and improved design of the 20 meter veri fi cation device for cold water meters with start stop volume method and automatic reading of testing results by camera are carried out.The in fl uence of water pressure and fl ow rate on the testing results is emphasized.The uncertainty of the testing results of cold water meter’s indication error is evaluated and verificated by the comparison method.The experimental results show that 20 meter improved veri fi cation device for cold water meters with start stop volume method is feasible, and could improve the veri fi cation ef fi cience under the premise of meeting the requirements of JJG 162-2009Cold Water Meter.

cold water meter; multi meter; indication error; veri fi cation method