張圓明，司徒琛，滕 藤，陳虹坤

（廣州能源檢測(cè)研究院，廣州 511447）

水表是在測(cè)量條件下用于連續(xù)測(cè)量、記錄和顯示流經(jīng)測(cè)量傳感器的水體積的儀表。 進(jìn)出用水單位的水表是供用水雙方貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具，其計(jì)量準(zhǔn)確度是衡量水表質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。 水表的檢定工作是檢查水表計(jì)量準(zhǔn)確性是否合格的基本手段，包括4 個(gè)檢定項(xiàng)目，即外觀、標(biāo)志和封印，電子裝置功能，密封性以及示值誤差[1-4]。 其中示值誤差檢定項(xiàng)目是工作量最大和耗時(shí)最長的檢定項(xiàng)目，主要采用比較法開展，比較流過水表的累計(jì)流量與通過計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的體積量，確定水表的準(zhǔn)確度。 經(jīng)測(cè)算和實(shí)際檢定驗(yàn)證，在傳統(tǒng)人工讀數(shù)水表檢定裝置上DN（15-25）民用水表示值誤差檢定項(xiàng)目的測(cè)量時(shí)長在23.5～43 分鐘之間（包括裝表和流量調(diào)節(jié)時(shí)間）。 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的水表送檢量日益增加，與其檢定能力之間的矛盾日益突出，如何提高其檢定效率尤其是減小示值誤差檢定項(xiàng)目時(shí)長成為亟需解決的問題。

1 現(xiàn)有檢定裝置存在的問題

目前，國內(nèi)大多數(shù)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的水表檢定裝置還未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，主要以手動(dòng)方式或半自動(dòng)方式開展檢定，檢定過程中被檢水表讀數(shù)大多無法自動(dòng)采集，需要人工讀數(shù)、記錄、計(jì)算，原始記錄、證書容易出錯(cuò)，檢定過程耗時(shí)長，檢定能力不足，人力成本高[5]。

提高水表檢定裝置的檢定效率，主要有兩條途徑，一是提高單臺(tái)水表的檢定效率，減少檢定時(shí)長，主要依靠自動(dòng)采集、提升檢定信號(hào)分辨力的方式來實(shí)現(xiàn)[6-10]；二是增加同時(shí)檢定的水表個(gè)數(shù)，即單臺(tái)表的檢定時(shí)長雖然未減少，但是每批次被檢水表量增加。 第一種途徑國內(nèi)外已經(jīng)有較多研究，主要采用圖像識(shí)別或者借助各類傳感器來實(shí)現(xiàn)水表的自動(dòng)讀數(shù)，部分自動(dòng)檢測(cè)方式已成熟并投入市場(chǎng)化應(yīng)用[6-10]；第二種途徑目前主要采用的方式為水表串聯(lián)檢定，本文將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究。

水表示值誤差檢定方法包括啟停法、換向法、流量時(shí)間法。一般檢定最小流量Q1、分界流量Q2、常用流量Q3三個(gè)流量點(diǎn)，比值Q2/Q1為1.6，Q3/Q1≥40[1]。

當(dāng)采用啟停法檢定水表時(shí)，檢定用水量應(yīng)符合的規(guī)定，如表1 所示。 當(dāng)采用其它方法檢定水表時(shí)，檢定用水量應(yīng)確保示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度不大于啟停法的不確定度[1]。

表1 啟停法檢定用水量的規(guī)定Tab.1 Provisions on water usage of verification by start-stop method

一般情況下，在常用流量Q3、分界流量Q2、最小流量Q1三個(gè)流量點(diǎn)檢定時(shí)，檢定標(biāo)度分格或檢定信號(hào)分辨力是相同的；因常用流量比分界流量和最小流量大20 倍以上， 分界流量和最小流量檢定點(diǎn)的檢定時(shí)間比常用流量點(diǎn)的檢定時(shí)間高20 倍以上（在保證檢定時(shí)長大于1 min 的前提下）。因此，要提高水表檢定效率，減少分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)的檢定時(shí)間尤為關(guān)鍵、效果也更顯著。

為提高檢定效率，目前國內(nèi)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)大多采用串聯(lián)式水表檢定裝置，即多個(gè)相同型號(hào)規(guī)格的被測(cè)水表串聯(lián)安裝在裝置測(cè)量段上（確保水表之間無明顯的相互影響）， 檢定示值誤差時(shí)水依次通過各被測(cè)水表和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，通過比較檢定時(shí)段內(nèi)各水表的體積示值和標(biāo)準(zhǔn)器的實(shí)際體積得到被測(cè)水表的示值誤差。 通過串聯(lián)被測(cè)表，雖然單臺(tái)表的名義檢定時(shí)間未減少， 但因同步檢定多臺(tái)水表，每臺(tái)表各流量點(diǎn)的實(shí)際折算檢定時(shí)間都大幅減少。一般而言，串聯(lián)水表的數(shù)量在2～10 臺(tái)之間，因場(chǎng)地空間以及檢定裝置循環(huán)水泵揚(yáng)程的限制，串聯(lián)水表數(shù)量不會(huì)超過10 臺(tái)。 為了進(jìn)一步提高水表檢定的效率，現(xiàn)提出一種串并聯(lián)耦合式多工位水表檢定方法及裝置，在常用流量檢定點(diǎn)采用串聯(lián)式檢定方式，在分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)，采用并聯(lián)式檢定方式。

2 新型檢定裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了一種串并聯(lián)耦合式多工位水表檢定裝置，使用高精度電子秤、標(biāo)準(zhǔn)表作為主標(biāo)準(zhǔn)器自動(dòng)采集流經(jīng)水表的實(shí)際體積，兩類標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)0.2 級(jí)或擴(kuò)展不確定度（k=2）優(yōu)于被測(cè)水表最大允許誤差絕對(duì)值的1/5； 可串并聯(lián)耦合同時(shí)檢定多臺(tái)水表，采用換向法（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用電子秤）、流量時(shí)間法（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用標(biāo)準(zhǔn)表）進(jìn)行檢定。 一次可同時(shí)檢定5～40 臺(tái)同規(guī)格水表，檢定工作科學(xué)、準(zhǔn)確、高效。

檢定裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示， 主要由供水系統(tǒng)（水箱、水泵、穩(wěn)壓容器等），管道系統(tǒng)（工藝管道、測(cè)量段、夾表器等），計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器（標(biāo)準(zhǔn)表（瞬時(shí)流量指示器）、工作量器（電子秤）及換向器等），測(cè)量附屬設(shè)備（密度計(jì)、水溫水壓測(cè)量儀表等）及測(cè)量控制系統(tǒng)組成。檢定裝置有N 路檢測(cè)通道，即N 個(gè)測(cè)量段，1≤N≤4；每個(gè)測(cè)量段串聯(lián)有n 臺(tái)水表，1≤n≤10，大大提高了每批次水表同步檢定的數(shù)量，各檢定機(jī)構(gòu)可根據(jù)自身實(shí)際情況選擇N 和n 的具體數(shù)值。 可串并聯(lián)耦合同時(shí)檢定多臺(tái)相同規(guī)格型號(hào)的水表，即檢定裝置測(cè)量段有多路檢定通道，每個(gè)通道串聯(lián)多臺(tái)被檢水表，每個(gè)通道的水表數(shù)相同使得各通道的阻力損失基本一致；測(cè)控軟件同時(shí)接收電子秤和各通道標(biāo)準(zhǔn)表的采集信號(hào)，計(jì)算出流經(jīng)被測(cè)水表的實(shí)際體積；根據(jù)各通道每個(gè)被檢表的信號(hào)或人工讀數(shù)得到流經(jīng)水表的體積示值，比較兩個(gè)體積值計(jì)算出各被檢水表的示值誤差。 標(biāo)準(zhǔn)表還可作為瞬時(shí)流量指示器實(shí)時(shí)顯示水流量、為測(cè)控軟件評(píng)判流量是否達(dá)到檢定點(diǎn)流量提供依據(jù)。

圖1 串并聯(lián)耦合式多工位水表檢定裝置結(jié)構(gòu)圖（1≤N≤4，1≤n≤10）Fig.1 Structure diagram of series-parallel coupled multi-station water meter verification device（1≤N≤4，1≤n≤10）

在進(jìn)行常用流量點(diǎn)Q3的檢定時(shí)，因循環(huán)水泵流量限制，無法同時(shí)滿足各通道都達(dá)到水表的常用流量，因此通過進(jìn)水閥門的控制對(duì)各通道的水表依次進(jìn)行檢定， 直至完成全部通道常用流量點(diǎn)的檢定；此外水表常用流量點(diǎn)檢定相對(duì)分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)檢定用時(shí)少，各通道水表同時(shí)檢定的意義也不大。 對(duì)各通道水表常用流量點(diǎn)檢定時(shí)，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器可采用電子秤，采用換向法進(jìn)行水表檢定；如果被測(cè)表有檢定信號(hào)輸出并可接收、轉(zhuǎn)化成流經(jīng)水表的體積示值，則計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器也可采用標(biāo)準(zhǔn)表，采用流量時(shí)間法進(jìn)行水表檢定。

在進(jìn)行分界流量點(diǎn)Q2和最小流量點(diǎn)Q1的檢定時(shí)，因2 個(gè)流量只有常用流量的幾十分之一，循環(huán)水泵可同時(shí)滿足各通道的水流量供應(yīng)要求，結(jié)合現(xiàn)代流量調(diào)節(jié)控制技術(shù)的進(jìn)步，可快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)各通道水流量同時(shí)達(dá)到檢定點(diǎn)流量值并保持穩(wěn)定，即分界流量點(diǎn)檢定時(shí)各通道流量值穩(wěn)定在Q2～1.1Q2、最小流量點(diǎn)檢定時(shí)各通道流量值穩(wěn)定在Q1～1.1Q1。因此，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)全部通道的水表進(jìn)行分界流量點(diǎn)（或最小流量點(diǎn)）的檢定，各通道計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用對(duì)應(yīng)通道的標(biāo)準(zhǔn)表，采用流量時(shí)間法進(jìn)行水表檢定。通過增加檢定通道，大大減少了水表分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)的檢定時(shí)間，而這2 個(gè)流量點(diǎn)檢定時(shí)間遠(yuǎn)大于常用流量點(diǎn)的檢定時(shí)間，因此綜合來看大大提高了檢定效率。

3 新型檢定方法

本檢定裝置的典型檢定方法如下：

（1）將水表安裝在檢定裝置測(cè)量管段上。

（2） 進(jìn)行第1 通道水表常用流量點(diǎn)的檢定，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用電子秤， 采用換向法進(jìn)行水表檢定，按照以下程序操作：①打開進(jìn)水閥門1，關(guān)閉其它并聯(lián)的進(jìn)水閥門；②在水表的額定流量范圍內(nèi)通水，排除檢定裝置通道1 表內(nèi)和管道內(nèi)的空氣；③調(diào)節(jié)第1 通道流量到常用流量點(diǎn)流量值（0.9Q3～Q3）并保持穩(wěn)定，并使計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器處于工作等待狀態(tài)；④水表指示裝置處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，讀取水表的讀數(shù)，同步啟動(dòng)換向器，將水流引向收集容器；⑤水表流過規(guī)定的時(shí)間或檢定用水量之后，再在讀取水表讀數(shù)時(shí)同步啟動(dòng)換向器將水流引開；⑥計(jì)算流經(jīng)水表的體積示值，讀取計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的讀數(shù)并計(jì)算流經(jīng)水表的實(shí)際體積（收集容器內(nèi)收集的水的體積就是流經(jīng)水表的實(shí)際體積），比較以上2 個(gè)體積值計(jì)算得到第1通道水表在常用流量檢定點(diǎn)的示值誤差。

（3）參照流程（2）依次完成其它通道水表常用流量點(diǎn)的檢定，直至完成全部通道常用流量點(diǎn)的檢定。

（4） 進(jìn)行全部通道水表分界流量點(diǎn)的檢定，各通道計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用對(duì)應(yīng)通道的標(biāo)準(zhǔn)表，采用流量時(shí)間法進(jìn)行檢定，按照以下程序操作：①打開全部通道的進(jìn)水閥門；②在水表的額定流量范圍內(nèi)通水，排除表內(nèi)和檢定裝置管道內(nèi)的空氣；③調(diào)節(jié)各通道的流量到分界流量點(diǎn)流量值（Q2～1.1Q2）并保持穩(wěn)定，并使各通道標(biāo)準(zhǔn)表處于工作等待狀態(tài)，使各通道水表的檢定信號(hào)處于正常輸出狀態(tài)；④檢定裝置啟動(dòng)測(cè)量指令，使裝置的控制系統(tǒng)同步接收各通道標(biāo)準(zhǔn)表信號(hào)和水表的檢定信號(hào)，當(dāng)無法滿足同步要求時(shí)， 控制系統(tǒng)應(yīng)測(cè)量接收各自信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，以便將各通道測(cè)得的實(shí)際體積按兩個(gè)時(shí)間差異修正到與水表讀數(shù)時(shí)間一致的體積；⑤水表流過規(guī)定的檢定用水量之后檢定裝置啟動(dòng)停止測(cè)量指令，使裝置的控制系統(tǒng)停止接收標(biāo)準(zhǔn)表信號(hào)和水表的檢定信號(hào)，并停止測(cè)量時(shí)間；⑥根據(jù)各通道每個(gè)被檢表的信號(hào)計(jì)算流經(jīng)該表的體積示值，將通道對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)表的流量信號(hào)在各被檢表的檢定起始時(shí)間至檢定終止時(shí)間之間積分，作為流經(jīng)各被檢表的實(shí)際體積，計(jì)算各水表在分界流量檢定點(diǎn)的示值誤差。

（5）進(jìn)行全部通道水表最小流量點(diǎn)的檢定，各通道計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用對(duì)應(yīng)通道的標(biāo)準(zhǔn)表，采用流量時(shí)間法進(jìn)行檢定，檢定時(shí)將各通道的流量調(diào)節(jié)到最小流量點(diǎn)流量值（Q1～1.1Q1）并參照程序（4）進(jìn)行操作。

4 新型檢定裝置的優(yōu)點(diǎn)

本新型水表檢定裝置具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

傳統(tǒng)檢定裝置同時(shí)串聯(lián)檢定水表的數(shù)量在2～10 臺(tái)之間，而本檢定裝置可串并聯(lián)耦合同時(shí)檢定多臺(tái)相同規(guī)格型號(hào)的水表，即檢定裝置測(cè)量段有多路檢定通道、每個(gè)通道串聯(lián)多臺(tái)被檢水表，一次可同時(shí)檢定5～40 臺(tái)同規(guī)格水表，在常用流量檢定點(diǎn)采用串聯(lián)式檢定方式，在分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)采用并聯(lián)式檢定方式，進(jìn)一步提高了檢定效率。

在進(jìn)行分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)的檢定時(shí)，可快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)各通道水流量同時(shí)達(dá)到檢定點(diǎn)流量值并保持穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)全部通道的水表進(jìn)行分界流量點(diǎn)（或最小流量點(diǎn)）的檢定。 通過增加檢定通道，大大減少了水表分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)的檢定時(shí)間，而這2 個(gè)流量點(diǎn)檢定時(shí)間遠(yuǎn)大于常用流量點(diǎn)的檢定時(shí)間，因此綜合來看大大提高了檢定效率。

使用高精度電子秤、標(biāo)準(zhǔn)表作為主標(biāo)準(zhǔn)器自動(dòng)采集流經(jīng)水表的實(shí)際體積，可采用換向法（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用電子秤）、流量時(shí)間法（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用標(biāo)準(zhǔn)表）進(jìn)行檢定，在保證檢定質(zhì)量的同時(shí)增加了檢定的選擇性和便利性。 每個(gè)通道的水表數(shù)相同使得各通道的阻力損失基本一致，標(biāo)準(zhǔn)表還可作為瞬時(shí)流量指示器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流量，保障了檢定點(diǎn)流量快速、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)到位。

傳統(tǒng)檢定裝置可方便、 低成本進(jìn)行多通道改造，每個(gè)通道只需要增加夾表器、進(jìn)水閥門、流量調(diào)節(jié)閥和0.2 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表1 個(gè)， 同時(shí)優(yōu)化一下檢定測(cè)控系統(tǒng)， 使測(cè)控系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)多通道水表進(jìn)行測(cè)量、控制。 因此本裝置簡單、高效、穩(wěn)定、可靠、成本低、易安裝，值得大力推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

綜上，針對(duì)現(xiàn)有水表檢定裝置檢定效率不高的問題，設(shè)計(jì)了一種串并聯(lián)耦合式多工位水表檢定裝置。 使用高精度電子秤、標(biāo)準(zhǔn)表作為主標(biāo)準(zhǔn)器自動(dòng)采集流經(jīng)水表的實(shí)際體積，可采用換向法（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用電子秤）、流量時(shí)間法（計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用標(biāo)準(zhǔn)表）進(jìn)行檢定；可串并聯(lián)耦合同時(shí)檢定多臺(tái)相同規(guī)格型號(hào)的水表，即檢定裝置測(cè)量段有多路檢定通道、每個(gè)通道串聯(lián)多臺(tái)被檢水表，在常用流量檢定點(diǎn)采用串聯(lián)式檢定方式，在分界流量點(diǎn)和最小流量點(diǎn)采用并聯(lián)式檢定方式。 測(cè)控軟件同時(shí)接收電子秤和各通道標(biāo)準(zhǔn)表的采集信號(hào)，計(jì)算出流經(jīng)被測(cè)水表的實(shí)際體積；根據(jù)各通道每個(gè)被檢表的信號(hào)或人工讀數(shù)得到流經(jīng)水表的體積示值，比較兩個(gè)體積值計(jì)算出各被檢水表的示值誤差。一次可同時(shí)檢定5～40臺(tái)同規(guī)格水表，大大提高了檢定效率。