冰冻蜘蛛迅雷:第五讲 水表的检测设备

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[知识讲座] 第五讲 水表的检测设备
文字信息修改时间:2007-10-20 14:13:03 信息来源: 添加人:詹志杰 [特约嘉宾]
水表的检测设备包括水表检定装置、耐压台、差压计、加速磨损试验装置和通用量具等。智能水表的检测根据其产品结构性能增加相应的检测工具。
第一节 水表检定装置
水表检定装置又称水表试验装置或水表校表台，属液体流量标准装置的一种。水表检定装置的主要组成有标准器(一般为工作量器)、试验管段、夹紧器、瞬时流量指示计、夹表器、换向器(大口径水表装置配用)等。全性能测试型的水表检定装置可以进行水表的示值误差试验、压力损失试验、始动流量试验和密封性试验。
一、水表检定装置分类
1         分类
(1)按标准器形式
水表检定装置可分为容积式、称量式和标准表式。目前我国绝大多数的冷水水表的检定
装置为容积式，少部分用标准表式；而热水水表检定装置考虑到安全性和介质密度变化，采用称量法和标准表法的居多。
(2)按管径覆盖范围
水表检定装置一般划分为DN(15～25)，DN(15～50)，DN(80～200)。与管径覆盖范围配套的装置整体尺寸、标准器和瞬时流量计的配置等有相应的不同，其中DN80以上的装置还需配置换向器。
(3)按用途
一般分为性能测试型、生产校验型和串联校验型。
(4)按功能
分为附加定值装置(到设定水位时自动关闭进水阀)的检定装置，全电脑自动校验型(这同时要求水表有电信号输出，或用适当的传感器读取水表读数，标准器可以是有电信号输出的衡器或工作量器)，双表比对型装置等。
水表检定装置产品常见分类见表5—1。
表5-1  几种常用水表检定装置的情况
规格准确度等级
装置型式
适用口径
压力表温度计
直管段、取压孔
标准器
换向器
流量范围瞬时流量指示计
容积法15～25
0.2级
性能测试型
15
20
25
有
上下游≥15D有取压孔
工作量器 量限配置一般为10，20，50（40），100L
一般无
4～7000 L／h
一般用LZB型－15，25，50三台玻璃转子流量计
生产校验型
15
20
25
有或无
上游≥5D
下游≥2D
无取压孔
工作量器 量限配置一般为10，20，50（40），100L
一般无
4～7000 L／h
一般用LZB型－15，25，50三台玻璃转子流量计
容积法15～50
0.2级
性能测试型
15
20
25
（32）
40
50
有
上下游≥15D有取压孔
工作量器 量限配置一般为10，20，50，300（500）L
一般无
4～30000 L／h
一般用LZB型－15，25，50，80四台玻璃转子流量计
生产校验型
15
20
25
（32）
40
50
有或无
上游≥5D
下游≥2D
无取压孔
工作量器 量限配置一般为10，20，50，300（500）L
一般无
4～30000 L／h
一般用LZB型－15，25，50，80四台玻璃转子流量计
容积法80～200
0.2级
性能测试型
80
100
150
200
有
上下游≥15D有取压孔
工作量器 量限配置一般为200，500，1000，2000，5000（10000）L
有
4～250m3／h
一般用LZB型－80，100，玻璃转子流量计和分流式转子流量计或电磁流量计等
生产校验型
80
100
150
200
有或无
上游≥5D
下游≥2D
无取压孔
工作量器 量限配置一般为200，500，1000，2000，5000（10000）L
有
4～250m3／h
一般用LZB型－80，100，玻璃转子流量计和分流式转子流量计或电磁流量计等
比较法
80～200
80～100
150～200
0.2级、05级
生产校验型
80
100
150
200
有或无
上游≥5D
下游≥2D
无取压孔
标准表选择流量范围匹配的涡轮流量计等，定流量点准确度可达到0.2%
无
标准表显示
容积法15～25
0.2级
串联型
15
20
25
有或无
未明确要求
同容积法
无
同容积法
称量法规格分类同上0.2级
其它分类情况同容积法
电子衡器或其它衡器
其它分类情况同容积法
2  容积法水表检定装置的常见型式
(1)全性能测试型
用于水表全性能测试的检定装置，包括有进水口压力表、温度计、试验段上下游不短于15D(D为水表的公称直径)的直管段、直管段上的取压孔，还有一些将耐压试验用的活塞机构也附加装在这类水表检定装置上，行业里俗称“性能测试型”或“长台位”，适合于水表定型试验单位、水表检定站、水表生产企业检验科室、研究部门用。典型的装置产品示意图见图5—1，实物图见附录C图C．17。

图5—1  水表检定装置示意图
1—  稳压容器;2—装置进水阀；3—试验段;4—流量调节阀;5—瞬时流量指示计；
6—工作量器
(2)生产调校型
用于水表调校的水表检定装置，与前一种装置相比可能省去了压力表、温度计、取压孔，其压力、水温参数在其它位置抄读，上下游直管段也较短(一般只满足上游直管段长度大于5D、下游大于2D的要求)，行业里俗称“生产型”或“短台位”，装置结构紧凑、占地少、操作方便，适合水表生产企业校表车间用。
(3)组合串联型
用于水表成组试验的水表串联检定装置，也是近年来水表生产企业和水表检定站选用的试验装置，主要用于水表小流量点的校验，提高检定和校表的工作效率。行业里简称其为“串联台”。典型的装置产品见图5—2。由于串联式水表检定装置的试验段是紧凑式的，被检水表的上下游直管段长度一般不能满足水表的使用安装要求，所以这类装置一般不适合在水表的较大流量下进行检定工作。串联台的检定结果与所配套的稳压系统有密切的关系，也与被试水表的台位位置有关，但目前尚未能就这种具体的影响给出一个通用的具体的修正方法。一般认为，在用高位水塔进行稳压和供水的条件下使用这种装置进行水表的检定较为可靠。有些企业还配用真空泵来快速排除管道系统内的空气、保证检定结果的可靠。

图5-2 串联式带耐压水表检定装置产品图
（4）带换向器的装置
带换向器的水表检定装置更接近于静态水流量标准装置，一般用于试验口径80mm及以上的大口径水表检定装置，见图5—3。

图5—3  大口径水表检定装置
1—稳压罐；2—液位计；3—出水阀；4—水温计；5—压力表；6、8—转盘；7、9—试验管；10—试验段托架；11—夹紧器；
12—回水管路；13—流量调节阀；14—瞬时流量指示计；15—换向器；16—工作量器
(5)标准表法装置
标准表法水表检定装置，又称比较法水表检定装置。其小口径装置所用的标准表一般为重复性较好并经定点校验修正的同类型水表，有的也用涡轮流量计和腰轮流量计；大口径标准表法装置一般用流量范围和流量点相匹配的流量计，如涡轮流量传感器、电磁流量计等。
标准表法水表检定装置一般用于生产校表和现场检定，其特点是装置紧凑，工作效率高，操作简便，耗水少。标准表法水表检定装置的准确度等级比容积式水表检定装置低一个等级，一般为0．5级。如果能对自动被检水表和标准采取自动信号采集(如光电脉冲采集)或读数的装置，则较容易实现检定的自动化。用于生产校表的标准表法装置可在串联试验管道中的一个台位上安装标准表。现场检定用的标准表法装置一般为便携式，实物如附录C图C．18所示。
二、装置的结构组成
检定水表的方法最基本的是收集法，即将流过水表的水集中到标准容器内读数并计算比较。水表检定装置是根据水表的准确度等级、流量范围和安装特点而设计的专用水流量标准装置。水表检定装置的检定按JJGl64—2000《液体流量标准装置》的要求和规定进行。说明：该规程以静态水流量标准装置为代表规定技术要求和检定方法。
水表检定装置的主要结构组成如下。
1  标准器
容积法水表检定装置的标准器为三等工作量器，准确度在(0．05～0．1)%，一般为缩颈式结构。对工作量器一般可按JJG259—1989《标准金属量器》进行标定或检定。量器采用缩颈式结构是为了提高量器中的水容积的计数分辨率。为增加量器的量限，较多的还采用了葫芦型或隔板型，以减少量器数量和占地面积。较早的还有直筒式水表检定装置，准确度较低为0．5级，装置累积误差限为±0．5％，量器为直筒式，按照检定规程的规定只用于维修校验，但目前一些时间较长的水表生产企业仍保留部分这样的设备用于校表。图5—4为各种标准容器的结构示意图。

图5—4 各种标准容器的结构示意图
标准表法水表检定装置采用准确度较高的标准表，如涡轮流量传感器、电磁流量计等，重复性好的水表也可以做标准表(一般定点标定)。
称量法水表检定装置是用衡器作为标准器。一般的衡器现在可以选用电子衡器。这样的装置有量器少、占地面积小、量限设定范围大、可提高小流量点下的检定效率的优点。电子衡器有电信号输出，有利于实现检定工作自动化。
2  换向器
在水表公称口径大于或等于80mm时，水表检定装置应加装换向器。换向装置一般采用气动阀或电磁阀，试验在水表起止读数时，同步切换水流，使通过水表的流量在试验期间始终恒定在选定的流量值上，防止试验过程中，由于开启和关闭阀门造成流量变化所引起的误、差。换向器的工作过程可见图5—5。对大口径水表检定装置，大部分情况并不安装计时传感器，且在到达水表起始整数位的瞬时就换向。这样A和B两点就是开始切换水流和同步读数的时刻，试验时间为AB所代表的时间长度。说明：对水流量标准装置，计时传感器一般安装在换向器行程的几何中点附近，这样其计时时刻就为A1和B1，试验时间为A1B1长，这是比较合适的。如果A至A2的换进流量变化能抵消B至B2换出流量变化，或者换向过程A至A2，B至B2非常短，则这样换向开启和关闭阀门造成流量变化所引起的误差就小。因此设计和调试时，应使行程差尽量小(一般控制在20ms内)、行程时间尽量短。
换向器一般分开式换向器与闭式换向器。开式换向器一般用适当行程的挡板或导流车装置，承接试验管道出口的水流换向，特点是不与试验管道直接联接，避免换向过程中的冲击振动对试验管道中的仪表产生影响，但体积较大。闭式换向器结构紧凑，一般采用活塞结构，直接与试验管道出口端法兰相连，换向工作时的振动对试验管道有一定影响，可以通过安装扰性接头等措施来减弱这种影响。

图5—5  换向器工作过程
3  瞬时流量指示计
水表检定装置上配用的瞬时流量指示计按国家检定规程和国家标准的要求，其示值误差应小于实际值的土2．5％。水表的流量范围在流量计中是比较宽的。考虑了瞬时流量计的流量范围、组合数量、安装体积的小巧紧凑、价格、指示值的直观性、是否用电源等因素，国内一般采用玻璃转子流量计作为水表检定装置的瞬时流量指示计。
用透明管道的玻璃转子流量计还可以观察水中是否含有气泡。用其它流量计作瞬时流量指示的还应在装置的试验管道系统某个位置安装一透明管或透视窗。
玻璃转子流量计的主要测量元件为垂直安装的锥形玻璃管及在其内部上下浮动的转子 (又称浮子)。转子流量计又称变面积式流量计或恒差压流量计，当水流自下而上流经玻璃转子流量计的锥形玻璃管时，在转子的上下产生差压，当转子上升到与实际流量相对应的高度时，该差压值与转子的重量、浮力相平衡。·当流量增大或减小时，转子就，往上或下移动，其与锥形管之间的环形面积(即流通面积)变大或变小，调整差压值，达到新的平衡。因此，流经转子流量计的流量与转子的高度存在对应关系。转子流量计的准确度由标定装置准确度、读数分辨率、锥形管锥度、介质状态参数等因数决定。对于气体介质的转子流量计，应按流量计进口处的气体温度、压力、介质密度来换算到标准状态下的实际值。对于介质为水的转子流量计，其准确度与水的密度和粘度有关，而水的温度变化会引起这二个参数的变化。不过在许多测量要求不高的场合，省去对转子流量计进口处的温度测量和相应的示值修正，简化了测量工作，也未对实际结果产生影响。
转子流量计的形状可能多种多样，其示值读数要注意一个原则，即应读取转子面积最大处所对应的刻度。图5—6为几种典型的转子形状及读数位置图。

图5—6  转子形状及读数位置
转子流量计的示值误差及准确度一般采用引用误差，即用满量程值误差(％FS)来表示。这类仪表在接近满量程的部分，其实际误差较小、准确度较高，而在量程的较低区域，仪表的实际准确度较低。转子流量计的检定按jjG257—1994《转子流量计检定规程》进行检定。水表检定装置配套使用的玻璃转子流量计是一种专用流量计，其流量点的选取和标定均按各种规格的水表的特性流量点，其误差计算按相对误差进行计算。尽管如此，玻璃转子流量计的准确度等级在低量程部分受分辨力影响增大，加上不对水温因素影响举行修正，因此在全部流量范围和温度范围(水表的介质工作温度范围为0～30℃)达到相对误差在2．5％内的要求是不容易达到的。这样，对水表的始动流量的测量有时并不可靠，所以，水表检定规程规定，可用二等玻璃量器和秒表进行准确的始动流量测试。
说明：如果在水表检定装置上对所安装使用的玻璃转子流量计进行检定或校准时，也同样要考虑这些因素和装置稳压系统所带来的测量不确定度。
大口径水表检定装置所用的大流量瞬时流量指示计还可用分流孔板式玻璃转子流量计、电磁流量计、旋涡流量计等。
4  试验段和夹表器
水表检定装置的试验段是按水表的整体长度和连接方式而设计的。
有些水表检定装置为了更换不同管径试验管道的方便(尤其是口径80mm以上的装置)，在设计制造时，将这些管道全部安置在一个转盘上，通过小电机或手工举行更换。
水表检定装置的夹表器装置一般采用单缸活塞机构，行程长度一般在(50～200)mm,
可采用液动或气动。
5  始动流量试验装置
一般情况下，水表的始动流皇试验可在水表检定装置上利用其玻璃转子流量计进行，由于转子流量计在量程下限的实际相对误差的局限性，也可用二等玻璃量瓶和秒表进行测试。
说明：水表国家标准GB／T778—1996已取消了始动流量试验项目，但国内许多水表生产企业和自来水公司对水表的始动流量指标仍比较关心，在产品质量检验时仍保留对始动流量的测试。
6  压力损失试验装置
压力损失试验装置的组成与省略了标准器的水表检定装置基本相同，所以一般也不做单独的压力损失试验装置。在配置了稳定的供水系统、合适准确度和量程范围的差压计后，压力损失试验就可在水表检定装置上进行。国内使用双波纹差压计较多，准确度为1．0级，量程有40kPa，100kPa，160kPa等，可根据被测水表的压力损失大致范围进行选用。
一些单位在水表检定装置的上下游直管段的取压孔上安装二台压力表，分别读取试验时水表的上游压力和下游压力，继而计算出压力损失值，这种方法不可靠，一是由于水源的压力波动和水表运动产生的压力波动使得要同时读取上下游的压力表值比较困难，二是因为压力表的量程和分辨率达不到测量压力损失的准确度要求。
在水表国家标准GB／T778．3—1996和国家检定规程上，在测量压力损失时，对取压孔相对于被试水表的位置和取压孔的规格尺寸都有具体的规定要求，详见图5—7和5—8。

图5—7  压力损失试验测量段示意图
注：P1和P2表示取压口平面。L≥15DN，L1≥10DN，L2≥5DN。DN水表公称口径

图5-8  水表压损测压孔图
三、管路稳压系统
水表的示值误差应该在流量稳定的条件下进行测量。稳压水源是保证这种稳定的重要条件，国内目前主要用水塔(又称高位水箱)稳压法和容器稳压法。
水塔稳压法，是一种高位恒水头的方法。一定高度和容积的高位水箱可以保证试验所需的压力和流量。水箱一般采用溢流结构，以保持水箱的水面平稳和液位高度的恒定，从而保证供水压力和流量的稳定。图5—9是一种典型的水塔稳压结构示意图。水塔法的优点是水压稳，比较经典，试验时各管道互不干扰，但最大流速较小、相对造价高，在城市中还受到高建筑物的有关限制。

图5—9  水塔稳压结构示意图
1—水池；2—溢流管；—水泵；4—上水管；5—溢流水箱；6—出水阀；7—试验管道；8—被检水表；9—流量调节阀；10—换向器；11，12—工作量器；13，14—底阀
稳压容器法是许多中小企业、检定站等单位采用的稳压型式。图5—10是容器稳压法水表检定装置系统示意图。稳压罐由阻尼结构、罐体、水位管、压力表、进出水管和阀组成。稳压罐下部为进出水，上部为压缩空气。用由水泵或自来水源的水流，经阻尼网和罐体上部的自气部分的缓冲，消除了水流的脉动，从而达到稳压和稳流的效果。稳压罐的设计、制造。

图5-10  容器稳压法水表检定装置系统示意图
1—  稳压容器；2—压力表；3—液位管；4—装置进水阀；5—夹紧器；6—串联试验段；7一流量调节阀，
8—瞬时流量指示计；9—工作量器；10—容器排污阀；11—水泵，12—水池或水箱
使用应注意几点：a)通常工作压力下的气水容积比大体一定，一般为1：2—1：3左右，罐内水面和出水管的距离应大于10倍的出水管直径；b)稳压罐的进出水管的设置应有足够距离，尽可能地防止进水的动能干扰出水压力的稳定；c)若多台水表检定装置合用一只稳压罐合用一只罐，则稳压罐的容积和进水管应足够大，以保证多台装置同时在最大流量下使用时能够达到流量及其稳定性要求，并在各出水口分别设置限流孔板，以消除各装置在操作时所引起的相互间压力干扰，防止和减少由此而造成的误差，在国家质量技术监督局公布的水表生产必备条件中也有这方面的要求；d)多层阻尼孑L的孔径和数量，应尽可能防止直通，这样有利于减小水流动能的冲击干扰；e)罐体的壁厚应保证在工作压力下的安全性，稳压罐总体的设计和安装应考虑便于维修和清洗。
变频设备也可以用于稳压系统，并有节能的效果。通过监测和反馈试验系统中的流量、压力或转速变化，由变频器自动或手工调节供电的频率，使系统的稳压效果达到理想的程度。
第二节  水表耐压试验设备
水表的耐压试验设备通常称为水表耐压台，是用于水压强度试验(又称压力试验)和密封性试验的装置，也是对湿式水表的钢化玻璃和水表外壳的性能检验装置。水表的耐压试验设备主要由夹紧装置、增压机构、压力显示仪表、计时器、控制阀等组成。耐压试验设备有时与水表检定装置(单台式或串联式)合二为一，方便操作，节省试验装置数量和占地面积。
夹表装置分立式和卧式两种，一般采用液压传动。
增压机构是利用液体不易压缩的性质和静压力的传递原理，采用增压活塞缸，为装置提，供试验所需的压力，其工作原理由图5—11所示。增压机构也有用电动泵或手摇泵的。对于小口径水表，由于试验系统本身体积较小，直接用电动试压泵引起的压力脉动较大，不宜使用。

1—增压泵；2—压力表；                   1—增压机构；2—控制阀；
3—试验水表；4—夹紧机构；                3—夹紧四通阀；4—试验水表；
5—电磁阀；6—控制阀                     5—夹紧缸；6—压力表
图5—11  耐压装置结构示意图
试验段端接头一般可换，以适应不同口径和长度的水表。
压力指示仪表一般采用准确度为1级或1．5级、测量范围0～2．5MPa、度盘直径规格在Y100以上的压力表，用来指示试验压力和反映试验系统或被试水表的泄露状况。对高压水表，其管路系统的承压能力和压力表的是量程应达到高压水表公称压力的2倍以上。
计时器用来指示试验时间，一般可用机械秒表或电子秒表。
第三节  水表加速磨损试验装置
水表加速磨损试验装置由供水系统、管道系统和控制系统组成。供水系统由水源、水泵等组成。管道系统由截止阀、夹紧装置、连接管道、温度计、压力表、流量调节阀和瞬时流量指示计等组成。被测水表可采用串联、并联或串并联混合方式。控制系统包括持续时间控制装置、流量止通阀、周期计数器和计时器等，主要为断续流量试验服务，用来记录试验时间、开关阀试验周期数和总的排水量。
对公称流量大于或等于50mm的水表，试验装置只需考虑连续流量试验。对公称口径不大于40mm的水表，试验要进行连续流量试验和断续流量试验。
断续流量试验时，要进行100 000个周期的通水与停水，单个周期的试验过程由图5—12表示。每个周期的通和停由专门的止通阀控制，规程和标准都规定，阀门开启和关闭的时间不得少于1s，以防止产生水锤现象，并尽可能地模拟水表在实际使用过程中的情况。国内一般用电磁阀或电磁气阀较多，部分开闭阀动作过快，不符合要求。

图5—12  断续流量试验过程示意图
断续流量试验的装置在设计和使用时，其试验管路一般设计成双排、且两路的通水和停水交叉进行，这样可以保证流量的稳定、使水泵的工况恒定正常。
大口径水表的加速磨损试验耗水或耗电比较大，考虑到经济性，除了在加速磨损试验装置上试验外，也有在合适的水表使用场所进行安装试验的做法，如安装在供水系统的进水或出水管路上，而总的试验水排放量仍按标准和规程的要求。
第四节  热水水表检定装置
国内在相当长一段时间内无专门型号的使用热水介质的热水水表检定装置，自1998年国内兴起热量表(又称热能表)以来，才开始研究制造或引进相应的热水水表试验装置。北京市计量测试所在国内率先引进德国MEINEIKE公司的设备。图5—13为该套热水水表试验装置的实物图。

图5-13  热水水表检定装置实物图
热水水表检定装置由水池、加热器、水泵、消气装置、试验段、标准流量计、电子衡器、和操作系统所组成，水箱、试验管道和衡器筒都用保温材料覆盖以保证试验水温的稳定和节约能耗。试验管道(15～50)mm，试验流量范围在(0.03～15)m3/h，实际试验温度控制在(30～95)℃范围。
第五节  其它检测设备工具
一、定型鉴定的检测设备
不带电子装置的水表的定型鉴定项目一般为外观检查、压力试验、测量误差试验、压力损失试验和加速磨损试验。所用的设备除了试验管带测压孔的水表检定装置和耐压台外，还需要差压计和水表加速磨损装置。差压计的量程根据水表的技术要求而定，一般有160 kPa、100(适用于压损要求不超过0．1MPa的水表)和40 kPa(适用于压损不超过0．03MPa水平螺翼式水表)，准确度为1．0级。
带电子装置水表(主要是预付费水表类的智能水表、带信号输出和附加装置的水表)的试验设备还需要电参数测试仪表、电控阀试验设备、卡座试验装置、电磁兼容性试验设备、环境试验设备、电压调压器、拉力器、磁性干扰器等。
二、产品质量检验的检测设备
一般来说，水表产品质量检验所需的检测设备与定型鉴定是相同的，但产品质量的监督检查往往有针对性，尤其是对劣质水表所可能偷工减料的部件和环节，需要另外增加一些检测设备，如对零部件材料质量等的分析检测。
三、生产工艺过程的检测设备
生产工艺过程中需对各零部件的加工质量进行验收，对装配质量进行控制。根据水表的生产工艺，需要的检测工具有：通用或专用量具、天平、环规塞规(检查水表接口螺纹和连接接头、接管螺纹)、齿轮跳动仪(检查齿轮加工质量)、叶轮跳动仪、投影仪(检查上下夹板加工质量)、万能工具显微镜、橡胶硬度计(检查密封圈的质量)等。用于测量IC卡水表和抄表系统还需要电参数仪表和相应的软件系统等测试工具。用于整机试验的设备也可用于水表部分相关部件的检测，如检测水表玻璃的耐压台、检测齿轮材料的耐磨性的加速磨损装置、检测装配调校性能的水表检定装置。对磁钢充磁的控制和对材料(水表所用的铜、工程塑料等)的分析还需专门的检测分析设备。
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