福建省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

水表檢定裝置可以是啟停容積法、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。水表示值誤差檢定應(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[1]，目前常用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取、攝像頭自動(dòng)讀取、紅外感應(yīng)讀取和脈沖信號(hào)采集讀取。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)讀取方式示值穩(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)讀取在示值的穩(wěn)定性上較差，但對(duì)不同水表檢定的適應(yīng)性較強(qiáng)；而脈沖信號(hào)采集讀取只能針對(duì)少數(shù)脈沖式水表進(jìn)行檢定[2]。本文要介紹的12表位啟停容積法攝像頭自動(dòng)讀取示值冷水水表檢定裝置屬于啟停容積法、攝像頭自動(dòng)讀取示值的。

1 裝置組成及工作原理

該水表檢定裝置由水泵、穩(wěn)壓罐、試驗(yàn)管路、標(biāo)準(zhǔn)量器（浮子流量計(jì)）、標(biāo)準(zhǔn)罐（帶標(biāo)度分度尺）以及水槽組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

裝置的工作原理：按要求將被檢水表安裝到試驗(yàn)管路中，啟動(dòng)液體循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)液體以穩(wěn)定壓力的流量同時(shí)流入被檢水表和標(biāo)準(zhǔn)工作量器時(shí)，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量器至待測(cè)液體以某一穩(wěn)定流速流動(dòng)時(shí)關(guān)閉其底部閥門(mén)并記錄水表當(dāng)前示值；當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)度分度尺某一分度時(shí)再同步記錄水表及標(biāo)準(zhǔn)器相應(yīng)示值。根據(jù)記錄計(jì)算出在檢定時(shí)間內(nèi)流入標(biāo)準(zhǔn)工作量器的液體體積及水表的輸出流量值，從而確定被檢水表的計(jì)量特性。

圖1 水表裝置結(jié)構(gòu)

2 水表檢定裝置存在的問(wèn)題及解決方法

2.1 水表檢定裝置的發(fā)展及存在的問(wèn)題

機(jī)械式水表是目前使用最廣泛的水表類(lèi)別。機(jī)械式水表的誤差檢定有很長(zhǎng)的歷史，其中傳統(tǒng)水表計(jì)量檢測(cè)存在一定的問(wèn)題：1）水表計(jì)量檢測(cè)多數(shù)采用人工檢測(cè)作為基本方法，即通過(guò)人工讀取并比較被測(cè)水表的流量值和標(biāo)準(zhǔn)流量值，實(shí)現(xiàn)水表的計(jì)量檢測(cè)；2）傳統(tǒng)水表檢定裝置自動(dòng)化程度較低，可靠性差，檢定過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)（整個(gè)檢測(cè)須耗時(shí)1 h左右）；3）檢測(cè)過(guò)程中示值讀取、記錄、計(jì)算均需人工完成，易受人為因素影響，引入不確定度分量[3]。

為了解決傳統(tǒng)水表計(jì)量檢測(cè)存在的種種問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外對(duì)此展開(kāi)了一系列的研究。目前主要的檢測(cè)方法是基于機(jī)器視覺(jué)以及圖像采集技術(shù)，利用光電傳感器采集并識(shí)別被測(cè)水表示值，這種檢測(cè)方法自動(dòng)化程度大大提高，但是仍然存在一些弊端，在檢定過(guò)程中檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，工作效率低。

目前使用的12表位啟停容積法攝像頭自動(dòng)讀取示值冷水水表檢定裝置存在的主要問(wèn)題是，在開(kāi)始檢定之前要調(diào)節(jié)攝像頭對(duì)準(zhǔn)被檢水表表盤(pán)并調(diào)焦至清晰，每個(gè)攝像頭調(diào)節(jié)得花費(fèi)幾分鐘的時(shí)間，并且每檢定完一批水表重新安裝另一批時(shí)夾表位置會(huì)有少許變動(dòng)，這樣就需要重新調(diào)焦。另一方面，在檢定過(guò)程中會(huì)由于振動(dòng)使得攝像頭偏離水表而不得不又重新調(diào)整，如此一來(lái)雖然克服了人工讀取示值的弊端，提高了記錄數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)，但攝像頭的調(diào)節(jié)占用了檢定的大部分時(shí)間，使得檢定效率大大降低。

2.2 解決方案

為了解決在檢定過(guò)程中快速定位的問(wèn)題，本文提出一種采用反射鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)光路同軸回歸的反射式激光傳感器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過(guò)固定裝置(可橫向調(diào)節(jié))安裝在水表表盤(pán)上，并可根據(jù)不同水表始動(dòng)元件位置進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)，使傳感器發(fā)射的激光瞄準(zhǔn)始動(dòng)元件邊緣并返回脈沖數(shù)據(jù)。根據(jù)水表的機(jī)械原理，由于葉輪轉(zhuǎn)速與始動(dòng)元件轉(zhuǎn)速成正比，利用傳感器獲取始動(dòng)元件的轉(zhuǎn)速（水表實(shí)物如圖2所示），就可以通過(guò)計(jì)算獲得葉輪的轉(zhuǎn)速，從而可以得到通過(guò)被檢水表的流量。在使用時(shí)，首先根據(jù)始動(dòng)元件與水表中心的距離調(diào)整內(nèi)部傳感器支架的橫向位置，然后旋轉(zhuǎn)傳感器瞄準(zhǔn)裝置使指示方向與中心方向重合，即視為傳感器已經(jīng)瞄準(zhǔn)，開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)[3]。整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)時(shí)間相比攝像頭自動(dòng)檢定裝置大大降低；由人為因素引起的示值誤差也可以減到最小，相應(yīng)的勞動(dòng)強(qiáng)度也大為下降，精度提高。改進(jìn)后的裝置結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖2 水表表盤(pán)

圖3 激光傳感器的光學(xué)原理

圖4 基于激光傳感器快速定位的水表檢定裝置

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械式水表在出廠前以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，都要進(jìn)行誤差檢定和誤差校正。且水表都是大批量生產(chǎn)，可見(jiàn)這種裝置的推廣會(huì)為企業(yè)和法定計(jì)量檢定單位節(jié)省更多的時(shí)間，大大提高檢定/檢測(cè)效率。接下來(lái)需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題是將此方案投入試驗(yàn)、使用。

[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]費(fèi)平，陳嵐，朱海東.冷水水表多表式檢定方法[J].上海計(jì)量測(cè)試，2017（01）：30-33.

[3]李軼凡，孔明.機(jī)械水表計(jì)量誤差檢測(cè)及快速校正裝置[D].中國(guó)計(jì)量學(xué)院，2012.

[4]韓昆.一種智能化水表檢定臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)整流量的方法[J].工業(yè)計(jì)量，2011（S1）：153-153.