智能水表技术及其应用

智能水表技术及其应用

摘要：水费是给水企业唯一财政收入，维系着给水企业的正常运营和扩大再生产。因此，不断研究水表计量与收费的发展趋势，搞好水表计量和水费回收工作，提高水表的计量精度，降低产销差率，最大限度地降低企业成本和损失，是给水企业永恒的课题。

关键词水表计量智能

1、计量水表在给水企业中的重要地位

城镇给水企业所使用的各类计量水表是水费回收的依据。水费是给水企业唯一财政收入，维系着给水企业的正常运营和扩大再生产。特别是给水企业进入市场经济，加速资金回笼，提高收费率就显得至关重要，事关企业的生存和良性发展。同时，又是给水企业面向公众服务的主要窗口之一，很大程度上代表和影响着企业的形象。因此，不断研究水表计量与收费的发展趋势，搞好水表计量和水费回收工作，提高水表的计量精度，降低产销差率，最大限度地降低企业成本和损失，是给水企业永恒的课题。

2、计量水表的种类和应用分析

2.1 机械式水表分类

给水企业缴费计量常用的机械式水表分类如下:

2.1.1、按工作原理可分为

－容积式：旋转活塞式水表。

－速度式：可分为旋翼式和螺翼式。

其中，旋翼式水表又可根据计量结构分为多流式和单流式（多流式水表有叶轮盒，并有多个进水孔）。

螺翼式水表又可根据螺翼结构分为垂直螺翼式和水平螺翼式（垂直螺翼式的螺翼回转轴线与水流方向垂直，水平螺翼式的螺翼回转轴线与水流方向平行）。

2.1.2、按水表计数器是否浸在被测水中，可分为：

－干式：水表计数器与被测水隔开，不浸在被测水中，表盘是“干的”。

－湿式：水表计数器浸在被测水中，表盘是“湿的”。

－液封式：介于干式和湿式之间，表盘与玻璃表蒙之间充以特殊液体。

2.1.3、按计数器指示形式，可分为：

－指针式；

－字轮式；

－混合式（指针加字轮式）

2.2 水表的计量精度

2.2.1、容积式

计量精度高，一般可达到国际标准ISO4064的C级或D级。

2.2.2、速度式

计量精度较容积式水表低，一般可达到国际标准IS04064的A级、B级，少数能达到C级。

2.3 应用分析

目前，国内应用的计量器具绝大部分是多流速度、旋翼湿式B级机械水表。该种水表在低流速时的计量精度较低，尤其在滴水情况下，水表基本不计量。水表自身的小流量计量精度问题，使表后发生的滴漏现象易被忽视而造成浪费。给企业带来损失，也是自来水产销差率居高不下的原因之一。

此外，安装在户内的传统的机械式水表，只能依靠人工入户或请用户报数抄表，存在入户扰民问题。从总体上看，水表的计量精度和人工入户抄表都已不能适应给水企业迅速发展和服务的需要。

为了解决不入户抄表，近几年陆续试用了有线/无线智能远传水表出户集中抄表、IC卡等解决方案。

在计量精度方面，一些厂家提出了水表的“滴水计量”问题。能否用“滴水计量”来描述和衡量水表的计量精度，不好评说。

受我国普遍使用的管道材质影响，在我国水表系列型谱中，用于计量自来水的水表一般选用速度式水表，且又大多采用“湿式”水表。在国际先进国家若采用速度式水表也大多采用“湿式”水表。

由于“干式”水表是通过磁性连轴器进行计量，采用一般镀锌管时，管道内产生的微量金属锈蚀物易被吸附到磁性连轴器周围的现象，随着时间的推移，将造成水表计量传导转速的减慢，影响水表的计量精度和使用寿命。故“干式”水表对管道材质的要求较高。因此，选用“干式”水表的首要条件，是确认管道材质在水表的正常使用期内（现行规定为6年），不会影响水表的正确计量。

从水表计量的精度上，选用容积式水表较为理想。但容积式水表对管道材质和水质的要求较高，在入户大量使用镀锌管的条件下，尚不宜推广使用。鉴于速度式、单流湿式机械水表有较好的适应范围，且计量精度可达到C级。尽管投入资金会略高于多流B级水表，但计量精度的提高，带来的产销差率降低，以及促进节水意识所产生的经济和社会效益，远远高于一次性资金投入，故会逐步成为应用主流。

速度式水表分为旋翼式和螺翼式两种类型。这类水表所适用范围：

旋翼式机械水表：流量变化幅度较大的场合，如：住宅、机关、院校、宿舍区等。

螺翼式机械水表：流量较为平稳的场合，如：工业、泵房、蓄水池等。

3、智能水表系统、IC卡水表系统

按照国家有关要求，涉及居民用水计量收费的仪表均需做到“查表到户”。如何充分利用高科技，做到查表“到户，不入户”，是城镇给水企业急需落实的一个课题。近年陆续开发出的远传水表出户集中抄表系统（简称“远传水表系统‘）和IC卡式水表预缴费系统，是解决问题的两大方案。

远传水表系统和预缴费IC卡水表系统是普通机械式水表产品的延伸。不同点在于，远传水表只是通过数据采集，将水表计量的数据通过某种方式传到户外进行抄表，而与水表计量无关。IC卡水表在计量的过程中直接扣除用户存储在表内的水费，涉及水费交易问题，与现行的一些法律有冲突。

3.1 远传水表系统

远传水表系统由远传水表、信号传输通讯（有线或无线）和水表计量数据采集装置等部分组成。从工作原理划分，可分为以下几种类型：

3.1.1、脉冲发讯计数式远传水表

以机械式水表为计量基表，配置无源或有源脉冲发信装置为一体的、可依据基表计数指针旋转位置、主动向水表计量数据采集系统或计量数据采集模块发送计数电脉冲或开关信号的远传水表。

目前，被广泛采用的发信装置大体分为两类：一类是需要供电才能工作的有源发信装置，如霍尔元件、光电元件组成的发信装置。另一类是依靠磁感应动作的无源发信装置，通常采用磁动干簧管开关、机械触点等。

由计数脉冲发讯式远传水表构成的远传水表抄表系统，其核心元件是远传水表脉冲发信装置。发信装置能否准确、可靠地产生计数脉冲，基本决定了远传水表抄表系统计数的可靠性。从计数脉冲发信装置的工作原理而言，采用光电元件和机械触点式组成的发信装置不受外磁场干扰。但由光电元件组成的脉冲发信装置，在湿式水表中易受水质和水中产生气泡的影响，干扰脉冲的准确性，影响远传计数精度。

采用霍尔元件和干簧管组成的发信装置易受外磁场干扰，需加装防磁装置或在系统中增加外磁场干扰判断或识别功能。

这类远传水表的特点是结构简单，价格较低。

3.1.2、智能数字式远传水表

为了克服主动发讯式远传水表输出计数脉冲信号在传输过程中易受外界干扰的弱点，有关单位研制了一体化智能数字式远传水表。该类水表将脉冲发信装置、数据处理器、存储器与水表装为一体，通过总线通讯方式向数据采集系统传送水表计量示数。

但未摆脱计数脉冲发讯水表的不足，结构比较复杂，价格较高，且必须配置电池以保证不漏计数。

3.1.3、卡式远传水表

这类水表既有IC卡式水表的预付费\阀门控制功能，又有远传水表的户外集中抄表功能。可在户外随时了解用户用水和水表的工作情况。

该种形式的卡式水表自身不配置IC卡插口，而是在安装在户外的数据采集装置上设置一个共用IC卡插口，供用户将购得的水量写入自家的水表中。用户也可以通过该共用插口和数据采集装置上的LCD显示屏了解自家的用水情况。

3.1.4、“直读”式远传水表

无论采用哪种脉冲计数方式的远传水表，均无法回避由计数脉冲发信装置自身缺陷引起的固有不足。

近期，一些机构已开发出利用数码盘“孔位”编码或类似条形码编码原理的“带”式编码，通过光电器件直接取得水表计量示数的远传水表。此外，还有利用数码摄像技术，直接摄取水表计量示数，和利用电阻编码的“直读”式远传水表。”直读”式远传水表的成功开发，基本解决了计数式远传水表多年困扰给水企业在试用计数脉冲远传水表方面的一系列难题。

3.1.

4.1码盘“直读”式远传水表

码盘“直读”式远传水表已有两种技术方案。其中，“孔位”编码的方法是在水表计数码盘上设置位置不同的数据代码孔，利用发光管和光敏管读取代码孔的位置，再通过代码运算，将其转换成水表的计量示数。而后者，则是在水表计数码盘的周边设计代表水表示数的“带”码，通过发光管的发光/反射，读出水表计量示数的“带”码，再转换成数字。

为了解决读数码轮在机械进位过程中的盲区问题，一是需要对每一位码轮进行精确加工，使齿轮之间必须紧密咬合，不允许存在框量。二是采取具有监督和纠错能力的特殊编码，保证读出数据的100%准确性。

3.1.

4.2数码摄像“直读”式远传水表

利用数码摄像镜头，对水表基表的码盘示数拍照，再将照片中的水表示数转换为数字。数码摄像”直读”式远传水表存在两个问题，一是图像的尺寸较大，传输和存储都需要占用较大的空间，若将图/数转换电路设计在水表侧，虽能解决尺寸问题，但对于居民户表需要较大的成本。因此。目前仅见到在后台统一进行图/数转换的系统。第二，是图/数转换的识别率尚未很好的得到解决。这个问题不能彻底解决的话，即使存在1%差错，也难使用。

3.1.

4.3电阻编码”直读”式远传水表

利用不同的电阻值代表0～9个数位，制成了电阻编码“直读”式远传水表。一种是在指针式表盘底面制作对应电路，将每位指针的位移转换为对应的电阻值，读表时再将电阻值转换为水表示数。另一种是与码盘字轮同轴固定安装的电阻编码码盘，电阻编码码盘将码盘转动的位移转换为对应的电阻值。

直读式远传水表的最大特点，是只有在抄表的瞬间才需要电源，摆脱了脉冲计数远传水表离开电源便无法工作的难题。

除摄像方式外，其它几种类型的“直读”方式，因读取水表示数的电子线路与字轮或指针不可分离，故在制成湿式远传水表时，必须采用液封技术，将电路部分安装在与自来水隔离的液封盒内，液封盒内充满蒸馏水加甘油混合的绝缘液体。因此，必须解决液封长期工作不漏液问题。

3.2 远传水表的通讯

常用的远传水表通讯方式有有线、电力载波和无线几种类型。

有线通讯技术比较成熟，可靠性高。但在旧建筑物的水表改造工程中，施工有一定难度。低压电力线载波通讯是借用低压电力线传输水表信息，是一种极有市场前景的数据远传通讯技术。但由于需要借用居民住宅内的AC220V电源线，需要事先做好工作。无线远传水表具有无须布线、安装简便等优点，但需要配置足够容量的电池来维持长期正常工作。在钢混结构高层住宅楼和已被各类电器噪声污染较重的场合不宜采用无线抄表系统。

采用哪种远传方式需要依据当地的实际情况和经济实力确定。

3.3 远传水表的抄表方式

采用远传水表系统后，抄表环节是衔接水表数据采集系统和自来水水费缴费账务处理系统之间的桥梁。

远传水表集抄系统的抄表方式，可以采用CPU卡、手持式抄表器（POS机）、便携电脑等设备。由抄表人员携带抄表设备，在抄表现场将抄表工具与智能采集器或智能采集终端相连，便可在数秒内自动完成几十甚至几百户的抄表工作。

3.4 远传水表数据自动传输系统的建立

采用人工到现场集中抄表，属于半自动抄表范畴，是一种过渡。长远考虑应利用各种成熟的通讯技术，控制智能采集器或智能采集终端，依据抄表周期自动将用户的消费水量传输到自来水的水费账务处理中心，则可真正实现自来水用户消费计量水表的自动抄表。

3.5 远传水表与IC卡式水表

IC卡式水表也是一种智能水表，与智能远传抄表系统相比，需要用户“先购水，后消费”。虽然也可解决不入户抄表问题，但对实际的用水量不易掌握，给现行的水量统计工作、调度系统的水量预计和水量分配决策工作会带来一些影响。并且由于售水方式的改变，需要对营销管理体系进行改造。

4、智能水表的发展方向

综上所述，两种类型的“智能水表”均能够实现不入户抄表。但在技术方案选择上，远传抄表收费管理系统比IC卡收费管理系统更具有先进性和人性化，比较适合城市供水系统的生产管理。笔者认为，以智能“直读”式远传水表为主，IC卡式水表为辅，逐步做到“查表不入户”，以及推广应用高精度计量水表（达到C级水表精度），促进和提高节水意识，是智能水表的发展方向，在不久的将来必定会占领国内计量水表市场。