基于特性校正技术的宽量程垂直螺翼式水表的研制

　　0 引言

　　近年来水表技术快速发展，主要体现在流量测量性能的提升和使用功能的拓展等方面。流量测量性能的优劣是由测量范围( 即常用流量 Q3与最小流量 Q1之比) 和最大允许误差等指标决定的。为了保证水表在极宽范围内满足测量准确度要求，传统的叶轮式水表是无能为力的。目前国内大多数机械水表的流量测量范围在R = 50 ～ 250 之间，而国外内置嵌入式计算机系统的叶轮式水表的测量范围比值已经超过了1，000 倍，有的甚至达到了 1，600 倍。

　　当今水表标准覆盖了传统机械水表、带电子装置水表和电子水表等三类。电子水表因流量传感器采用无机械运动结构和信号处理技术，是一种很有发展前景的新型水表，但由于其传感和信号处理技术相对比较复杂，因此需要投入较多的资源进行研究与开发; 带电子装置水表是在原有机械式水表基础上增加机电转换装置和信号处理软硬件构成的另一类新型水表，它可以借助叶轮和活塞式水流量传感器的成熟技术，在较短时间内、用较少投入就可将传统机械水表改造成宽量程或极宽量程的高性能水表，这是目前性价比较高的提升方案。

　　将机械水表改造成带电子装置水表，其叶轮或活塞式流量传感器的测量重复性要高，在检定周期内工作应稳定可靠，并且要有较高的测量灵敏阈( 即有很小的始动流量值) 。

　　1 原理及结构

　　采用计算机流量特性校正技术的宽量程垂直螺翼式水表主要由叶轮式垂直螺翼式水表、旋转量机电转换部件、信号预处理部件、内置嵌入式微计算机部件、电子显示器及无线数据收发模块等构成，其工作原理框图见图1。

　　当管道内水流量通过机械水表叶轮时，叶轮转速就会随水流量大小而改变，且转速快慢与被测流量大小成比例。水表流量测量特性主要由仪表系数决定的，见下式。

式中: K_i为某流量点仪表系数; N_i为相应流量点水表叶轮转速; Qi为某流量点的流量值。

　　理想情况下，整个流量测量范围内水表仪表系数为常数，此时其N - Q 特性为直线，见图2( a) ; 实际情况下水表特性是曲线，即在流量测量范围内的不同流量点上其仪表系数是变化的，见图2( b) 。

　　通常，未经校正的水表特性会导致其误差曲线同步弯曲，因此部分测量值就有可能超出最大允许误差ε 的界限。

　　在水表叶轮上设置机电转传感器，可将叶轮旋转量转换成输出的脉冲量。累积流量 V 与累积脉冲数 M之比称为脉冲当量 k，即单位脉冲所反映的体积量。通过记录累积脉冲数和获得经过实流标定的脉冲当量值，即可求得累积流量，实际用水量V 为: