淡水资源占总水量的2.8%,所以对水资源的监管、用水计量变得尤为重要。水表行业对计量领域的研究一直在持续不断的努力,从以前的普通水表发展到智能水表,当前我国智能水表年产销量1500万台,渗透率约20%,超声水表更低。除了价格因素外还有一个流量突变对计量误差影响的关键问题。
1、超声水表原理简述:
超声水表基本利用时差法进行测量。电子模块的激励电信号传输至换能器,换能器中的陶瓷晶振激励后产生超声波,通过检测超声波声束在水中顺流逆流传播时因速度发生变化而产生的时差,分析处理得出水的流速从而进一步计算出水的流量。
2、流量突变下的计量误差试验:
受水表使用环境限制,超声水表均采用超低功耗设计,使用内置锂电池供电。电池电量有限,模块的激励电信号频率被牵制,从而限制了超声波信号的采集频率,当频率较低,在水流速变化时,对水流速的测量误差将被放大。
下面通过模拟试验来看流量突变时对超声水表测量的影响:
设备精度:0.2%
测试设备:单排串连台
测试样表:DN15超声水表
测试水温:15℃(±0.5℃)
测试水压:0.4MPa(±0.5MPa)
测试流量点:Q3
3、试验分析:
由上表测试误差可以看出,当流量不稳定时会导致测量误差增大。
表中,流量启停周期在5至2秒时,计量误差逐渐递增,误差变化不超过10%,且误差变化方向一致;当流量启停周期小于等于2秒时,计量误差变化方向出现变化,且误差超过10%,最高达到26.19%。
下面通过坐标对激励电信号频率和流速进行分析:
图为t时间内,不同时刻对应激励电信号和管道中的实际流速,激励信号存在周期性,这就导致了测量盲区的存在。当激活时可以计算出测量的水流速度并求平均,然后用平均数去覆盖测量盲区,所以t时间内的实际平均流速和计算平均流速必然存在误差,依据流速得出的流量自然有了误差。
超声水表通过超声波测量,其耐磨损性、环境适应性、量程比均远远优于普通机械水表。但是其抗干扰能力较差,当流速突变,变化频率超出阈值时,计量误差将变得很大,并且毫无规律性。
居民用水,普遍存在水龙头瞬间开启,较短时间后瞬间关闭的情况,在此情况下超声水表的计量误差将变大。提高超声水表的采集频率,同时控制功耗应是一个有效的研究方向。