旋翼式水表误差来源详解

刘明　周海亮　王锡钢

【摘要】水表是用来计量封闭管道中水流量的一种计量器具[1]，普遍应用于居民生活用水和工农业生产用水中，是国家首批重点管理的计量器具。保证其计量准确性是保证供需双方公平贸易、合理结算的根本，也是保障民生的关键，因此了解水表计量误差产生的原因是至关重要的。

【关键词】水表；旋翼式；流量；误差

水表从机械原理来看，主要分为速度式和容积式两种。速度式水表的运动元件由水流运动直接获得动力速度，因此叶轮转动速度与水流速度成正比关系，主要包括螺翼式水表和旋翼式水表；容积式水表也称定量排放式水表，一般采用活塞式结构，由一个已知容积的容室和流体驱动机构组成[2]，例如活塞式水表、旋转圆盘式水表等。容积式水表比速度式水表准确度高，但是对水质要求也高，主要应用于精工企业或试验场所，日常使用较少。鉴于安装条件以及使用环境的限制，旋翼式多流束水表应用最广，也是日常检定最多的水表。本文针对该类水表计量性能超差的情况，从水表结构原理以及检定条件的角度，详细的分析其计量误差的主要来源。

一、水表装配不合理以及器件磨损产生的计量误差

旋翼式多流束水表主要由表壳、表玻璃、密封垫圈、中罩、滤水网、流量计量机构等组成[3]。流量计量机构主要由齿轮盒、叶轮盒、叶轮、顶尖、调节板等组成，作为水表的核心部件，是影响其计量性能以及耐用性的关键，因此水表装配不合理以及使用过程中各零部件的磨损都会对水表计量性能产生很大的影响。

1.定位线或零刻线没对齐带来的误差：旋翼式水表叶轮盒与齿轮盒外壁定位线，若装配时没有对齐会使水流进入葉轮盒的角度偏离初始设计，造成水流冲击叶轮所产生的冲击力发生变化而带来计量误差。另外，指示装置为指针式或指针字轮结合式的水表，装配时所有指针都要对零位，否则当水表流过一定量的水后，会由于零位没对齐造成读数不准或无法正常读数，进而带来计量误差，日常检测中发现很多后续检定的水表都存在此问题。

2.齿轮架上下夹板变形产生的误差：使用过程中的水表在外力作用下或者由于器件材质达不到要求等因素容易引起齿轮架变形，使齿轮转动的阻力增大，造成水表小流量偏慢，使动流量增大，严重时甚至影响常用流量的计量性能。

3.顶尖磨损产生的误差：顶尖安装在水表叶轮盒底部中间，与叶轮轴底部的凹轴承形成点滑动接触，支撑叶轮的转动。水表在长期使用过程中顶尖磨损，一方面增大了顶尖和叶轮轴之间的滑动摩擦力，同时叶轮呈现下沉的状态，其下平面与叶轮盒底部阻尼筋之间的间距减小，二者同时作用的结果是增大了水表的使动流量，使水表小流量时呈现偏慢的状态；另一方面叶轮与齿轮盒底部阻尼筋之间间距增大，减小了大流量时水流对叶轮的阻尼作用，使水表大流量呈现偏快的现象；若磨损严重的话则会使水表所有流量时都偏慢。

4.滤网孔堵塞产生的计量误差：由于我国供水管网一般使用铸铁管、钢管或者水泥管，水中难免会有砂砾、锈蚀、碎屑等杂质，若杂质堵塞滤水网部分网孔甚至叶轮盒进水孔时，会造成水流进入叶轮盒后产生不均匀流速场，通常流速会明显变快，使水表偏快。

二、检定环境及检定装置带来的误差

1.水表检定装置一般有标准表法、容积法、质量法三种方法。实验室水表装置采用静态质量法和标准表法进行检定。当采用质量法检定时，误差主要来源于计时器、换向器换进换出时间差以及电子称本身的不确定度，另外，由于装置的稳压罐压力不稳产生的水流脉动，也会影响计量准确性；当采用标准表法检定时，除计时器不确定度带来的计量误差外，标准流量计工作在非标定状态下时，信号采集、数据处理等过程的通讯不确定度也会造成水表误差[4]。

2.管道同轴度：水表安装在检定台上时，由于夹表器气源不稳可能造成夹表速度不均或松紧程度不合适，影响水表与测量管道之间的同轴度，使水流进入水表时流场出现波动进而引入误差；同时水表安装倾斜还会造成叶轮轴、顶尖、齿轮盒衬孔之间不同轴，增大顶尖与轴承之间的摩擦力从而影响计量性能[5]。

3.测量管道内空气没排净：水表安装到检定装置上，检定前应排出管内空气，以保证水充满测量管道，若管道内空气未排净，因空气可压缩性较大，加压时会使水压出现较大波动，影响水表计数，甚至使水表出现倒转或者自转的现象。

4.水质影响：水表检定装置使用的是循环水，水表后续检定时由于使用环境不同会带有砂砾、塑料屑、锈片等各种杂质，因此循环水使用一段时间后水质会下降，当杂质随水流进入水表时会增大齿轮传动阻力甚至出现卡死的现象，从而使水表偏慢，严重影响测量准确度。

5.密封件变形影响：在水表检定过程中，管道密封件重复使用后会由于夹紧器压力作用产生变形，当变形严重到一定程度后会凸入管道中，其作用类似于阀门半开阻流件或者管道缩径对流场带来的影响，水流通过时速度会明显加快，从而使水表呈现偏快的现象。

6.环境条件变化影响：一次检定过程中气温、水温等因素的不断变化会对水表读数以及标准器的读数产生一定的影响。

7.人为误差：水表大多使用模拟显示装置，不同检定人员对指针位置的辨识力不同，因此读数差异会引入计量误差；另外，操作人员粗心大意误读数据、不按规程操作、检定时间不够等行为，都会带来水表的计量误差。

结语

水表作为国家强制检定的计量器具，广泛应用在居民生活、工农业生产以及贸易结算等各个领域，保证其计量准确性是保障民生的关键。本文根据实际检定工作经验以及所遇到的问题，对旋翼式水表计量误差的可能来源做了详细的分析，为能够准确、高效的完成水表检定工作以及保证其计量准确性提供了借鉴，同时为能够更好的节约水资源做出贡献。

致谢：本论文受到国家质检总局科技计划项目（2014QK186）和天津市质量技术监督局科技计划项目（13-02）资助。

参考文献

[1]JJG 162-2009，冷水水表[S]

[2]李晨，王轶巍.民用水表计量常识.北京：中国计量出版社出版，2011，2-5.

[3]詹志杰.水表[M].北京：中国计量出版社，2008，47-63.

[4]苏彦勋，梁国伟，盛健.流量计量与测试（第二版）.北京：中国计量出版社出版，2007年，348-349.

[5]潘浩，郑军朝等.民用小口径水表计量误差案例研究[J].给水排水，2011，37卷：80-84.