浅谈智能水表的计量特性与应用现状

2018-01-26刘平进

中国建材科技 2018年4期

刘平进

（甘肃省计量研究院，甘肃兰州 730070）

1 智能水表概述

智能水表是在传统水表的基础上加入了科技的因素，运用智能化和自动化技术对居民的用水量进行数据计量、统计、传递和交易结算的新型水表。在我国，智能水表的定义可简单概述为：通过特定的传感和信号对水量进行处理，在其中植入精准的计算机算法、各类输入-输出端口或中央执行器，具有测量水量速度、数据通信以及联网等功能的新型电子水表。智能水表的结构主要包括了以下四个部分：一是配合控制器读取信息的线圈；二是计量水量且将信息传送到控制器中的基表；三是保证水表正常开关阀的执行器；四是记录居民的用水量，控制阀门正常开关的控制器，并且把用户用水量等信息呈现在控制器上的液晶显示器上。

2 智能水表的应用现状

2.1 智能水表分类

新型的智能水表充分利用了网络的便捷性和科学性，早已超过了传统意义上的水表，而是一种系统、集成的科技理念。现在的住宅越来越重视私密性，入户抄水表已经不再现实，智能水表恰恰能解决这一问题。因此，智能水表越来越受到住户的喜爱，也为自来水公司提供了很大的便捷性，智能水表的应用范围越来越广泛。依照水费收取的方式、系统功能或者硬件平台来看，智能水表可以分为两类，分别是卡式智能水表系统和远程集中抄表系统。卡式智能水表又可以为分为IC卡水表、代表交换式预付水表、TM卡水表和RT卡水表等。本文对卡式智能水表的研究以IC卡水表为主要对象。

2.2 远程集抄的组成及其技术应用现状

远程集抄的构成主要有三部分：一是基表；二是数据存贮与通讯系统；三是后台软件操作系统。其中基表是指通过传感器精确测量水量并将测量信息转换成电信号的仪表。

基表可以分为两部分，分别为测量机构和传感器。目前，主要的测量依据是测量水表中叶轮通过的水流。由叶轮的旋转频率记录的流量信息由指示器元件显示，包括流动信息的部件，如叶轮、指针和字轮，被称为测量元件。该传感器用于采集测量部件的运动，然后将测量信息转换成电信号的形式。计量元件可以根据经过水流能量的顺序分为初级计量元件和次级计量元件，首先因水流作用而开始运动的元件叫做初级计量元件，对初级计量元件传递的信息加以处理的元件叫做次级计量元件。

现在智能水表常用的传感器主要分为三种，一是主要包括干簧管、霍尔元件的磁敏传感器；二是电感式传感器；三是直读式传感器。磁敏元件由于会降低智能水表的使用寿命以及易受磁干扰而具有一定的局限性。但是磁敏元件价格低廉，受到很多人的喜爱，因此现在的使用范围仍然较广。电感式传感器相比较于磁敏元件抗干扰能力较强，叶轮的阻尼较小而有较广泛的应用。直读式传感器分为两种，分别是光电式和机械式。根据发射机和接收机的相对位置，光电型可分为反射式和计数器式。光电直读是对次级测量元件采集相关信息，以确定字轮的读数。光电直读技术因其传感器元件多、硬件电路复杂、技术要求高而难以批量生产。机械直读受到簧片材料和加工工艺的影响，存在可靠性差、机械阻尼大（水表流量大）、批量生产过程中存在诸多问题等问题。

数据通信一般采用RS485总线和MBUS总线的通信方式。随着现代通信技术的发展，智能水表的通信技术也在不断发展。在后台软件操作系统中，目前的软件在服务模式、收费模式、数据接口等方面不同于管理部门，因此后台软件系统具有个性化和不兼容性的特点。在远程采集的应用中，由于系统管理员单方获取相关数据，如耗水量等，导致双方获取信息的不对称性。虽然在基表和后台处理中存在着各种各样的矛盾，但远程集抄已经建立了管理者和用户之间的实时通信通道，以及实现了社会化、集约化、真实化等现代管理要求的支持作用。因此，水资源管理行为的人性化是不可替代的。

2.3 卡式智能水表系统组成及其技术应用现状

卡式智能水表系统可以从结构的角度分为三部分：一是卡式智能水表，二是读写卡，三是后台处理系统。

卡式智能水表从水费收付的方式看属于“先付费后用水”，可以有效解决收费困难等问题。带有发信装置的水表为卡式智能水表的计量基表，以读写卡为媒介，再加控制系统所组成的一种新型智能水表。读写卡包括IC卡、TM卡等。后台处理系统就是对IC卡、TM卡等读写卡进行信息读、写的操作。卡式智能水表系统实现了用户与管理者之间的沟通，用户可以随时知道自己的用水情况，避免因欠缴水费而停水的情况发生。但是这种沟通存在一定时间上的差异，也就降低了管理者对用户的人性化服务的程度。

3 智能水表的发展方向

3.1 计量性能提升

水表是一种计量工具，首要发展方向便是计量性能。传统机械水表由固定的部件进行计量计数，由于部件磨损，传统水表在使用一定时间后会影响计量的准确性，测量的结果和传统水表的使用寿命都不能让人满意。目前带电子装置的机械水表有着同普通机械水表一样的计量缺陷，即压力损失大，仪表非线性特性校正困难，产品在宽量程低流量区的测量精度不高，必须发展更先进的流量传感技术。因此必须对智能水表做相应地改进，主要包括：提升测量水量的准确度，扩大测量范围、减少大流量测量条件下的压力损失值；在智能水表内置入测量校正系统等，尽量减少误差；应尽量延长水表的使用时间，提高智能水表的质量，降低故障率，在保证质量的前提下还要尽量选用低耗能和高容量电池；选用无阻流件、无运动部件的传感器，以减小压力损失。从而使水表计量更加精准，计量范围更宽，满足小流量测量特性。

3.2 使用功能拓展

在智能水表测量功能的基础上，开发了一些新的功能，满足水务管理用户的预付水费、售水管理、数据远程传输和抄表管理、网络阀门控制和定量控制等功能。随着智能水表相关技术的成熟和应用，由智能水表控制电源电压、拖欠、漏电等的自校验、自校正、自补偿、自校验以及无线通信的功能也将逐步进入应用阶段。

3.3 参与管网测控系统构建

目前，水测量领域的产品已经从单一终端产品发展到网络系统集成产品和整体解决方案，并将硬件产品集成到智能产品的软硬件中。由于物联网技术的应用越来越广泛，供水网络的传感技术、网络通信技术等技术得到了重视。智能水表作为物联网技术感知层的智能终端，在供水管网测控系统中起着重要的作用。现在的社会是信息化的社会，将智能水表与网络连接起来会大大提高智能水表的性能。