智能水表的发展现状及趋势

程海锋 潘乐

【摘要】智能水表相较于传统水表在产品计量性能提升和功能拓展等方面有着明显的优越性。本文简述了智能水表的定义及种类，对几种智能水表的工作原理、特点、应用现状和优缺点进行了概述和分析;针对未来智能水表行业的发展，提出智能水表技术应重点关注提升计量性能、拓展功能和构建智能水表系统等方面;从规范我国智能水表产业健康发展的长远角度出发，指出了完善我国智能水表技术标准体系的重要性。

【关键词】智能水表;机械式水表;电子式水表;计量

【DOI 编码】10.3969/j.issn. 1674-4977.2022.02.016

The Develoμment Status and Trend of Smart Water Meters

CHENG Hai-feng，PAN Le

（Jiangsu Institute of Metrology，Nanjing 210007，China）

Abstract：Compared with traditional water meters，smart water meters have obvious advantages in terms of product measurement performance improvement and function expansion. This article briefly describes the definition and types of smart water meters，and summarizes and analyzes the working principles，characteristics，application status，advantages and disadvantages of several smart water meters. In view of the future development of the smart water meter industry，it is proposed that smart water meter technology should focus on improving metering performance，expanding functions，and building smart water meter systems. From the long-term perspective of standardizing the healthy development of my country's smart water meter industry，it points out the importance of improving my country's smart water meter technical standard system.

Key words：smart water meter;mechanical water meter;electronic water meter;meterage

水表是一种日常用水计量器具，在用水及水资源管理方面有着不可替代的作用。智能水表作为一种以微电子技术、传感技术等为支撑，以信息化管理为依托发展起来的高新技术产品，在产品计量性能提升和功能拓展等方面有着明显的优势。它的应用为水务公司的供水管理提供了便利，解决了用户住宅私密性的问题，成为水务部门和用户建立信息化服务的重要渠道。

1智能水表的定义和分类

智能水表的定义为：以准确的传感与信号处理单元（包括使用广泛的高性能叶轮式或活塞式流量传感机构及机电转换装置）、内置嵌入式计算机系统和算法、各类输入输出接口及（或）电控执行器等为依托，具有或部分具有流量参数检测、数据处理、通信、显示、电控执行器受控及网络接入等功能的全新电子类水表产品[1]。参考水表现行的国家标准，可将智能水表分为带电子装置的机械式水表与电子式水表两大类。

1.1带电子装置的机械式水表

这类水表的特点是基表采用传统的机械式水表，通过在水表上设置机电转换装置，将原水表的机械读数转换成电信号数据，由水表内部装设的信号处理元件或电控阀等机构对数据进行采集、传输和储存，按结算交易方式的要求进行自动或人工控制，实现数据远传通信、预付费、阀控等功能。

1.2电子式水表

所谓电子式水表，就是流量传感部分不含机械运动部件的水表，国外也有称其为固态水表（Solid State Water Meter）[2]，用无机械运动的电磁、超声、射流等原理，具备测量准确度高、范围宽、使用寿命长、压力损失小、长期工作稳定等特性[3]。

目前，已投入应用的智能水表产品主要有在机械式水表上加装电子装置的电子远传水表、电子远传阀控水表、预付费水表以及可带数据远传与阀控功能的超声波水表、电磁水表等。

2智能水表的发展现状

2.1带电子装置的机械式水表

日常应用中比较普遍的带电子装置的机械式水表主要有以下三种。

1）脉冲式远传水表

通过表具持续发出脉冲信号，再由采集器将脉冲信号进行采集、累加、存储，最后将数据上传。因技术较为成熟，应用推广方便，目前国内已普遍采用。

从技术角度而言，脉冲式远传水表有以下问题：脉冲式远传水表发出的信号是脉冲，处理器将脉冲累加成数据，在累加过程中易受到干扰，比如线路通讯中断、断电现象或核心部件的永磁体受到磁干扰导致脉冲信号丢失，都会引起累加过程中断導致数据错误，造成供水公司的利益损失;进行故障排除时，需对水表进行人工抄读后再将表的实际数值重新输入数据采集器进行初始化，维护的工作量大且难以预测，大面积推广时需要足够的人力物力来保障系统的正常运行。

2）直读式远传水表

其工作原理是在水表码盘相应位置装置红外收发光电管、电阻或金属触点，当码盘转至某一刻度时系统供电抄表，由水表自带电子模块完成信号采集、数据处理、存储，并将数据通过通信线路上传至集中器或手持式抄表器，需要时再将所抄数据上传至计算机管理中心。常见的有光电直读式、摄像直读式、触点直读式、计数直读式等类型。

直读式水表最大的特点是：①无源。平时不需供电，只需在抄表瞬间供电，基本无功耗，因此不怕断电断线，工作时可免受机械振动或是磁干扰，增强了运行系统的可靠性。②直读。因为直接读取表盘显示的数据而非累计脉冲数，从理论上讲可以保证水表机械读数与抄表读数一致，避免了用户与供水部门由于数据不一致而导致的矛盾。

直读式水表后期维护无需对集中器进行初始化，减少了维护工作量。但从技术上来说，直读式水表光电转换、编码技术等对制造工艺、装配等工艺要求苛刻，制造成本较高，不利于规模化生产与推广。某些传感器因应用条件的限制，效果也有待进一步考察。

3）预付费水表

预付费水表是在机械式水表的指针或齿轮组某个位置加装传感器（光电管或干簧管等），将机械读数转换为电信号参数进行采集、储存，并通过增加智能模块、智能卡和电控阀等，来实现水表的提示、控制、保护、报警等功能（如用水累积、购水提示、低电压提示、开关阀、磁干扰报警等）[4]。常见的预付费水表有接触式IC卡水表、非接触式射频卡水表等。预付费水表最大的优势是用户需预先缴费，不缴费时可自动断水，有效地提高了供水部门水费的回收且不需要人工抄表收费，减轻了负担。

实践中预付费水表存在以下问题：①长期的使用过程中，由于水中杂质、水垢或锈蚀等影响电控阀性能，导致开关阀困难、不到位等问题，引发用户和供水部门的矛盾。②电控阀功耗较大，电池在长期的使用过程中能否达到要求。③智能卡被盗或被破解后引发的纠纷。

现阶段，有不少远传水表加装控制阀，可远程控制开关阀或对预付费水表增加远传功能，从而方便实现动态管理。

2.2电子式水表

电子式水表的流量传感技术更优异、更先进。与机械运动的水表相比，电子式水表在當前的智能水表中发展较为迅速[5]。它改变了机械式水表出现的误差曲线难以校正的问题以及解决了长期应用中磨损的问题。代表性的产品主要有超声波水表、电磁水表等，目前国内有多家水表生产企业已成功研制并生产该类型产品，逐步提升国内水表市场的占有率，部分已批量出口至国外。

1）超声波水表

超声波水表是通过检测超声波束在水中顺流逆流传播时因速度发生变化而产生的时差，分析处理计算出水流量的一种新式水表。超声波水表的主要特点：测量管内无运动部件，压损小;测量范围宽、具有较好的小流量检测能力;几乎不受水质影响等。

2）电磁水表

电磁水表是利用法拉第电磁感应原理，通过测量水流经测量管时切割由恒定磁场产生的磁感线而产生的感应电动势的强弱来确定被测介质的流速，进而求得流量值。电磁水表具体样式见图1。电磁水表的主要特点：传感器结构简单，测量管内无运动部件，压损较小;无机械磨损，不受被测介质的温度、黏度、密度和水质状况等影响，量程范围宽;无机械惯性，响应快，动态特性好。

电子水表自带电信号输出，克服了计量数据输出转换的问题，在智能化方面相对机械水表有着先天的优势，可更方便地完成数据远传、预付费等功能。但电子水表目前价格偏高，也有易受环境条件干扰（振动、电磁环境等）的局限性。

3智能水表的发展趋势和挑战

3.1智能水表发展趋势

随着现代计量技术、传感技术和信息网络化技术的发展以及社会化需求，智能水表在未来的发展体现在以下方面。

1）计量性能的进一步提升

水表作为一种计量器具，计量性能的提升是其最原始的要求，也是首要关注的重点。电子水表作为在现代水流量传感技术和信号处理技术共同催生的一种新型水表产品，与传统机械式水表的非线性修正难、测量范围较窄、压损大、长期使用后的准确性和可靠性难以令人满意等问题相比，具有测量准确度高、压损小、量程宽、流量特性可修正的特点，单从技术角度而言，其代表了水表产品的发展方向。

2）使用功能的积极拓展

随着智能水表相关技术的发展与应用，在实现预付费用水和自动抄表功能的基础上，水表测量特性的自校自检、关阀控制、无线通信及网络接入等功能也将逐步进入应用。

3）发展智能水表系统

在当今“互联网+”新发展模式下，特别是随着物联网技术的兴起，现在计量用的水表正由单纯的产品向网络化、系统化、集成化的整体发展，水资源计量管理模式也由单纯用水计量逐步向计量、监测、控制等手段的系统化的管理模式发展。智能水表可作为物联网技术感知层的智能终端，通过将获取的数据融入互联网，在平台的支持下完成智能水表的规模化管理，真正实现管网的自动化、信息化与智能化[6]。

3.2智能水表面临的挑战

在智能水表产业蓬勃发展的今天，大多数智能水表虽然可用国家标准GB/T 778《引用冷水水表和热水水表》来确定其主要性能指标，但对于一些新型产品如电磁水表，仍缺乏针对产品特有性能、功能和型式的相关标准，需尽快完善智能水表技术标准体系来指导产业的技术进步和健康发展。同时，智能水表的新技术仍需在实践中进行改进和验证，如电子水表实际应用中如何在降低功耗的前提下保证水表尤其是户用小口径电子水表的计量准确性、可靠性，物联网表在规模化应用中可靠性等都是有待研究的问题。

4结语

水表的应用领域已由传统饮用水计量逐步扩展至饮用冷热水、供热、农田水灌溉、能源计量、工业生产排污及消防等领域。智能水表作为现代化科技产物，其发展必将以计量更加准确、使用寿命更长、功能更丰富为目标。总之，一个以水表计量性能提升、功能丰富和融入互联网应用为标志的“互联网十智能水表”模式将大大丰富智能水表在“智慧供水”乃至“智慧水务”等领域的应用。

【参考文献】

[1]王秀文.智能水表的应用现状及发展趋势[J].数码设计，2017，6（4）：99-101.

[2]姚灵.我国智能水表技术标准体系的研究与构建[J].中国标准化，2013（7）：66-70.

[3]王宗辉，张世豪，姚灵.智能水表技术及发展趋势[J].仪表技术，2014（6）：45-48.

[4]李晓仲，周建军.预付费水表的应用及发展前景分析[J].产业与科技论坛，2014，13（12）：117-118.

[5]郭惠均.智能水表核心技术分析[J].科技创新导报，2012（25）：49+51.

[6]姚灵.“互联网+智能水表2.0”推动水表产业转型升级[J].工业计量，2015，25（6）：26-28.