水表安装时的计量误差实验探讨
水表安装时的计量误差实验探讨
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&&&&1 概述
&&&&许多类型的水表主要对上游流动扰动较为敏感，上游流动扰动会引起较大的误差和过早磨损，水表在安装时，为了能消除水力扰动，一个普遍认同的经验法则是水表的上游和下游需要安装直径（D）与水表相同，长度分别为10D和5D的直管段[1]。弯头、T型接头、阀或泵等管件及其所处的位置会引起上、下游扰动，影响非容
&&&&1 概述
&&&&许多类型的水表主要对上游流动扰动较为敏感，上游流动扰动会引起较大的误差和过早磨损，水表在安装时，为了能消除水力扰动，一个普遍认同的经验法则是水表的上游和下游需要安装直径（D）与水表相同，长度分别为10D和5D的直管段[1]。弯头、T型接头、阀或泵等管件及其所处的位置会引起上、下游扰动，影响非容积式水表的精确度。流动会受到两种类型的扰动，即速度剖面畸变和漩涡，两者都会影响水表的精确度[2]。在实际水表安装过程中，由于受限空间的制约（如水表井太小、地方狭窄、分表较多、室内装修等），达不到《GB/T778.2）2007冷水水表第2部分：安装要求》，这种情况据了解在许多城市自来水行业都存在，那么这种达不到直管段要求安装的水表到底产生了多大误差？这种误差是负值还是正值？带着这一问题我们咨询过多名水表计量方面的专家和生产厂家工程技术人员都没有得出一个肯定的结论。但是弄清这一问题对于供水单位或用水户都有很实际的现实意义。
&&&&2 实验的目的与方法
&&&&实验室内模拟各种达不到安装情况，测量水表计量的误差大小和趋势。
&&&&一般情况下达不到只管段要求的常见情形有如下三种：①表前有不能满足直管段要求的L形弯头；②表前有不能满足直管段要求的S形弯头；③表前有不能满足直管段要求的直管变经。我们就取常用的DN20mm、DN40mm两种水表做以下三种实验检定水表在上、下游直管段达不到安装要求时水表的误差：①水表直接安装在L型弯头上（DN20mm与DN40mm两种水表各做一次）；②水表直接安装在S型管道上（DN20mm与DN40mm两种水表各做一次）；③水表直接安装在DN（40&20）mm直管变经上（DN20mm水做一次），检定流量点为常用流量Q3、分界流量Q2、最小流量Q1，L为放水量。
&&&&3 主要仪器设备及材料
&&&&（1）实验中使用水表的技术参数如表1所示。
表1 DN 20mm水表的技术参数
表2 DN 40mm水表的技术参数
表3 DN 20mm（出厂编号H035882）水表按规程检定数据
表4 DN 40mm（出厂编号H003935）水表按规程检定数据
&&&&（2）检定所使用的主要标准计量器具：水表检定装置LBJ15-25，准确度等级&0.2%：LBJ15-50，准确度等级&0.2%。
&&&&（3）实验用其他材料：短管、弯头、三通、闸阀、管箍、管卡、大小头直管变径等。
&&&&（4）试验工作条件：试验流量范围Q1~Q3，环境温度20&C，水温14&C，环境湿度80%RH，水压0.3~0.4（MPa），符合《JJG162-2009冷水水表检定规程》要求的额定工作条件[3]。
&&&&4 实验内容与步骤
&&&&（1）实验一：DN20mm水表前无直管段，直接接L型弯头。
&&&&实验步骤：①如图1所示用DN20mm的管件连接管网，将水表水平的安装在专用的固定台架上；②将所有阀门处于关闭状态，打开进水口进水开关，再缓慢打开进水端球阀，同时打开出水端闸阀，使水进入标准容器，检查管网连接是否紧密，有无漏水。一切正常，排空管网内空气后，关闭进水端球阀[3]；③记录水表初始数值，将标准容器内水排空，将标准容器的放水控制阀关闭；④进行水表有效检定，打开进水端球阀，让水流入标准容器，到达100L（最小流量时，放水量10L）时，关闭进水端球阀，记录实验数据，计算试验水表示值误差；⑤实验完毕，排尽管道内余压，将水表卸下，将标准容器内水放净。
图1 用DN 40mm的管件连接管网
&&&&以上实验在常用流量点Q3、最小流量点Q1各做三次，实际相对误差为-0.69%、-0.83%、-0.98%、-0.89%、-1.08%、-0.89%。
&&&&（2）实验二：DN40mm水表前无直管段，直接接L型弯头。
&&&&实验步骤：如图1所示用DN40mm的管件连接管网，检定时往标准容器中放水到300L（分界流量时，放水量100L）。其余步骤，同实验一。
&&&&以上实验在常用流量点Q3、分界流量点Q2各做三次，实际相对误差为-2.62%、-2.69%、-2.62%、-2.38%、-3.00%、-3.51%。
&&&&（3）实验三：DN20mm水表前无直管段，直接接S弯头。
&&&&实验步骤：将DN20mm的弯头换成DN20mm的S型弯管，如图2所示。其余步骤，同实验一。
图2 用DN 40mm的管件连接管网
&&&&以上实验在常用流量点Q3、最小流量点Q1各做三次，实际相对误差为-0.12%、-1.15%、-1.05%、-0.60%、+0.10%、+1.00%。
&&&&（4）实验四：DN40mm水表前无直管段，直接接S弯头。
&&&&实验步骤：如图2将DN40mm的弯头换成DN40mm的S型弯管，检定时往标准容器中放水到300L（分界流量时，放水量100L）。其余步骤，同实验一。
&&&&以上实验在常用流量点Q3、分界流量点Q2各做3次，实际相对误差为-1.14%、-1.22%、-1.34%、-4.67%、-3.46%、-4.07%。
&&&&（5）实验五：DN20mm水表前无直管段，直接接大小头变径。
&&&&实验步骤：如图3所示管件连接管网。其余步骤，同实验一。
&&&&以上实验在常用流量点Q3、最小流量点Q1各做三次，实际相对误差为-0.37%、-0.29%、-0.30%、+0.30%、+0.20%、-0.30%。
图3 管件连接管网图示3
&&&&5 结论
&&&&实验数据处理与分析如表1~3所示。
表1 被测水表前无直管段，直接接L型弯头
表2 被测水表前无直管段，直接接S型弯头
表3 被测水表前无直管段，直接接大小头变径
&&&&（1）水表安装使用时，在不能满足安装要求（包括前端无直管段、L型、S型弯头和大小头直管变径）。的情况下，水表的各项指示流量（常用流量、分界流量、最小流量）都要比水表在正常检定时的实际流量小，普遍偏负。
&&&&（2）根据实验数据显示，水表口径越大，这种偏差也越大，达不到计量误差要求。由于条件所限没有做大量的多种规格水表的实验，具体偏差程度和分布规律无法得出准确结论。
&&&&（3）实验中还发现，检定常用流量时，虽然流量调节阀不动，但在出水口水压每隔3~4s会出现一个循环的脉动变化，直到检定完成。
&&&&6 建议
&&&&（1）水表在现场安装时，应尽量使前、后端的直管段满足《GB/T778.2）2007冷水水表第2部分：安装要求》中要求的水表上游和下游需要安装直径（D）与水表相同，长度分别为10D和5D的直管段。
&&&&（2）如果实在达不到安装要求非装不可的水表，上游弯头越少越好，或选用带整直器的水表。
&&&&（3）供水单位对少计的水量做到心中有数。
&&&&参考文献：
&&&&[1]GB/T778.2-2007/ISO5.封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表[S].
&&& [2]GB/T778.3-2007/ISO5.封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表[S].
&&& [3]JJG162-2009.冷水水表检定规程[S].
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安装方式对预付费IC卡水表的计量有影响吗?
　　当下，预付费IC卡水表是智慧水务项目中选用率最高的一款水表，智慧水务能通过帮助系统中的各个设备间更有效信息传递来提升整体运行效率进而解决水资源短缺的问题，从而形成良好的水资源运转习性，提高全民节水意识。然而，用户在安装预付费IC卡水表的时候时常简单粗暴不加以细心呵护，其实安装方式对水表的计量有很大的影响，稍不注意就会使得计量不精准。
　　预付费IC卡水表同其他电表、燃气表一样是需要专业人士如安装公司的员工来进行操作的，但也不排除有些企业以及部分家庭自行安装水表。因此，就有这些不专业的操作：表没有装在直线的管道的中间处，水表倾斜安装等。这些问题都会导致水表内部产生异常现象，损坏水表的零部件，从而影响计量。还有一些预付费IC卡水表安装在难以查看的地方，致使不能及时检查水表的正常与否，不能对水表的情况进行了解，为检查工作带来不少问题。
　　除了安装方式对预付费IC卡水表的计量有影响之外，还有水表的选型，供水压力以及水质均对计量精度有影响，用户根据自身要求，合理选择水表。
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浅谈旋转式机械水表对计量的影响
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你可能喜欢水表安装不当影响计量性能的案例分析
来源/作者：中国计量网　　日期：
速度式机械水表作为一种水头损失小、流通量大、结构简单耐用且性价比较高的水流量计量仪表，一直被大量应用于贸易结算中。随着水资源的匮乏和水价的不断上涨，人们对水表的计量要求也越来越重视。人们在选择水表时往往对计量特性考虑得较多，但受某些因素的限制，却往往忽略了保障水表正确计量的安装要求，这不但不能达到水表本身的计量性能，也容易引出不必要的计量纠纷，降低水表的使用寿命，给供需双方带来不必要的经济损失。
例1:过滤器安装不当
某材料厂DN200进水总管上，装有同口径LXL-200水平螺翼式水表一只，近段时期发现，厂内供水压力明显下降，每月水表读数却高于往年同期水平，水费开支大幅度增长。这一现象引起了厂领导的重视，他们仔细检查了总表后的管路、供水设施，没有发现异常，于是在总水表下方约2m处加装了同类型水表一只以作参照，发现两表读数存在很大差距。与此同时，自来水公司也因水表机芯不正常磨损，在一年内连换数只水表，问题仍未解决，供求双方都叫苦不迭。什么原因造成这种情况？后经检定站人员检查，发现水表前的过滤器滤网被管内杂物严重堵塞，且阀门、过滤器、水表直接连在一起。调换了滤网，并在水表与过滤器之间加装了2m左右的直管段后，该现象未再发生。
例2:大口径管道安装小口径水表
某热电有限公司为解决供水量不足的矛盾，经申请供水企业新增设了一条管径为200mm的供水管道，安装型号为LXL-150、A级水平螺翼式水表一只，用于贸易结算。使用后热电公司发现月用水量呈不正常增长，并与厂内同一管道上的同型号水表日差值较大，供需双方在10个月内多次调换进厂水表并送检定机构检定，结论均为合格。后用便携式超声波流量计进行现场比对，测试结果:两只水表计量都呈正偏差，且进厂总水表比厂内自装水表误差高出25.93%，具体如表1所示。
表1 测试结果
检查发现，供水企业为克服“大马拉小车”现象，减少小流量时的水量损失，采用缩径的办法，安装小一挡口径水表，但未采取正确的安装措施，把90°弯管、变径短管、水表直接连接在一起，造成水表计量严重超差。经过在变径管前后加装2m左右与水表同口径直管段的改造后，水表恢复了正常计量。
例3:滤网被杂物部分堵塞
某大楼装有WS-80垂直螺翼式水表一只，用于贸易结算。抄表时用户发现当月用水量与历年同期用水量相比大幅度增加，经检查用水区域管道，未发现漏水现象，即提出了仲裁检定的要求。检定结果为水表严重超差。对水表进行检查发现，水表滤网上吸附着较大一块塑料袋，取出堵塞物后再检定误差明显减小(见表2)。
表2 滤网清理前后的误差结果对比
三、案例分析
以上三例均是因为安装不够规范或因滤网堵塞造成水表计量失准的典型例子。为什么滤网堵塞会引起水表读数增大呢？除了由于障碍物部分堵塞管道流体产生偏流引起速度剖面畸变，改变了水流对水表翼轮冲击轨迹外，还可以从速度式机械水表计量原理及流体在管中流动截面改变时流速发生变化这两方面进行分析。
1.目前，国内仍大量使用的是由一个被水流速度驱动运转的运动元件构成的速度式机械水表，旋翼式水表和螺翼式水表是其中最常用的两种产品，它们的工作原理是:当水以某一流速流经水表时，冲击翼轮旋转，通过齿轮减速传动，在计数器上指示出流过水表的总水量。螺翼式水表的总水量与翼轮旋转数的关系式如下:
式中:Q――总水量；A――水表的标称截面积；r――旋翼螺距；n――翼轮旋转数。
从上式可以看出，当水表定型后，A、r都有一个固定值，是常量，所以总水量与翼轮转数成正比。而翼轮是通过水流速度冲击而旋转的，其单位时间内的转数与流过该截面的水的流速成正比。所以，水表显示的总水量还与流过水表的水流速成正比。
2.根据质量守恒定律，水在管道满管流动时，遵循不可压缩流体定常流动的连续性方程式这一原理，即
u1A1=u2A2=q
式中:A1、A2――同一管道中两个不同的流通截面；u1、u2――同一管道中两个不同的流通截面上的平均流速；q――流过该管道的流量。
上式说明，流体在同一管道中流过各处的流量相等；当管道截面积改变时，流体流过的截面越小，平均流速就越大。
据上述分析，堵塞的滤网使水表进水孔进水截面积减小，相当于缩小了流通管道的截面积，在用户用水量不变的情况下，使通过水表内部的水流速加快，驱动水表翼轮旋转加快，旋转数增加，形成读数高于实际用水量的现象。堵塞越严重，这种现象也越明显。同时，水表的超速运转，再加上滤网堵塞形成的孔口无规律可循，从孔口喷出的水对水表翼轮的冲击呈不均衡性，以及流体受阻后形成的涡流、脉动等一系列复杂的流态变化，在增加水表计量误差的同时，也加剧了水表翼轮的磨损，缩短了水表的使用寿命。
四、结束语
从以上案例可以看出，要保证水表的正确计量，除选用一块合适的准确度较高的水表外，更要重视正确的安装使用方法，两者不可或缺，只有满足水表安装技术规范才能保证其应有的计量准确性。因此，水表在安装和使用中，除了要考虑水表的保护、查表换表的便利、水表流量点的合理选用等方面外，还应注意以下几点:
1.水表在安装过程中，应按水表的技术要求，不能和过滤器、闸阀、弯头、变径管、三通等能引起流态变化的管配件直接连在一起。在水表前后应留有相应的直管段，一般可规定上游不少于10DN，下游不少于5DN(DN为水表的标称口径)，如果不能满足直管段要求，可安装等效的整直器。
2.水表安装之前应对管道进行预冲洗，切实做好管道破裂抢修后的清洗工作。防止麻丝、沙石等杂物进入管道造成水表堵塞，引起水表失准和损坏。
3.滤网堵塞不但会影响水表计量，还会加大管内的水头损失，降低供水压力，因此对过滤器滤网要经常检查和清洗。
4.用户出水口应高于水表，确保水表满管运行，一般水表出口背压应不小于0.03MPa。
5.水表的后续检定工作要投入较大的人力、物力，难度较大，但它仍然是保障水表准确计量的重要手段，要根据国家有关法律法规定期开展周期检定。
6.其他如密封垫圈突入管内、表前阀门没有全部开启、未按水表指示水平或垂直安装等都应加以重视，否则，水表会产生附加的安装误差。【关键词】水表安装
影响计量性能