第一節(jié) 旋翼式水表
旋翼式水表是速度式水表的一種，是世界上用得最多的水表品種。
在國家標(biāo)準(zhǔn)中，速度式水表的定義為“安裝在封閉管道中，由一個動力元件組成，并由水流速直接使其獲得運動的一種水表”。當(dāng)水流通過水表時，驅(qū)動葉輪(旋翼或螺翼)旋轉(zhuǎn)，而水流的流速與葉輪的轉(zhuǎn)速成正比，因水流驅(qū)動葉輪處噴口的截面積為常數(shù)，故葉輪的轉(zhuǎn)速與流量也成正比。通過葉輪軸上的聯(lián)動部件與計數(shù)機(jī)構(gòu)相連接，使計數(shù)機(jī)構(gòu)累積葉輪(旋翼或螺翼)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而記下通過水表的水量。
一、多流束水表
多流(束)水表：水流通過水表時，有多束(股)水流從葉輪盒四周流人，驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)。這種水表的公稱口徑一般為15mm～150mm。
旋翼多流束式水表由表殼、中罩、表玻璃、密封墊圈、計量機(jī)構(gòu)、計數(shù)機(jī)構(gòu)和濾水網(wǎng)等組成。水流沖擊葉輪后，葉輪開始轉(zhuǎn)動，所轉(zhuǎn)圈數(shù)通過計數(shù)機(jī)構(gòu)累計，記錄顯示通過水表的水量。見圖2-1和2-2。
圖2－l 旋翼多流束水表的結(jié)構(gòu)示意圖
1- 接管；2-連接螺母；3-接管密封墊圈；4-鉛封；5-銅絲；6-銷子；7-O形密封墊圈；
8-葉輪計量機(jī)構(gòu)；9-罩子；10-蓋子；11-罩子襯墊；12-表殼；1-碗狀濾絲網(wǎng)
圖2—2 旋翼多流束水表的結(jié)構(gòu)展開圖
1－表蓋；2－軸銷；3－銅罩；4－罩子襯墊；5－表玻璃；6－O形密封圈；7－計數(shù)器；8－防磁環(huán)；9－中心齒輪，10－齒輪盒；11－墊圈；12－磁鋼座；13－葉輪；14－葉輪盒；15－表殼；16－調(diào)節(jié)螺釘；17－調(diào)節(jié)螺釘墊片；18－調(diào)節(jié)塞；19－濾水網(wǎng)；20－接管墊片；21－接管；22－連接螺母
多流束水表的總體尺寸和連接方式見表2—1。
表2—Ⅱ 旋翼式多流束水表的總體尺寸和連接方式 mm
各部件的作用、所用材料如下：
1 表殼、中罩、表玻璃
表殼、中罩、表玻璃和密封墊圈一起組成一密封體，使表殼內(nèi)被測水不致滲漏至表外。按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水表應(yīng)能承受水壓1.6MPa、持續(xù)15min和水壓2.0MPa、持續(xù)1min的壓力試驗。因此，表殼、中罩和表玻璃均應(yīng)滿足上述要求。
表殼材料一般采用灰鑄鐵(HT l50，見GB 9436—1988)或鑄造鉛黃銅(ZcuZn40Pb2，見GB ll76—1987)。中罩材料一般采用鑄造鉛黃銅(ZcuZn40Pb2，見GB 1176—1987)。表玻璃應(yīng)采用符合JB/T 8480—1996的鋼化玻璃。
2 計量機(jī)構(gòu)
計量機(jī)構(gòu)主要由齒輪盒、葉輪盒、整體葉輪、頂尖、調(diào)節(jié)板等組成，見圖2—3。計量機(jī)構(gòu)是水表的“心臟”，它對水表的計量性能和耐用性起著關(guān)鍵的作用。
圖2—3 旋翼式水表計量機(jī)構(gòu)圖
1-齒輪盒：2-整體葉輪；3-葉輪盒；4-頂尖，5-調(diào)節(jié)板
(1)齒輪盒
計數(shù)器置于齒輪盒中，與齒輪盒上部的內(nèi)孔相配合。齒輪盒下部有一凸臺，與葉輪盒相配合。齒輪盒在旋翼多流水表的機(jī)芯中，起著承下啟上的作用。為此，要求齒輪盒上部內(nèi)孔與下部凸臺間應(yīng)有良好的同軸度。另外，齒輪盒外壁應(yīng)有定位線或底部有定位鍵，以保證與葉輪盒配合時的定位要求，從而確保性能的穩(wěn)定。
旋翼式水表的齒輪盒底部一般均有三條左右的固定筋，其主要作用是，當(dāng)水表在大流量運轉(zhuǎn)時，對葉輪旋轉(zhuǎn)起阻尼作用，以改善水表在大流量區(qū)域的性能曲線。因為當(dāng)很小的流量通過水表時，其流速很低，水流的動能極小，不足以克服葉輪的慣性，故葉輪未轉(zhuǎn)動。待稍加大流速，葉輪雖轉(zhuǎn)動，但不能準(zhǔn)確計量，故最小流量以下的流量范圍水表呈偏慢的現(xiàn)象。此后逐漸加大流速，水表向快的趨勢發(fā)展，如果沒有齒輪盒上的筋加以阻尼，則這種趨勢將會持續(xù)下去，直至偏快10％～15％左右后(與有筋阻尼相比較)，其性能曲線才會趨向平穩(wěn)。
水流從葉輪盒進(jìn)水孔流人后，一方面驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，另一方面水流本身呈螺旋形上升，并從葉輪盒出水孔排出。在小流量時，因水流流速低，葉輪上平面與齒輪盒筋的間隙處的水流呈層流狀態(tài)，水的粘性作用占主要地位，齒輪盒上的筋對葉輪轉(zhuǎn)速無影響。當(dāng)流速大到一定程度時(一般為0.7m／s左右)，間隙處水流從層流過渡到湍流，造成齒輪盒若干條筋的下方產(chǎn)生旋渦，使葉輪轉(zhuǎn)速有所減低。同時，因流速增大，在葉輪盒內(nèi)呈螺旋上升的水流，有一部分沖到齒輪盒筋反射回來，其方向卻與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，故又使葉輪轉(zhuǎn)速降低，使水表不致于出現(xiàn)沒有齒輪盒筋那樣快10％～15％后才使誤差趨向平穩(wěn)的現(xiàn)象。變化示意見圖2—4。
圖2—4 齒輪筋對性能曲線的影響
齒輪盒底部裝有三塊可任意調(diào)節(jié)角度的調(diào)節(jié)板，其作用是通過調(diào)整調(diào)節(jié)板角度，以改變水流從調(diào)節(jié)板反射回來時反作用力的大小，即改變水流對葉輪轉(zhuǎn)速阻尼力的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)大流量區(qū)域誤差的目的。這種調(diào)節(jié)對小流量區(qū)域影響不大。
(2)葉輪盒
葉輪盒是計量機(jī)構(gòu)中最關(guān)鍵的部件。葉輪盒上部內(nèi)孔與齒輪盒下臺肩相配合。在葉輪盒低部中心一般有一螺孔，與頂尖相配合。但有些水表不用螺紋配合，而采取過盈配合，將頂尖用力壓人。葉輪盒上部內(nèi)孔與頂尖應(yīng)具有良好的同軸度。
在葉輪盒四周有兩排斜孔，下排為進(jìn)水孔，上排為出水孔，前者比后者對水表計量特性與壓力損失的影響，更為至關(guān)重要。進(jìn)水孔一般在葉輪盒注塑時一次成型為矩形孔或長方孔。進(jìn)水孔可以均勻分布于葉輪盒的四周，也可在葉輪盒四周呈對稱排列。
葉輪盒底部有若干條筋(一般為3條或6條)，與齒輪盒上的筋作用相仿，主要是對水表在小流量區(qū)域運轉(zhuǎn)時，使水流對葉輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生阻尼。因此，調(diào)整葉輪下平面與葉輪盒筋之間的間隙，將會對小流量區(qū)域的示值誤差產(chǎn)生影響。同時，當(dāng)用水設(shè)備一旦關(guān)閉，水流不再流經(jīng)水表時，由于筋的阻尼作用，能較快地克服葉輪的慣性，使其迅速停止轉(zhuǎn)動，達(dá)到準(zhǔn)確計量的目的。
對于內(nèi)部調(diào)節(jié)式水表而言，在葉輪盒底部有若干個調(diào)節(jié)孔，如LXS-15C～20C水表的葉輪盒底部，均布有三排、每排二只的調(diào)節(jié)孔。調(diào)節(jié)孔有斜孔和直孔兩種，如兩者截面積相同，則后者比前者具有更大的調(diào)節(jié)功能，同時，在誤差調(diào)節(jié)時，直孔比斜孔顯得更敏感，在微量調(diào)節(jié)時比較難掌握。
(3)葉輪
無論是整體葉輪，或是組合葉輪，均要求葉輪上端的軸與下部的葉輪襯套孔(甚至瑪瑙軸承窩)之間，應(yīng)有良好的同軸度。
旋翼式水表所用的葉輪的形狀為直板形。葉輪受到水流沖擊后旋轉(zhuǎn)，與葉輪軸和軸上的中心齒輪同時轉(zhuǎn)動。
對于大多數(shù)水表來說，在常用流量時，水表葉輪的轉(zhuǎn)速，一般在750—900r／min。所以希望葉輪具有較好的動平衡性能，以減少運動副之間的磨損，提高水表使用壽命。
(4)頂尖
頂尖安裝在葉輪盒底部的中心，在葉輪軸的下部，用于支撐葉輪轉(zhuǎn)動。頂尖的最上尖部與葉輪軸的下端凹軸承直接形成點滑動接觸，以便使葉輪轉(zhuǎn)動更加靈敏。除了頂尖頭、軸與螺紋間應(yīng)具有良好的同軸度外，頂尖頭的材質(zhì)應(yīng)具有很高的耐磨性能，一般以特殊配方的硬質(zhì)橡膠棒、聚甲醛等材料較佳。值得注意的是，不能片面追求水表的靈敏度(始動流量值)而將頂尖頭做成很尖。否則，經(jīng)短時間使用，頂尖頭即會磨損，使水表出現(xiàn)大流量區(qū)域變快、最小流量時變慢的情況。這是因為在上述兩種流量下，葉輪旋轉(zhuǎn)時呈下沉狀態(tài)，即葉輪瑪瑙軸承與頂尖頭相接觸，葉輪上平面與齒輪盒筋的間隙增大，水流對葉輪轉(zhuǎn)速的阻尼減小，水表在大流量區(qū)域變快。而小流量時，葉輪下平面與葉輪盒筋的間隙減小，水流對葉輪轉(zhuǎn)速的阻尼增大。同時，頂尖頭的磨損，使葉輪與頂尖的磨擦阻力增大，在兩者的共同作用下，即造成水表在最小流量時變慢和始動流量值增大。如果頂尖頭嚴(yán)重磨損，即使在大流量情況下，其磨擦阻力的影響會達(dá)到或超過水流對葉輪轉(zhuǎn)速阻尼減小的影響，水表在大流量時的誤差又會恢復(fù)到準(zhǔn)確或變慢。
3 計數(shù)機(jī)構(gòu)
計數(shù)機(jī)構(gòu)常稱為計數(shù)器，常見的形式有指針式、字輪式和指針字輪組合式。
(1)指針式計數(shù)機(jī)構(gòu)
指針式計數(shù)機(jī)構(gòu)一般由上夾板、下夾板、托板、齒輪級、標(biāo)度盤、指針、圓指針及螺釘?shù)冉M成。
a．上夾板、下夾板
夾板、下夾板和托板三者(有些產(chǎn)品將下夾板和托板合二為一)組成齒輪架，齒輪組被夾持在其中。上、下夾板上相對應(yīng)序號的軸孔投影，應(yīng)分別重合。齒輪在齒輪架中的上、下竄量應(yīng)保持在0．6—0．8mm之間，若竄量過小，當(dāng)上夾板一旦變形下凸時就會將齒輪上、下夾緊，齒輪組傳動阻力就增大，水表的始動流量和最小流量下的誤差就達(dá)不到要求。上夾板下面中心有一凸臺，其中有一孔與葉輪上端的光軸組成運動副。上夾板中心孔與其外圓(與齒輪盒配合處)要求具有良好的同軸度。
b．齒輪
齒輪組起著變速和計數(shù)作用。公稱口徑15～50mm水表的齒輪組，均由17只齒輪組成。公稱口徑80～150mm旋翼式水表的齒輪組由18個齒輪組成。圖2-5為LXS-15C～25C水表的齒輪排列圖。如圖所示，葉輪軸上的中心齒輪與第一位齒輪相嚙合,齒輪組將葉輪轉(zhuǎn)數(shù)記錄下來，通過指針在度盤上指示出流經(jīng)水表的水量。齒輪組的前三位齒輪為變速齒輪，起變速作用。自第三位(即第一位紅針的)齒輪的主動輪(即小齒)起，直到末位齒輪止，起計數(shù)作用，稱為計數(shù)齒輪，其相鄰的兩指針的齒輪間，其速比均為10:1，由此構(gòu)成連續(xù)十進(jìn)位方式。
齒輪排列展開圖
圖2-5 LXS-15C～25C水表的齒輪排列圖和標(biāo)度盤
1-螺釘；2-圓指針；3-指針；4～10-齒輪；11-標(biāo)度盤；12-上夾板；13-下夾板；14-托板；15-螺釘
不同規(guī)格的水表，在通過等量水體積的情況下，其葉輪與第一位指針的轉(zhuǎn)數(shù)比是不同的。變速齒輪的作用是通過其主、被動輪的齒數(shù)變化，取得不同的速成比而滿足不同規(guī)格水表的需要，從而可最大限度地提高上、下夾板、度盤等零部件的通用化程度。
習(xí)慣上將水表第一位紅指針轉(zhuǎn)一圈與其葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)之比，稱為該水表的減速比i。這一減速比為主動輪齒數(shù)與被動輪齒數(shù)之比。LXS-15C，20C，25C，40C的i值分別為1：29．6，1：22．5，1：15．577，1：35．38，LXS-80。100，150的i值分別為1：100．905、1：61．1819、1：24．716。從這些減速比值，可計算出各種規(guī)格水表在各種流量下的葉輪轉(zhuǎn)速。例如，要計算LXS一15C水表在常用流量(1．5m3／h)下的葉輪每分鐘轉(zhuǎn)速時，可按下式計算：
同理，可得到LXS一20C，25C，40C規(guī)格的水表在常用流量下的葉輪轉(zhuǎn)速為937．5，908．7和589．67r／rain。
c．標(biāo)度盤
標(biāo)度盤的分格，一要滿足檢定時的分辨率要求，二要滿足在水表正常的使用年限內(nèi)水表的顯示數(shù)不返回零。
1m3及其倍數(shù)的指針和度盤用黑色，1m3以下的用紅色。
規(guī)程JJGl62—1985和標(biāo)準(zhǔn)GB／T778—1996規(guī)定：水表最小分度值(水表標(biāo)準(zhǔn)稱為檢定
分格值)應(yīng)滿足檢定時的準(zhǔn)確度不低于o．5％(每一次讀數(shù)允許有不超過1／2最小分度值的允許讀數(shù)誤差)，以及最小流量檢定所需時間不應(yīng)超過1h30min；應(yīng)能在不越過零的情況下記錄下相當(dāng)于在常用流量下工作至少1999h的以立方米表示的用水量體積。
說明：國際建議OIMLR49一l：2000(E) 中的表述為“檢定標(biāo)尺的分格值，應(yīng)足夠小以保證指示裝置的分辨率誤差不大于最小流量Ql下運行l(wèi)h30min的實際體積的0．5％(對2級表)”，這樣的表述更準(zhǔn)確。
LXS-15C～25C水表的標(biāo)度盤如圖。2—6所示。在水表檢定時，要注意最小分格值的讀數(shù)，見圖2—6所示。水表最小位圓標(biāo)度的主分格值為0．0001m‘(或稱0．11)，其間一分為二作為細(xì)分格，則成為檢定分格或最小分度值0．00005 m3。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，為取得較快的讀數(shù)，采取二步內(nèi)插法，即根據(jù)目測，將細(xì)分格再假想插入一條等分中線。如果指針指向小于(或等于)細(xì)分格中的假想中線，則讀取下限分格值，如圖2—6(a)應(yīng)讀作0．00005 m3，如果指針指向大于(或等于)細(xì)分格中的假想中線，則讀取上限分格值，如圖2—6(b)中應(yīng)讀為0．00010m3。
圖2-6 水表標(biāo)度盤讀數(shù)
檢定分格值、檢定用水量、檢定所需時間三者互為聯(lián)系、互相牽制，在水表的檢定分格值設(shè)計、檢定用水量的確定及水表檢定裝置的量器量限設(shè)計時都需考慮。檢定分格值應(yīng)符合表2-2的要求。水表的十進(jìn)位數(shù)應(yīng)符合表2-3的要求。
表2—2 水表的檢定分格值
最小流量qmin／(m3／h) | 檢定分格的最大值／m3 |
0.0226≤qmin<0.0666 | 0.0002 |
0.0666≤qmin<0.133 | 0.0005 |
0.133≤qmin<0.266 | 0.001 |
0.226≤qmin<0.666 | 0.002 |
0.666≤qmin<1.330 | 0.005 |
1.330≤qmin<2.660 | 0.01 |
2.660≤qmin<6.660 | 0.02 |
6.660≤qmin<13.300 | 0.05 |
13.300≤qmin<-26.600 | 0.1 |
26.600≤qmin<66.600 | 0.2 |
66.600≤qmin<133 | 0.5 |
表2-3 水表的十進(jìn)位數(shù)
(2)指針字輪組合式、字輪式
指針字輪組合式計數(shù)機(jī)構(gòu)具有讀數(shù)清晰、抄讀方便等優(yōu)點，越來越多的水表包括E型表、干式水表和液封式水表普遍采用這樣的計數(shù)機(jī)構(gòu)。
國內(nèi)的指針字輪組合式計數(shù)機(jī)構(gòu)一般由3位或4位紅指針與5位字輪組成，其排列示意圖見圖2—7。對于公稱口徑15～25mm的水表，其第一位字輪的分格值為0.1 m3，數(shù)字顏色為紅色，其后等于或大于1m3的四個字輪上的數(shù)字均為黑色。有些企業(yè)生產(chǎn)的這種計數(shù)機(jī)構(gòu)，將字輪組置于字輪匣中，字輪匣的四周和底部與被測水隔開，僅在上夾板上開有供讀數(shù)的狹長的5個“窗孔”，避免字輪被水中的一些雜質(zhì)卡死或影響抄讀的缺陷。
字輪的進(jìn)位是在相鄰低位數(shù)字輪上的數(shù)字自9轉(zhuǎn)至0時完成的。
字輪式計數(shù)機(jī)構(gòu)除了指示始動流量用星形指針外，其余讀數(shù)位均用字輪。
圖2—7 指針字輪組合式計數(shù)機(jī)構(gòu)排列圖
1-標(biāo)度盤；2-圓指針；3-(紅色)；4～11-齒輪；12-蝸桿齒輪；13-標(biāo)牌；14-上夾板；
15-字輪軸；16-F夾板；1-十牙輪；18-頭位字輪；19-中間字輪；20-四八牙輪；21-牙輪軸
4 濾水網(wǎng)
國內(nèi)自來水質(zhì)近年來明顯提高，但部分管線難免還存在銹垢、麻絲、鐵屑及砂礫等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)隨著水流最終來到水表進(jìn)口處。為防止雜質(zhì)進(jìn)入水表機(jī)芯，造成水表故障，故在水表進(jìn)口端均裝有濾水網(wǎng)。常用的為碗狀濾水網(wǎng)，安置在葉輪盒的外面，這種結(jié)構(gòu)容垢能力較大，且即使堵塞一部分網(wǎng)孔后對計量能力也影響較小；另一種為筒狀濾水網(wǎng)，安置于水表表殼的進(jìn)水一方，效果比碗狀濾水網(wǎng)差。
二、單流束水表
單流(束)水表：水流通過水表時，僅有一束(股)水流驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)。單流水表的公稱口徑一般為15(或者13)～25mm，體積較小，誤差調(diào)節(jié)裝置放置在外部。
旋翼單流濕式水表主要由表殼、中罩、表玻璃、密封墊圈、葉輪、下頂尖、計數(shù)機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)板和濾水網(wǎng)等組成。結(jié)構(gòu)示意如圖2—8。
圖2-8 單流水表結(jié)構(gòu)示意圖
1-接管；2-連接螺母，3-密封圈，4-夾緊圈；5-壓緊圈；6-計數(shù)器；7-防磁環(huán)；8-傳動齒輪組件；9-蓋；10-墊圈；11-O形密封圈；12-鎖緊螺釘；13-螺母；14-鉛封；15-銅絲；16-濾水網(wǎng)，17-齒輪盒組件；18-調(diào)節(jié)片；19-開槽盤頭螺釘；20-頂尖；21-葉輪組件；22-表殼；23-齒輪盒蓋
旋翼單流水表在所有水表品種中，屬于結(jié)構(gòu)最簡單、體積最小、重量最輕、成本最低的一種。旋翼單流水表主要零部件的要求與作用，大致與旋翼多流濕式水表相同。以下為一些不同之處：
1 表殼
單流束水表與多流束水表相比，少了齒輪盒和葉輪盒，其中某些功能就由表殼承擔(dān)。如表殼上部內(nèi)孔與計數(shù)器相配合，取代了齒輪盒的部分功能。表殼的進(jìn)出水孔和其內(nèi)孔中心螺孔，取代了葉輪盒的功能。因此，單流水表表殼的加工精度要求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多流水表。如應(yīng)具備較高精度的進(jìn)、出水孔的孔徑、粗糙度及其切線半徑。表殼上部臺肩與中心螺孔應(yīng)保持較高的同軸度。如無高精度多工位的專用機(jī)床，很難達(dá)到這些要求和取得高的生產(chǎn)效率。
2 調(diào)節(jié)板
單流水表只有內(nèi)調(diào)式而無外調(diào)式，其誤差調(diào)節(jié)是通過改變計數(shù)器下方的三塊調(diào)節(jié)板的角度來達(dá)到的，其調(diào)節(jié)原理與LXS一80～150旋翼多流束水表中的上調(diào)節(jié)板相似。
3 濾水網(wǎng)
單流水表的濾水網(wǎng)是一片呈球面的薄片，其上有許多小孔。濾水網(wǎng)置于表殼進(jìn)口端，以阻攔水中雜質(zhì)通過。但受表殼進(jìn)水端通徑的限制，濾水網(wǎng)的孔的總面積難以達(dá)到設(shè)計要求的水表公稱口徑面積的1.5倍。因此，當(dāng)單流水表稍有水中的雜質(zhì)堵塞網(wǎng)孔時，在同等流量條件下，通過濾水網(wǎng)并驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)的水流速大于未堵前的水流速，從而使葉輪轉(zhuǎn)速提高，造成水表變快。所以，單流水表對水質(zhì)和流場的要求較高。
4 下頂尖
單流束水表僅一股水流驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，所以當(dāng)葉輪以較高速度旋轉(zhuǎn)時，始終受到一個垂直于水流切線方向的推力，使頂尖造成單邊磨損。為此，要求下頂尖采用較耐磨的材料制造。
三、干式水表
干式水表因其計數(shù)機(jī)構(gòu)與被測水隔絕，故不受水中懸浮雜質(zhì)的影響，確保計數(shù)機(jī)構(gòu)的正常工作和讀數(shù)的清晰，同時也不會像濕式水表那樣，因表內(nèi)外溫差而造成玻璃下方起霧或凝結(jié)水珠等影響水表抄讀的現(xiàn)象。
旋翼多流干式水表的誤差調(diào)節(jié)裝置一般為外調(diào)型式，其外形尺寸及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與同規(guī)格的濕式水表基本相似，許多零部件也能互相通用。
干式水表與濕式水表的最大區(qū)別在于計量機(jī)構(gòu)。見圖2-9。其葉輪與中心齒輪相分離，葉輪上端由磁性元件(磁環(huán)或柱狀磁鋼)與中心齒輪下端的磁性元件相耦合。當(dāng)水流推動葉輪旋轉(zhuǎn)時，通過葉輪上端的磁性元件與中心齒輪下端的磁性元件相吸或相斥，驅(qū)動中心齒輪同步旋轉(zhuǎn)，并由中心傳動計數(shù)器記錄流經(jīng)水表的水量。
圖2-9 干式水表計量機(jī)構(gòu)
1-葉輪盒；2-葉輪組件；3-水表指示機(jī)構(gòu)總成
如上所述，干式水表的計量機(jī)構(gòu)與濕式水表有所不同。
1 干式水表的磁性元件
干式水表磁性材料常用的有鐵氧體和釹鐵硼，磁性元件的結(jié)構(gòu)形狀一般有環(huán)狀磁鋼、柱狀磁鋼和環(huán)狀磁鋼與“冂”形矽鋼片。
2 干式水表的齒輪盒
干式水表的計數(shù)機(jī)構(gòu)是依賴齒輪盒與被測水隔絕，所以齒輪盒底部及四周須能承受力2MPa壓力試驗而不變形。為此，在設(shè)計干式水表時，除了在齒輪盒上、下底部增設(shè)了十余條加強(qiáng)筋外，往往在齒輪盒上底部和內(nèi)壁襯以金屬的碗狀內(nèi)襯，以防其受壓變形。
齒輪盒上、下底部的中心處各有一軸孔，分別與中心齒輪軸與葉輪軸相配合。為了盡量減小運動部件的磨擦阻力，提高始動流量值，一般在上軸孔底部鑲有一粒凹面(或平面)寶石軸承。
干式水表的計數(shù)機(jī)構(gòu)，除了靠齒輪盒四周和底部將其中被測水隔絕外，最好在齒輪盒上部也采取良好的密封措施，以防表外污水流入侵蝕計數(shù)機(jī)構(gòu)。
四、立式水表
在安裝空間狹小的場所，可以安裝立式水表，實物圖見附錄C圖C.3。立式水表的內(nèi)部構(gòu)造與一般旋翼式水表相同，不同之處是立式水表的入水口和出水口在水表的同側(cè)，可以裝在給水管的立柱上。立式水表具有抄表方便、不用保護(hù)盒、節(jié)省安裝費用等優(yōu)點。
五、定量水表
在一些化工生產(chǎn)、玻璃生產(chǎn)、食品加工、建筑混凝土攪拌等過程中，需要定量供水，一種方法是在穩(wěn)定流條件下控制供流時間來實現(xiàn)定量供水，另一種方法就是使用定量水表。定量水表有電氣控制和數(shù)控兩種類型，其基本原理相同，其外形見附錄C圖C.12。定量水表由帶有電氣控制部分的旋翼式水表(或水平螺翼式水表)、電磁閥及定量控制儀三部分組成。
數(shù)控定量水表的原理是，啟動電磁閥后水流通過水表，使葉片感應(yīng)出一系列的脈沖信號。脈沖信號經(jīng)放大、分頻后與定值器所預(yù)置的流量相減，當(dāng)減到零時，經(jīng)過控制器關(guān)閉電磁閥，完成一次定量供水。定量水表一般為工業(yè)用途，其口徑在25mm以上。定量水表的一次供水量根據(jù)水表的口徑和定值器預(yù)置值而定，如公稱口徑25mm水表的一次供水量可以為15～50L，40mm水表的一次供水量可以為60～200L等。因為流量范圍可以定點或較小，定量水表的一次供水量的誤差可以控制在±1％內(nèi)。
六、同軸水表(單接口水表)
同軸水表又稱單接口水表，其水流的進(jìn)口與出口在同一個接口上，其接管是專用接管。
單接口水表是一種可用于多路共管管道輸送供給系統(tǒng)的水表。該產(chǎn)品采用專用接口，與多路共管的供水管組成一個管路系統(tǒng)，單一管路系統(tǒng)內(nèi)部采用多路扇形通道，適用于多層樓房用戶(最多可達(dá)垂直單元8層、8個用戶)的戶外集中安裝的“一戶一表”，見圖2—10。
圖2-10 單接口水表與多路共管系統(tǒng)圖
七、性能特點
1 誤差特性
旋翼式水表的誤差特性用水表的示值誤差E與流量之間的關(guān)系來表示。旋翼式水表的誤差特性曲線見圖2—11。其特征為：在小流量時，誤差急劇偏負(fù)；隨著流量增至分界流量附近，誤差曲線快速向正向移動，并達(dá)到一個峰值；當(dāng)流量繼續(xù)增大時，誤差曲線又向負(fù)方向偏移。
圖2—ll 旋翼式水表誤差特性圖
旋翼式水表的計量等級一般只達(dá)到A級或B級，其對應(yīng)的流量范圍和特性流量點可參看附錄D。
2 壓力損失
旋翼式水表的壓力損失在其過載流量下應(yīng)不超過0.1MPa。不裝過濾器的旋翼式水表的實際壓力損失在(0.040～0.085)MPa范圍內(nèi)。
3 耐壓強(qiáng)度
旋翼式水表應(yīng)能承受水壓1.6MPa、持續(xù)15min和水壓2.OMPa、持續(xù)lmin的壓力試驗。
4 使用壽命和計量性能變化趨勢
水表的使用壽命與產(chǎn)品所采用的結(jié)構(gòu)、材料密切相關(guān)，也受到使用場合的安裝、水質(zhì)好壞的影響。實驗室對使用壽命的試驗情況不完全代表實際使用的場合。
一般說來，水表的外殼不易損壞，可長久使用，容易損壞或磨損的是內(nèi)部機(jī)芯。水表的活動部件(葉輪、葉輪盒組件等)一般用工程塑料ABS材料制造，比較耐磨。水表連續(xù)通水試驗后比較容易損傷的是翼輪軸尖、翼輪軸齒輪和傳動齒輪中的第一個齒輪。
在實驗室中的試驗說明，旋翼式水表在使用了相當(dāng)于10年以上的用水量后，計量性能并無大的失準(zhǔn)(可在土4％內(nèi))，整個誤差特性曲線向下偏移，即在小流量、大流量下水表走字全部變慢。
但對實際用表的情況統(tǒng)計表明，民用小口徑水表多年使用后的情況并沒有那么理想，壽命也沒有那么長，多數(shù)情況是多年使用后的水表在小流量下走慢，而在大流量下卻變快。據(jù)分析，主要原因是水中雜質(zhì)堵塞濾網(wǎng)后形成的單邊沖擊葉輪等效果形成。
說明：干式水表的使用壽命還受到制造企業(yè)所用的磁性材料和工藝的影響。
5 對介質(zhì)、安裝的要求
旋翼多流束水表對水質(zhì)要求和流場要求相對不高，但使用時間久了可能對濕式水表的度盤讀數(shù)清晰度會產(chǎn)生一些影響(干式水表和液封式水表不存在這個問題)。旋翼單流束水表對水質(zhì)要求和流場要求相對較高。
旋翼式水表對水表的流向、安裝方位、讀數(shù)度盤的朝向、表前表后的直管段長度均有要求，單流水表要求更嚴(yán)。
第二節(jié) 螺翼式水表
螺翼式水表又稱伏特曼(Woltmann)水表，是速度式水表的一種，適合在大口徑管路中使用，其特點是流通能力大、壓力損失小。
同旋翼式水表一樣，螺翼式水表也屬于速度式水表的一種。當(dāng)水流入水表后，沿軸線方向沖擊水表螺翼形的葉輪旋轉(zhuǎn)后流出，葉輪的轉(zhuǎn)速與水流速度成正比，經(jīng)過減速齒輪傳動后，在指示裝置上顯示通過水表的水總量。
螺翼式水表分為水平螺翼式水表和垂直螺翼式水表兩大類。國內(nèi)所使用的大部分工業(yè)用表都是水平螺翼式水表。另外可拆卸式水平螺翼式水表，因其計量流量范圍寬、零部件通用性強(qiáng)、安裝維修可在不停水不拆表的情況下進(jìn)行等特點，也成為其中的一個系列產(chǎn)品，受到用戶的歡迎。
一、水平螺翼式水表
水平螺翼式水表，又稱渦輪式水表，是指該種水表的螺翼軸線與自來水管道軸線成平行(或重合)，其葉輪采用螺翼形狀。這并不是說這種水表只能水平安裝。當(dāng)然，如這種水表確需垂直安裝時，則應(yīng)選擇進(jìn)水一側(cè)螺翼軸軸承孔中裝有寶石端面平軸承的水表，以減少磨擦阻力，延長水表的使用壽命。一些進(jìn)口型號的螺翼式水表采用動平衡工藝技術(shù)，可以在水平、傾斜和垂直狀態(tài)下工作，但在非水平狀態(tài)下工作時水表的計量等級要降低一級。
公稱口徑80～200mm的水平螺翼式水表的結(jié)構(gòu)示意見圖2-12，其實物圖見附錄C圖C.7。
水平螺翼式水表主要由表殼、整流器、誤差調(diào)節(jié)裝置、螺翼、支架、蝸輪蝸桿、計數(shù)機(jī)構(gòu)、表玻璃、密封墊圈及中罩等零部件組成。
1 表殼、中罩、表玻璃
表殼、中罩、表玻璃和密封墊圈一起組成一密封體，使表殼內(nèi)被測水不致滲漏至表外。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水表應(yīng)能承受水壓1.6MPa、持續(xù)15min和水壓2.OMPa、持續(xù)1min的壓力試驗。因此，表殼、中罩和表玻璃均應(yīng)滿足上述要求。表殼內(nèi)孔應(yīng)鑲有耐腐材料制成的襯套或涂以良好的防銹涂層。
2 整流器
整流器的作用：一是將來自水表上游呈紊流狀態(tài)的水流在通過網(wǎng)格狀的整流器后，盡可能地將其“梳理”成層流狀態(tài)；二是在整流器中心有一軸孔，以支承螺翼軸，該軸孔與支架上的軸孔應(yīng)保持同軸，以保證螺翼靈活轉(zhuǎn)動。
圖2-12 水平螺翼式水表的結(jié)構(gòu)示意圖
1-表殼；2-調(diào)整器；3-銅絲；4-鉛封；5-密封墊圈；6-襯圈；7-指示機(jī)構(gòu)；8-表玻璃；
9-罩子組件；10-表罩；11-翼輪組件；12-支架組件；13-整流器組件；14-開槽圓柱頭螺釘
3 支架
支架的作用：一方面支承螺翼軸，使螺翼在水流作用下能靈活轉(zhuǎn)動；另一方面通過支架內(nèi)的蝸輪與螺翼軸上的蝸桿相嚙合，將螺翼的轉(zhuǎn)速傳至支架上部與計數(shù)機(jī)構(gòu)相連接。
4 螺翼
水表螺翼式水表使用螺板形葉輪，又稱螺翼或翼輪，結(jié)構(gòu)見圖2-13，一般采用足夠機(jī)械強(qiáng)度的工程塑料(如ABS)注塑成型。螺翼筒體為空心，以減輕重量和增加浮力。螺翼一端有一悶蓋用粘結(jié)劑與其粘合，以防被測水浸入后增加其重量。螺翼應(yīng)具有較好的動平衡性能，否則在高速運轉(zhuǎn)時，容易使螺翼軸和軸套磨損。
5 誤差調(diào)節(jié)裝置
常見的誤差調(diào)節(jié)裝置有兩種。
(1)槳式誤差調(diào)節(jié)裝置
這種調(diào)節(jié)裝置的作用部分是一塊扁平且呈對稱的槳狀調(diào)節(jié)板，位于整流器的整流板部分。當(dāng)旋轉(zhuǎn)槳狀調(diào)節(jié)板時，則可增大或減小這部分水流對螺翼旋轉(zhuǎn)的沖擊力，從而起到誤差調(diào)節(jié)作用。槳狀誤差調(diào)節(jié)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、零部件少且加工容易和拆裝方便等優(yōu)點，所以得到廣泛的使用。
(2)舵式誤差調(diào)節(jié)裝置
這種調(diào)節(jié)裝置的作用部分也是一塊扁平的板，板的一側(cè)有一軸孔，用軸將調(diào)節(jié)板置于整流器的整流板部分。調(diào)節(jié)誤差時，有一撥軸撥動舵狀調(diào)節(jié)板的另一側(cè)，使調(diào)節(jié)板環(huán)繞軸線旋轉(zhuǎn)，以增大或減小這部分水流對螺翼旋轉(zhuǎn)的沖擊力，從而起到誤差調(diào)節(jié)作用。這種調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
6 計數(shù)機(jī)構(gòu)
螺翼式水表的計數(shù)機(jī)構(gòu)與旋翼式水表大同小異，可參照前一節(jié)所述。
二、垂直螺翼式水表
垂直螺翼式水表，是指螺翼軸線與自來水管道軸線相垂直。結(jié)構(gòu)如圖2-14所示，實物圖見附錄C圖C.8。
圖2-14 垂直螺翼式水表結(jié)構(gòu)示意圖
1-平墊圈；2-螺栓；3-銅絲；4-鉛封；5-表蓋組件；6-指示機(jī)構(gòu)；7-表玻璃；
8-罩子襯圈；9-密封墊圈；10-機(jī)芯；11-O形密封圈；12-表殼；13-分流圈；14-墊片
垂直螺翼式水表的螺翼由頂尖垂直支承，因此耐磨性能比水平螺翼式螺翼軸套要好。垂直螺翼式水表的小流量計量能力比水平螺翼式水表強(qiáng)。
三、可拆卸水平螺翼水表
可拆卸水平螺翼式水表結(jié)構(gòu)示圖見圖2—15，結(jié)構(gòu)展開圖見圖2—16，實物圖見附錄C圖C.9?？刹鹦端铰菀硎剿碓谑褂眠^程中，如遇機(jī)件損壞，可以不拆下水表，而進(jìn)行維修或更換，做到不停水或少停水?？刹鹦端铰菀硎剿砹悴考ㄓ没潭雀?，流量范圍也比水平螺翼式寬。
圖2—15 可拆卸水平螺翼式水表結(jié)構(gòu)示圖
1-表殼；2-墊圈；3-螺栓；4-螺栓；5-鉛封；6-鉛封線；7-調(diào)整器罩；8-調(diào)整器罩墊片；9-螺釘；10-鉛封螺釘；11-罩子組件；12-計量機(jī)構(gòu)；13-計數(shù)器；14-罩子襯墊；15-法蘭墊圈；16-法蘭
可拆卸水平螺翼式水表系列共有三組11種規(guī)格：
第一組：公稱口．徑為50，65，80，100，125mm五種規(guī)格；
第二組：公稱口徑為150，200mm兩種規(guī)格；
第三組：公稱口徑為250，300，400，500mm四種規(guī)格。
同一組水表的計量機(jī)構(gòu)和計數(shù)機(jī)構(gòu)等均通用。因此僅需三種計量機(jī)構(gòu)和計數(shù)機(jī)構(gòu)，就能滿足11種不同規(guī)格水表的需要。所以，無論從減少備品備件，還是從方便維修、提高計量精度等考慮，這種水表有許多可取之處。
1 表殼
可拆卸水平螺翼式水表的表殼要滿足同一組水表的計量機(jī)構(gòu)和計數(shù)機(jī)構(gòu)通用的要求，所以同一組水表表殼通徑(位于計量機(jī)構(gòu)部分)是一致的。以第一組水表為例，進(jìn)出水口直徑為50～125mm，但表殼中段位于計量機(jī)構(gòu)部分的尺寸均放大或縮小至l00mm。與普通水平螺翼式水表還有不同的是，可拆卸水平螺翼式水表在計量機(jī)構(gòu)與表殼間加裝了O形圈密封，以方便拆裝。
圖2-16 可拆卸水平螺翼式水表結(jié)構(gòu)展開圖
1-表蓋；2-罩；3-墊圈；4-透鏡；5-墊片；6-計數(shù)器；7-螺釘；8-墊片；9，10-O形圈；11-上軸承裝置，12-斜齒輪裝置：13-螺絲；14-螺帽；15-后軸；16，17-螺絲，18-主外殼；19-固定銷；20-O形圈；21-封印螺絲；22-調(diào)節(jié)裝置蓋；23-螺絲；24-襯墊；25-用于調(diào)節(jié)裝置蓋的螺絲；26-法蘭蓋；27-軸襯；28-磁驅(qū)動裝置；29-保護(hù)套；30-承受框；31-支座；32-螺旋漿；33-螺帽；34-墊片；35-用于調(diào)節(jié)裝置的墊片；36-調(diào)節(jié)軸；37-調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)柄；38-整流器；39-安裝環(huán)；40-調(diào)節(jié)板；41-軸承座；42-下軸承裝置；43-螺帽
2 計量機(jī)構(gòu)
可拆卸水平螺翼式水表的計量機(jī)構(gòu)是將整流器、螺翼、支架、蝸輪蝸桿及舵式調(diào)節(jié)板等組裝成一體，然后固定在隔離板上。拆裝時，手持隔離板順著弧線將計量機(jī)構(gòu)裝入或拆下。計量機(jī)構(gòu)進(jìn)水一端有一O形密封圈與表殼形成密封面，以防水流不通過螺翼而直接流向出口。
蝸輪軸上部的磁鋼，一般采用環(huán)狀鐵氧體磁鋼，因為蝸輪軸的轉(zhuǎn)速很低，一般不會脫磁，另外防銹性能也較好。
3 誤差調(diào)節(jié)裝置
可拆卸水平螺翼式水表的誤差調(diào)節(jié)裝置多為舵式調(diào)節(jié)裝置。調(diào)整桿與隔離板之間有O形圈密封。若不破壞鉛封、不旋轉(zhuǎn)水表頂部的蓋板，則無法接觸調(diào)整桿。
4 隔離板
隔離板的下部為被測水，上部則通大氣，所以隔離板應(yīng)能承受2MPa耐壓強(qiáng)度試驗而不變形、不滲漏或損壞。因隔離板又必須具有良好的防銹性能，所以一般采用鑄黃銅制成。
隔離板與表殼的接觸面之間有O形圈加以密封。
5 計數(shù)機(jī)構(gòu)
計數(shù)機(jī)構(gòu)是用銅皮將計數(shù)器連同中心齒輪加以密封。中心齒輪下部鑲有磁鋼，與蝸輪軸上部的磁鋼相耦合。計數(shù)器也采用指針、字輪式。
6 法蘭蓋
法蘭蓋一方面用來壓緊隔離板，防止漏水。另一方面中心孔處支承計數(shù)機(jī)構(gòu)，其材質(zhì)多為鑄鐵。
7 罩蓋
罩蓋的作用是壓緊計數(shù)機(jī)構(gòu)，其材質(zhì)為ABS塑料。
四、復(fù)式水表
復(fù)式水表，又稱組合式水表，也叫母子式水表，是由口徑不同的水平螺翼式水表和旋翼式水表組合而成的，其中的大口徑水表(也可能再加一只單向閥)與管道口徑相同并連接，小口徑水表成為其旁路管線。其實物圖見附錄C圖C.10。
當(dāng)流量較小或很小時，主管線上的與大口徑螺翼式水表相連的單向閥關(guān)閉，水流從其旁路通過小口徑旋翼式水表流過并回到主管線；當(dāng)流量增大時，單向閥開始打開，大部分水通過大口徑螺翼式水表，同時仍有小部分水通過小口徑水表，兩水表分別累計所流過的水量，其累計值之和才是實際的用水量。有些復(fù)式水表的計量機(jī)構(gòu)將二水表所記的數(shù)據(jù)匯總至總計量機(jī)構(gòu)，反映通過復(fù)式水表的水量。
復(fù)式水表的最大特點是量程比相當(dāng)大(>1000)，適合于流量變化較大的場合，但因為加裝了單向閥增大了壓力損失。另外體積大、重量重也是復(fù)式水表的缺點。
五、插入式水表
插入式流量計是用較小的葉輪計量機(jī)構(gòu)，插入直徑比它大得多的管道殼體內(nèi)，使其成為具有計量大流量能力的流量計。插入式水表也是采用這樣的原理進(jìn)行工作的。插入式水表有插入式旋翼水表和插入式水平螺翼水表，口徑一般在80mm以上。
插入式水表通過測定表殼中心點流速，來計量整個大口徑管道的流量，其特點是體積小、重量輕、流通能力大，制造維修成本低，抗水中雜質(zhì)能力比普通表要強(qiáng)，但小流量計量能力較弱，計量等級一般只達(dá)到A級。
插入式可拆卸水平螺翼式水表實際上是可拆卸水平螺翼式水表的改進(jìn)產(chǎn)品，是可拆卸式與插入式兩者結(jié)合的水表。
六、性能特點
1 誤差特性
水平螺翼式水表的誤差特性是指水表的示值誤差E與流量之間的關(guān)系。水平螺翼式水表的誤差特性曲線見圖2—17。其特征為：在流量小時，誤差急劇偏負(fù)；隨著流量增至分界流量附近，誤差曲線快速趨于平穩(wěn)。水平螺翼式水表的前后直管段條件和進(jìn)水閥開放狀態(tài)對性能曲線的變化有較大的影響。
圖2—17 水平螺翼式水表誤差特性圖
水平螺翼式水表的計量等級一般為A級或B級，其對應(yīng)的流量范圍和特性流量可參看附錄D。
一些進(jìn)口或引進(jìn)生產(chǎn)的垂直螺翼式水表、WPD型水平螺翼式水表、復(fù)式水表的流量范圍相當(dāng)寬，特性流量點的規(guī)定也不同。表2—4列出了部分規(guī)格型號的WPD渦輪式水表的特性流量參數(shù)值，括號內(nèi)為國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相同口徑水表的特性流量值，從這些比較中可以發(fā)現(xiàn)國外在大口徑水表的方面的性能優(yōu)點。
表2-4 WPD型水平螺翼式水表特性流量值
規(guī)格型號 | 公稱口徑 DN/mm | 最小流量 Qmin/(m3/h) | 分界流量 Qt/(m3/h) | 常用流量 Qn/(m3/h) | 最大流量 Q max/(m3/b) |
WPD DN50 | 50 | 0.30 (0.45) | 0.7 (3) | 50 (15) | 90 (30) |
WPD DN80 | 80 | 0.50 (1.2) | 0.8 (8) | 120 (40) | 200 (80) |
WPD DNl00 | 100 | 0.80 (1.8) | 1.8 (12) | 230 (60) | 300 (120) |
WPD DNl50 | 150 | 1.8 (4.5) | 4.0 (30) | 450 (150) | 600 (300) |
WPD DN200 | 200 | 4.0 (7.5) | 6.0 (50) | 800 (250) | 1200 (500) |
表2-4 WPD型水平螺翼式水表特性流量值
說明：表中( ) 內(nèi)的數(shù)值為國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相同口徑水表計量等級B級的特性流量值。
2 壓力損失
水平螺翼式水表的壓力損失在其過載流量下應(yīng)不超過0.03MPa。壓力損失小是水平螺翼式水表的一大優(yōu)點，但使用時要考慮附加安裝過濾網(wǎng)所帶來的其它壓力損失。
按國際建議R49-1：2000(E)的規(guī)定，水表在其計量的最小流量至過載流量范圍內(nèi)的壓力損失應(yīng)不大于0.1MPa。一般情況下，最大壓力損失總是在水表的最大流量下測得，但對于復(fù)式水表可能有例外。
由于一些型號的水表的流量范圍較大，有必要了解整個流量范圍的水表的壓力損失情況，為此，可以參看水表的流量一壓力損失曲線圖。圖2—18為某一型號水表的幾種規(guī)格的壓力損失圖。
圖2—18 壓力損失圖
3 耐壓強(qiáng)度
螺翼式水表應(yīng)能承受水壓1.6MPa、持續(xù)15min和水壓2.0MPa、持續(xù)lmin的壓力試驗。
4 與旋翼式水表比較
與相同公稱口徑的旋翼式水表相比，水平螺翼式水表的流通計量能力大20％以上，壓力損失小、結(jié)構(gòu)簡單、故障少、價格低，但靈敏度不高，始動流量較大，安裝和直管段條件要求較嚴(yán)格。
螺翼式水表一般適合公稱口徑50mm以上的、用水量較大的管道水計量。水平螺翼式水表也非常適用于農(nóng)用灌溉用水和其它水利方面的計量。
第三節(jié) 容積式水表
一、原理結(jié)構(gòu)
容積式水表又稱活塞式水表，是一種定排量式的水表。國家標(biāo)準(zhǔn)中容積式水表定義為“安裝在封閉管道中，由一些被逐次充滿和排放流體的已知容積的容室和憑借流體驅(qū)動的機(jī)構(gòu)組成的一種水表”。
容積式水表有旋轉(zhuǎn)活塞式和圓盤式兩大系列，當(dāng)水流通過水表時，水流驅(qū)動活塞(圓盤)旋轉(zhuǎn)(擺動)，而活塞缸(圓盤室)的體積是恒定的，所以，通過計數(shù)機(jī)構(gòu)測得活塞旋轉(zhuǎn)(圓盤擺動)的次數(shù)，即可獲知流過水表的水量。
容積式水表最主要的產(chǎn)品為旋轉(zhuǎn)活塞式水表，實物圖見附錄C中圖C.5和C.6。圓盤式水表在國內(nèi)沒有使用，國外也只有美國等少數(shù)國家使用。旋轉(zhuǎn)活塞式水表一般為小口徑規(guī)格，特點是計量等級高(可達(dá)C級和D級)、小流量計量能力強(qiáng)、靈敏度高。國內(nèi)目前主要用于管道純凈水的計量，以寧波水表股份有限公司的飲用水計量儀和寧波東海儀表水道有限公司生產(chǎn)的凈水水表產(chǎn)品為代表，水表內(nèi)通徑一般為8，15和20mm。容積式水表修理調(diào)試較復(fù)雜、對水質(zhì)要求較高，在我國尚未大范圍使用。
圖2—19為旋轉(zhuǎn)活塞式水表的結(jié)構(gòu)展開圖。圖2—20是旋轉(zhuǎn)活塞式水表計量機(jī)構(gòu)的示意圖。在水壓作用下，水從下部進(jìn)水口進(jìn)入測量室內(nèi)，推動旋轉(zhuǎn)活塞7環(huán)繞測量室3的中心軸作旋轉(zhuǎn)運動，同時水從活塞內(nèi)空處及活塞與測量室壁面所形成的空處流向上部出水口排出，在活塞旋轉(zhuǎn)的同時，由轉(zhuǎn)動軸4和撥叉5與計數(shù)機(jī)構(gòu)相連接，所以只要記下活塞旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，就可積算出流過水表的體積。
圖2—19 活塞容積式水表結(jié)構(gòu)展開圖
1-防塵套；2-連接螺母；3-接管；4-接管密封墊圈；5-夾緊機(jī)構(gòu)；6-傳動機(jī)構(gòu)；7-軸；8-濾水網(wǎng)；9-上表殼；10-銅銷；11-表蓋；12-計數(shù)機(jī)構(gòu)；13-蓋板組件；14-活塞；15-計量機(jī)構(gòu)；16-下表殼
圖2-20 容積式水表計量結(jié)構(gòu)示意圖
1-軸；2-蓋板；3-測量室；4-轉(zhuǎn)動軸；5-撥叉；6-襯套；7-活塞，8-隔板；9-O形密封圈；10-濾水網(wǎng)；11-止回套
二、性能特點
1 誤差特性
容積式水表的誤差特性是指水表的示值誤差E與流量之間的關(guān)系。容積式水表的誤差特性曲線見圖2-21。其特征為：在流量小時，誤差急劇偏負(fù)；隨著流量的增加，誤差曲線逐漸向正向移動，并相對平穩(wěn)；當(dāng)流量很大時，誤差曲線又向負(fù)方向偏移。
圖2-21 容積式水表誤差特性圖
曲線特征為：整條誤差曲線呈拋物線狀：在小流量時，誤差急劇偏負(fù)；隨著流量的增加，誤差曲線逐漸向正向移動，并在0.2 qp～0.3qp流量區(qū)域內(nèi)達(dá)到正誤差峰值；當(dāng)流量繼續(xù)增大時，誤差曲線又向負(fù)方向偏移。引起這種變化的原因是容積式流量計存在一定的漏流(或稱滑流)，即部分水量未經(jīng)計量室計量而通過水表測量元件與殼體之間的間隙直接從水表入口流向出口。漏流在水表示值上并未反映出來，引起水表走字偏慢。漏流與間隙寬度的三次方成正比，與水表進(jìn)出口的壓力差成正比，而壓力差與流量的平方值成正比。
容積式水表的計量等級較高，一般可達(dá)到C級或D級，其對應(yīng)的流量范圍可參看附錄D。
2 壓力損失
容積式水表的壓力損失在其過載流量下不超過0.1MPa。
3 耐壓強(qiáng)度
容積式水表應(yīng)能承受水壓1.6MPa、持續(xù)15min和水壓2.OMPa、持續(xù)1min的壓力試驗。
4 對材料、介質(zhì)、安裝的要求
容積式水表對水質(zhì)要求較高，磨損比旋翼式水表大，因此要求容積式水表所用的工程塑料衛(wèi)生和強(qiáng)度方面要更可靠。國內(nèi)容積式水表的機(jī)芯材料一般采用PS聚苯乙烯等材料。
容積式水表如果遇到流過的水有雜質(zhì)，會卡住活塞或圓盤，供水隨之停止。水質(zhì)的好壞同時直接影響容積式水表的使用壽命。隨著使用時間，由于磨損后的間隙增大，泄漏量增大，容積式水表的計量性能朝偏慢的方向變化。
除流向外，容積式水表對表的安裝方位、讀數(shù)度盤的朝向、表前表后的直管段均無要求。
5 容積式水表與旋翼式水表的性能比較
相對于旋翼式水表，容積式水表計量等級高、靈敏度好是其優(yōu)點，但對水質(zhì)的要求很高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造維修較難，成本高。詳見第六章水表選用一節(jié)。
第四節(jié) 智能水表
智能水表主要分遠(yuǎn)傳水表和預(yù)付費水表二大類，其共同特點是測水流的傳感器仍用普通水表的容積式或速度式的機(jī)械傳感器，通過在水表的度盤指針或齒輪組的某個位置安裝傳感元件，或直接制成含明確電參數(shù)的指示字輪，將原水表的機(jī)械讀數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行采集、傳輸和貯存，并按結(jié)算交易方式的要求自動或人工進(jìn)行控制。
預(yù)付費水表是瞬時型遠(yuǎn)傳水表與電子控制裝置的組合，目前主要用于居民住宅。預(yù)付費水表的設(shè)計是在水表基表上加裝了電子附加裝置和控制閥，要求用戶先預(yù)付一定的費用或購置一定數(shù)量的水量，輸入后才可正常用水，至購水量或費用值用盡時控制閥會關(guān)閉或提示性關(guān)閉，免去了上門抄表所帶來的不便。預(yù)付費水表在相當(dāng)程度上改變了國內(nèi)傳統(tǒng)的抄表結(jié)算方式，也配合了國家建設(shè)部推行的“一戶一表”政策的實施，受到一些自來水公司用戶和物業(yè)管理的歡迎。
目前國內(nèi)預(yù)付費類水表主要有IC卡水表、TM卡水表等，俗稱卡式水表。民用的小口徑預(yù)付費水表一般采取單體式，且長度盡量與同口徑普通水表一致，以利于與普通水表的安裝互換。
一、遠(yuǎn)傳水表
遠(yuǎn)傳水表目前叫法很多，有脈沖水表、電子水表、發(fā)訊水表、發(fā)信水表、開關(guān)式遠(yuǎn)傳水表、刻度識別式發(fā)訊水表、直讀式遠(yuǎn)傳水表等等，目前沒有一個統(tǒng)一明確的名稱。無論何種叫法，大致分兩種：
(1)瞬時型
一種能發(fā)生代表實時流量的開關(guān)量信號、脈沖信號、數(shù)字信號等的水表，其特點是以用水體積量間隔發(fā)訊，比如，如果傳感器安裝在0.01m3的指針位置上，則用水量達(dá)到100升(0．0lm3的指針走一圈)就會發(fā)出1個信號；
(2)直讀型
一種能發(fā)生代表水表已有水量的數(shù)字信號或經(jīng)編碼的其它電信號的水表，其特點是按抄讀時間間隔(自動或人為設(shè)置)發(fā)生信號。
瞬時型遠(yuǎn)傳水表是在普通機(jī)械水表的計數(shù)機(jī)構(gòu)上加裝了干簧管、霍爾元件或光電等元件，并引出相應(yīng)的信號線，與采集器或抄表器連成一個電路系統(tǒng)。遠(yuǎn)傳水表本身不帶電源，與采集器系統(tǒng)連成回路而輸出信號工作，也有通過電話線等線路實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸送。這種型式的遠(yuǎn)傳水表已有較長的歷史，近年來產(chǎn)品在實際應(yīng)用中不斷地改進(jìn)，加強(qiáng)了可靠性、抗干擾性，同時也用系統(tǒng)管理軟件來輔助監(jiān)測。
直讀型遠(yuǎn)傳水表是近年來開發(fā)出的產(chǎn)品，一般采用位置傳感器來識別水表的讀數(shù)字輪的每一個讀數(shù)，一般只設(shè)計到1m3以上的抄讀數(shù)，字輪上的1，2，3…，9，0十個數(shù)分別對應(yīng)不同的電參數(shù)值(如電阻)。直讀型表同樣也有信號線引出與抄表系統(tǒng)連成一回路，但平時不工作也不用電，只有到要求抄讀的瞬間或一段時間，抄表系統(tǒng)發(fā)出抄讀指令、接通回路，才把當(dāng)前的各字輪示值數(shù)傳送給管理系統(tǒng)。直讀型遠(yuǎn)傳水表的傳感觸點較多，個位m3字輪運轉(zhuǎn)頻繁，其可靠性工藝要求較高才能保證水表的使用壽命。
近來還出現(xiàn)無線發(fā)射式水表產(chǎn)品，除安裝常規(guī)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲模塊外，另設(shè)置無線發(fā)射裝置，通過遠(yuǎn)程接收裝置接收信號，此種水表不需敷設(shè)線路和線路維護(hù)、安裝方便。由于單表設(shè)置無線發(fā)射裝置，表體費用高，需長期占用頻點，還須申請和交費。
按水表國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T778.1—1996《冷水水表 第1部分：規(guī)范》的要求，水表可配置遠(yuǎn)傳輸出系統(tǒng)，水表加上遠(yuǎn)傳輸出裝置后不應(yīng)改變水表的計量性能。所以，遠(yuǎn)傳水表的計量性能、耐壓性能、壓力損失等均與普通表相差不大，但其涉及遠(yuǎn)傳功能的使用壽命受到電子元件的質(zhì)量、機(jī)械磨損等因素的較大影響。
二、IC卡水表
IC卡水表是一種利用微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能IC卡技術(shù)對用水量進(jìn)行計量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的水表，結(jié)構(gòu)示意見圖2—22。
IC卡(Intesrated Circuitcard)是將一個集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式，其外形與覆蓋磁條的磁卡相似。IC卡水表除了可對用水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量自動進(jìn)行控制，進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲。由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過IC卡進(jìn)行，因而可以實現(xiàn)由傳統(tǒng)的抄表員上門操表收費到用戶自己去營業(yè)所交費的轉(zhuǎn)變。IC卡交易系統(tǒng)還具有交易方便、計算準(zhǔn)確、可利用銀行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)算的優(yōu)點。
圖2-22 1C卡式水表結(jié)構(gòu)示意圖
1—表蓋；2—表罩；3—閥上墊圈；4—閥體部分；5—閥下墊圈；6—表殼；7—連接螺母；8—密封圈；9—接管；10—濾水網(wǎng)；11—葉輪計量機(jī)構(gòu)；12—密封圈；13—墊圈；14—銅罩；15—發(fā)訊部件；16一不銹鋼圈；17一封口圈；18一卡座；19一透明片；20一LCD集成線路板；21一線路保護(hù)罩；22一電池；23一閥體銅壓環(huán)
IC卡水表由基表(發(fā)訊遠(yuǎn)傳水表)、電源(一般為電池)、IC卡讀寫：器、通訊接口、LCD顯示、微機(jī)控制模塊、閥門控制機(jī)構(gòu)組成，有些型號還有音響報警裝置。以下對預(yù)付費水表的各部分組件做簡單介紹。
1 基表
可采用容積式或旋翼式水表，濕式表、干式表均可。傳感器安裝于度盤上或計數(shù)齒輪組中，與遠(yuǎn)傳水表類似，也有直接在某一位齒輪上采用凸輪微動開關(guān)來觸發(fā)信號的。
2 IC卡及讀寫器
分插卡式和感應(yīng)式。
(1)插卡式
同磁卡一樣，一插即可、簡單，但卡的接觸面易磨損，卡座的對外易受潮濕環(huán)境和人為的攻擊干擾；
(2)感應(yīng)式
又稱射頻卡，俗稱非接觸式IC卡。其優(yōu)點是讀寫卡不用接觸讀卡器，方便快捷，使用壽命長。
3 電池
有內(nèi)置鋰電池，普通堿性干電池組等。
(1)鋰電池
能量高，自漏電很小，體積小，便于安裝。目前的IC卡式水表多采用一次性鋰電池供電。
(2)堿性干電池
在水表工作的環(huán)境中易自漏電，一般將電池盒盡可能外置，讓用戶可以自己更換。
4 閥門
目前使用較為廣泛的卡式水表閥門，按開關(guān)閥原理可分為一次閥、二次閥，按驅(qū)動方式來分有電動閥、電磁閥等等。一次閥，就是驅(qū)動機(jī)構(gòu)直接操縱閥門開關(guān)水流，如常用的球閥、陶瓷閥等；二次閥，就是通過一個小閥門控制一定的水流，調(diào)節(jié)閥門前后(或上下)的壓力來實現(xiàn)開關(guān)閥。電動閥使用電機(jī)作為驅(qū)動閥門工作的動力；電磁閥利用一組線圈通電后產(chǎn)生的磁力作為驅(qū)動閥門工作的動力。目前國產(chǎn)卡式水表閥門主要有：球閥、陶瓷閥和二次閥中的膜片閥。其工作原理和特點如下：
(1)球閥
卡式水表中使用的球閥與普通球閥工作原理基本相同，閥門靠球面密封，能自動調(diào)心，壓損小，抗污能力強(qiáng)，但要求的驅(qū)動力矩大，長期使用可能因為結(jié)垢或磨損，出現(xiàn)漏水、開關(guān)失靈等問題。
(2)陶瓷閥
陶瓷閥靠兩片平整光滑的陶瓷片相互轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)閥門的開啟與關(guān)閉，其特點是成本低、閥門的使用壽命長、開關(guān)閥可靠、壓損較?。滑F(xiàn)在使用中存在的主要問題是陶瓷片容易結(jié)垢，使需要的操縱力矩大幅增加，甚至無法開關(guān)閥。
(3)二次閥
又稱先導(dǎo)閥，圖2—23為典型二次閥的一種結(jié)構(gòu)。二次閥的主要優(yōu)點是所需的操縱力小，開關(guān)閥可靠，一般能保證關(guān)閉后滴水不漏。主要問題是在水質(zhì)不良的情況下，進(jìn)水孔4容易堵塞，導(dǎo)致閥門失效。電動閥與電磁閥相比，電動閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但保持開關(guān)閥狀態(tài)很穩(wěn)定；電磁閥結(jié)構(gòu)簡單，但開關(guān)閥狀態(tài)不穩(wěn)定，有時可能因為振動導(dǎo)致無故關(guān)閥或開閥。
圖2-23 二次閥結(jié)構(gòu)示意圖
1—與電機(jī)軸相連的螺桿；2—外磁環(huán)；3—連接小閥桿的內(nèi)磁環(huán)；4—進(jìn)水孔；5—主閥門；6—橡膠密封 ；
二次閥的工作原理是；當(dāng)電機(jī)帶動螺桿旋轉(zhuǎn)時，外磁環(huán)向上運動，帶動內(nèi)磁環(huán)向上運動，小閥桿周圍形成泄水孔；主閥門上面的水從泄水孔泄出，壓力降低，主閥門在水壓的作用下向上運動，閥門打開；當(dāng)電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動時，帶動小閥桿向下運動，關(guān)閉泄水IC卡水表的工作過程一般如下：將含有金額或購置水量信息的IC卡片插入水表中的IC卡讀寫器，經(jīng)微機(jī)模塊識別和下載金額后，閥門開啟，用戶可以正常用水；當(dāng)用戶用水時，水量采集裝置開始對用水量進(jìn)行采集，并轉(zhuǎn)換成所需的電子信號供給微機(jī)模塊進(jìn)行計量，并在LCD顯示屏上顯示出來；當(dāng)用戶的用水金額下降到一定數(shù)值時，水表的報警裝置會自動進(jìn)行相應(yīng)報警或警告性關(guān)閥，提示用戶應(yīng)該去持卡交費購水；如超過用水額，則水表會自動將電控閥門關(guān)閉，切斷供水，直至用戶插入已經(jīng)交費的IC卡片重新開始開啟閥門進(jìn)行供水。
射頻IC卡是一種無線電識別系統(tǒng)(Radio Frequency Identification)，其組成一般至少包括電子標(biāo)簽和閱讀器。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別物體的表面。閱讀器又稱為讀出裝置，可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動識別物體的目的。當(dāng)射頻IC卡靠近時，閱讀器電路向IC卡發(fā)出一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出動或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。
附錄C中圖C.15和C.16分別為插卡式和感應(yīng)式IC卡水表的實物圖。
目前國內(nèi)眾多型號的IC卡水表絕大部分仍保留了基表的機(jī)械顯示，一是因為IC卡水表的LCD顯示主要是抄表讀數(shù)，一般為至多到0.01m3在檢定時這樣的檢定分格值不夠小，所以仍用機(jī)械顯示；二是因為IC卡表的工作受諸多因素影響，可靠性會受到一些影響，出現(xiàn)問題時機(jī)械讀數(shù)是一個較可靠的依據(jù)。
IC卡水表的可靠性受到產(chǎn)品質(zhì)量、使用環(huán)境、水質(zhì)和人為攻擊等方面的影響。產(chǎn)品質(zhì)量問題主要是讀數(shù)傳感器的可靠性、電池供電的穩(wěn)定性和壽命、LCD顯示器的性能、控制閥的可靠性等。使用環(huán)境問題為安裝水表的一些場合非常潮濕、水表易受油煙氣侵蝕等。人為攻擊主要是強(qiáng)磁干擾和高壓脈沖電擊，及其它來自專業(yè)人員對邏輯加密部分的破譯。
IC卡水表的計量性能、耐壓性能仍與普通水表一樣，應(yīng)符合GB/T 778—1996的要求，但其誤差特性曲線由于受到所配置的控制閥的影響而與基表有所不同。IC卡水表的壓力損失也因為加裝了控制閥而增大，但也可控制在0.1MPa內(nèi)。IC卡水表的使用壽命除與基表有關(guān)外，還與所用電池、控制閥和電子元件的性能有關(guān)。
IC卡水表近年來發(fā)展很快，同時也是在爭議和實踐中不斷改進(jìn)完善。2001年10月建設(shè)部頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T133—2001《IC卡冷水水表》，這是預(yù)付費類水表的第一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對該類水表的規(guī)范發(fā)展起到了積極的作用。但任何產(chǎn)品從設(shè)計出樣機(jī)到批量生產(chǎn)再到產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，都有一個過程。按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的試驗項目不一定能完全模仿產(chǎn)品的實際工作環(huán)境和長時間的工作過程，有些試驗也是一種間接推斷(如用靜態(tài)工作電流來判斷電池的工作壽命)，標(biāo)準(zhǔn)也存在一個不斷完善的過程。
三、TM卡水表
TM卡水表也是國內(nèi)較早開發(fā)出的一種預(yù)付費水表，國內(nèi)TM卡水表以重慶智能水表有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品為代表。這種產(chǎn)品所采用數(shù)據(jù)交換載體是美國DALLAS公司生產(chǎn)的iButton信息紐扣。作為一種新穎的智能化信息載體，iButton信息紐扣采用接觸式存取方式的存儲器(Touch Memory，簡稱TM卡)，以l—Wire規(guī)范作為通信協(xié)議，用l根數(shù)據(jù)線按照特定的時序要求由數(shù)據(jù)線逐位與外界交換數(shù)據(jù)。TM卡用直徑17 mm、厚3mm～6 mm的紐扣狀不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部由I／O處理器和存儲器兩個基本部分組成。TM卡相當(dāng)于一種對準(zhǔn)接觸式IC卡，數(shù)據(jù)安全性好并且可分區(qū)存放(適合水、電、氣用量存在同一卡中)，TM卡的防損性能好、讀寫次數(shù)多是其特點。
圖2—24為一種TM卡水表和TM卡的實物圖。
TM卡水表的其余結(jié)構(gòu)基本與IC卡水表相同。
TM卡水表與插卡式IC卡水表相比，具有卡數(shù)據(jù)容量大、TM卡不銹鋼紐扣式外殼機(jī)械強(qiáng)度高、卡座密封性好、長期使用的可靠性高等明顯優(yōu)點，其特性與感應(yīng)式IC卡水表較接近。
圖2-24 TM卡水表和TM卡的實物圖
四、代碼交換預(yù)付費水表
代碼交換預(yù)付費水表，簡稱代碼表，是代碼交換預(yù)付費數(shù)據(jù)技術(shù)在水表產(chǎn)品上的應(yīng)用。這種數(shù)據(jù)技術(shù)就是用一組變形的數(shù)據(jù)碼來代表需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。比如用戶要預(yù)購100m3水，在完成付費操作后管理系統(tǒng)所提供給用戶的是一組8位數(shù)(如12345678)，用戶在代碼表上的鍵盤按此碼鍵人這8個數(shù)字后，就完成了向水表輸入100m3水的操作。與IC卡水表相比，代碼式水表省去了數(shù)據(jù)傳輸載體，并可實現(xiàn)電話語音支付系統(tǒng)來實現(xiàn)購水操作，在環(huán)境適應(yīng)和抗干擾方面均有其優(yōu)點，且成本較低。代碼交換預(yù)付費水表的其余性能與非接觸式的IC卡水表基本相同。
第五節(jié) 計量水的流量計
用于水量計量的流量計有很多，但國內(nèi)目前均將這些儀表列入?yún)^(qū)別于水表的其它流量計的范疇。這些流量計有其相應(yīng)的檢定規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，普遍用于大口徑管道的計量，相當(dāng)一部分用于水廠進(jìn)出廠水的計量，其中的電磁流量計和超聲波流量計以其流量比寬、無可動部件、計量準(zhǔn)確度高、安裝方便等優(yōu)點近年來受到歡迎，并逐漸在這一領(lǐng)域占據(jù)越來越多的份額。
說明: 國際建議R49—1：2000(E)在水表的定義中已將基于電磁或電子原理并用于測量水的流量計也包含在其中。
有關(guān)這些流量計的詳細(xì)資料可參考《流量測量方法和儀表的選用》(蔡武昌等編著，化學(xué)工業(yè)出版社出版)和《流量測量技術(shù)及儀表》 (梁國偉、蔡武昌主編，機(jī)械工作出版社等)，附錄C的C.19～C.22。為幾種流量計的實物圖。以下簡要介紹幾種用于水量計量的流量計。
一、電磁流量計
電磁流量計(Electromagnetic Flowmeter，簡稱EMF)是一種利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的用于測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表，由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。管道式電磁流量計的傳感器典型結(jié)構(gòu)示意見圖2—25，測量管上下裝有勵磁線圈，通電(由轉(zhuǎn)換器提供)后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。
圖2-25 電磁流量計結(jié)構(gòu)示意圖
電磁流量計測量范圍寬，流量比在10：1～50：1，可選流量寬，滿量程值的流速可在(0.5～10)m／s內(nèi)選定，準(zhǔn)確度較高(一般可以做到0.5％)，口徑的選擇范圍很大，測量通道無活動部件和阻流件，不形成壓損，對流場要求不是十分高。有些電磁流量計還可測正反向流量、脈動流量。電磁流量計的缺點是不能測電導(dǎo)率很低的液體、含較多較大氣泡的液體、氣體、蒸汽，也不適用溫度過高或過低的場合，但這些缺點在管道水的計量時一般不成問題。
二、超聲波流量計
超聲波流量計(又稱超聲流量計，Ultrasonic Flowmeter，簡稱USF)是通過檢測流體流動時對超聲束(或超聲脈沖)的作用，以測量體積流量的儀表，是一種非接觸式流量計。圖2-26是超聲波流量計的系統(tǒng)組成圖。
圖2-26 超聲波流量計系統(tǒng)組成
封閉管道用的超聲波流量計常用的原理有傳播時間法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法、相關(guān)法和噪聲法。前二種是用得最多的，傳播時間法還按聲道數(shù)分為單聲道、雙聲道、四聲道、八聲道等，且按其換能器的分布位置有Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)、平行法等。
超聲波流量計按換能器安裝方式分為可移動安裝和固定安裝。
超聲波流量計與傳統(tǒng)流量計相比，對水流介質(zhì)無要求，非接觸式、無壓損，、不破壞流場，可用于大口徑管道及各類明渠、暗渠的流量測量，流量測量范圍寬(一般可達(dá)20：1)，安裝維修方便；缺點是價格較高，理論上的及實驗室里可取得的高準(zhǔn)確度在實際使用時受到流場畸變、換能器夾裝位置方式錯誤、水中散射體的性質(zhì)等諸多因素的影響。另外，超聲波流量計對管道壁面狀況的要求也較高，不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道，不能用于襯里(或銹層)與內(nèi)管壁剝離或銹蝕嚴(yán)重的管道。
三、差壓式流量計
差壓式流量計(Pressure Differential Flowmeter，簡稱DPF)包括孔板流量計、均速管流量計、文丘利流量計、彎管流量計等。
差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表，由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成，二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表。差壓式流量計已發(fā)展為系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓式流量計通常依檢測件的型式進(jìn)行分類，其中又以節(jié)流式的標(biāo)準(zhǔn)孔板和噴嘴為主。
節(jié)流式差壓流量計的檢測件按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型。所謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算流量測量誤差。相關(guān)的設(shè)計計算、加工要求和使用，已有國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)可參照。這些是這類差壓式流量計的最大優(yōu)點。
差壓式流量計的特點是比較經(jīng)濟(jì)、經(jīng)典。缺點是壓損大、流量比小，對流量計安裝的前后直管段要求也較嚴(yán)格。
四、渦街流量計
渦街流量計又稱旋渦流量計(Vortex Shedding Flowmeter，簡稱VSF)，是流體振動流量計的一種。這種流量計在特定的流動條件下，一部分流體動能轉(zhuǎn)化為流體振動，其振動頻率與流速有確定的比例關(guān)系，從而測量流量。這一原理就是卡曼渦街原理：在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體(即阻流件)，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列，如圖2—27所示。
圖2-27 渦街流量計結(jié)構(gòu)原理示意圖
渦街流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，傳感器包括旋渦發(fā)生體(阻流件)、檢測元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、D／A轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。根據(jù)使用場合和要求的不同，檢測元件可以采取應(yīng)力式、振動式、電容式、熱敏式等。近年來智能式流量計還把微處理器、顯示通訊及其它功能模塊也裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
渦街流量計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便，準(zhǔn)確度高，壓損?。蝗秉c是不適合低雷諾數(shù)(介質(zhì)粘度高、流速低、口徑小)的測量，對流場要求較高，力敏檢測法的渦街流量計對管道振動較敏感等。
五、插入式流量計
插入式流量計是一類以結(jié)構(gòu)形式劃分的流量計，其測量頭實際上就是一臺流量計，其工作原理與相應(yīng)的流量計相同。常見的有插入式渦輪流量計、插入式電磁流量計、插入式渦街 流量計和均速管流量計，這些流量計分點流速計型和徑流速計型。點流速計型流量計在管道中特定位置中插入測量頭傳感器，測得代表管道平均流速的該點的流速或該處的局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)流速分布特點和傳感器的幾何尺寸等推算管道內(nèi)的流量。圖2-28是點流速計型插人式流量計結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-28 點流速計型插入式流量計結(jié)構(gòu)示意圖
插入式流量計一般用于大口徑流量計量。相對于管道式流量計，插入式流量計的制造成本低、重量輕、安裝方便、壓損小，同時校驗方法也比較容易解決。但插入式流量計受流體流動特性影響大，現(xiàn)場需要有較長的直管段長度，測量的準(zhǔn)確度較低，一般為±(2.5～4)％FS。
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