超声波水表及电子水表的特点

1、超声水表和电磁水表的超声水表和电磁水表的原理及其技术特点原理及其技术特点浙江省计量科学研究院浙江省计量科学研究院赵建亮赵建亮2015年6月电子水表的种类电子水表的种类 按传感原理分类按传感原理分类 机械传感电子水表机械传感电子水表 超声波水表超声波水表 电磁水表电磁水表 射流水表射流水表 科里奥列力式科里奥列力式 其它其它超声波水表超声波水表 什么是声波什么是声波?机械振动机械振动 声波是怎么传播的？声波是怎么传播的？能在真空能在真空中中传播吗？传播吗？ 声波的传播速度是多少？声波的传播速度是多少？空气中：大约空气中：大约340m/s水中：大约水中：大约1500m/s超声波水表超声波水表 什么

2、是超声波什么是超声波? 人耳为什么听不到超声波？人耳为什么听不到超声波？超声波水表超声波水表 为什么选择超声波为什么选择超声波?束射性好束射性好方向性好方向性好能量密度大能量密度大本底干扰小本底干扰小超声波水表超声波水表 怎样产生超声波怎样产生超声波?利用压电元件的利用压电元件的压力压力 电压电压效应效应常用材料：压电陶瓷常用材料：压电陶瓷超声换能器：材料、工艺、理论、设计、超声换能器：材料、工艺、理论、设计、小型化小型化超声波水表超声波水表 怎样利用超声波测量流量？怎样利用超声波测量流量？ 为什么顺流而下与逆流而上的时间不同？为什么顺流而下与逆流而上的时间不同？超声波水表超声波水表 超声波水

3、表的测量原理超声波水表的测量原理无流动无流动t=0流动产生流动产生t超声波水表超声波水表 超声波水表的结构超声波水表的结构测量管测量管换能器换能器计算器计算器四声道超声四声道超声超声波水表超声波水表 超声波水表的优点超声波水表的优点 低功耗全电子化设计，无机械运动部件低功耗全电子化设计，无机械运动部件 能实现较宽的量程比（能实现较宽的量程比（R400以上）以上） 高准确度设计（电子修正，优于高准确度设计（电子修正，优于1级）级） 无阻流件设计（压力损失小）无阻流件设计（压力损失小） 任意角度安装任意角度安装 双向计量双向计量超声波水表超声波水表 超声波水表的缺点超声波水表的缺点 对流场的敏感高

4、对流场的敏感高 跟踪流量变化能力弱跟踪流量变化能力弱 低功耗下外壳防护（低功耗下外壳防护（IP）设计难度高）设计难度高超声波水表超声波水表 怎样提高超声波水表的性能？怎样提高超声波水表的性能？ 多声道设计多声道设计 优化流场数学模型优化流场数学模型 牺牲压力损失优点，入口加装整流器牺牲压力损失优点，入口加装整流器 采用高精度的时间测量电路采用高精度的时间测量电路 采用高可靠性和稳定性的换能器采用高可靠性和稳定性的换能器 提高电池的续航能力提高电池的续航能力 提高外壳防护能力提高外壳防护能力超声波水表超声波水表 超声波水表的前景超声波水表的前景 户用表（小口径）户用表（小口径）成本：劣势成本：劣

5、势性价比：劣势性价比：劣势性能：无优势性能：无优势功能：无优势功能：无优势仍然需要等待仍然需要等待市场的响应市场的响应超声波水表超声波水表 超声波水表的前景超声波水表的前景 工商业表（中大口径）工商业表（中大口径）成本：无优势成本：无优势性价比：高性价比：高性能：有优势性能：有优势功能：有优势功能：有优势环境适应性：弱环境适应性：弱市场接受度高市场接受度高改进劣势改进劣势规避劣势使用规避劣势使用电磁水表电磁水表 电磁水表的结构电磁水表的结构电磁水表电磁水表工作原理工作原理法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律e=KBDve感应电动势感应电动势K仪表常数仪表常数B磁感应强度磁感应强度D管道内径管道

6、内径（导体长度）（导体长度）v流体流速流体流速（导体运动速度）（导体运动速度） 电磁水表电磁水表电磁水表的技术关键电磁水表的技术关键传感器设计和加工传感器设计和加工线圈线圈导磁结构导磁结构密封工艺密封工艺转换器设计转换器设计低功耗低功耗励磁励磁信号处理：放大，滤波，采样信号处理：放大，滤波，采样数据处理。数据处理。电磁水表电磁水表 电磁水表的优点电磁水表的优点 全电子化设计，无机械运动部件全电子化设计，无机械运动部件 线性度好，可实现高准确度设计（电子修正，线性度好，可实现高准确度设计（电子修正，优于优于1级）级） 能实现很宽的量程比（能实现很宽的量程比（R800以上）以上） 无阻流件（压力损

7、失小）无阻流件（压力损失小） 任意角度安装任意角度安装 双向计量双向计量 流场敏感度不高（与超声水表比）流场敏感度不高（与超声水表比）电磁水表电磁水表 电磁水表的缺点电磁水表的缺点 测量工作（励磁）电流大，电池续航难测量工作（励磁）电流大，电池续航难 低功耗下外壳防护（低功耗下外壳防护（IP）设计难度高）设计难度高 流量变化响应慢流量变化响应慢 环境适应性弱，防电磁干扰能力弱（避环境适应性弱，防电磁干扰能力弱（避免安装在变压器、变电站的中心线接地免安装在变压器、变电站的中心线接地桩附近）桩附近）电磁水表电磁水表电磁水表应用前景电磁水表应用前景户用表（小口径）户用表（小口径）制造工艺复杂制造工艺

8、复杂成本高成本高电池额定寿命低电池额定寿命低市场接受度低市场接受度低电磁水表电磁水表电磁水表应用前景电磁水表应用前景工商业表（中大口径）工商业表（中大口径）技术含量：高技术含量：高制造工艺：复杂制造工艺：复杂成本：高成本：高性能：好性能：好功能：强功能：强电池额定寿命：低电池额定寿命：低环境适应能力：弱环境适应能力：弱市场接受度低市场接受度低电池续航能力电池续航能力是焦点问题是焦点问题电子类水表的共性问题电子类水表的共性问题环境适应性环境适应性外壳防护能力（低功耗条件下）外壳防护能力（低功耗条件下）电池的续航能力电池的续航能力超声优于电磁超声优于电磁工艺一致性工艺一致性批量生产批量生产电子修正

9、电子修正电子类水表的共性问题电子类水表的共性问题可靠性可靠性元器件元器件结构结构材料材料工艺工艺校表方法和设备校表方法和设备宽量程宽量程流量稳定性流量稳定性效率效率结论结论 电子类水表仍在起步阶段，还有很长的路要走。电子类水表仍在起步阶段，还有很长的路要走。 电子水表并不完全代表先进，机械水表也并不完电子水表并不完全代表先进，机械水表也并不完全落后，二者各有优缺点，各有改进余地和发展全落后，二者各有优缺点，各有改进余地和发展空间。空间。 当前户用水表中机械水表或者带电子装置的机械当前户用水表中机械水表或者带电子装置的机械水表仍然占领绝对性的主导，乃至今后很长一段水表仍然占领绝对性的主导，乃至今后很长一段时间。时间