超声波水表性能及前景展望

概述

“九五”初期，建设部首次在小康住宅标准中提出了“三表出户”的要求，地方政府相继出台政策，促进水表“一户一表”工作具体落实，十多年来，居民水表应用基本形成了普通机械水表、阀控预付费卡表、远传水表等三种方式，其中远传水表逐渐形成规模，在二次供水小区应用较多，且技术型号多样，生产厂家众多。随着城市建设的发展，高层小区层出不穷，每年进入“一户一表”计量管理的高层用户数量不断增加，如何选用水表是供水企业面临的重要课题。

远传水表分类及优缺点

（一）有源表

即表具必须一直供电，通常以采集脉冲个数进行计量，也叫脉冲式远传水表，可分为“单、双干簧管表”、“霍尔元件表”、“光电转换表”。

1、干簧管型原理：在转盘计数的水表内加装干簧管和磁性元件，干簧管固定在计数转盘附近，磁性元件安装在计数盘上，当转盘每转一圈，磁性元件经过干簧管一次，干簧管闭合一次，即在接收端产生一个计量脉冲。

2、霍尔元件型原理：在转盘计数的水表内加装霍尔元件和磁性元件，构成基于磁电转换的传感器，霍尔元件固定在计数转盘附近，磁性元件安装在计数盘上，当转盘每转一圈，磁性元件经过霍尔元件一次，对应一次电位差，即在接收端产生一个计量脉冲。

3、光电转换型原理：由光电发射、接收器和反光镜组成，当安装在转盘上的反光镜通过发射器时，红外光由反光镜反射到接收器，转盘每转一圈，在接收端产生一个计量脉冲。

脉冲式远传水表的优点：对基表改动小，不影响原有的结构和计量；成本相对较低；脉冲采集技术比较成熟。

缺点：整个计量过程需要持续供电；受水锤、压力不稳、反转影响，会产生累计误差；强磁干扰或元件退磁，会影响计量；使用分线制布线，工程复杂，线缆和维护成本高。

脉冲式远传水表是远传表的先驱，经过近十年持续的改进，其原理可靠简单，也基本解决了水锤、倒流、抖动误测和磁影响等缺点，近年脉冲式远传水表改装了锂电池，且采用了水表本地储存累计水量，其数据传输亦可采用总线制系统等，在供水行业内得到一定认可，随着水司对远传水表管理意识和维护逐步成熟到位，脉冲表依然不失为一种低成本、高效率的远传表。目前市场上上述三种原理的脉冲远传表各有使用，各厂家近年在此基础上升级推出无线自组网远传水表，在水表里内置路由器，无线接收范围内任意水表之间可以两两相互桥架联网，省了布线的麻烦，但网络系统的可靠性还需时间来验证。

（二）无源表平时表具不需供电，仅在抄读时供电，又分接触式无源表和非接触式无源表。

1、接触式无源表原理：其代表是厚膜电阻式，通过在字轮上安装金属触点，与对应电路板上的不同电阻接触，通过不同的电阻值来识别字轮的位置，计算出相应的示值。

厚膜电阻式远传水表的优点：原理简单，不影响原有的结构和计量；成本相对较低；直读字轮上数据，平时不供电；直读表计窗口值无累计误差。
缺点：字轮触点摩阻影响计量性能，需降低齿轮组的阻尼，对工艺要求高；电阻值受温度变化影响，可能导致触点接触不良，产生计量误差。

2、非接触式无源表原理：其代表是光电式，在计数字轮的0~9 的位置上印刷特定的标记，在其周围按照数学规律安装固定光电传感器，判断字轮各种位置的“有”和“无”状态，把一个数学问题通过电子电路方法来实现，辅以冗错、纠错的算法，得出字轮上的唯一示值。目前采用这种方式的直读表主要有光电透射式和光电反射式两种，主要的区别在于机械结构和数学算法的不同。

光电式远传水表的优点：无机械接触，不影响原有的结构和计量；直读字轮上数据，平时不供电；光电方式生成数字信号，采集稳定；直读表计窗口值无累计误差；总线制布线。

缺点：机芯防水密封要求高；结构整体化设计，电子部分和基表嵌入组装，对制造工艺要求高；周检换表成本较高。无源直读表，特别是光电式直读表一上市，市场反应好，对脉冲式表造成不小的冲击，很多厂家蜂拥而上。由于基表和电子整合是多专业不同领域的学科，是机电一体化的综合制造工艺，而大多厂家要么是做基表出身，电子部分外协，要么是做电

子专业，基表外购，更有甚者只设计，电子和基表都外购，这三种制造工艺模式导致了后续的诸多问题，比如基表质量和计量认证，电子部分防水和稳定性，组装工艺质量差等。基于以上问题，光电式直读表在技术原理上虽已成为主流，得到认可，但在行业内也没大批量推广使用，当然水表厂家也有针对性的改良方案，比如采用模块化设计，解决使用过程中的问题，目前无源直读表也是供水企业小范围使用的首选类型。

（三）其他新型的远传水表
1、无源直读摄像式水表，分体式设计，通过拍摄基表盘字轮的图片来获得水表的示值，根据图片解析程序分两类，一类是通过远传水表系统完成摄像和传输，图片在上位机的后台软件上解析，把图片上的字轮示值转换为数字, 这类摄像表十年前就有这样的概念及产品，当时也得到了一定的认可，但却没有很好的应用，主要原因是抄表系统总线制__传输，速率约1~5k/s 之间，而图片文件在4k 以上，传输带宽要求高，集抄系统的稳定性和效率低；另一类表是近年出现的表端直接进行图片解析的方式，完成模数转换，上传数字信号，解决了传输瓶颈问题, 属于新技术、新产品，目前能生产的厂家不多，水表应用数量也不多。

摄像表的最大的优点就是分体式设计，也就是说基表可由水司自行采购、安装及维护，后加装摄像设备，保证基表独立运行，在远传系统故障时，基表仍独立计量，用户对计量的结果也更好认可；另外摄像设备设计寿命12 年，水表两个周检期内换基表就可以，后期维护费用大大降低，其他整体设计的远传水表不能做到这一点。缺点尚未表现出来，待时间验证。

2、有源超声测流型水表，其原理利用超声波换能器产生超声波在水中传播，当超声波在流动的水中传播时产生“传播速度差”，该速度差与水的流速成正比，利用这一原理进行计量，因此又被称为速度差法超声水表，大表已普遍应用，小口径表目前正处于研发阶段。
远传系统传输方式

分线制：脉冲水表都是分线制，一只水表一条信号线，集抄器按顺序进行采集，从技术上讲比较成熟，但布线太多，工程复杂，维护量大。

总线制：通常采用modbus 总线制，一体化设计，可靠性高，水表只需挂接，减少布线，系统调试和维护量少，与其他系统（如安防）可以共享开放式网络设计，简洁优化高层小区的弱电布线。分线制或总线制组网水表到集抄器的系统, 集抄器以单元或小区为单位, 挂接所有水表, 抄表员可以到现场从集抄器人工抄表，也可以通过网络（例如GPRS）定时自动上传。

抄表系统软件
远传水表厂家多，品牌和抄表系统功能各不相同，水表厂都是硬件制造为主，配套软件研发较弱，大都是解决了抄表和数据收发的基本功能，数据整合标准化和智慧化表务管理表现不足。对水司而言，若同时选用多个品牌的远传水表，那就意味着多套抄表系统，每套系统都要和报装、营销系统做接口衔接，抄表员也得带多只抄表机去小区集抄，数据统一性和操作可靠性差，成为远传水表推广使用的败笔。因此，水司牵头实施类似营销mis 系统的远传水表管理系统是必要和实用的，重点要解决的问题是：

• 远传水表作为集抄系统的终端设备，编码唯一性是关键参数，关联报装、营销业务密切，也决定水表安装维护流程的制定，对市场上不同品牌多类型号水表，应由水司依据自身管理需求制定统一的编码规则，厂家按规则设置及生产。

• 统一总线制通讯协议，集抄上传下载的数据包解码规则也要统一制定，以达到一套系统抄不同品牌型号的水表，系统与水司的信息整合对接效率也更高。

• 远传水表解放了抄表劳动力，另一个特点就是智能化管理，例如数据定时通讯，通过数据分析，能预警用户用水异常情况，可以微信、短信等方式进行温馨提示。诸如此类的功能也是当前智慧城市建设内容的一部分。