CN102393237A - 一种水表检定装置及水表检定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水表检定装置及水表检定的方法。水表检定装置中的各计时计频装置分别与对应的光电采样器和伺服电机的脉冲控制线路连接；保护套筒与液压缸的缸体固定连接，伺服电机固定在保护套筒上，伺服电机的转动轴通过联轴器与丝杠的一端固定连接，丝杠的另一端与丝杠螺母连接，丝杠螺母与液压缸的活塞的一端连接；液压缸设有缸体进水口和缸体出水口，水箱设有水箱进水口和水箱出水口，缸体进水口通过第一进水管与水箱出水口连通，缸体出水口处安装有出水管；水箱进水口处安装有第二进水管，第一进水管、第二进水管和出水管上均安装有开关阀。本发明实现了活塞标准器及各台串联被检水表的独立计时计频及瞬时体积流量的获取。

Description

一种水表检定装置及水表检定的方法

技术领域

本发明涉及一种活塞式水表检定装置及水表检定的方法。

背景技术

水表检定装置作为流量单位量值统一与传递的标准，一方面可以为我国各地区水表的量值传递准确、统一提供重要保证，另一方面可以为经济核算、贸易结算等工作提供可靠依据。在制定水表国家(企业)标准和检定规程时，还可以利用水表检定装置研究好的、可靠的试验测试方法并进行各种试验数据验证。此外，在对各种类型水表进行型式评价及检定、校准时，水表检定装置是水表计量性能判别的准绳，为质监部门及计量技术机构提供可靠的技术依据。

目前，各计量技术机构和生产企业正在使用、改造的水表检定装置仍然是传统的基于静态容积法或静态质量法的标准装置，根据对装置的使用情况及流量新技术发展的趋势，上述传统装置凸显出了较多的局限性，主要表现为：(1)静态容积法水表检定装置的检定效率低，由于静态容积法水表检定装置的工作量器一般是带有计量颈的葫芦形量器。利用装置进行检定时，只有液体达到计量颈处，量器中的容积才能被读出。因此，检定流量较小时，检定用时较长，表现为检定效率低下；(2)静态容积法操作和读数基本靠人工进行，由此带来的测量不确定度大；(3)静态质量法水表检定装置中的称重衡器易受环境(如振动，温度，湿度等)影响，而且环境条件难以保证，特别是水泵、管道振动，因而称重衡器容易发生零漂，准确度很难得到保证；(4)不易节能(静态容积法、静态质量法)，水泵一旦启动，即使检定期间更换水表，装置也不再停下，因此耗能严重；(5)装置(静态容积法、静态质量法)供用水***大，水体难以净化；(6)装置(静态容积法、静态质量法)占用空间大，一旦建成则很难移动。通过以上分析知道，传统静态容积法、静态质量法水表检定装置在使用中存在较多的局限性，因而展开对新型水表检定装置的研制工作势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种水表检定装置及利用该装置进行水表检定的方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：所提供的水表检定装置包括伺服电机、联轴器、丝杠、丝杠螺母、液压缸、保护套筒、用于产生与所述各被检水表的指针运动相对应的激光光束的光电采样器、计时计频装置和水箱；各所述计时计频装置相应地与对应的光电采样器和伺服电机的脉冲控制线路连接；所述保护套筒与所述液压缸的缸体固定连接，伺服电机固定在保护套筒上，伺服电机的转动轴通过联轴器与丝杠的一端固定连接，丝杠的另一端与丝杠螺母连接，丝杠螺母与所述液压缸的活塞的一端连接；所述缸体设有缸体进水口和缸体出水口，所述水箱设有水箱进水口和水箱出水口，所述缸体进水口通过第一进水管与所述水箱出水口连通，所述缸体出水口处安装有出水管，所述水箱进水口处安装有第二进水管，所述第一进水管、第二进水管和出水管上均安装有开关阀。

优选地，本发明还包括导向杆，所述导向杆分别与所述保护套筒和液压缸的缸体固定连接，且所述导向杆与活塞(6)滑动配合。

本发明水表检定装置的工作原理为：由于水在压力较小时是不可压缩的，作为水表检定装置容积标准的活塞单位时间内水平移动进入缸体的体积即是活塞排出水的体积，该过程即完成活塞、水的体积置换。在活塞水平移动过程中，与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置的计时开始与结束时间段内的活塞运行距离是根据伺服电机的控制脉冲数量及丝杠螺距计算得到的，并根据体积置换模型计算出该时间段内水表检定装置的平均流量。各光电采样器在活塞匀速水平移动的过程中与各被检水表配合产生相应的光电脉冲信号，送入各被检水表对应的计时计频装置独立地进行计时计频(该过程中，各被检水表的计时开始与结束不一定同步，且跟与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置的计时也不一定同步，即与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置及每台被检水表均采用独立时基进行计时，这一计时方法称为“独立时基复合时间计时方法”)，根据各被检水表对应的计时计频装置的计时计频结果计算出各被检水表的平均流量，同时根据与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置的计时计频结果计算出水表检定装置的平均流量；各被检水表的平均流量与水表检定装置的平均流量进行比对，得到各被检水表的示值误差。

使用本发明的水表检定装置对水表进行检定的方法包括如下步骤：

1)将各被检水表串联安装在所述第二进水管和出水管之间；

2)控制伺服电机正向旋转以带动丝杠作同向转动，并通过丝杠与丝杠螺母的配合将丝杠的转动转换为活塞的正向水平移动，直至活塞到达缸体的底部；

3)关闭所述第二进水管和出水管上的开关阀，打开所述第一进水管上的开关阀；

4)控制伺服电机反向旋转以带动丝杠作同向转动，通过丝杠与丝杠螺母的配合将丝杠的转动转换为活塞的反向水平移动，直至活塞到达缸体的头部；在活塞作反向水平移动过程中，水箱中的水通过第一进水管进入缸体；

5)关闭所述第一进水管上的开关阀，打开所述第二进水管和出水管上的开关阀和开关阀；

6)控制伺服电机正向旋转以带动丝杠作同向转动，并通过丝杠与丝杠螺母的配合将丝杠的转动转换为活塞的正向水平移动，直至活塞到达缸体的底部；

7)反复执行步骤3)至步骤6)，直至将缸体、出水管及第二进水管内的空气完全排除；

8)执行步骤2)至步骤5)；

9)控制伺服电机正向加速旋转至与所需的检定流量相对应的转速后保持匀速转动，同时通过伺服电机的旋转带动丝杠作同向转动，并通过丝杠与丝杠螺母的配合将丝杠的转动转换为活塞的水平移动以按所需检定流量排出缸体内的水；并且在活塞相应地由加速水平移动转为匀速水平移动后，与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置开始对活塞的运动进行独立计时计频；在伺服电机转为匀速转动后，各光电采样器的激光光束与对应的被检水表的指针配合相应产生各被检水表的计时计频同步脉冲，各被检水表对应的计时计频装置分别根据对应的光电采样器所产生的计时计频脉冲相应地对各台被检水表分别进行独立计时计频；

10)在各被检水表对应的计时计频装置的计时时间到达设定的自身最短计时时间后，对应的光电采样器的激光光束与对应的被检水表的指针配合产生对应的被检水表的计时计频同步脉冲，各被检水表对应的计时计频装置根据各自对应的光电采样器所发出的计时计频同步脉冲停止对对应的被检水表的计时计频，根据各被检水表对应的计时计频装置累计的时间和脉冲数，按式(1)计算各对应的被检水表的平均流量：

Q_i＝(P_i×N_i)/t_i                            (1)

式(1)中，Q_i为第i台被检水表在与其对应的计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的平均流量，P_i为第i台被检水表的脉冲当量，N_i为第i台被检水表在第i只计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的累计脉冲数，t_i为第i只计时计频装置的计时结束与计时开始的时间差；

11)在各被检水表对应的最后一只计时计频装置停止计时计频后，与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置停止对活塞运动的计时计频，按式(2)计算出与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量：

q＝(3.14×D²/4×L)/t，                (2)

式(2)中，q为与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量；D为缸体的内径；L为与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，活塞的水平移动距离；t为与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置计时结束与开始的时间差；

12)利用式(3)得到各被检水表在检定流量点下的示值误差：

E_i＝(Q_i-q)/q×100％                   (3)

式(3)中，E_i为第i台被检水表在检定流量点下的示值误差；Q_i为第i台被检水表在与其对应的计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的平均流量；q为与伺服电机的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量；

13)根据被检水表的下一个检定流量点及活塞已经水平运行的距离，判断伺服电机是否能够继续作同向转动：如果能够继续作同向转动，则重复步骤9)至步骤12)完成该流量点的检定；如果不能再继续同向转动，则执行步骤步骤8)至步骤12)完成该流量点的检定；

14)重复执行步骤13)完成对串联的各被检水表的检定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不仅提供了一种用于水表检定的新型的活塞式水表检定装置，而且采用“独立时基复合时间计时方法”结合活塞标准器的方式，实现了多台被检水表串联检定；更重要的是通过采用“独立时基复合时间计时方法”实现了活塞标准器和各台被检水表的独立计时计频及瞬时体积流量的获取，缩短了对被检水表的检定时间，颠覆了采用传统启停法对被检水表进行累积体积流量比对的检定方式，减小了启停及被检水表读数引起的不确定度，大大提高了水表检定装置的测量准确度及工作效率。

附图说明

图1是本发明水表检定装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明根据对传统的基于静态容积法和静态质量法的水表检定装置的使用情况，分析了传统水表检定装置凸显出的诸多局限性，在此基础上结合水表检定新技术发展的趋势，提出了一种针对需要独立计时计频对象的“独立时基复合时间计时方法”，并将该方法与本发明的活塞式水表检定装置相结合，实现多台被检水表的串联检定。

如图1所示，本发明水表检定装置包括伺服电机1、联轴器2、丝杠3、丝杠螺母4、液压缸、保护套筒7、光电采样器15、计时计频装置(图中未示出)和水箱17。其中，光电采样器15用于产生与各被检水表的指针运动相对应的激光光束。各光电采样器15和伺服电机1的脉冲控制线路均独立地连接有相应的计时计频装置。保护套筒7的开口端与液压缸的缸体9固定连接；活塞6从保护套筒7的开口处伸入，并可在保护套筒7内来回移动。在保护套筒7内，丝杠螺母4与液压缸中的活塞6的一端连接，丝杠3的一端与丝杠螺母4连接。伺服电机1固定在保护套筒7的顶端上，且伺服电机1的转动轴通过联轴器2与丝杠3的另一端固定连接。缸体9设有缸体进水口和缸体出水口，水箱17设有水箱进水口和水箱出水口。缸体进水口通过第一进水管10与水箱出水口连通，缸体出水口处安装有出水管。水箱进水口处安装有第二进水管16，第一进水管10、第二进水管16和出水管上分别安装有开关阀11、开关阀14和开关阀12。伺服电机1固定在保护套筒7的顶端，其传动轴通过联轴器2与丝杠3的一端固定连接；丝杠螺母4固定在液压缸的活塞6的头端，并与丝杠3连接。密封圈8为O型同心双密封圈，嵌入液压缸的缸体9的O型槽内，并与活塞6配合，实现活塞6运行时的密封作用。伺服电机1转动带动丝杠3旋转，与丝杠螺母4配合将转动转换为活塞6的水平移动。

作为本发明的优选方案，可在保护套筒7内安装一根导向杆5。导向杆5分别与保护套筒7和液压缸的缸体9固定连接，且导向杆5与活塞6滑动配合。导向杆5可确保活塞6的平稳移动。

利用本发明的水表检定装置对水表进行检定时，其工作过程可分为两部分：i)空气排除过程；ii)水表检定过程。以下进行具体说明。

i)空气排除过程：

1)如图1所示，将各被检水表13串联安装在第二进水管16和出水管之间。

2)控制伺服电机1正向旋转以带动丝杠3作同向转动，并通过丝杠3与丝杠螺母4的配合将丝杠3的转动转换为活塞6的正向水平移动(向右移动)，直至活塞6到达缸体9的底部(在图1中为缸体9的最右端)。

3)关闭第二进水管16和出水管上的开关阀14、开关阀12，打开第一进水管上的开关阀11。

4)控制伺服电机1反向旋转以带动丝杠3作同向转动，并通过丝杠3与丝杠螺母4的配合将丝杠3的转动转换为活塞6的反向水平移动(向左移动)，直至活塞6到达缸体9的头部；在活塞6作反向水平移动过程中，水箱17中的水通过第一进水管10进入缸体9。

5)关闭第一进水管10上的开关阀11，打开第二进水管16和出水管上的开关阀14和开关阀12。

6)控制伺服电机1正向旋转以带动丝杠3作同向转动，并通过丝杠3与丝杠螺母4的配合将丝杠3的转动转换为活塞6的正向水平移动，直至活塞6到达缸体9的底部。

7)反复执行步骤3)至步骤6)，直至将缸体9、出水管及第二进水管16内的空气完全排除。

ii)水表检定过程：

8)执行以上空气排除过程i)中的步骤2)至步骤5)。

9)控制伺服电机1正向加速旋转至与所需检定流量对应的转速后保持匀速转动，同时通过伺服电机1的旋转带动丝杠3作同向转动，并通过丝杠3与丝杠螺母4的配合将丝杠3的转动转换为活塞6的水平移动以按所需检定流量排出缸体9内的水。并且在活塞6相应地由加速移动转为匀速水平移动后，与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置开始对活塞运行进行独立计时计频。

在伺服电机1转为匀速转动后，各光电采样器15的激光光束与对应的被检水表13的指针配合相应产生各被检水表13的计时计频同步脉冲；各被检水表13对应的计时计频装置根据对应的光电采样器15所发出的计时计频脉冲相应地对各被检水表13分别进行独立的计时计频。

10)在各被检水表对应的计时计频装置的计时时间到达设定的自身最短计时时间后，对应的光电采样器15的激光光束与对应的被检水表13的指针配合产生对应的被检水表13的计时计频同步脉冲，各被检水表对应的计时计频装置根据各自对应的光电采样器15所发出的计时计频同步脉冲停止对对应的被检水表13的计时计频，根据各被检水表对应的计时计频装置累计的时间和脉冲数，按式(1)计算各对应的被检水表13的平均流量：

Q_i＝(P_i×N_i)/t_i                        (1)

式(1)中，Q_i为第i台被检水表在与其对应的计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的平均流量，P_i为第i台被检水表的脉冲当量，N_i第i台被检水表在第i只计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的累计脉冲数，t_i为第i只计时计频装置的计时结束与计时开始的时间差；

11)在各被检水表13对应的最后一只计时计频装置停止计时计频后，与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置停止对活塞6运动的计时计频，按式(2)计算出与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量：

q＝(3.14×D²/4×L)/t，                    (2)

式(2)中，q为与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量；D为缸体9的内径；L为与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，活塞6的水平移动距离；t为与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置计时结束与开始的时间差；

12)利用式(3)得到各被检水表13在检定流量点下的示值误差：

E_i＝(Q_i-q)/q×100％                       (3)

式(3)中，E_i为第i台被检水表13在检定流量点下的示值误差；Q_i为第i台被检水表13在与其对应的计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的平均流量；q为与伺服电机1的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量；

13)根据被检水表13的下一个检定流量点及活塞6已经水平运行的距离，判断伺服电机1是否能够继续作同向转动。

假设在进行被检水表13的下一个流量点检定时，活塞6需要运行的距离(含活塞加速、减速及检定流量点时的有效运行距离)为L₁；活塞6的总有效运行距离与活塞6已经运行的距离之差为L_t。那么，如果L₁-L_t＞0，则表明伺服电机1可继续作同向转动，反之则表明不能再继续作同向转动。

如果伺服电机1能够继续作同向转动，则重复步骤9)至步骤12)完成该流量点的检定；如果不能再继续作同向转动，则执行步骤8)至步骤12)完成该流量点的检定；

14)重复执行步骤13)完成对串联的各被检水表13的检定。

本发明采用“独立时基复合时间计时方法”结合活塞标准器的方式，不仅实现了多台水表串联检定，更重要的是通过采用“独立时基复合时间计时方法”实现了活塞标准器和各台串联被检水表的独立计时计频及瞬时体积流量的获取，缩短了被检水表的检定时间，颠覆了采用传统启停法对被检水表进行累积体积流量比对的检定方式，减小了启停及被检水表读数引起的不确定度，大大提高了水表检定装置的测量准确度及工作效率。

Claims (3)

1.一种水表检定装置，其特征在于：包括伺服电机1、联轴器2、丝杠3、丝杠螺母(4)、液压缸、保护套筒(7)、用于产生与所述各被检水表(13)的指针运动相对应的激光光束的光电采样器(15)、计时计频装置和水箱(17)；各所述计时计频装置相应地与对应的光电采样器(15)和伺服电机(1)的脉冲控制线路连接；所述保护套筒(7)与所述液压缸的缸体(9)固定连接，伺服电机(1)固定在保护套筒(7)上，伺服电机(1)的转动轴通过联轴器(2)与丝杠(3)的一端固定连接，丝杠(3)的另一端与丝杠螺母(4)连接，丝杠螺母(4)与所述液压缸的活塞(6)的一端连接；所述缸体(9)设有缸体进水口和缸体出水口，所述水箱(17)设有水箱进水口和水箱出水口，所述缸体进水口通过第一进水管(10)与所述水箱出水口连通，所述缸体出水口处安装有出水管，所述水箱进水口处安装有第二进水管(16)，所述第一进水管(10)、第二进水管(16)和出水管上均安装有开关阀。

2.根据权利要求1所述的一种活塞式水表检定装置，其特征在于：还包括导向杆(5)，所述导向杆(5)分别与所述保护套筒(7)和液压缸的缸体(9)固定连接，且所述导向杆(5)与活塞(6)滑动配合。

3.一种使用权利要求1的水表检定装置对被检水表进行检定的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将各被检水表(13)串联安装在所述第二进水管(16)和出水管之间；

2)控制伺服电机(1)正向旋转以带动丝杠(3)作同向转动，并通过丝杠(3)与丝杠螺母(4)的配合将丝杠(3)的转动转换为活塞(6)的正向水平移动，直至活塞(6)到达缸体(9)的底部；

3)关闭所述第二进水管(16)和出水管上的开关阀(14)，打开所述第一进水管(10)上的开关阀(11)；

4)控制伺服电机(1)反向旋转以带动丝杠(3)作同向转动，通过丝杠(3)与丝杠螺母(4)的配合将丝杠(3)的转动转换为活塞(6)的反向水平移动，直至活塞(6)到达缸体(9)的头部；在活塞(6)作反向水平移动过程中，水箱(17)中的水通过第一进水管(10)进入缸体(9)；

5)关闭所述第一进水管(10)上的开关阀(11)，打开所述第二进水管(16)和出水管上的开关阀(14)和开关阀(12)；

6)控制伺服电机(1)正向旋转以带动丝杠(3)作同向转动，并通过丝杠(3)与丝杠螺母(4)的配合将丝杠(3)的转动转换为活塞(6)的正向水平移动，直至活塞(6)到达缸体(9)的底部；

7)反复执行步骤3)至步骤6)，直至将缸体(9)、出水管及第二进水管(16)内的空气完全排除；

8)执行步骤2)至步骤5)；

9)控制伺服电机(1)正向加速旋转至与所需的检定流量相对应的转速后保持匀速转动，同时通过伺服电机(1)的旋转带动丝杠(3)作同向转动，并通过丝杠(3)与丝杠螺母(4)的配合将丝杠(3)的转动转换为活塞(6)的水平移动以按所需检定流量排出缸体(9)内的水；并且在活塞(6)相应地由加速水平移动转为匀速水平移动后，与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置开始对活塞(6)的运动进行独立计时计频；在伺服电机(1)转为匀速转动后，各光电采样器(15)的激光光束与对应的被检水表(13)的指针配合相应产生各被检水表(13)的计时计频同步脉冲，各被检水表(13)对应的计时计频装置分别根据对应的光电采样器(15)所产生的计时计频脉冲相应地对各台被检水表(13)分别进行独立计时计频；

10)在各被检水表(13)对应的计时计频装置的计时时间到达设定的自身最短计时时间后，对应的光电采样器(15)的激光光束与对应的被检水表(13)的指针配合产生对应的被检水表(13)的计时计频同步脉冲，各被检水表(13)对应的计时计频装置根据各自对应的光电采样器(15)所发出的计时计频同步脉冲停止对对应的被检水表(13)的计时计频，根据各被检水表(13)对应的计时计频装置累计的时间和脉冲数，按式(1)计算各对应的被检水表(13)的平均流量：

Q_i＝(P_i×N_i)/t_i                                    (1)

式(1)中，Q_i为第i台被检水表(13)在与其对应的计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的平均流量，P_i为第i台被检水表(13)的脉冲当量，N_i为第i台被检水表(13)在第i只计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的累计脉冲数，t_i为第i只计时计频装置的计时结束与计时开始的时间差；

11)在各被检水表(13)对应的最后一只计时计频装置停止计时计频后，与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置停止对活塞(6)运动的计时计频，按式(2)计算出与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量：

q＝(3.14×D²/4×L)/t，                             (2)

式(2)中，q为与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量；D为缸体(9)的内径；L为与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，活塞(6)的水平移动距离；t为与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置计时结束与开始的时间差；

12)利用式(3)得到各被检水表(13)在检定流量点下的示值误差：

E_i＝(Q_i-q)/q×100％                            (3)

式(3)中，E_i为第i台被检水表(13)在检定流量点下的示值误差；Q_i为第i台被检水表(13)在与其对应的计时计频装置的计时开始与结束的时间段内的平均流量；q为与伺服电机(1)的控制线路连接的计时计频装置在计时结束与开始的时间段内，水表检定装置的平均流量；

13)根据被检水表(13)的下一个检定流量点及活塞(6)已经水平运行的距离，判断伺服电机(1)是否能够继续作同向转动：如果能够继续作同向转动，则重复步骤9)至步骤12)完成该流量点的检定；如果不能再继续同向转动，则执行步骤步骤8)至步骤12)完成该流量点的检定；

14)重复执行步骤13)完成对串联的各被检水表(13)的检定。

Images