家用水表靈敏度的研究

張穎 丁晶 蘇波

摘 ?要：家用水表的始動流量是水能夠推動水表轉動的最小流量值，所以該值反映了水表的靈敏度。最大流量表示的是水表使用的上限流量。文章通過研究家用水表的工作原理以及內部結構，分析了影響水表靈敏度的因素，同時分別對兩種不同類型的水表進行了實驗，測量了其靈敏度的大小。

關鍵詞：家用水表;始動流量;最大流量;靈敏度

中圖分類號：TU991.63 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）32-0054-03

Abstract： The starting flow of domestic water meter is the minimum flow value that water can push the water meter to rotate， so this value reflects the sensitivity of water meter. The maximum flow represents the upper flow rate used by the meter. This paper studies the working principle and internal structure of domestic water meter， analyzes the factors that affect the sensitivity of water meter， and at the same time， measures two different types of water meters are tested and their sensitivity.

Keywords： domestic water meter; initiating flow; maximum flow; sensitivity

1 概述

水表目前已經進入了千家萬戶，對人們的日常生活發揮著重大作用。由于水表自身靈敏度的問題，如果水龍頭關閉不嚴，會出現水流通過水表，但水表不轉的情況，這就造成了水資源的浪費，對國家也有一定的損失。本文主要探究了家用水表的工作原理以及內部結構，分析了影響家用水表靈敏度的因素，之后通過實驗測量了兩種不同類型家用水表的始動流量以及最大流量，進而計算出其靈敏度。同時根據測量數據以及結構分析了提高家用水表靈敏度的方法。

2 理論分析

按照國家的標準，速度式水表的定義為“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”。當水流經過水表時，會驅動葉輪（螺翼或旋翼）開始旋轉，因為水的流速與葉輪的轉速成正比，且水表內葉輪處水流噴口的口徑是常量，故葉輪的轉速與流量是成正比的。水表計數的工作原理是通過將計數機構與葉輪軸上的聯動部件連接在一起，計數機構積累葉輪（螺翼或旋翼）的轉數，進而記下通過水表的水量[1]。常見的家用水表分為旋翼式和螺翼式。

2.1 家用電表的分類

旋翼式家用水表和螺翼式家用水表分別如圖1和圖2所示。

水表的關鍵部分是計量機構，計量機構擔當著水表“心臟”的重要地位，對水表的計量功能和使用壽命起著非常重要的作用。旋翼式水表的計量結構主要由齒輪盒、葉輪盒、整體葉輪、調節板、頂尖等組成[2]，其結構如圖3所示。

2.2 水表的計量機構

（1）齒輪盒：水表的計數器位于齒輪盒中，與上部的內孔相互配合。齒輪盒的底部一般有三條左右的固定筋，作用是當有大水流通過水表時，對葉輪的旋轉起阻尼的作用，以此優化水表在大水流量時的使用性能。

（2）葉輪盒是水表的計量結構中非常關鍵的部件[3]。葉輪盒的上部小孔與齒輪盒下部的凸臺相配合。葉輪盒的四周有排水孔以供水流進出。與齒輪盒類似，在葉輪盒底部有若干條固定筋，其作用與齒輪盒筋相仿。

（3）葉輪是水表的敏感部件，將水的動能轉化為轉速，通過葉輪軸傳給指示機構進行指示。旋翼式水表的葉片為直板形。

（4）葉輪盒的下部有調節孔和調節板。通過調節調節板的角度，可以改變水流受到調節板的反作用力的大小，調節水流對葉輪轉動的阻尼，由此調節水表的測量誤差。

（5）頂尖安裝于葉輪盒底部的中心，位于葉輪軸下部，支撐葉輪的轉動。頂尖的上部尖端與葉輪軸的下端凹軸承形成點滑動接觸，使葉輪的轉動更加靈敏[4]。

3 兩種類型家用水表靈敏度測量實驗

始動流量是指水表開始連續指示時的流量，即水表指針開始轉動時的最小流量值，所以該值即可反映水表的靈敏度大小;最大流量表示的是水表使用的上限水流量。

測量旋翼式家用水表和螺翼式家用水表時，在規定時間內測量水表始動流量以及水表的最大流量，分別測量20次，記錄數據。測量最大流量時直接讀取水表指針以及數字示數，測量始動流量時流經水表的水流入燒杯然后讀取燒杯刻度線示數。在測量最大流量時每次結束實驗后要將水表中殘留的水倒凈，不允許有殘存水;在測量始動流量時每次實驗結束后要保證水表中的水已經全部流入燒杯中，且下一次實驗前要將燒杯擦干凈。

3.1 實驗數據

旋翼式家用水表和螺翼式家用水表的實驗數據如表1所示。

3.2 數據處理

旋翼式和螺翼式兩種家用水表的最大流量實驗值與理論值的關系分別如圖4和圖5所示。

旋翼式水表：最大流量平均值為：8.36×10-4m3/s，4分水表內徑為15mm，故水表的最大流速為：Vmax=Qmax/S=4.73m/s，始動流量Qs的平均值為：1.18×10-5m3/s，不確定度為0.343L，所以最后測得的始動流量為：1.18×10-5±5.00×10-6m3/s，那么，此水表的始動流速為：Vqs=Qs/S=0.67±0.03m/s。

螺翼式水表：最大流量平均值為：8.58×10-4m3/s，4分水表內徑為15mm，故水表的最大流速為：Vmax=Qmax/S=4.86m/s，始動流量Qs的平均值為：8.5×10-6m3/s，不確定度為0.106L，所以最后測得的始動流量為：8.5×10-6±1.7×10-6m3/s，始動流速為：Vqs=Qs/S=0.08±0.01m/s。

3.3 實驗結果

旋翼式水表：如果一年都開著水龍頭并且在水表指針保持不轉動的情況下，最大水量為：（1.18×10-5+5.00×10-6）×60×60×24×365=372.12m3/年。按照北京居民用水收費標準（2.07元/m3）[5]計算可得，旋翼式水表一年將損失372.12×2.07=770.3元。

螺翼式水表：如果一年都開著水龍頭并且在水表指針不轉動的情況下，最大流水量為：（8.5×10-6+1.7×10-6）×60×60×24×365=321.67m3/年。按照北京居民用水收費標準（2.07元/m3）計算可得，螺翼式水表一年將損失321.67×2.07=665.9元。

4 結論

通過理論分析，得出影響家用水表靈敏度的因素有：長時間水流的沖擊會對葉輪本身造成影響，增大葉輪間的摩擦，削弱筋對水流的阻尼作用，所以葉輪材料要堅固;葉輪盒中葉輪的下端要與出水口下緣對接好，若上調葉輪，會使進水孔的部分水流沖擊不到葉輪上，因此會使葉輪轉速變慢，反之變快;頂尖安裝在葉輪盒底部的中心，在葉輪軸的下部，用于支撐葉輪轉動，頂尖頭的磨損，會增大葉輪和頂尖之間的摩擦，影響水流對葉輪轉速的調節，因此，頂尖頭的材質應具有很高的耐磨性能。

通過實驗測得了旋翼式水表和螺翼式水表的最大流量以及始動流量，計算得出了兩種水表的靈敏度的大小。根據實驗結果可知，由于水表自身靈敏度的問題，水表對精準計量用水量存在一定的誤差，因此，會造成國家水資源的浪費，在此呼吁大家節約用水，珍惜水資源。

參考文獻：

[1]徐萌.淺析多功能水表的設計原理[J].科技創新導報，2008（20）：68.

[2]張長華.速度式水表計量原理[J].上海水務，2004（03）：3-4.

[3]杜國鋒.水表水量計量控制[J].門窗，2019（08）：143+145.

[4]朱仲亞.簡述影響水表計量準確度的因素與對策[J].建材與裝飾，2018（48）：204-205.

[5]常穎.計量達世界水平北京住宅水表將可按滴計價[J].中國計量，2005（3）：75-75.