超声水表计量性能测量重复性测量再现性中图分类号
（广东省电表研究院，四川省成都市315032）摘要：在零流量条件下，当超声电表输出值中富含明显飘移特点时，其小流量检测段的示值偏差都会出现较大的不确定性，严重时会影响该流量段电表检测结果的确切度。通过剖析飘移形成缘由、采取有效技术手段、在出厂检验中设置辅助检测项目等举措来及时发觉并基本清除蕴涵在水表计量特点中的甩尾诱因，可以大大减低超声电表检测值随时间发生变化的程度。关键词：超声电表零点甩尾电表计量性能检测重复性检测重现性中图分类号：TB937文献标示码：AControlAboutUltrasonicwatermeterZeroFlowCharacteristicYAOLing（ZhejiangProvinceWatermeterResearchInstitute,ZhengjiangNingbo315032,China）Abstract:Underzeroflow,whenultrasonicwatermeteroutputvaluecontainsobviousdriftcharacteristics,itsappearlargeuncertaintyerrorsmallflowmeasurementrange,seriouslyitswatermeteraccuracymeasurementresults.takeeffectivetechnicalmeasures,settingauxiliarymeasuringprojectfactoryinspectiontimelydiscoverbasicallyeliminatedimplicitdriftwatermetermeasuringcharacteristicfactors,ultrasonicwatermetercangreatlyreducedmeasuredvalueschangeovertime.Keywords:ultrasonicwatermeter；zerodrift;watermetermeasuringperformance;measurementrepeatability;measurementreproducibility序言超声电表是一种全新的电子电表。
这几年来随着产品成熟度的提升，超声电表正在逐渐步入人们视线，并开始应用于供排水行业的水计量与节水管理。超声电表采用无机械运动机构的水流量传感、精密计时电路和嵌入式计算机系统软硬件，因而具有流量检测范围宽，检测确切度高，使用寿命长，压力损失小，讯号容易处理和传输等特征。与传统机械电表不同，好多电子电表都存在有无法彻底清除的所谓零点甩尾的特点，给电表小流量检测性能导致致命的影响。因而，怎么及时发觉电表零点甩尾特点、控制甩尾对超声电表检测确切度带来的影响是电表制造企业所必须把握的重要技术能力。基本工作原理大口径超声电表一般采用“传播时间差法”与一体式（正式超声换能器、信号处理部份与检测管一起安装，组成整机出厂）对射结构设计。在换能器切换开关控制下，换能器A均能发射或接收超声波讯号。当换能器A发射超声波讯号时，换能器B则接收讯号；反之，当换能器B发射超声波信号时，换能器A则接收讯号；这样连续交替工作并在精密计时电路配合下，才能将超声波由换能器A的时间（即逆向传播时间）分别检测下来，经讯号处理电路和嵌入式计算机系统软硬件的运算与处理，超声电表就可完成管线内水的瞬时流量和累积流量的检测。大口径超声电表工作原理示意图见图1所示大口径超声电表时差法工作原理示意隐喻（1）～（3）是超声电表“传播时间差法”计算公式，通过获得超声波的正、拟向传播时间超声波水表，可以求得超声波传播时间差、管道线平均流速、体积流量和累积流量等结果。
sincossincos2sincoskvkvtA-B—超声波正向传播时间;tB-A—超声波逆向传播时间；Δt—超声波正、逆向传播时间差；v—流体轴向线平均速率;c—超声波传播速率；φ—超声波传播方向与管线流速方向间倾角；A—管道截面积；D—管道外径；k—修正系数；q—封闭管线内水的瞬时容积流量；V—封闭管线内水的累积流量;T—测量时间。从式（1）和（2）中可以见到，当任一方向超声波的传播时间tA-B或tB-A发生异常变化或引入干扰和噪音时，就会导致超声电表传播时间差Δt的异常变化，其结果是瞬时流量和累积流量值发生变化，最终造成水表示值偏差改变，超声电表工作出现不稳定。产品主要技术指标超声电表性能指标是由国家标准GB/T778.1～3-2007《封闭满管线中水流量的检测用热水电表和冷水电表》和国家计量检定规程JJG162-2009《冷水电表》规定的，而这种标准和规程等同采用了国际标准ISO4064：2005和国际建议R49的内容，因而我国电表性能指标与国际标准是一致的超声电表是电子类电表产品，因而不仅应遵守标准和规程中所规定的通用技术指标外，还应遵守带电子装置电表所特有的技术指标和要求。
对电表性能评定，目前主要分为检定和型式评价等两种。就超声电表制造而言，一般应重点关注其计量性能及工作稳定性与可靠性等特点；对电子电表的环境试验（如气候环境、机械环境和电磁环境试验）、压力损失、承压硬度、被测介质气温与压力影响以及耐久性试验等指标，一般置于新产品型式试验与评价阶段中进行从现行国家计量检定规程看，电表检定（含首次检定、后续检定和使用中检定）项目主要有电表的“示值偏差检定”和“密封性检测”、“外观和功能检测”等三方面。不仅密封性、外观和功能检测外，检定项目中涉及电表计量性能指标的只有示值偏差这一项，这对机械类电表而言是完全才能满足评价要求的；但对电子类的超声电表，假如其设计不合理、电声转换元件和计时芯片选用不当、相关参数匹配不佳、数据处理方式有瑕疵等，都会出现局部计量性能随时间发生明显变化的问题。因而在电表检定和出厂检验时，仅用示值偏差单次测量结果来评定电子类电表计量性能是否符合要求是不够充分的，因此应补充能反映电子类电表检测重复性和检测复现性的辅助指标超声波水表，来愈发全面评价这类新型电子电表的计量性能。零流量特点的剖析在检验超声电表计量特点时，会发觉某些电表放置一段时间后小流量检测区域的示值出现变化的现象，有的甚至超出标准规定的最大容许偏差的范围；也有些电表多次重复检测结果的分散性较大，造成单次检测结果的可效度增长。
表1是某机型DN100、R250超声水表示值偏差随时间发生变化的情况，表数据按时间座标进行图示化处理。从表和图中可以见到，存在设计和制造缺陷的超声电表倘若仅做单次示值偏差检测，是很难发觉其计量性能变化隐患的。某机型DN100、R250超声电表稳定性检测结果检定流量点标准规定的最大容许偏差“示值偏差检定”结果（t时间）第一次稳定性检测（t时间）第二次稳定性检测（t时刻）第三次稳定性检测（t5%－3.02%＋1.2某机型DN100、R250超声电表重复性检测结果检定流量点重复性指标第一次检测第二次检测第三次检测平均值x标准误差σ5%1/3－2.42%1/3＋0.82%1/3＋0.8超声电表稳定性检测结果示意图引起超声电表出现计量性能随时间变化或多次检测不一致的主要诱因是某些电表存在有“零漂”或“零点不稳定”的现象。当被测管线内流量为零时，按照式（1）和式（2），超声电表的传播时间差为零，电表输出也应为零。但若果设计、制造中存在有缺陷，电表在零流量条件下的输出实际并不为零，主要会出现如下三种情况：1）零值数据不为零，但恒定偏离某一值；2）零值数据在一定区域内作随机变化，且以平稳随机过程为主；3）零位数据不仅作随机变化还富含随时间常年变化的趋势项。
对第一种情况，可以在零流量情况下进行一次性校准，就可基本清除所谓“零漂”的影响；第二种情况，应将富含“零漂”的检测数据作大数据量的均值化处理，并以统计值作为检测结果。数据的均值化处理，可以大大削弱因随机特点造成的“零点不稳定”，但同时也会影响超声电表检测的实时性；第三种情况，大数据量均值化处理只能清除随机变化的影响，但对由趋势项导致的时间飘移则无能为力。因而，对这些情况只有两个选择，第一是选用性能更好地精密计时芯片和元元件，其次是压缩超声电表的检测范围，使零漂趋势项对检测的影响程度降到最高点。是超声电表检测特点出现“零漂”时的示意图。假如零漂影响量足够小，或零漂接近为恒定值，则不会对电表检测结果形成明显的影响。除此之外，只有设法将零漂影响量控制在很小范围内，使超声电表在小流量（如分解流量QδV—管道流量为零时，因“零漂”影响电表输出的零流量容积值；ε—“零漂”影响量；T—测量时间；V—水表累积流量输出值；Q—水表检测时的平均瞬时流量值。因为累积流量V与平均瞬时流量Q成反比，而δV为一微小量，因而在检测时间T相同条件下，在流量值较大的检测范围内，δV对水表示值偏差形成的影响会特别小，可以忽视不计；而对最大容许偏差只有2%、高区最小流量值的分解流量Q
