一、水表工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
智能化水表是在機(jī)械水表的基礎(chǔ)上，將機(jī)械信息轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，從而完成智能水表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸或遠(yuǎn)程測(cè)抄，并輔以配套的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理，對(duì)水表進(jìn)行系統(tǒng)管理。因此智能化水表的關(guān)鍵技術(shù)就是傳感器技術(shù)。
二、智能水表的傳感器技術(shù)
智能水表傳感器技術(shù)從基本原理上大致可分為以下6種。
1.干簧管傳感器：在機(jī)械水表中加裝干簧管和磁鐵，利用干簧管的簧片在磁鐵的循環(huán)作用下循環(huán)開(kāi)閉，從而輸出計(jì)量脈沖信號(hào)。
2.霍爾傳感器：在機(jī)械水表中加裝霍爾元件和磁鐵，構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器，安裝在計(jì)數(shù)盤位上的磁鐵隨著計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)，每經(jīng)過(guò)霍爾元件一次，即由霍爾元件輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。
3.光電傳感器：在機(jī)械水表的轉(zhuǎn)盤處安裝一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)盤上有一條溝槽，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，溝槽經(jīng)過(guò)光輸時(shí)轉(zhuǎn)換器完成一次電轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。
4.紅外線傳感器：在機(jī)構(gòu)水表的碼盤下每個(gè)與刻度對(duì)應(yīng)的位置上裝上紅外線傳感裝置，在上蓋內(nèi)部裝有CPU與單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)處理器，每個(gè)刻度上的紅外線傳感器將其刻度顯示信息匯總到處理器后通過(guò)程序運(yùn)行，顯示水表數(shù)據(jù)。
5.IC卡作為載體，由它將信息輸入水表的控制系統(tǒng)，決定水表的工作狀態(tài)，如開(kāi)關(guān)、充值等，主要功能是利用IC卡控制器實(shí)現(xiàn)水表預(yù)付費(fèi)應(yīng)用，即“先買水，后用水”。
6.電子傳感器：在水表的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)中對(duì)應(yīng)于刻度盤的下面安裝電子傳感器，該傳感器與計(jì)數(shù)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，電子傳感器存儲(chǔ)的電子信息與水表機(jī)械讀數(shù)完全同步，形成一種特定的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。在水一表采集終端利用A/D轉(zhuǎn)換，電子信息直接顯示為水表讀數(shù)。
經(jīng)過(guò)試用的智能表由于技術(shù)有缺陷、制造工藝粗糙、工藝不成熟等原因，弱點(diǎn)逐漸暴露出來(lái)。
那么，智能水表暴露的質(zhì)量問(wèn)題的根源在哪是呢？探究其中原因，必須從產(chǎn)品的工作原理中去分析和求解。
三、智能水表計(jì)量誤差分析
智能水表的傳感器從其工作原理和應(yīng)用上可分為脈沖式、數(shù)字式。
脈沖式水表的計(jì)量準(zhǔn)確度取決于脈沖式傳感器發(fā)送脈沖數(shù)量的準(zhǔn)確性。那么，脈沖誤差如何產(chǎn)生？經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)下列因素容易導(dǎo)致脈沖誤差。
1.磁場(chǎng)干擾：脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中因受到電磁干擾而產(chǎn)生誤差。有些人還會(huì)故意在水表外殼處附加磁鐵產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)干擾，達(dá)到偷水目的。
2.磁鐵退磁：傳感器內(nèi)磁鐵隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，導(dǎo)致傳感器不能輸出脈沖信號(hào)。
3.水表倒轉(zhuǎn)：水表在特殊使用情況下會(huì)倒轉(zhuǎn)，一旦倒轉(zhuǎn)同樣產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這種信號(hào)系統(tǒng)的累加計(jì)量視為正常計(jì)量。
4.機(jī)械振動(dòng)：水表本身受外界振動(dòng)影響或由于水管中的“水錘”引起水表機(jī)芯的振動(dòng)，都會(huì)使脈沖式傳感器發(fā)出非正常脈沖信號(hào)，導(dǎo)致脈沖誤差。
5.信號(hào)干擾：水表發(fā)出的脈沖信號(hào)，一般需通過(guò)戶線穿越較長(zhǎng)距離（幾十米）傳輸至采集器，如果傳輸線質(zhì)量不好或屏蔽效果不佳，外部干擾會(huì)造成系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。
有源水表就是水平在運(yùn)行工作過(guò)程中，必須維持穩(wěn)定、可靠、不間斷的電源支持。那么，有源水平中電源對(duì)水平計(jì)量有何影響呢？
1.電源維護(hù)：電池使用壽命長(zhǎng)短、供電能力保持是關(guān)鍵。用戶和管理部門必須對(duì)在用水表的電池使用情況了如指掌，一旦失控，要么用戶沒(méi)有用，要么供水管理部門因水表傳感器未計(jì)量而遭受損失。少量試用情況下，這種維護(hù)工作尚可應(yīng)付處理，一旦大面積推廣應(yīng)用，必有有足夠的維護(hù)力量來(lái)支持、保證。
2.人為偷水：用戶自己將傳輸線剪斷，在供水部門抄表前再連接，從抄表終端看不出用戶偷水，實(shí)際上傳輸線被剪斷的期間，水表傳感器未對(duì)流經(jīng)水表的自來(lái)水進(jìn)行計(jì)量。對(duì)于IC卡水表雖然實(shí)現(xiàn)了“先買后用”的供水方式，保證水費(fèi)的及時(shí)繳納，方便了供水單位的水費(fèi)管理，但事實(shí)上利用IC卡水表的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)盜用的水量（或水費(fèi)）比常規(guī)水表要厲害得多。表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，電磁閥在長(zhǎng)期工作中如果失靈就不能閉合，用戶就會(huì)白白用水，而且供水單位不易發(fā)現(xiàn)。利用這一特點(diǎn)，有人會(huì)在水表的“電磁閥”上動(dòng)些腦筋；第二，如果充值卡密碼被盜或被破譯，對(duì)水表磁卡進(jìn)行非法充值，就會(huì)給供水單位造成直接經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)用IC卡水表的供水單位必須保證24小時(shí)不間斷服務(wù)，營(yíng)業(yè)點(diǎn)分布要合理，否則會(huì)給用戶帶去極大的不便，同時(shí)供水單位盡管不用到水表安裝現(xiàn)場(chǎng)抄表，但還必須不定期對(duì)水表使用狀態(tài)進(jìn)行跟蹤進(jìn)行跟蹤檢查。
3.電能耗費(fèi)：一個(gè)城市如果有10萬(wàn)只有源水表，那么每年的耗能費(fèi)用、維持費(fèi)用將是一個(gè)不小的數(shù)目。
四、智能水表的技術(shù)突破——無(wú)源傳感器
干簧管型、霍爾元件型、光電型傳感器和IC卡水表都屬于脈沖式或有源水表，從計(jì)量管理角度來(lái)論證其應(yīng)用性、適用性都會(huì)有不同程度地存在著缺陷或不完善。無(wú)源數(shù)字式電子水表應(yīng)是水表智能化的發(fā)展方向，它克服了有源脈沖式水表的諸多技術(shù)性問(wèn)題。紅外線傳感器和電子傳感器屬于無(wú)源數(shù)字式，其中應(yīng)用電子傳感器技術(shù)的遠(yuǎn)測(cè)電子水表最具代表性。該系統(tǒng)包括水表（含電子傳感器）、采集箱、抄錄器三部分，水表計(jì)量信息獨(dú)立儲(chǔ)存，不需要外部設(shè)施或電路等加以支持，水表平時(shí)工作不需要電源與采集線路等提供支持，只是在需要抄表時(shí)抄表人員通過(guò)采集線路和抄錄器直接將水表計(jì)量信息測(cè)讀出來(lái)。
無(wú)源遠(yuǎn)測(cè)電子水表主要優(yōu)點(diǎn)：
第一，日常工作無(wú)須常備電源支持，這是具有革命意義的技術(shù)進(jìn)步，它不但避免了由于供電不穩(wěn)定或故障引起的計(jì)量誤差及大量的維護(hù)工作而且能確保水表的計(jì)量數(shù)據(jù)永不丟失；
第二，由于電子傳感器與水表機(jī)械部分有機(jī)的技術(shù)裝配，水表計(jì)量的機(jī)械示值和電子測(cè)讀值始終保持同步且完全一致，確保了計(jì)量準(zhǔn)確性，即使水表發(fā)生倒轉(zhuǎn)情況時(shí)，表值和自動(dòng)抄錄值也保持一致；
第三，不改變機(jī)械表計(jì)量的顯示方式，便于用戶直觀地核查用水量；
第四，系統(tǒng)在首次開(kāi)通及出現(xiàn)故障，維修重新啟動(dòng)后無(wú)須對(duì)水表進(jìn)行初始化，與脈沖式水表一旦維修后必須進(jìn)行初始化相比，維護(hù)工作量大大降低；
第五，無(wú)源遠(yuǎn)測(cè)電子水表直接傳送電子數(shù)據(jù)，而非脈沖信號(hào)，不受機(jī)械振動(dòng)和電磁等影響，所以在復(fù)雜的使用環(huán)境下能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)計(jì)量。
智能化水表是在機(jī)械水表的基礎(chǔ)上，將機(jī)械信息轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，從而完成智能水表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸或遠(yuǎn)程測(cè)抄，并輔以配套的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理，對(duì)水表進(jìn)行系統(tǒng)管理。因此智能化水表的關(guān)鍵技術(shù)就是傳感器技術(shù)。
二、智能水表的傳感器技術(shù)
智能水表傳感器技術(shù)從基本原理上大致可分為以下6種。
1.干簧管傳感器：在機(jī)械水表中加裝干簧管和磁鐵，利用干簧管的簧片在磁鐵的循環(huán)作用下循環(huán)開(kāi)閉，從而輸出計(jì)量脈沖信號(hào)。
2.霍爾傳感器：在機(jī)械水表中加裝霍爾元件和磁鐵，構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器，安裝在計(jì)數(shù)盤位上的磁鐵隨著計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)，每經(jīng)過(guò)霍爾元件一次，即由霍爾元件輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。
3.光電傳感器：在機(jī)械水表的轉(zhuǎn)盤處安裝一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)盤上有一條溝槽，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，溝槽經(jīng)過(guò)光輸時(shí)轉(zhuǎn)換器完成一次電轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。
4.紅外線傳感器：在機(jī)構(gòu)水表的碼盤下每個(gè)與刻度對(duì)應(yīng)的位置上裝上紅外線傳感裝置，在上蓋內(nèi)部裝有CPU與單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)處理器，每個(gè)刻度上的紅外線傳感器將其刻度顯示信息匯總到處理器后通過(guò)程序運(yùn)行，顯示水表數(shù)據(jù)。
5.IC卡作為載體，由它將信息輸入水表的控制系統(tǒng)，決定水表的工作狀態(tài)，如開(kāi)關(guān)、充值等，主要功能是利用IC卡控制器實(shí)現(xiàn)水表預(yù)付費(fèi)應(yīng)用，即“先買水，后用水”。
6.電子傳感器：在水表的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)中對(duì)應(yīng)于刻度盤的下面安裝電子傳感器，該傳感器與計(jì)數(shù)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，電子傳感器存儲(chǔ)的電子信息與水表機(jī)械讀數(shù)完全同步，形成一種特定的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。在水一表采集終端利用A/D轉(zhuǎn)換，電子信息直接顯示為水表讀數(shù)。
經(jīng)過(guò)試用的智能表由于技術(shù)有缺陷、制造工藝粗糙、工藝不成熟等原因，弱點(diǎn)逐漸暴露出來(lái)。
那么，智能水表暴露的質(zhì)量問(wèn)題的根源在哪是呢？探究其中原因，必須從產(chǎn)品的工作原理中去分析和求解。
三、智能水表計(jì)量誤差分析
智能水表的傳感器從其工作原理和應(yīng)用上可分為脈沖式、數(shù)字式。
脈沖式水表的計(jì)量準(zhǔn)確度取決于脈沖式傳感器發(fā)送脈沖數(shù)量的準(zhǔn)確性。那么，脈沖誤差如何產(chǎn)生？經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)下列因素容易導(dǎo)致脈沖誤差。
1.磁場(chǎng)干擾：脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中因受到電磁干擾而產(chǎn)生誤差。有些人還會(huì)故意在水表外殼處附加磁鐵產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)干擾，達(dá)到偷水目的。
2.磁鐵退磁：傳感器內(nèi)磁鐵隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，導(dǎo)致傳感器不能輸出脈沖信號(hào)。
3.水表倒轉(zhuǎn)：水表在特殊使用情況下會(huì)倒轉(zhuǎn)，一旦倒轉(zhuǎn)同樣產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這種信號(hào)系統(tǒng)的累加計(jì)量視為正常計(jì)量。
4.機(jī)械振動(dòng)：水表本身受外界振動(dòng)影響或由于水管中的“水錘”引起水表機(jī)芯的振動(dòng)，都會(huì)使脈沖式傳感器發(fā)出非正常脈沖信號(hào)，導(dǎo)致脈沖誤差。
5.信號(hào)干擾：水表發(fā)出的脈沖信號(hào)，一般需通過(guò)戶線穿越較長(zhǎng)距離（幾十米）傳輸至采集器，如果傳輸線質(zhì)量不好或屏蔽效果不佳，外部干擾會(huì)造成系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。
有源水表就是水平在運(yùn)行工作過(guò)程中，必須維持穩(wěn)定、可靠、不間斷的電源支持。那么，有源水平中電源對(duì)水平計(jì)量有何影響呢？
1.電源維護(hù)：電池使用壽命長(zhǎng)短、供電能力保持是關(guān)鍵。用戶和管理部門必須對(duì)在用水表的電池使用情況了如指掌，一旦失控，要么用戶沒(méi)有用，要么供水管理部門因水表傳感器未計(jì)量而遭受損失。少量試用情況下，這種維護(hù)工作尚可應(yīng)付處理，一旦大面積推廣應(yīng)用，必有有足夠的維護(hù)力量來(lái)支持、保證。
2.人為偷水：用戶自己將傳輸線剪斷，在供水部門抄表前再連接，從抄表終端看不出用戶偷水，實(shí)際上傳輸線被剪斷的期間，水表傳感器未對(duì)流經(jīng)水表的自來(lái)水進(jìn)行計(jì)量。對(duì)于IC卡水表雖然實(shí)現(xiàn)了“先買后用”的供水方式，保證水費(fèi)的及時(shí)繳納，方便了供水單位的水費(fèi)管理，但事實(shí)上利用IC卡水表的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)盜用的水量（或水費(fèi)）比常規(guī)水表要厲害得多。表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，電磁閥在長(zhǎng)期工作中如果失靈就不能閉合，用戶就會(huì)白白用水，而且供水單位不易發(fā)現(xiàn)。利用這一特點(diǎn)，有人會(huì)在水表的“電磁閥”上動(dòng)些腦筋；第二，如果充值卡密碼被盜或被破譯，對(duì)水表磁卡進(jìn)行非法充值，就會(huì)給供水單位造成直接經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)用IC卡水表的供水單位必須保證24小時(shí)不間斷服務(wù)，營(yíng)業(yè)點(diǎn)分布要合理，否則會(huì)給用戶帶去極大的不便，同時(shí)供水單位盡管不用到水表安裝現(xiàn)場(chǎng)抄表，但還必須不定期對(duì)水表使用狀態(tài)進(jìn)行跟蹤進(jìn)行跟蹤檢查。
3.電能耗費(fèi)：一個(gè)城市如果有10萬(wàn)只有源水表，那么每年的耗能費(fèi)用、維持費(fèi)用將是一個(gè)不小的數(shù)目。
四、智能水表的技術(shù)突破——無(wú)源傳感器
干簧管型、霍爾元件型、光電型傳感器和IC卡水表都屬于脈沖式或有源水表，從計(jì)量管理角度來(lái)論證其應(yīng)用性、適用性都會(huì)有不同程度地存在著缺陷或不完善。無(wú)源數(shù)字式電子水表應(yīng)是水表智能化的發(fā)展方向，它克服了有源脈沖式水表的諸多技術(shù)性問(wèn)題。紅外線傳感器和電子傳感器屬于無(wú)源數(shù)字式，其中應(yīng)用電子傳感器技術(shù)的遠(yuǎn)測(cè)電子水表最具代表性。該系統(tǒng)包括水表（含電子傳感器）、采集箱、抄錄器三部分，水表計(jì)量信息獨(dú)立儲(chǔ)存，不需要外部設(shè)施或電路等加以支持，水表平時(shí)工作不需要電源與采集線路等提供支持，只是在需要抄表時(shí)抄表人員通過(guò)采集線路和抄錄器直接將水表計(jì)量信息測(cè)讀出來(lái)。
無(wú)源遠(yuǎn)測(cè)電子水表主要優(yōu)點(diǎn)：
第一，日常工作無(wú)須常備電源支持，這是具有革命意義的技術(shù)進(jìn)步，它不但避免了由于供電不穩(wěn)定或故障引起的計(jì)量誤差及大量的維護(hù)工作而且能確保水表的計(jì)量數(shù)據(jù)永不丟失；
第二，由于電子傳感器與水表機(jī)械部分有機(jī)的技術(shù)裝配，水表計(jì)量的機(jī)械示值和電子測(cè)讀值始終保持同步且完全一致，確保了計(jì)量準(zhǔn)確性，即使水表發(fā)生倒轉(zhuǎn)情況時(shí)，表值和自動(dòng)抄錄值也保持一致；
第三，不改變機(jī)械表計(jì)量的顯示方式，便于用戶直觀地核查用水量；
第四，系統(tǒng)在首次開(kāi)通及出現(xiàn)故障，維修重新啟動(dòng)后無(wú)須對(duì)水表進(jìn)行初始化，與脈沖式水表一旦維修后必須進(jìn)行初始化相比，維護(hù)工作量大大降低；
第五，無(wú)源遠(yuǎn)測(cè)電子水表直接傳送電子數(shù)據(jù)，而非脈沖信號(hào)，不受機(jī)械振動(dòng)和電磁等影響，所以在復(fù)雜的使用環(huán)境下能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)計(jì)量。
