超声水表和电磁水表的 原理及其技术特点
浙江省计量科学研究院
2015年6月
电子水表的种类
➢ 按传感原理分类 ✓ 机械传感电子水表 ✓ 超声波水表 ✓ 电磁水表 ✓ 射流水表 ✓ 科里奥列力式 ✓ 其它
超声波水表
➢ 什么是声波? ——机械振动 ➢ 声波是怎么传播的？ ——能在真空中传播吗？ ➢ 声波的传播速度是多少？ ——空气中：大约340m/s ——水中：大约1500m/s
超声波水表
➢ 超声波水表的前景 ✓ 户用表（小口径） ——成本：劣势 ——性价比：劣势 ——性能：无优势 ——功能：无优势
仍然需要等待 市场的响应
超声波水表
➢ 超声波水表的前景
✓ 工商业表（中大口径）
——成本：无优势 ——性价比：高 ——性能：有优势
市场接受度高 改进劣势
——功能：有优势 规避劣势使用
免安装在变压器、变电站的中心线接地 桩附近）
电磁水表
➢电磁水表应用前景 ✓户用表（小口径） ——制造工艺复杂 ——成本高 ——电池额定寿命低 ——市场接受度低
电磁水表
➢电磁水表应用前景
✓工商业表（中大口径）
——技术含量：高 ——制造工艺：复杂
市场接受度低
——成本：高
电池续航能力
——性能：好 ——功能：强
超声波水表
➢ 什么是超声波?
➢ 人耳为什么听不到超声波？
超声波水表
➢ 为什么选择超声波? ——束射性好 ——方向性好 ——能量密度大 ——本底干扰小
超声波水表
➢ 怎样产生超声波? ——利用压电元件的压力 ——常用材料：压电陶瓷
电压效应
超声换能器：材料、工艺、理论、设计、 小型化
超声波水表
➢ 怎样利用超声波测量流量？
超声波水表
➢ 超声波水表的缺点 ✓ 对流场的敏感高 ✓ 跟踪流量变化能力弱 ✓ 低功耗下外壳防护（IP）设计难度高
超声波水表
➢ 怎样提高超声波水表的性能？ ✓ 多声道设计 ✓ 优化流场数学模型 ✓ 牺牲压力损失优点，入口加装整流器 ✓ 采用高精度的时间测量电路 ✓ 采用高可靠性和稳定性的换能器 ✓ 提高电池的续航能力 ✓ 提高外壳防护能力
感谢聆听
浙江省计量科学研究院 赵建亮
2015年6月
➢ 为什么顺流而下与逆流而上的时间不同？
超声波水表
➢ 超声波水表的测量原理
无流动Δt=0
流动产生Δt
传播时间差法原理
超声波水表
➢ 超声波水表的结构
计算器
换能器 测量管
四声道超声
超声波水表
➢ 超声波水表的优点 ✓ 低功耗全电子化设计，无机械运动部件 ✓ 能实现较宽的量程比（R400以上） ✓ 高准确度设计（电子修正，优于1级） ✓ 无阻流件设计（压力损失小） ✓ 任意角度安装 ✓ 双向计量
结论
➢ 电子类水表仍在起步阶段，还有很长的路要走。 ➢ 电子水表并不完全代表先进，机械水表也并不完
全落后，二者各有优缺点，各有改进余地和发展 空间。 ➢ 当前户用水表中机械水表或者带电子装置的机械 水表仍然占领绝对性的主导，乃至今后很长一段 时间。 ➢ 工商业水表中已经为电子类水表打开了一条门， 开始快速增长，前景看好。 ➢ 用户使用水表的理念仍有待进步。
电磁水表
➢ 电磁水表的优点 ✓ 全电子化设计，无机械运动部件 ✓ 线性度好，可实现高准确度设计（电子修正，
优于1级） ✓ 能实现很宽的量程比（R800以上） ✓ 无阻流件（压力损失小） ✓ 任意角度安装 ✓ 双向计量 ✓ 流场敏感度不高（与超声水表比）
电磁水表
➢ 电磁水表的缺点 ✓ 测量工作（励磁）电流大，电池续航难 ✓ 低功耗下外壳防护（IP）设计难度高 ✓ 流量变化响应慢 ✓ 环境适应性弱，防电磁干扰能力弱（避
是焦点问题
——电池额定寿命：低
——环境适应能力：弱
电子类水表的共性问题
➢环境适应性 ——外壳防护能力（低功耗条件下） ➢电池的续航能力 ——超声优于电磁 ➢工艺一致性 ——批量生产 ——电子修正
电子类水表的共性问题
➢可靠性 ——元器件 ——结构 ——材料 ——工艺 ➢校表方法和设备 ——宽量程 ——流量稳定性 ——效率
——环境适应性：弱
电磁水表
➢ 电磁水表的结构
电磁水表
➢工作原理 法拉第电磁感应定律
e=K·B·D·v e—感应电动势 K—仪表常数 B—磁感应强度 D—管道内径 （导体长度）
v—流体流速 （导体运动速度）
电磁水表
➢电磁水表的技术关键 ✓传感器设计和加工 ——线圈 ——导磁结构 ——密封工艺 ✓转换器设计 ——低功耗 ——励磁 ——信号处ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：放大，滤波，采样 ——数据处理。