流量計讓人聯想到大型、笨重、金屬、工業外觀的設備。這幾乎不是我們所認為的現代智能技術。坦率地說，大多數已安裝流量計底座的技術已經過時。流量計的計量技術基本上是正排量或速度兩種類型之一。在容積式儀表中，當活塞缸、儲液罐或隔膜充滿并隨后以重復方式釋放時，將計算固定體積的離散單位。在速度計中，測量液體的流量并推斷體積，因為管道的直徑是已知的。雖然這些傳統的機械儀表幾十年來一直為我們提供了良好的服務，但現在是時候轉向更好的計量技術及其帶來的好處了。

機械流量計的局限性和影響

盡管機械儀表歷史悠久，但其準確性和可靠性存在重大限制。在低流速下，精度問題尤其成問題。由于無法以實惠的價格提供精細的測量功能，因此機械儀表通常測量不足，或者在低流速下根本不記錄任何流量。

可靠性也是個問題。機械儀表往往會隨著時間的推移和使用而變慢。摩擦和磨料磨損會降低其性能。換句話說，隨著時間的推移，機械儀表往往會低估流量，精度會逐漸降低。

隨著時間的推移，低流量精度和性能下降的影響是巨大的。低流量性能使泄漏檢測變得困難或不可能。在美國，自1921年提出第一個標準以來，美國水廠聯合會（AWWA）要求測試冷水表的最低流量沒有改變。3目前的最低流速精度要求為每分鐘 1/4 加侖（0.95 升）。以這種速度連續流動相當于大約 1，363 升/天。這是浪費的水。浪費還導致所有消費者的賬單增加，因為公用事業公司通過更高和更頻繁的費率上漲來收回這些水損失的成本。

自然資源保護委員會（NRDC）與美國各地的公用事業公司合作，提交了一份減少這種浪費的提案。NRDC建議增加“泄漏檢測測試流程”，要求測量低至1/16加侖/分鐘或0.01米的流速3/hr，精度在實際通過儀表的水的 80% 到 101% 之間。4為了滿足這一要求，需要顯著提高水表的精度。

靜電計量的出現

幸運的是，新的、改進的“靜態”計量技術正在走向智能家居。靜態儀表是任何沒有移動部件的計量設備，與傳統的機械儀表相比具有顯著的優勢。靜態儀表已經在商業和工業市場使用了多年。

靜態儀表具有明顯更好的精度，尤其是在低流速下。此外，由于它們沒有運動部件，它們更可靠，并且性能不會隨著時間的推移而下降。泄漏越少，浪費和損失就越少。因此，服務提供商不會將收入損失的成本返還給消費者。

靜電計分為電磁和超聲波飛行時間。在電磁計中，磁場施加到管道上，并產生垂直于磁通線的電壓。該電壓與流速成正比。雖然這種類型的儀表提供了出色的精度，但它往往具有相當高的功耗。

當今靜態儀表技術的主要類型是超聲波飛行時間。在該儀表中，壓電傳感器是脈沖的。由此產生的聲波穿過介質（我們討論中的水），并在下游的第二個壓電換能器處拾取。完成此路徑后，壓電傳感器信號反轉;下游壓電陶瓷脈沖，上游壓電陶瓷拾取信號。兩個脈沖的飛行時間差可以測量流量，因為聲波的速度與流量成正比。圖1顯示了帶有超聲換能器的典型閥芯體中的飛行時間差計算。

與先前目標0.01m對應的增量飛行時間值3/hr 對于小于 3/4 英寸（19.1 毫米）的管道，泄漏檢測測試流量約為 1.2ns。在1.2ns時，測量的飛行時間必須在960ps（80%）和1212ps（101%）之間，以滿足所需的精度。

圖1.飛行時間差計算示例。

超聲波飛行時間流量計的電子元件框圖如圖2所示。這里是一個專用的超聲波飛行時間IC，MAX35101，與兩個壓電閥接口。每個壓電陶瓷交替用作聲波發生器和接收器，具體取決于脈沖的方向。該IC采用高精度飛行時間磁芯，精度為20ps，具有出色的流速精度。雖然最終精度取決于管道直徑和流速，但這種架構可以提供每小時 1 升以下的泄漏檢測，并在儀表的使用壽命內保持精確到 EN 和 OIML 規范。

圖2.水表超聲波飛行時間方案采用帶模擬前端（AFE）的MAX35101時間數字轉換器。

實現靜態計量

到目前為止，靜態儀表技術對于住宅用水并不實用。然而，最近服務提供方面的演變變化正在創造機會。

住宅使用靜態電表的最大挑戰很簡單：電源。操作電子設備需要電源。由于大多數水表沒有接線供電，因此靜態水表傳統上不是一個實用的選擇。隨著AMR（高級抄表）和AMI（高級電表基礎設施）的出現，這種情況正在發生變化。AMI 和 AMR 通常使用無線通信技術支持遠程抄表和/或控制。

當服務提供商決定需要 AMI/AMR 功能時，他們現在需要通過線路電壓或電池為電表供電。由于無論如何都必須為儀表供電，這為靜態計量打開了大門。靜態計量所需的功率肯定會增加功率要求，但不會帶來新的挑戰。電池技術的同時改進正在幫助推動電表技術的變革。由于功率密度在提高，儀表的使用壽命也在增加。看到電池壽命為 15 年或更長時間的靜態儀表并不少見。

其他因素正在推動住宅采用靜態儀表，特別是改進的泄漏檢測和根據該信息采取行動的能力。可以檢測到泄漏然后做出反應的儀表，例如通過自動閥門關閉，為家庭增加了顯著的安全性。雖然不一定是直接的安全隱患，但漏水檢測可以為房主避免不必要的高額水費并防止水損壞。

結論

智能電表。智能電網。智能技術。我們生活在一個更智能的世界里，更明智的決策正在被推回更智能的設備。對于住宅用水表來說，這當然是正確的。我們家庭的服務交付基礎設施正變得越來越智能。靜態住宅水表是新興技術，注定要取代我們現在隨處可見的傳統機械水表。雖然仍處于起步階段，但靜態儀表有望提高精度和可靠性。隨著對智能基礎設施需求的增加，成本將隨著規模的擴大而降低。毫無疑問，靜態計量將更好地管理我們的天然水資源，提高安全性，并提供更好的消費者體驗。

審核編輯：郭婷