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关于如何做好智能水表质量的浅析
太原利多鑫贸易有限公司   2018-06-29 15:39:35 作者:杜幸浩 来源: 文字大小:[][][]

关于如何做好智能水表质量的浅析

 

作者:杜幸浩 文章来源: 发布时间:2009512

    智能水表是在普通水表上加装了阀门、电子模块、电池。前者阀门是结构增加,而阀门是动态的。自从诞生智能水表的那天起,阀门就成为智能水表关键的关键。无论那家的阀门或多或少存在着这样那样的问题。后者是电子器件的增加。电子产品我们都知道其可靠性远远低于机械产品,因为,是微电子很多的质量因素我们是看不到的,更是那些器件组合在一起后会发生千变万化。所以增加的阀门和电子器件若处理不好就是产品质量问题的根源。
   
而智能水表是自来水管理部门和千千万万用户之间进行管理的一个方向,时代的发展,科学的发展,采用高科技产品是必然的趋势。那么,作为厂家如何将产品质量问题降低到限度呢?这是现代智能水表产业的一大课题。零缺陷对于智能水表来说是不可能的,至少在起步不久的高科技产业,目前不具备这样的生产与控制能力,任何一家企业都不敢说:我的智能水表是零缺陷的,质量好的。
   
如何解决这个质量的可靠性和稳定性问题呢?笔者通过技术、生产、检测、质量延伸管理,来浅析如何做好产品质量可靠性和稳定性。
   
一、产品设计结构
   
设计原理要遵循机械原理和电子原理,而机械原理应该获得电子原理的允许或者是电子参数的容忍。
   
普通水表使用的机芯为什么一直沿用到现在还没有进行改进呢?关键的一点是机芯技术是符合流体力学设计原理的,所以,到现在没有人对机芯的设计进行改进。智能水表增加的阀门,设计采用的结构形式多样,有先导阀门、球阀、陶瓷阀、机械阀等等。形式多样的阀门是否很理想的符合机械设计原理呢?笔者认为未必全是。
   
我们下面一个一个的来进行分析。
    1. 
先导阀
   
先导阀应该说是利用了一种巧力,也就是四两拨千斤的原理。利用开启一个小孔,将上端和下端的水压进行调整。当水压平衡时,阀门就会自动开启,当水压不平衡时阀门就会自动关闭。先导阀顾名思义就是先导通一个小孔,利用很小的力,然后在将阀门开启。应该说先导阀是智能水表其中一种比较理想的设计。因为开启阀门和关闭阀门需要的时间很短,甚至是一瞬间的事情。而水压对阀门是乎没有太大的影响,因为,先导阀本身就是依靠水压差来达到开启阀门和关闭阀门的。假如采用电磁阀作为驱动,则开启和关闭阀门所需要的功率几乎是恒定的。
   
虽然先导阀有四两拨千斤的原理,但是它缺点就是在水表中增加了这种结构的阀门后压力损失技术指标就很难解决,这是一。这个四两采用什么样的驱动呢?使用电机,那么电机和驱动杆之间的密封解决是需要谨慎的;使用电磁阀来作为开启小孔的驱动,那就势采用双稳态的电磁阀(或者叫自保持电池阀)才能使功耗降到限度,那么这个电磁阀和驱动杆无论在什么状态,都带有磁性。磁性材料无论在干燥状态还是在液体状态它的特点就是能够吸附铁质材料,尤其是细小的微粒更是容易被其吸附。这样时间久了在电磁阀和驱动杆上就会被铁质微粒所包裹,在其运动过程中会产生大的摩擦力。甚至不能驱动。使用电磁阀还有一个就是需要解决管道硬冲击后的自动开启阀门和关闭阀门的弱点。
   
制造高质量的先导阀关键是要解决在水中不让铁质的微粒吸附到动态的杆上;解决压力损失技术问题;解决先导孔不被水垢堵塞问题;解决管道硬冲击造成关阀失控自动关闭和开阀的问题,因为硬冲击会使电磁阀内置磁钢瞬间失磁。目前市场上有采用先导阀作为智能水表阀门的产品。
    2. 
球阀
   
球阀是自来水管道常用的一种手动阀门,由于是采用手动的,所以,在使用中其密封性能还是可以。但是一旦采用到智能水表上,这个阀门的工艺要求就提高了很多。首先是要求其球体旋转时的扭矩在一个规定的范围内;其次,在扭矩达到的基础上密封性能可靠;,由于选择球阀本身就是想将表壳的体积设计到经济状态,以此达到降低材料成本的目的,所以在结构上只采取了增加两个可以打孔与减速器进行连接定位的耳朵平面。而这两个耳朵平面上的孔要保证驱动杆与被驱动杆之间的同轴度,那不是一件容易的操作;,管道水压对球阀的开关有直接的影响,因为球阀受到的是水压的正面压力。水压越高开启阀门或者关闭阀门所需要的扭矩越大。
   
综上所述想要球阀作为智能水表理想的阀门,要解决以下几个关键技术问题:
   
 驱动杆和被驱动杆之间增加万向节传动连接,保证两个驱动杆之间的同轴度;或者将上口扩大,引用机械密封装置,减速器与被驱动杆之间的配合采用模具压铸件定位,保证两个驱动杆之间的同轴度;
  
 球体的背水一面开启长槽(即局部透空),这样可以降低正面水压对阀门增加扭矩的影响。
   
采用上述技术后,其产品体积会加大,制造成本也会因此而提高。但是球阀的质量却
   
会因此而稳定,电池的使用寿命也因此而延长。制造质量稳定的球阀这是途径。目前市场采用球阀作为智能水表阀门的产品很多,但是问题却不少。
    3. 
陶瓷阀
   
陶瓷阀是在手动冷热水阀门的基础上提升为智能水表阀门的一种结构,从原理上来说应该是可行的,只需解决压力损失的技术问题,所以设计体积就较球阀要大多了。但是水压几乎对陶瓷阀的影响力很小,因为陶瓷阀是两个陶瓷片,其中一个陶瓷片做旋运动,那么它克服的仅仅是两个陶瓷片之间的摩擦力。所以,陶瓷阀是智能水表其中一种理想的设计结构。
   
陶瓷阀也和球阀一样存在着驱动杆与被驱动杆之间的同轴度问题,好在陶瓷阀本身设计结构大,因此采用模具定位那是很轻松的事情。这样,两轴同心的问题对陶瓷阀来说就不是问题了。
   
但是,陶瓷阀的弱点就是怕剧烈的振动和硬冲击,因为这些强硬的振动和冲击会造成陶瓷片的损坏。通过调整材料来保证不会被强烈振动和硬冲击轻易的损坏,这样就会增加一点摩擦系数,但是对于改变材料的陶瓷阀来说已经微不足道。尽管增加了功耗,但是相比球阀的功耗还是要低的多。
   
陶瓷阀面临的就是如何解决,轴向密封的问题。
   
制造陶瓷阀首先就是要避开选择陶瓷材料,这样制造质量稳定的陶瓷阀才有保障。
    4. 
机械阀
   
机械阀是在陶瓷阀的基础上,在阀门的密封处增加了机械密封装置,解决了被驱动杆的密封问题。机械阀采用了机械密封原理的提升设计,将整个阀门结构看成是一个机械密封装置,其中没有采用陶瓷材料,而是采用摩擦系数相对小的材料进行组合成阀门摩擦片。
   
机械阀门设计的体积较球阀要大,关键是要解决压力损失的技术问题。机械阀应该是智能水表设计选择的阀门结构。
   
制造质量稳定的机械阀是保证智能水表质量的关键。
   
任何一种阀门都是可以做好智能水表,关键是怎样对阀门的结构去进行设计的提升。还有就是电器参数与电路的配合程度。
   
二、电路和电池
   
电子电路与程序首先需要遵循的就是行业标准规定的要求,功能应该是只要满足使用需要即可,因为电子产品的功能越多问题出现的可能性也就越多。
电路中选择适宜的芯片是很重要的,容量过大会浪费芯片的空间,容量过小会使得程序编制出现强制压束,从而影响到整个产品的功能。芯片的静态维持电压也是关系到产品质量很关键的一个问题。
   
一个设计好的电路应该是简洁、各种功能满足行业标准规定的要求、静态功耗低于3uA,平常没有使用时应该自动进入休眠状态。目前,智能水表应该更优先选择非接触式通讯方式的,因为,可以减少人为破坏的因素;减少水直接侵入卡座的裸露口。
   
现在各厂商的电子电路应该说基本可以满足行业标准的要求,关键是采用的芯片和设计电路的静态电流在什么水平。
   
我们可以计算一下智能水表的电路6年时间所需要消耗的静态电流能量:
   
静态电流3uA×24×30×12×6=12.96mA
   
静态电流10uA×24×30×12×6=51.84mA
   
在这里我们是乎感觉不到电能量偏大,但是对于电能量只有1.8A.h的电池来说不是一个小能量的概念了。因为电池使用到后期,其内阻加大,耗电量也在增长,加上电池还有自放电能量,电路还有传感器耗电、阀门开关耗电、刷卡通讯耗电、电路板电容的充电耗电、解决电压滞后问题的耗电等等因素。而电池的总容量是1.8A.h不是意味着可以使用那么多的能量,一般使用好的电池也就是电池容量的80%。经过初步的计算一个模块静态电流在3uA以下的,6年时间大约需要总耗电能970mA左右(阀门开启关闭的电流计算值为80mA/9s)。这仅仅是计算值,不可估计的问题在内。
   
假如静态电流超过3uA,那就是在设计上通讯采用了间断时间进行扫描来监视用户刷卡的方式;而阀门采用球阀,那么电流就不是80mA了,因为现在的球阀有着多样的不可预测的问题存在。一般在水管网带压(0.4MPa)的状态,开启关闭阀门通常需要90mA以上电流。假如,阀门的驱动杆与被驱动杆之间的同轴度偏差,那么这个电流就不是毫安级别的了,很有可能会是安培级别的。
   
现在电池的寿命短的可怜,有的只有1年,也有的使用两年就没有电了。这些问题的产生也许会归结到电池质量。其实,这是由于设计结构和制造工艺本身存在着缺陷,使得电池被严重的冤枉了。
   
锂电池有使用的要求,这是无法避免的。假如正确的使用锂电池,低功耗电路和执行器的设计保证在六年时间可用应该没有问题。
   
模块安装在水表上,其环境不是很好,一是潮湿,二是安装的位置,有些地区将智能水表直接安装在室外。对于电子器件就是一个很严峻的考验。首先模块应该有一个很好的事前的干燥和表面处理方式,表面处理是将电子器件进行保护起来,尽量减少恶劣环境对模块产生的影响,其次安装模块应该有很好的密封保护。通过多道的保护措施模块可以抵御潮湿、恶劣环境的侵蚀。
   
除了模块就是电池的保护问题了,电源是智能水表的动力之源,所以,在恶劣环境电池的寿命要长达6年,没有极为可靠的保护是很难达到的。电池主要防御高低温出现的水凝汽,电池长期在水凝汽环境就会减少使用寿命。电池的防护宜采用机械的密封方式,尽可能不选择密封胶进行密封。因为密封胶使用不当会起反作用。
   
一个质量好的产品除了设计结构严谨外,还要考虑产品的使用环境对引发质量问题的可能性,在设计中除那些不利的因素。笔者在湖南、四川所见到的智能水表几乎都是安装在室外的,有些根本没有什么保护的措施,任凭风吹雨打。这样的环境产品没有好的防护能保证其使用的寿命吗?智能水表因为不是什么装饰品,更不是什么可以进行欣赏的电子产品,只是用来进行计量水量的,所以,使用者没有进行维护和防护的概念,这也是产品质量问题一直引发的关键。
   
用户没有想到的,没有做到的,那么我们设计人员首先就是要将这些环境问题考虑到,在设计产品时对主要的部件进行有效的防护,避免在使用中出现这样那样根本预想不到的质量问题。其实有些还是使用不当所造成的。
   
三、制造工艺和检测手段
   
智能水表制造工艺是直接影响到产品质量的。笔者以为首先就是需要一个合理的工艺流程,先做什么后做什么。在这些工艺的过程中如何进行监视产品质量的形成。换句话说:就是借助检测的手段直观的看到产品质量达到什么水平。
   
在装配电子模块尤其注意的是人体的静电不能轻易的让其带到模块中去,因为,人的静电进入模块后就是潜在的威胁产品质量的因素。模块在潮湿环境中由于人的静电原因会产生液晶显示短缺笔画问题。也许有的在生产过程都是正常的,但是一旦用户使用不久就产生液晶显示不全或者缺少笔画,其中造成的原因可能性就是人体的静电作用。智能水表每一个装配过程都是很重要的,关键的就是要知道现在这一步的操作质量到什么程度了?那么就需要借助检测的手段来看质量的程度。
   
产品组装过程我以为特别重要的检测就是:基表(带减速器、阀门、机芯、计数器)的检测和试验极为重要,检测的主要项目就是基本误差;阀门在电压状态、水压在状态时,是否能够正常工作。这项检测和试验的设备要求很高,水压要求是动态的,也就是压力要保持在一个认为范围;电压是要求低于电池设定停止工作电压的75%以下,或者说设定的电池电压3.0V停止工作,那么这个检测试验的电压就在2.5V以下。而且检测的装置还要有一个限制电流的措施,假如电压是3.0V电池能够输出的电流只有XmA,那就是设定的电流小于这个值。检测判断的依据就是实际能够读到的电流表指示的值,这个值肯定需要有一个验证的实验来确定是多少毫安。建议水压至少1.0MPa。每一只基表通过这样的检测和试验,那么在实际运用中即使真的遇到这样的环境条件,阀门还是照样可以工作。上述那些参数实质就是一个工艺的欲度性。一般要求工艺欲度达到1.25,产品的质量就基本可以保证。凡是电流超过规定值的,那就意味着这个产品出厂后质量存在潜在的威胁。模块(可以进入组装状态)。模块检测的关键是静态电流和动态电流,这两个项目是涉及到电池寿命的关键。静态电流过大或者超过约定的值,那就是意味着模块的器件焊接或者印制板存在着短路的可能性虽然没有影响到现在的使用功能,但是时间长了也许就是质量问题的根源了。产品组装将后检测是更重要的,因为,通过组装后机械与电子组合一体了,其所有的功能是否达到约定的要求,假如功能达不到约定的要求,那么就失去了智能水表的意义了。这道的检测应该在动态状态进行,也就是说水表在运行时进行检测。只有将所有的功能进行检测完,才能知道或者借助检测我们自己看到生产的产品质量满足约定的要求。我相信在检测过程肯定有达不到约定要求的产品被筛选出来。通过检测合格的产品只能证实出厂的产品是合格的,但是,产品质量并没有到此结束。
   
四、运输和安装
   
运输是我们的产品交付到用户的必经途径,运输就涉及到路途的振动和装卸。笔者有幸在装卸的现场目睹产品是怎样被卸车的。产品是从高度约3米左右的高度,被装卸人员扔下来的,下面是水泥地,产品从高处被甩下来包装自然破碎,产品严重的被撞击,很有可能产品也就这样被报废了。当然也许这仅仅是一次偶然的发现,但是这种现象在我们的运输过程确实存在,这样对产品同样是一个潜在的威胁。有些产品一安装就是一个不会进行计量或者阀门就是不开也不会关的次品。
   
有这种现象存在可能性,产品的质量控制就需要延伸到现场了。产品在现场需要专业人员使用检测的工具卡,对所有的智能水表进行简单的检测,就是查看阀门是否可以正常工作、液晶屏显示是否正确。
   
企业会遇到这样的情况,出厂的产品检验都是合格的,而且自认质量是很好的,但是安装后就是有质量的投诉电话,工厂接到电话会觉得很奇怪,明明出厂检验很仔细也确实证明质量是好的,可为什么一到现场就会有不合格的产品出现呢?觉得很不可思议,有些甚至在怀疑自己的产品是否质量可靠。其实,笔者以为这很正常,因为,通过运输后什么样的事情都会发生,就像笔者亲眼所见的野蛮装卸,或者是很剧烈的长途振动、颠簸,产品在这个过程中或多或少的已经受到伤害,那么在安装后怎么可能不出现意想不到的问题呢?所以笔者建议在安装现场也应该进行检测与质量的控制。通过这一关的检测与控制后,安装的产品应该是99%可以正常运行,当然笔者所指的是设计结构合理、防护措施到位的那些产品,本身存在先天不足的产品再怎样也是无济于事的。
那么解决运输后的质量检测问题。剩下的就是产品的安装。我们知道产品安装时肯定需要为用户安装好操作系统。这个操作系统对于用户来说是一个陌生的操作界面,假如这个时候忽视了对用户的技术支持与短时间的维护,那么其结局是操作人员电话投诉说产品质量有问题。其实问题的根源是在操作人员无法正确操作系统,不能正常为用户进行开户售水。但是操作人员又不敢在说自己的操作水平不够,那只能将责任推卸到供应商身上。
   
企业面对这样的用户,假如是听之任之的话,那么很有可能这个地区只能安装这么多水表了,以后可能会被其它的产品所替代。因为操作人员不能正确的掌握售水技能,就不会自找麻烦了。往往有这样的情况,因为单子的数量少,又是地处偏僻的地方,来去不是很方便,所以就忽视了安装后的维护与技术支持。作为企业也许会将这个安装的实例当做业绩,但是在背后呢,想用射频卡水表的用户向在用的客户进行咨询交流时就会出现这个产品的质量不好,还没有使用就已经不行了的说法,可能有意向的单位想安装,但是听说这样的结局谁也不敢再有安装的想法了。
   
目前有的企业对于这块的工作很重视,产品安装在什么地区,就在这个地区配置了专业的技术服务和售后服务的人员,将产品质量延伸到了用户使用的环节。凡是这样做的企业产品的销量肯定会大,而且越做越大。因为他们将产品质量一直延伸到了用户使用的过程。试想:一个病人需要的是谁?不用说肯定是医生。而售后服务人员对于产品的用户而言就是医生。只要医生在病人的身边,那么用户还怕什么呢?
   
智能水表市场中国那家做的大?很简单只要看看那家的售后服务越健全,那么这个企业肯定做的大!因为用户需要的就是售后服务人员的监护。
   
欢迎厂商进行沟通和探讨有智能水表的关质量问题。

 

 

作者:杜幸浩
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