周岳健
寧波龍康智能儀表有限公司

　　二十一世紀(jì)是進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和信息化時(shí)代，信息技術(shù)已廣泛地滲透到社會各個(gè)領(lǐng)域并發(fā)揮著越來越重要的作用。九十年代以來建設(shè)事業(yè)中IC卡智能產(chǎn)品發(fā)展迅猛并取得了可喜的成績。
　　IC卡智能水表從其誕生之日起，至今已走過近十個(gè)年頭，產(chǎn)品技術(shù)不斷完善，已被廣大用戶所接受并大量應(yīng)用于建設(shè)行業(yè)，特別是住宅中。但由于IC卡智能水表產(chǎn)品技術(shù)還沒有達(dá)到完全成熟的階段，各生產(chǎn)廠家產(chǎn)品在技術(shù)、結(jié)構(gòu)、工藝上區(qū)別仍較大，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，特別是作為控制執(zhí)行部件的閥門有多種，如先導(dǎo)閥、球閥、陶瓷閥、螺桿閥、電磁閥等，這些閥門特點(diǎn)多異，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，選擇時(shí)應(yīng)特別注意。根據(jù)目前IC卡水表現(xiàn)狀及我公司多年研制IC卡水表的經(jīng)驗(yàn)，本文重點(diǎn)對應(yīng)用較多的先導(dǎo)式閥門和球閥的特點(diǎn)及選型提出一些看法，與業(yè)內(nèi)人士及用戶探討。

一、 閥門在IC卡水表中應(yīng)具備的性能

　　IC卡水表是一種具有計(jì)量及控制功能為一體的水量計(jì)量儀表，作為計(jì)量裝置它提供用水?dāng)?shù)量及收費(fèi)依據(jù)；作為控制裝置，它可實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能并準(zhǔn)確控制供水量。閥門是其控制裝置的執(zhí)行終端，高質(zhì)量的IC卡水表用閥門應(yīng)具備以下性能：
　　(1)閥門開關(guān)應(yīng)靈活可靠。打得開，關(guān)得嚴(yán)，到位準(zhǔn)確，且開、關(guān)狀態(tài)應(yīng)穩(wěn)定。
　　(2)按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，IC卡水表總的結(jié)構(gòu)長度不能超過相同公稱通徑基表的長度，因此閥門應(yīng)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。
　　(3)壓損應(yīng)盡量的小，小口徑IC卡水表其基表加閥門總壓損應(yīng)小于0.1MPa。
　　(4)從功耗上要求，閥門的起動及運(yùn)行力矩應(yīng)盡量小。
　　(5)閥門耐壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到在壓力1.6MPa下持續(xù)15min（型式試驗(yàn)為2.0MPa下1min）無泄漏和閥體無變形、損壞。
　　(6)閥門密封性能好。在1.1PN下，其密封面不得有滲漏。
　　(7)開閉速度盡量快，且不得有水錘現(xiàn)象產(chǎn)生。
　　(8)按CJ/T133標(biāo)準(zhǔn)，閥門的開閉次數(shù)應(yīng)超過1000次以上，此時(shí)閥門關(guān)閉后的內(nèi)泄量不能超過標(biāo)準(zhǔn)要求，閥門使用壽命應(yīng)超過10年以上。
　　(9)閥門的動作裕度應(yīng)盡量大，在管道壓力為0.02Mpa至其額定壓力下，應(yīng)能正常工作。
　　(10)閥門所用材料應(yīng)耐腐蝕，且符合飲用水的衛(wèi)生條件。

二、 閥門選型要求

1、IC卡水表用閥門存在的問題
　　在我國IC卡水表投放市場近十年，為自來水行業(yè)從傳統(tǒng)的人工收費(fèi)的管理模式轉(zhuǎn)為預(yù)付費(fèi)管理模式提供了物質(zhì)條件，實(shí)現(xiàn)了城市安全、可靠、準(zhǔn)確、方便的供水收費(fèi)系統(tǒng)。因此IC卡水表受到自來水行業(yè)和用戶的青睞。但是這種高科技產(chǎn)品的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順，很多廠家見到IC卡水表市場廣闊，利潤豐厚，盡管沒有掌握這項(xiàng)產(chǎn)品的技術(shù)，卻急忙上馬；有些IC卡水表廠家受到利益驅(qū)使，不重視產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)上沒有充分考慮產(chǎn)品的可靠性，設(shè)計(jì)要求不明確，設(shè)計(jì)方案不充分；生產(chǎn)工藝上控制不嚴(yán)，試驗(yàn)、檢測手段缺乏，致使產(chǎn)品質(zhì)量低下，造成市場上的IC卡水表質(zhì)量良莠不齊。據(jù)我們市場調(diào)查，IC卡水表出現(xiàn)的故障中閥門占有較大比例，主要故障為內(nèi)、外泄，打不開、關(guān)不上或卡死等，其中打不開、關(guān)不上是十分嚴(yán)重的故障，直接影響用戶的使用，使水表失去其最基本的使用功能。
2、選型
　　閥門選型應(yīng)從以下幾方面綜合考慮：
　　(1)首先要全面了解IC卡冷水表標(biāo)準(zhǔn)CJ/T133對閥門性能、技術(shù)要求方面的規(guī)定，被選閥門是否符合這些規(guī)定。
　　(2)閥門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是否能滿足用戶要求，包括潛在要求。
　　(3)對IC卡水表生產(chǎn)廠家的技術(shù)實(shí)力、開發(fā)過程、質(zhì)量保證體系進(jìn)行調(diào)查，詳細(xì)了解企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)細(xì)節(jié)，是否有能力并認(rèn)真研究解決傳統(tǒng)閥門存在的弊端，并不斷改進(jìn)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。
　　(4)進(jìn)行市場調(diào)研，了解產(chǎn)品在其用戶中使用情況。

三、 對球閥、先導(dǎo)閥門結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)特點(diǎn)的分析對比

1、球閥
　　(1)結(jié)構(gòu)原理：目前IC卡水表采用的球閥多為電機(jī)驅(qū)動球閥。它由電機(jī)、減速器、閥桿、球體、閥體組成，結(jié)構(gòu)上與普通球閥基本相同。動作原理非常簡單，當(dāng)電機(jī)接到控制器指令，啟動后經(jīng)減速器減速，通過閥桿運(yùn)動帶動球體旋轉(zhuǎn)，球體中間開孔，當(dāng)孔與閥體通孔同軸時(shí)，閥門全部打開，當(dāng)球體再轉(zhuǎn)動90⁰時(shí)閥門關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對水流通斷的控制。
　　(2)優(yōu)點(diǎn)：
　　a、球閥結(jié)構(gòu)簡單，動作也不復(fù)雜，零件少，生產(chǎn)制造容易，成本較低；
　　b、壓損很小。（見圖一）

圖一

　　(3)缺點(diǎn)及需要解決的問題
　　a、起動力矩及工作力矩大，電機(jī)工作電流大，一般在80～120mA范圍。阻力主要來源于球體與閥體間的密封面，和閥桿與閥體間的密封面，阻力隨著管道流體壓力的增大而增大。由于電機(jī)起動電流大，壓降也很大，嚴(yán)重時(shí)會造成單片機(jī)低壓死機(jī)。
　　b、開關(guān)閥時(shí)間長：廠家為提高電機(jī)的負(fù)載力矩，常采用提高減速器的速比，這樣又造成開關(guān)閥時(shí)間加長，耗電增加。
　　c、防泄漏困難：球面與閥體間的密封因開關(guān)閥時(shí)球體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而磨損，造成閥門內(nèi)泄，關(guān)不嚴(yán)；閥桿與閥體間的動密封因轉(zhuǎn)動磨損而造成閥門外泄。
　　d、閥門動作失靈、卡死：球面與閥體間密封被磨損后，兩者間隙增大，當(dāng)水中有雜質(zhì)及水垢會將球體卡死，從而造成閥門關(guān)不上、打不開。
2、先導(dǎo)式閥門
　　(1)結(jié)構(gòu)原理：當(dāng)前IC卡水表行業(yè)廣泛采用的先導(dǎo)式閥門結(jié)構(gòu)形式分為先導(dǎo)活塞式、先導(dǎo)波紋管式和先導(dǎo)薄膜式。驅(qū)動方式上多采用直流微型電機(jī)驅(qū)動，這種閥門我們稱其為電機(jī)驅(qū)動先導(dǎo)式截止閥門（以下簡稱先導(dǎo)式閥門）。
　　先導(dǎo)式閥門由主閥、導(dǎo)閥、電機(jī)、減速器、閥芯等組成，先導(dǎo)閥門是利用閥門進(jìn)出口壓力差通過導(dǎo)閥放大來控制主閥開關(guān)動作。下面以膜片作為壓力分區(qū)部件的先導(dǎo)閥門為例說明其工作原理。
　　閥門由閥瓣與閥座、皮膜與上蓋將主閥分割為A、B、C三個(gè)壓力區(qū)，通過控制導(dǎo)閥來改變A、B、C三個(gè)區(qū)域間的壓力差，即可控制主閥可靠、平穩(wěn)開啟與關(guān)閉。
　　開閥：打開導(dǎo)閥2，關(guān)閉導(dǎo)閥1，閥門C區(qū)的水通過泄流管進(jìn)入B區(qū)，C區(qū)的壓力與B區(qū)相等，A區(qū)進(jìn)口壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于C區(qū)，閥瓣受向上的壓力，使閥芯上移將閥門打開。
　　關(guān)閥：打開導(dǎo)閥1，關(guān)閉導(dǎo)閥2，閥門進(jìn)口A區(qū)的水經(jīng)引流管進(jìn)入C區(qū)，使C區(qū)壓力與A區(qū)相等，由于膜片受力面積大于閥座面積，使閥芯向下移動，直至關(guān)閉閥門。（見圖二）

　　(2)優(yōu)點(diǎn)：
　　a、閥門的開啟和關(guān)閉的主要驅(qū)動力來源于管道內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此閥門開、關(guān)所需起動力矩及工作力矩很小，類似晶體管放大原理或杠桿原理。
　　b、閥瓣是橡膠的，屬軟密封，留有一定壓量，因此密封性好，開關(guān)可靠，滴水不漏，且使用壽命長。
　　c、耗電省，有利于電池供電，甚至公稱通徑幾百mm的大口徑閥門，一節(jié)3.6V的鋰電池都能使其正常工作。
　　(3)缺點(diǎn)：
　　a、先導(dǎo)孔較小，易堵塞。
　　b、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
　　c、成本稍高。

四、 改進(jìn)型先導(dǎo)式閥門

　　(1)先導(dǎo)孔堵塞問題：這個(gè)問題是應(yīng)用先導(dǎo)式閥門的用戶最為擔(dān)心問題，采取三項(xiàng)技術(shù)加以解決，一是在導(dǎo)孔上游加裝過濾器，過濾器的濾孔小于導(dǎo)閥引流孔，可濾除水中顆粒形雜質(zhì)和水垢等；二是采用防結(jié)垢材料制造引流孔器件；三是將引流孔設(shè)計(jì)在閥芯的膜片上，這樣在閥門開關(guān)動作時(shí)可沖洗引流孔，通過以上設(shè)計(jì)徹底解決了先導(dǎo)孔堵塞問題。

　　(2)采用膜片作為敏感元件，解決了活塞式間隙大，易被雜物和水垢卡死和小壓差時(shí)不動作問題。
　　(3)采用電機(jī)驅(qū)動方式，閥門運(yùn)行平穩(wěn)可靠。自行設(shè)計(jì)的低功耗、大扭矩電機(jī)，工作電流小，抗干擾能力強(qiáng)。
　　(4)采用磁力、水力相結(jié)合技術(shù)，使閥門在零壓差下也可單獨(dú)通過磁力開關(guān)閥門，因其靠磁力非接觸性傳動，沒有傳動軸的動密封環(huán)節(jié)，徹底解決閥門外泄問題，并且使閥門水路與電控部分徹底隔離，確保控制線路運(yùn)行安全。
　　(5)選用具有耐氧化性能好的磁鋼：經(jīng)過多年摸索和大量試驗(yàn)，我們選用耐氧化性能好的釤鈷和鐵氧體磁鋼作為閥門采樣磁鋼和傳動磁鋼。且磁鋼的B值選擇要考慮其溫度特性和隨時(shí)間逐漸降低的問題，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)使其既能使IC卡水表可靠運(yùn)行，且留有充分余地，確保十年內(nèi)穩(wěn)定工作。
　　(6)獨(dú)特的驅(qū)動裝置：電機(jī)減速后，通過驅(qū)動器將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，驅(qū)動外磁鋼就可帶動閥門內(nèi)磁鋼上下運(yùn)動，從而控制閥芯運(yùn)動，完成閥門的開關(guān)動作。驅(qū)動器到位開關(guān)選擇優(yōu)質(zhì)鼠標(biāo)開關(guān)，位置控制準(zhǔn)確、壽命長。
　　(7)閥座密封面不易積垢，防內(nèi)泄效果好。

　　通過上述分析，希望能對IC卡水表用戶有所啟迪，使IC卡水表能更好的滿足用戶需求。

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