IC卡智能水表從其誕生之日起，至今已走過近十個年頭，產品技術不斷完善，已被廣大用戶所接受并大量應用于建設行業，特別是住宅中。但由于IC卡智能水表產品技術還沒有達到完全成熟的階段，各生產廠家產品在技術、結構、工藝上區別仍較大，執行標準不統一，特別是作為控制執行部件的閥門有多種，如先導閥、球閥、陶瓷閥、螺桿閥、電磁閥等，這些閥門特點多異，產品質量良莠不齊，選擇時應特別注意。根據目前IC卡水表現狀及我公司多年研制IC卡水表的經驗，本文重點對應用較多的先導式閥門和球閥的特點及選型提出一些看法，與業內人士及用戶探討。

 

一、 閥門在IC卡水表中應具備的性能

 

　　IC卡水表是一種具有計量及控制功能為一體的水量計量儀表，作為計量裝置它提供用水數量及收費依據；作為控制裝置，它可實現預付費功能并準確控制供水量。閥門是其控制裝置的執行終端，高質量的IC卡水表用閥門應具備以下性能：

　　(1)閥門開關應靈活可靠。打得開，關得嚴，到位準確，且開、關狀態應穩定。

　　(2)按國家標準要求，IC卡水表總的結構長度不能超過相同公稱通徑基表的長度，因此閥門應體積小，結構緊湊。

　　(3)壓損應盡量的小，小口徑IC卡水表其基表加閥門總壓損應小于0.1MPa。

　　(4)從功耗上要求，閥門的起動及運行力矩應盡量小。

　　(5)閥門耐壓強度應達到在壓力1.6MPa下持續15min（型式試驗為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，且不得有水錘現象產生。

　　(8)按CJ/T133標準，閥門的開閉次數應超過1000次以上，此時閥門關閉后的內泄量不能超過標準要求，閥門使用壽命應超過10年以上。

　　(9)閥門的動作裕度應盡量大，在管道壓力為0.02Mpa至其額定壓力下，應能正常工作。

　　(10)閥門所用材料應耐腐蝕，且符合飲用水的衛生條件。

 

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，為自來水行業從傳統的人工收費的管理模式轉為預付費管理模式提供了物質條件，實現了城市安全、可靠、準確、方便的供水收費系統。因此IC卡水表受到自來水行業和用戶的青睞。但是這種高科技產品的發展并不是一帆風順，很多廠家見到IC卡水表市場廣闊，利潤豐厚，盡管沒有掌握這項產品的技術，卻急忙上馬；有些IC卡水表廠家受到利益驅使，不重視產品質量，設計上沒有充分考慮產品的可靠性，設計要求不明確，設計方案不充分；生產工藝上控制不嚴，試驗、檢測手段缺乏，致使產品質量低下，造成市場上的IC卡水表質量良莠不齊。據我們市場調查，IC卡水表出現的故障中閥門占有較大比例，主要故障為內、外泄，打不開、關不上或卡死等，其中打不開、關不上是十分嚴重的故障，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

　　閥門選型應從以下幾方面綜合考慮：

　　(1)首先要全面了解IC卡冷水表標準CJ/T133對閥門性能、技術要求方面的規定，被選閥門是否符合這些規定。

　　(2)閥門的結構特點是否能滿足用戶要求，包括潛在要求。

　　(3)對IC卡水表生產廠家的技術實力、開發過程、質量保證體系進行調查，詳細了解企業產品開發的技術細節，是否有能力并認真研究解決傳統閥門存在的弊端，并不斷改進產品的性能和質量。

　　(4)進行市場調研，了解產品在其用戶中使用情況。

 

三、 對球閥、先導閥門結構原理和技術特點的分析對比

 

1、球閥

　　(1)結構原理：目前IC卡水表采用的球閥多為電機驅動球閥。它由電機、減速器、閥桿、球體、閥體組成，結構上與普通球閥基本相同。動作原理非常簡單，當電機接到控制器指令，啟動后經減速器減速，通過閥桿運動帶動球體旋轉，球體中間開孔，當孔與閥體通孔同軸時，閥門全部打開，當球體再轉動900時閥門關閉，實現對水流通斷的控制。

　　(2)優點：

　　a、球閥結構簡單，動作也不復雜，零件少，生產制造容易，成本較低；

　　b、壓損很小。（見圖一）

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圖一

 

　　(3)缺點及需要解決的問題

　　a、起動力矩及工作力矩大，電機工作電流大，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。由于電機起動電流大，壓降也很大，嚴重時會造成單片機低壓死機。

　　b、開關閥時間長：廠家為提高電機的負載力矩，常采用提高減速器的速比，這樣又造成開關閥時間加長，耗電增加。

　　c、防泄漏困難：球面與閥體間的密封因開關閥時球體旋轉運動而磨損，造成閥門內泄，關不嚴；閥桿與閥體間的動密封因轉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，當水中有雜質及水垢會將球體卡死，從而造成閥門關不上、打不開。

2、先導式閥門

　　(1)結構原理：當前IC卡水表行業廣泛采用的先導式閥門結構形式分為先導活塞式、先導波紋管式和先導薄膜式。驅動方式上多采用直流微型電機驅動，這種閥門我們稱其為電機驅動先導式截止閥門（以下簡稱先導式閥門）。

　　先導式閥門由主閥、導閥、電機、減速器、閥芯等組成，先導閥門是利用閥門進出口壓力差通過導閥放大來控制主閥開關動作。下面以膜片作為壓力分區部件的先導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三個壓力區，通過控制導閥來改變A、B、C三個區域間的壓力差，即可控制主閥可靠、平穩開啟與關閉。

　　開閥：打開導閥2，關閉導閥1，閥門C區的水通過泄流管進入B區，C區的壓力與B區相等，A區進口壓力遠遠高于C區，閥瓣受向上的壓力，使閥芯上移將閥門打開。

　　關閥：打開導閥1，關閉導閥2，閥門進口A區的水經引流管進入C區，使C區壓力與A區相等，由于膜片受力面積大于閥座面積，使閥芯向下移動，直至關閉閥門。（見圖二）

 

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　　(2)優點：

　　a、閥門的開啟和關閉的主要驅動力來源于管道內介質的壓力，因此閥門開、關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3.6V的鋰電池都能使其正常工作。

　　(3)缺點：

　　a、先導孔較小，易堵塞。

　　b、結構較復雜。

　　c、成本稍高。

 

四、 改進型先導式閥門

 

　　(1)先導孔堵塞問題：這個問題是應用先導式閥門的用戶最為擔心問題，采取三項技術加以解決，一是在導孔上游加裝過濾器，過濾器的濾孔小于導閥引流孔，可濾除水中顆粒形雜質和水垢等；二是采用防結垢材料制造引流孔器件；三是將引流孔設計在閥芯的膜片上，這樣在閥門開關動作時可沖洗引流孔，通過以上設計徹底解決了先導孔堵塞問題。

 

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　　(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不動作問題。

　　(3)采用電機驅動方式，閥門運行平穩可靠。自行設計的低功耗、大扭矩電機，工作電流小，抗干擾能力強。

　　(4)采用磁力、水力相結合技術，使閥門在零壓差下也可單獨通過磁力開關閥門，因其靠磁力非接觸性傳動，沒有傳動軸的動密封環節，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?？刂凭€路運行安全。

　　(5)選用具有耐氧化性能好的磁鋼：經過多年摸索和大量試驗，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間逐漸降低的問題，經優化設計使其既能使IC卡水表可靠運行，且留有充分余地，確保十年內穩定工作。

　　(6)獨特的驅動裝置：電機減速后，通過驅動器將旋轉運動變成直線運動，驅動外磁鋼就可帶動閥門內磁鋼上下運動，從而控制閥芯運動，完成閥門的開關動作。驅動器到位開關選擇優質鼠標開關，位置控制準確、壽命長。

　　(7)閥座密封面不易積垢，防內泄效果好。

 

　　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。