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關于如何做好智能水表質量的淺析
太原利多鑫貿易有限公司   2018-06-29 15:39:35 作者:杜幸浩 來源: 文字大小:[][][]

關于如何做好智能水表質量的淺析

 

作者:杜幸浩 文章來源: 發布時間:2009512

    智能水表是在普通水表上加裝了閥門、電子模塊、電池。前者閥門是結構增加,而閥門是動態的。自從誕生智能水表的那天起,閥門就成為智能水表關鍵的關鍵。無論那家的閥門或多或少存在著這樣那樣的問題。后者是電子器件的增加。電子產品我們都知道其可靠性遠遠低于機械產品,因為,是微電子很多的質量因素我們是看不到的,更是那些器件組合在一起后會發生千變萬化。所以增加的閥門和電子器件若處理不好就是產品質量問題的根源。
   
而智能水表是自來水管理部門和千千萬萬用戶之間進行管理的一個方向,時代的發展,科學的發展,采用高科技產品是必然的趨勢。那么,作為廠家如何將產品質量問題降低到限度呢?這是現代智能水表產業的一大課題。零缺陷對于智能水表來說是不可能的,至少在起步不久的高科技產業,目前不具備這樣的生產與控制能力,任何一家企業都不敢說:我的智能水表是零缺陷的,質量好的。
   
如何解決這個質量的可靠性和穩定性問題呢?筆者通過技術、生產、檢測、質量延伸管理,來淺析如何做好產品質量可靠性和穩定性。
   
一、產品設計結構
   
設計原理要遵循機械原理和電子原理,而機械原理應該獲得電子原理的允許或者是電子參數的容忍。
   
普通水表使用的機芯為什么一直沿用到現在還沒有進行改進呢?關鍵的一點是機芯技術是符合流體力學設計原理的,所以,到現在沒有人對機芯的設計進行改進。智能水表增加的閥門,設計采用的結構形式多樣,有先導閥門、球閥、陶瓷閥、機械閥等等。形式多樣的閥門是否很理想的符合機械設計原理呢?筆者認為未必全是。
   
我們下面一個一個的來進行分析。
    1. 
先導閥
   
先導閥應該說是利用了一種巧力,也就是四兩撥千斤的原理。利用開啟一個小孔,將上端和下端的水壓進行調整。當水壓平衡時,閥門就會自動開啟,當水壓不平衡時閥門就會自動關閉。先導閥顧名思義就是先導通一個小孔,利用很小的力,然后在將閥門開啟。應該說先導閥是智能水表其中一種比較理想的設計。因為開啟閥門和關閉閥門需要的時間很短,甚至是一瞬間的事情。而水壓對閥門是乎沒有太大的影響,因為,先導閥本身就是依靠水壓差來達到開啟閥門和關閉閥門的。假如采用電磁閥作為驅動,則開啟和關閉閥門所需要的功率幾乎是恒定的。
   
雖然先導閥有四兩撥千斤的原理,但是它缺點就是在水表中增加了這種結構的閥門后壓力損失技術指標就很難解決,這是一。這個四兩采用什么樣的驅動呢?使用電機,那么電機和驅動桿之間的密封解決是需要謹慎的;使用電磁閥來作為開啟小孔的驅動,那就勢采用雙穩態的電磁閥(或者叫自保持電池閥)才能使功耗降到限度,那么這個電磁閥和驅動桿無論在什么狀態,都帶有磁性。磁性材料無論在干燥狀態還是在液體狀態它的特點就是能夠吸附鐵質材料,尤其是細小的微粒更是容易被其吸附。這樣時間久了在電磁閥和驅動桿上就會被鐵質微粒所包裹,在其運動過程中會產生大的摩擦力。甚至不能驅動。使用電磁閥還有一個就是需要解決管道硬沖擊后的自動開啟閥門和關閉閥門的弱點。
   
制造高質量的先導閥關鍵是要解決在水中不讓鐵質的微粒吸附到動態的桿上;解決壓力損失技術問題;解決先導孔不被水垢堵塞問題;解決管道硬沖擊造成關閥失控自動關閉和開閥的問題,因為硬沖擊會使電磁閥內置磁鋼瞬間失磁。目前市場上有采用先導閥作為智能水表閥門的產品。
    2. 
球閥
   
球閥是自來水管道常用的一種手動閥門,由于是采用手動的,所以,在使用中其密封性能還是可以。但是一旦采用到智能水表上,這個閥門的工藝要求就提高了很多。首先是要求其球體旋轉時的扭矩在一個規定的范圍內;其次,在扭矩達到的基礎上密封性能可靠;,由于選擇球閥本身就是想將表殼的體積設計到經濟狀態,以此達到降低材料成本的目的,所以在結構上只采取了增加兩個可以打孔與減速器進行連接定位的耳朵平面。而這兩個耳朵平面上的孔要保證驅動桿與被驅動桿之間的同軸度,那不是一件容易的操作;,管道水壓對球閥的開關有直接的影響,因為球閥受到的是水壓的正面壓力。水壓越高開啟閥門或者關閉閥門所需要的扭矩越大。
   
綜上所述想要球閥作為智能水表理想的閥門,要解決以下幾個關鍵技術問題:
   
 驅動桿和被驅動桿之間增加萬向節傳動連接,保證兩個驅動桿之間的同軸度;或者將上口擴大,引用機械密封裝置,減速器與被驅動桿之間的配合采用模具壓鑄件定位,保證兩個驅動桿之間的同軸度;
  
 球體的背水一面開啟長槽(即局部透空),這樣可以降低正面水壓對閥門增加扭矩的影響。
   
采用上述技術后,其產品體積會加大,制造成本也會因此而提高。但是球閥的質量卻
   
會因此而穩定,電池的使用壽命也因此而延長。制造質量穩定的球閥這是途徑。目前市場采用球閥作為智能水表閥門的產品很多,但是問題卻不少。
    3. 
陶瓷閥
   
陶瓷閥是在手動冷熱水閥門的基礎上提升為智能水表閥門的一種結構,從原理上來說應該是可行的,只需解決壓力損失的技術問題,所以設計體積就較球閥要大多了。但是水壓幾乎對陶瓷閥的影響力很小,因為陶瓷閥是兩個陶瓷片,其中一個陶瓷片做旋運動,那么它克服的僅僅是兩個陶瓷片之間的摩擦力。所以,陶瓷閥是智能水表其中一種理想的設計結構。
   
陶瓷閥也和球閥一樣存在著驅動桿與被驅動桿之間的同軸度問題,好在陶瓷閥本身設計結構大,因此采用模具定位那是很輕松的事情。這樣,兩軸同心的問題對陶瓷閥來說就不是問題了。
   
但是,陶瓷閥的弱點就是怕劇烈的振動和硬沖擊,因為這些強硬的振動和沖擊會造成陶瓷片的損壞。通過調整材料來保證不會被強烈振動和硬沖擊輕易的損壞,這樣就會增加一點摩擦系數,但是對于改變材料的陶瓷閥來說已經微不足道。盡管增加了功耗,但是相比球閥的功耗還是要低的多。
   
陶瓷閥面臨的就是如何解決,軸向密封的問題。
   
制造陶瓷閥首先就是要避開選擇陶瓷材料,這樣制造質量穩定的陶瓷閥才有保障。
    4. 
機械閥
   
機械閥是在陶瓷閥的基礎上,在閥門的密封處增加了機械密封裝置,解決了被驅動桿的密封問題。機械閥采用了機械密封原理的提升設計,將整個閥門結構看成是一個機械密封裝置,其中沒有采用陶瓷材料,而是采用摩擦系數相對小的材料進行組合成閥門摩擦片。
   
機械閥門設計的體積較球閥要大,關鍵是要解決壓力損失的技術問題。機械閥應該是智能水表設計選擇的閥門結構。
   
制造質量穩定的機械閥是保證智能水表質量的關鍵。
   
任何一種閥門都是可以做好智能水表,關鍵是怎樣對閥門的結構去進行設計的提升。還有就是電器參數與電路的配合程度。
   
二、電路和電池
   
電子電路與程序首先需要遵循的就是行業標準規定的要求,功能應該是只要滿足使用需要即可,因為電子產品的功能越多問題出現的可能性也就越多。
電路中選擇適宜的芯片是很重要的,容量過大會浪費芯片的空間,容量過小會使得程序編制出現強制壓束,從而影響到整個產品的功能。芯片的靜態維持電壓也是關系到產品質量很關鍵的一個問題。
   
一個設計好的電路應該是簡潔、各種功能滿足行業標準規定的要求、靜態功耗低于3uA,平常沒有使用時應該自動進入休眠狀態。目前,智能水表應該更優先選擇非接觸式通訊方式的,因為,可以減少人為破壞的因素;減少水直接侵入卡座的裸露口。
   
現在各廠商的電子電路應該說基本可以滿足行業標準的要求,關鍵是采用的芯片和設計電路的靜態電流在什么水平。
   
我們可以計算一下智能水表的電路6年時間所需要消耗的靜態電流能量:
   
靜態電流3uA×24×30×12×6=12.96mA
   
靜態電流10uA×24×30×12×6=51.84mA
   
在這里我們是乎感覺不到電能量偏大,但是對于電能量只有1.8A.h的電池來說不是一個小能量的概念了。因為電池使用到后期,其內阻加大,耗電量也在增長,加上電池還有自放電能量,電路還有傳感器耗電、閥門開關耗電、刷卡通訊耗電、電路板電容的充電耗電、解決電壓滯后問題的耗電等等因素。而電池的總容量是1.8A.h不是意味著可以使用那么多的能量,一般使用好的電池也就是電池容量的80%。經過初步的計算一個模塊靜態電流在3uA以下的,6年時間大約需要總耗電能970mA左右(閥門開啟關閉的電流計算值為80mA/9s)。這僅僅是計算值,不可估計的問題在內。
   
假如靜態電流超過3uA,那就是在設計上通訊采用了間斷時間進行掃描來監視用戶刷卡的方式;而閥門采用球閥,那么電流就不是80mA了,因為現在的球閥有著多樣的不可預測的問題存在。一般在水管網帶壓(0.4MPa)的狀態,開啟關閉閥門通常需要90mA以上電流。假如,閥門的驅動桿與被驅動桿之間的同軸度偏差,那么這個電流就不是毫安級別的了,很有可能會是安培級別的。
   
現在電池的壽命短的可憐,有的只有1年,也有的使用兩年就沒有電了。這些問題的產生也許會歸結到電池質量。其實,這是由于設計結構和制造工藝本身存在著缺陷,使得電池被嚴重的冤枉了。
   
鋰電池有使用的要求,這是無法避免的。假如正確的使用鋰電池,低功耗電路和執行器的設計保證在六年時間可用應該沒有問題。
   
模塊安裝在水表上,其環境不是很好,一是潮濕,二是安裝的位置,有些地區將智能水表直接安裝在室外。對于電子器件就是一個很嚴峻的考驗。首先模塊應該有一個很好的事前的干燥和表面處理方式,表面處理是將電子器件進行保護起來,盡量減少惡劣環境對模塊產生的影響,其次安裝模塊應該有很好的密封保護。通過多道的保護措施模塊可以抵御潮濕、惡劣環境的侵蝕。
   
除了模塊就是電池的保護問題了,電源是智能水表的動力之源,所以,在惡劣環境電池的壽命要長達6年,沒有極為可靠的保護是很難達到的。電池主要防御高低溫出現的水凝汽,電池長期在水凝汽環境就會減少使用壽命。電池的防護宜采用機械的密封方式,盡可能不選擇密封膠進行密封。因為密封膠使用不當會起反作用。
   
一個質量好的產品除了設計結構嚴謹外,還要考慮產品的使用環境對引發質量問題的可能性,在設計中除那些不利的因素。筆者在湖南、四川所見到的智能水表幾乎都是安裝在室外的,有些根本沒有什么保護的措施,任憑風吹雨打。這樣的環境產品沒有好的防護能保證其使用的壽命嗎?智能水表因為不是什么裝飾品,更不是什么可以進行欣賞的電子產品,只是用來進行計量水量的,所以,使用者沒有進行維護和防護的概念,這也是產品質量問題一直引發的關鍵。
   
用戶沒有想到的,沒有做到的,那么我們設計人員首先就是要將這些環境問題考慮到,在設計產品時對主要的部件進行有效的防護,避免在使用中出現這樣那樣根本預想不到的質量問題。其實有些還是使用不當所造成的。
   
三、制造工藝和檢測手段
   
智能水表制造工藝是直接影響到產品質量的。筆者以為首先就是需要一個合理的工藝流程,先做什么后做什么。在這些工藝的過程中如何進行監視產品質量的形成。換句話說:就是借助檢測的手段直觀的看到產品質量達到什么水平。
   
在裝配電子模塊尤其注意的是人體的靜電不能輕易的讓其帶到模塊中去,因為,人的靜電進入模塊后就是潛在的威脅產品質量的因素。模塊在潮濕環境中由于人的靜電原因會產生液晶顯示短缺筆畫問題。也許有的在生產過程都是正常的,但是一旦用戶使用不久就產生液晶顯示不全或者缺少筆畫,其中造成的原因可能性就是人體的靜電作用。智能水表每一個裝配過程都是很重要的,關鍵的就是要知道現在這一步的操作質量到什么程度了?那么就需要借助檢測的手段來看質量的程度。
   
產品組裝過程我以為特別重要的檢測就是:基表(帶減速器、閥門、機芯、計數器)的檢測和試驗極為重要,檢測的主要項目就是基本誤差;閥門在電壓狀態、水壓在狀態時,是否能夠正常工作。這項檢測和試驗的設備要求很高,水壓要求是動態的,也就是壓力要保持在一個認為范圍;電壓是要求低于電池設定停止工作電壓的75%以下,或者說設定的電池電壓3.0V停止工作,那么這個檢測試驗的電壓就在2.5V以下。而且檢測的裝置還要有一個限制電流的措施,假如電壓是3.0V電池能夠輸出的電流只有XmA,那就是設定的電流小于這個值。檢測判斷的依據就是實際能夠讀到的電流表指示的值,這個值肯定需要有一個驗證的實驗來確定是多少毫安。建議水壓至少1.0MPa。每一只基表通過這樣的檢測和試驗,那么在實際運用中即使真的遇到這樣的環境條件,閥門還是照樣可以工作。上述那些參數實質就是一個工藝的欲度性。一般要求工藝欲度達到1.25,產品的質量就基本可以保證。凡是電流超過規定值的,那就意味著這個產品出廠后質量存在潛在的威脅。模塊(可以進入組裝狀態)。模塊檢測的關鍵是靜態電流和動態電流,這兩個項目是涉及到電池壽命的關鍵。靜態電流過大或者超過約定的值,那就是意味著模塊的器件焊接或者印制板存在著短路的可能性雖然沒有影響到現在的使用功能,但是時間長了也許就是質量問題的根源了。產品組裝將后檢測是更重要的,因為,通過組裝后機械與電子組合一體了,其所有的功能是否達到約定的要求,假如功能達不到約定的要求,那么就失去了智能水表的意義了。這道的檢測應該在動態狀態進行,也就是說水表在運行時進行檢測。只有將所有的功能進行檢測完,才能知道或者借助檢測我們自己看到生產的產品質量滿足約定的要求。我相信在檢測過程肯定有達不到約定要求的產品被篩選出來。通過檢測合格的產品只能證實出廠的產品是合格的,但是,產品質量并沒有到此結束。
   
四、運輸和安裝
   
運輸是我們的產品交付到用戶的必經途徑,運輸就涉及到路途的振動和裝卸。筆者有幸在裝卸的現場目睹產品是怎樣被卸車的。產品是從高度約3米左右的高度,被裝卸人員扔下來的,下面是水泥地,產品從高處被甩下來包裝自然破碎,產品嚴重的被撞擊,很有可能產品也就這樣被報廢了。當然也許這僅僅是一次偶然的發現,但是這種現象在我們的運輸過程確實存在,這樣對產品同樣是一個潛在的威脅。有些產品一安裝就是一個不會進行計量或者閥門就是不開也不會關的次品。
   
有這種現象存在可能性,產品的質量控制就需要延伸到現場了。產品在現場需要專業人員使用檢測的工具卡,對所有的智能水表進行簡單的檢測,就是查看閥門是否可以正常工作、液晶屏顯示是否正確。
   
企業會遇到這樣的情況,出廠的產品檢驗都是合格的,而且自認質量是很好的,但是安裝后就是有質量的投訴電話,工廠接到電話會覺得很奇怪,明明出廠檢驗很仔細也確實證明質量是好的,可為什么一到現場就會有不合格的產品出現呢?覺得很不可思議,有些甚至在懷疑自己的產品是否質量可靠。其實,筆者以為這很正常,因為,通過運輸后什么樣的事情都會發生,就像筆者親眼所見的野蠻裝卸,或者是很劇烈的長途振動、顛簸,產品在這個過程中或多或少的已經受到傷害,那么在安裝后怎么可能不出現意想不到的問題呢?所以筆者建議在安裝現場也應該進行檢測與質量的控制。通過這一關的檢測與控制后,安裝的產品應該是99%可以正常運行,當然筆者所指的是設計結構合理、防護措施到位的那些產品,本身存在先天不足的產品再怎樣也是無濟于事的。
那么解決運輸后的質量檢測問題。剩下的就是產品的安裝。我們知道產品安裝時肯定需要為用戶安裝好操作系統。這個操作系統對于用戶來說是一個陌生的操作界面,假如這個時候忽視了對用戶的技術支持與短時間的維護,那么其結局是操作人員電話投訴說產品質量有問題。其實問題的根源是在操作人員無法正確操作系統,不能正常為用戶進行開戶售水。但是操作人員又不敢在說自己的操作水平不夠,那只能將責任推卸到供應商身上。
   
企業面對這樣的用戶,假如是聽之任之的話,那么很有可能這個地區只能安裝這么多水表了,以后可能會被其它的產品所替代。因為操作人員不能正確的掌握售水技能,就不會自找麻煩了。往往有這樣的情況,因為單子的數量少,又是地處偏僻的地方,來去不是很方便,所以就忽視了安裝后的維護與技術支持。作為企業也許會將這個安裝的實例當做業績,但是在背后呢,想用射頻卡水表的用戶向在用的客戶進行咨詢交流時就會出現這個產品的質量不好,還沒有使用就已經不行了的說法,可能有意向的單位想安裝,但是聽說這樣的結局誰也不敢再有安裝的想法了。
   
目前有的企業對于這塊的工作很重視,產品安裝在什么地區,就在這個地區配置了專業的技術服務和售后服務的人員,將產品質量延伸到了用戶使用的環節。凡是這樣做的企業產品的銷量肯定會大,而且越做越大。因為他們將產品質量一直延伸到了用戶使用的過程。試想:一個病人需要的是誰?不用說肯定是醫生。而售后服務人員對于產品的用戶而言就是醫生。只要醫生在病人的身邊,那么用戶還怕什么呢?
   
智能水表市場中國那家做的大?很簡單只要看看那家的售后服務越健全,那么這個企業肯定做的大!因為用戶需要的就是售后服務人員的監護。
   
歡迎廠商進行溝通和探討有智能水表的關質量問題。

 

 

作者:杜幸浩
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