自动售水机校准方法研究的探讨

李颖琼

衡阳市计量测试中心

摘要：自动售水机是以市政自来水或其他集中式供水为原水，通过深度净化处理获得，并现场销售饮用水的处理装置。目前，市场上并没有对自动售水机售水系统的计量及付费方面的技术校准方法。本项目从示值误差校准、重复性校准、付费金额误差校准等方面对自动售水机计量及付费等方面进行了研究，填补了市场技术依据上的空白，具有一定的前瞻性。

关键词：自动售水机、校准方法、容量、称重、探讨

Summary：The water vending machine is a treatment device which takes municipal tap water or other centralized water supply as raw water, through advanced purification treatment, and sells drinking water on site.  At present, there is no market for automatic water vending system measurement and payment of technical calibration methods. This project from the indication error calibration, the repeatability calibration, the payment amount error calibration and so on the automatic water vending machine measurement and payment aspects were studied,fill the gap in the technical basis of the market, with a certain forward-looking.

Keywords: The water vending machine、Calibration method、Capacity、Weighing、Discussion

自动售水机（以下简称售水机）是以市政自来水或其他集中式供水为原水，通过深度净化处理获得，并现场销售饮用水的处理装置¹。它是一款具有自动取水、自动制水、自动售水，高度智能化的计量贸易结算设备，等同于一个无人值守的自助式小型优质直饮水制售工厂，广泛应用于超市、小区、学校、街道、公园等场地。市场经营创造就业机会，各自动售水机生产企业涌现，导致标准不一的现状。目前，在国内关于售水机计量及付费方面没有监管机构相关校准方法出台，一旦发生交易纠纷，没有可适用的校准方法提供法律保障与技术依据。

一、结构和工作原理

1、结构

售水机一般是由进水口、净化系统、杀菌系统、自动控制系统、指示装置、出水口等主要部件组成的体积测量系统。

2、工作原理

自动控制系统有制水系统、水价设定、计量方式、自动灌装等功能。进水口的水溶液经过净化系统、杀菌系统处理后，由自动控制系统完成制水并存储到储水罐，经由喷嘴将制备的水溶液灌装至灌装容器内。工作原理见图1。

图1 工作原理图

二、计量特性

根据多次试验结果，结合校准及检测的经济效益，售水机最大允许误差定为±2%，其重复性不超过0.6%。

售水机显示的付费金额应当不大于单价和体积示值计算的付费金额，且二者之差的绝对值不超过最小付费变量。

三、校准条件

1、环境条件

环境温度：(5～40)℃，根据水溶液体膨胀系数，校准过程中温度的变化不应超过5℃，应在售水机和电子秤或金属量器附近测量。

相对湿度：≤85%。

2、测量标准及配套设备

容量法选用标准金属量器作主标准器。选用的标准器和配套设备及技术要求见表1。

称重法选用电子秤作主标准器。选用的标准器和配套设备及技术要求见表2。

表1主标准器及配套设备一览表

序号	设备名称	技术要求
1	标准金属量器 （以下简称量器）	量器的最大允许误差不超过±0.05%。量器配有水平调节装置，水平调节装置的准确度为0.05 mm/m。环境温度的变化超过5℃时，应有保温措施。
2	温度计	测量范围满足-10℃～40℃，最小分度值不大于0.2℃
3	秒表	分度值不大于0.1s

表2 称重法的主标准器及配套设备一览表

序号	设备名称	技术要求
1	电子秤	准确度不低于中准确度（ ）
2	秒表	分度值不大于0.1s

3、校准介质及温度的控制

校准时，介质为水溶液，介质温度与环境温度的最大温差不得超过5℃，如超过5℃，容器或量器应有保温措施。

四、校准项目及校准方法

1、校准项目

售水机的校准项目包括示值误差校准，重复性校准，付费金额校准。

2、校准方法

可采用容量法或称重法两种方法。售水机的校准应根据机器的型号和使用情况，取高、中、低三个容量点或质量点分别校准3次。

（一）容量法

1)、示值误差、重复性校准

a) 将量器放置在坚硬的平地上，用水平调节装置将量器调平。

b) 进行试运行，启动售水机，将水溶液灌装进入量器，直至灌装满。灌装完成后，将量器内的液体排空并确认放净，关闭量器放液阀门，使量器处于准备状态。

c) 确定售水机的指示装置回零，启动售水机开关，向量器内灌装水溶液，同时启动秒表计时。灌装过程中应用温度计测量出口处水溶液的温度，待温度计读数稳定时读取液温，当溶液灌装至规定体积时，关闭售水机，读取并记录售水机的示值。

d) 待量器中的泡沫和气泡消失后，读取并记录量器的示值，测量并记录量器中的水溶液温度，将量器内的液体排空并确认放净，关闭阀门。

e) 重复上述 c)~d)的步骤，按要求完成各流量点示值误差和重复性校准。

2)、计算

a) 按公式（1）计算量器测得的在校准温度下的实际体积值：

（1）

式中：

––––量器在校准温度下的实际体积值，L；

––––量器在20℃下标准体积值，L；

_、 ––––分别为校准介质和量器材质的体膨胀系数，℃^-1（20℃下水溶液：1.82×10^-4 ℃^-1，不锈钢：5×10^-5 ℃^-1）；

_、 ––––分别为售水机内输出的液温（由出口处液温代替）和量器内的液温，℃。

b) 按公式（2）计算体积示值误差：

（2）

式中：

——售水机的体积相对误差，%；

c) 按公式（3）计算重复性：

（3）

式中：

——重复性，%；

、 ——分别为各校准点的示值误差最大值和最小值，%；

——极差系数；3次测量 取1.69。

3）、数据处理

按公式（2）计算各校准点每次校准的示值误差，取平均值作为该点的示值误差，在各校准点示值误差的绝对值中取最大值作为售水机的示值误差。

按公式（3）计算各校准点的重复性，在各校准点的重复性中取最大值作为售水机的重复性。

（二）称重法

1)、 示值误差、重复性校准

a) 将电子秤放置在坚硬的平地上，用水平调节装置将电子秤调平。

b) 将承载水溶液的容器放在电子秤上，除皮，使初始示值为0。确定售水机的指示装置回零，启动售水机开关，向容器内灌装水溶液，同时启动秒表计时，用于计算当前校准流量。灌装至规定质量后，关闭售水机，读取并记录电子秤的示值。

c) 重复上述b)的步骤，按要求完成各流量点示值误差和重复性校准。

2）、计算

a) 按公式（4）计算电子秤称重显示值换算成的实际质量值：

（4）

式中：

––––电子秤称重显示值换算成实际质量，kg；

––––电子秤称重显示值，kg；

––––空气浮力修正系数，取1.0010³。

b) 按公式（5）计算质量示值误差：

（5）

式中：

––––售水机的质量相对误差，%；

c) 按公式（6）计算重复性：

（6）

式中：

——重复性，%；

、 ——分别为各校准点的示值误差最大值和最小值，%；

——极差系数；3次测量取1.69。

3)、 数据处理

按公式（5）计算各校准点每次校准的示值误差，取平均值作为该点的示值误差，在各校准点示值误差的绝对值中取最大值作为售水机的示值误差。

按公式（6）计算各校准点的重复性，在各校准点的重复性中取最大值作为售水机的重复性。

（三）付费金额校准

在示值误差校准的同时记录相关的数据，其付费金额误差的平均值应符合计量特性中关于付费金额部分的要求。

a) 付费金额P_C按式（7）计算：

P_C = P_U × V_I （7）

式中：

P_C——付费金额，元；

P_U——水的单价，元/升。

b) 付费金额E_P按式（8）计算：

E_P= | P_C - P_I | （8）

式中：

E_P——付费金额误差，元；

P_I——售水机显示的付费金额，元。

五、综述

现今，老百姓的生活水平提升，对于饮用水质量的要求也提高，售水机广泛应用于超市、小区、学校、街道、公园等场地自动售卖。据调研了解到，国内市场售水机投放量巨大，而现阶段市面上关于售水机的计量及付费方面并无相关的校准方法，当面临计量计费不准的问题，老百姓投诉无门，监管部门无据可依。

笔者考虑到上述问题，才致力于售水机校准方法研究的探讨，它的出台不但可以保证广大人民群众财产生命安全等切身利益，同时也进一步规范售水机生产企业的生产标准。一旦发生交易纠纷，该校准方法为监管和检测提供了法律依据与技术依据，对于老百姓和企业提供了强有力的技术保障。

参考文献：

1、T/CAQI 47-2018《饮用水售水机技术要求》

2、 是相对于4℃时水温在20摄氏度下的膨胀系数

3、JJF（湘）-2019《车用尿素溶液加注机校准规范》