使用中水表计量性能变化趋势与风险监测技术研究
  

摘 要:广州市开展使用中水表计量性能风险监测是全国首创的计量风险监测工作,通过对本地区各类水表进行分析,研究抽样方案,实施抽样检测,获得各种使用年份各种类型和使用环境的水表计量性能的统计数据用于分析,从而为计量行政主管部门制定逐步推进水表到期轮换或周期检定时间表提供依据。

关键字:水表 计量性能 变化 风险监测技术 计量监管 强制检定


0 引言

水表计量数据是用户缴纳水费、污水处理费和部分企业缴纳排污费的依据。作为民生计量最重要的计量器具之一被列入国家强制检定计量器具目录,其计量性能影响到每家每户老百姓、用水企业和自来水公司的切身利益,因而备受社会关注。如何管理好水表强制检定是各级质量技术监督部门法制计量的重要内容,是各级地方政府贯彻实施国务院《计量发展规划(2013-2020年)》的重要内容。

水表在使用过程中,易受到使用环境、内部水质、水压波动、安装情况等因素影响,其示值误差、压力损失、计数器、电子装置等性能指标易随时间的推移而逐渐变差,存在危及计量安全的风险。目前行业中缺少长期使用中水表的计量检测数据(常规专项抽查时耐久性试验只做100小时),对于安装使用一段时间后(1年以上)的水表计量性能情况,国内研究基本还是一片空白。

目前行业中缺少长期使用中水表的计量检测数据(常规专项抽查时耐久性试验只做100小时),对于安装使用一段时间后(1年以上乃至15年)的水表计量性能情况,国内研究基本还是一片空白。目前国内对贸易结算冷水水表到期轮换和周期检定的监管普遍处于真空状况,广州市正在率先制定逐步推进水表到期轮换或周期检定时间表,急需技术数据支撑。

1 技术路线

1.1 调研

对国内典型城市水表质量抽检的情况进行调研;对本地区自来水公司供表生产企业进行调研,了解产品类型;对各地区用水水质进行调研。

1.2 分析风险点

针对本地区各类水表的特点和使用情况,结合JJG162-2009和GB/T778.1-2007的技术要求分析出风险存在点。

1.3 制定抽样方案

广州市抽样面对的总体单元数很庞大,而且分布范围很广,因此采用多阶段抽样方法,避免不仅工作量大,而且在精度上很难把握的困境,从而达到理想的抽样效果。多阶段抽样具体操作过程是:

第一阶段,将总体分为若干个一级抽样单位,从中抽选若干个一级抽样单位入样;

第二阶段,将入样的每个一级单位分成若干个二级抽样单位,从入样的每个一级单位中各抽选若干个二级抽样单位入样,依此类推,直到获得最终样本。

在多阶段抽样中每一级都会带来一些误差。似乎增加一级抽样便会更加一些误差,事实却并一定如此。因此,虽然增加一级抽样会增加一层误差,但是如果群分得合适,则增加一级抽样反而能起到一定的分类作用,使群内差异大大降低,不仅抵消了由于增加一级抽样而增加的误差,反而可以使总的误差降低。可见,多级抽样虽然增加误差来源,但不一定会使误差的数值增大。增加抽样的层次,是使抽样误差增大还是缩小,要看分群后群内方差和群间方差的关系而定。在既定检验费用的条件下,多阶段抽样可以通过调整各个阶段的样本数,选择各个层次最优样本量来达到最小估计误差水平。

因此要结合实际确定合理抽样方案,抽样方案制定后,应初步确定各阶段需要抽取的样本量。

1.4 初步抽样

根据抽样方案确定的初步抽样量实施抽样,并记录现场情况(如安装情况、使用环境、水质特点等)。

1.5 对样品进行检测

冷水水表检测方法依据GB/T778.1-2007《封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表》及JJG162-2009中有关使用中检验及型式评价方面的内容,涵盖所有风险点,水表一般应覆盖以下检验项目,详见下表。

表1 检测项目及依据

1.6 分析抽样误差来源及计算

若初级单元中包含的次级单元个数为M,因此在抽中的初级单元中再抽取次级单元个数也相等,记为m;且两个阶段的抽样方法都是简单随机抽样;且在抽中的若干初级单元中作第二阶段抽样是相互独立进行的。

Yij表示第i初级单元中第j个次级单元,i=1,2,3,...N,j=1,2,3,…,M。

yij表示样本中第i初级单元中第j个次级单元的观测值,i=1,2,3,…,n;j=1,2,3,…,m。

,第i处级单元总和;,第i初级单元平均;,总体平均值;,总体中初级单位群间方差;总体中初级单位群内方差。

将M改为m,N改为n,Yij改为yij就是样本的指标值。第i群内次级单元间的方差记为

    (1)

估计量这是一个无偏估计量

方差

其中

方差的无偏估计为

    (2)

根据前述,第一级的抽样带来的抽样误差应该为

    (3)

单就整个总体来说,第二级的抽样误差不仅与各群内的抽样误差有关,而且随抽到的不同群而有所不同。抽样理论已经证明,若把这两个因素结合起来考虑,则第二级抽样带来的误差为

    (4)

第二级的抽样误差就每个群来说为

    (5)

但就整个总体来说,第二级的抽样误差不仅与各群内的抽样误差有关,而且随抽到的不同的群而有所不同。抽样理论已经证明,若把这两个因素结合起来考虑,则第二级抽样带来的误差为

    (6)

二级抽样的总误差与这两级抽样有以下关系:

    (7)

每增加一级抽样,在总的抽样误差中便增加一项。

在多级抽样中,抽必须确定一个合理的比例,以便既保证工作方便,又保证必要的代表性,可见抽样数目如何合理分配在各级之间,是一个重要的问题。

1.7 确定样本容量

样本容量与检验预算有关,也与抽样误差有关。在实际工作中,检验预算是有限的,对调查误差也有一定的要求。因此,要根据总检验费用预算和抽样误差两方面来确定样本容量。现思路是在给定费用的条件下,研究如何配置样本量,使估计的方差达到最小。

首先将总体分为R个一级组,定i1(1≤i1≤R)个一级组包含Ri1个二级组,第i1一级组中第i2(1≤i2≤Ri1)个二级组包含R(i2)个三级组,直到前n-2个组分别是i1,i2,i3,…in-2个的n-2级组包含R(in-2)个n-1组,第in-1(1≤in-1≤R(in-2))个n-1级组包含R(in-1)个总体单位。

设ci为第i阶段调查每一个i级组单位的平均费用,则总调查费用为

    (8)

在总检测费用c给定的条件下,求各阶段的最优样本容量为:

    (9)

    (10)

1.8 根据样本容量进行补充抽样

实施抽样,并记录现场情况(如安装情况、使用环境、水质特点等)。

1.9 对补充抽样样品进行检验

按技术路线第五点的要求进行。

1.10 汇总数据进行综合分析,研究使用中水表计量性能变化趋势的特点

数据分析分3个部分进行:第一部分,对在用水表按照不同使用时间进行抽检,确定其计量性能,绘制“运行时间计量特性曲线图”,目的是研究水表计量性能变化和运行时间之间的关系。第二部分,水表耐磨损试验。选择用水量相同的水表作为实验样本,通过对样本的检定来验证水表的计量性能和用水量的关系,绘制出“流量计量特性曲线图”,目的是研究水表计量性能变化和运行水量之间的关系。第三部分,验证修理后再用水表的计量性能。

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