使用中水表計(jì)量性能變化趨勢(shì)與風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

劉雅杰，萬(wàn)勇，胡躍華

(1.廣州能源檢測(cè)研究院，廣東廣州511447;2.廣州市自來(lái)水公司，廣東廣州510600)

0 引言

水表計(jì)量數(shù)據(jù)是用戶繳納水費(fèi)、污水處理費(fèi)和部分企業(yè)繳納排污費(fèi)的依據(jù)。作為民生計(jì)量最重要的計(jì)量器具之一被列入國(guó)家強(qiáng)制檢定計(jì)量器具目錄，其計(jì)量性能影響到每家每戶老百姓、用水企業(yè)和自來(lái)水公司的切身利益，因而備受社會(huì)關(guān)注。如何管理好水表強(qiáng)制檢定是各級(jí)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門法制計(jì)量的重要內(nèi)容，是各級(jí)地方政府貫徹實(shí)施國(guó)務(wù)院《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2013-2020年)》的重要內(nèi)容。

水表在使用過(guò)程中，易受到使用環(huán)境、內(nèi)部水質(zhì)、水壓波動(dòng)、安裝情況等因素影響，其示值誤差、壓力損失、計(jì)數(shù)器、電子裝置等性能指標(biāo)易隨時(shí)間的推移而逐漸變差，存在危及計(jì)量安全的風(fēng)險(xiǎn)。目前行業(yè)中缺少長(zhǎng)期使用中水表的計(jì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)(常規(guī)專項(xiàng)抽查時(shí)耐久性試驗(yàn)只做100小時(shí))，對(duì)于安裝使用一段時(shí)間后(1年以上)的水表計(jì)量性能情況，國(guó)內(nèi)研究基本還是一片空白。

目前行業(yè)中缺少長(zhǎng)期使用中水表的計(jì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)(常規(guī)專項(xiàng)抽查時(shí)耐久性試驗(yàn)只做100小時(shí))，對(duì)于安裝使用一段時(shí)間后(1年以上乃至15年)的水表計(jì)量性能情況，國(guó)內(nèi)研究基本還是一片空白。目前國(guó)內(nèi)對(duì)貿(mào)易結(jié)算冷水水表到期輪換和周期檢定的監(jiān)管普遍處于真空狀況，廣州市正在率先制定逐步推進(jìn)水表到期輪換或周期檢定時(shí)間表，急需技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。

1 技術(shù)路線

1.1 調(diào)研

對(duì)國(guó)內(nèi)典型城市水表質(zhì)量抽檢的情況進(jìn)行調(diào)研;對(duì)本地區(qū)自來(lái)水公司供表生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，了解產(chǎn)品類型;對(duì)各地區(qū)用水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)研。

1.2 分析風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

針對(duì)本地區(qū)各類水表的特點(diǎn)和使用情況，結(jié)合JJG162-2009和GB/T 778.1-2007的技術(shù)要求分析出風(fēng)險(xiǎn)存在點(diǎn)。

1.3 制定抽樣方案

廣州市抽樣面對(duì)的總體單元數(shù)很龐大，而且分布范圍很廣，因此采用多階段抽樣方法，避免不僅工作量大，而且在精度上很難把握的困境，從而達(dá)到理想的抽樣效果。多階段抽樣具體操作過(guò)程是:

第一階段，將總體分為若干個(gè)一級(jí)抽樣單位，從中抽選若干個(gè)一級(jí)抽樣單位入樣;

第二階段，將入樣的每個(gè)一級(jí)單位分成若干個(gè)二級(jí)抽樣單位，從入樣的每個(gè)一級(jí)單位中各抽選若干個(gè)二級(jí)抽樣單位入樣，依此類推，直到獲得最終樣本。

在多階段抽樣中每一級(jí)都會(huì)帶來(lái)一些誤差。似乎增加一級(jí)抽樣便會(huì)更加一些誤差，事實(shí)卻并一定如此。因此，雖然增加一級(jí)抽樣會(huì)增加一層誤差，但是如果群分得合適，則增加一級(jí)抽樣反而能起到一定的分類作用，使群內(nèi)差異大大降低，不僅抵消了由于增加一級(jí)抽樣而增加的誤差，反而可以使總的誤差降低?？梢?jiàn)，多級(jí)抽樣雖然增加誤差來(lái)源，但不一定會(huì)使誤差的數(shù)值增大。增加抽樣的層次，是使抽樣誤差增大還是縮小，要看分群后群內(nèi)方差和群間方差的關(guān)系而定。在既定檢驗(yàn)費(fèi)用的條件下，多階段抽樣可以通過(guò)調(diào)整各個(gè)階段的樣本數(shù)，選擇各個(gè)層次最優(yōu)樣本量來(lái)達(dá)到最小估計(jì)誤差水平。

因此要結(jié)合實(shí)際確定合理抽樣方案，抽樣方案制定后，應(yīng)初步確定各階段需要抽取的樣本量。

1.4 初步抽樣

根據(jù)抽樣方案確定的初步抽樣量實(shí)施抽樣，并記錄現(xiàn)場(chǎng)情況(如安裝情況、使用環(huán)境、水質(zhì)特點(diǎn)等)。

1.5 對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)

冷水水表檢測(cè)方法依據(jù)GB/T 778.1-2007《封閉滿管道中水流量的測(cè)量飲用冷水水表和熱水水表》及JJG162-2009中有關(guān)使用中檢驗(yàn)及型式評(píng)價(jià)方面的內(nèi)容，涵蓋所有風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，水表一般應(yīng)覆蓋以下檢驗(yàn)項(xiàng)目，詳見(jiàn)下表。

表1 檢測(cè)項(xiàng)目及依據(jù)

1.6 分析抽樣誤差來(lái)源及計(jì)算

若初級(jí)單元中包含的次級(jí)單元個(gè)數(shù)為M，因此在抽中的初級(jí)單元中再抽取次級(jí)單元個(gè)數(shù)也相等，記為m;且兩個(gè)階段的抽樣方法都是簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣;且在抽中的若干初級(jí)單元中作第二階段抽樣是相互獨(dú)立進(jìn)行的。

Yij表示第i初級(jí)單元中第j個(gè)次級(jí)單元，i=1，2，3，...N，j=1，2，3，…，M。

yij表示樣本中第i初級(jí)單元中第j個(gè)次級(jí)單元的觀測(cè)值，i=1，2，3，…，n;j=1，2，3，…，m。

每增加一級(jí)抽樣，在總的抽樣誤差中便增加一項(xiàng)。

在多級(jí)抽樣中，抽必須確定一個(gè)合理的比例，以便既保證工作方便，又保證必要的代表性，可見(jiàn)抽樣數(shù)目如何合理分配在各級(jí)之間，是一個(gè)重要的問(wèn)題。

1.7 確定樣本容量

樣本容量與檢驗(yàn)預(yù)算有關(guān)，也與抽樣誤差有關(guān)。在實(shí)際工作中，檢驗(yàn)預(yù)算是有限的，對(duì)調(diào)查誤差也有一定的要求。因此，要根據(jù)總檢驗(yàn)費(fèi)用預(yù)算和抽樣誤差兩方面來(lái)確定樣本容量?，F(xiàn)思路是在給定費(fèi)用的條件下，研究如何配置樣本量，使估計(jì)的方差達(dá)到最小。

首先將總體分為R個(gè)一級(jí)組，定i1(1≤i1≤R)個(gè)一級(jí)組包含Ri1個(gè)二級(jí)組，第i1一級(jí)組中第i2(1≤i2≤Ri1)個(gè)二級(jí)組包含R(i2)個(gè)三級(jí)組，直到前n-2個(gè)組分別是i1，i2，i3，…in-2個(gè)的n-2級(jí)組包含R(in-2)個(gè)n-1組，第in-1(1≤in-1≤R(in-2))個(gè)n-1級(jí)組包含R(in-1)個(gè)總體單位。

設(shè)ci為第i階段調(diào)查每一個(gè)i級(jí)組單位的平均費(fèi)用，則總調(diào)查費(fèi)用為

在總檢測(cè)費(fèi)用c給定的條件下，求各階段的最優(yōu)樣本容量為:

1.8 根據(jù)樣本容量進(jìn)行補(bǔ)充抽樣

實(shí)施抽樣，并記錄現(xiàn)場(chǎng)情況(如安裝情況、使用環(huán)境、水質(zhì)特點(diǎn)等)。

1.9 對(duì)補(bǔ)充抽樣樣品進(jìn)行檢驗(yàn)

按技術(shù)路線第五點(diǎn)的要求進(jìn)行。

1.10 匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，研究使用中水表計(jì)量性能變化趨勢(shì)的特點(diǎn)

數(shù)據(jù)分析分3個(gè)部分進(jìn)行:第一部分，對(duì)在用水表按照不同使用時(shí)間進(jìn)行抽檢，確定其計(jì)量性能，繪制“運(yùn)行時(shí)間計(jì)量特性曲線圖”，目的是研究水表計(jì)量性能變化和運(yùn)行時(shí)間之間的關(guān)系。第二部分，水表耐磨損試驗(yàn)。選擇用水量相同的水表作為實(shí)驗(yàn)樣本，通過(guò)對(duì)樣本的檢定來(lái)驗(yàn)證水表的計(jì)量性能和用水量的關(guān)系，繪制出“流量計(jì)量特性曲線圖”，目的是研究水表計(jì)量性能變化和運(yùn)行水量之間的關(guān)系。第三部分，驗(yàn)證修理后再用水表的計(jì)量性能。

［1］周振興.水表運(yùn)行過(guò)程中計(jì)量性能變化及準(zhǔn)確度分析研究［J］.中國(guó)計(jì)量，2009(9):19-20.

［2］GB/T 778.1-2007，封閉滿管道中水流量的測(cè)量飲用冷水水表和熱水水表［S］

［3］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 162-2009冷水水表檢定規(guī)程［S］.北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2009.