內容摘要：近些年市場(chǎng)上推出的光電直讀水表，因其具有抄讀精度高，無(wú)源、無(wú)累計儲存，抗抖動(dòng)、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被供水行業(yè)接受，成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。開(kāi)創(chuàng )了供水行業(yè)計量抄表最可靠的遠程抄表時(shí)代。

　　

近些年市場(chǎng)上推出的光電直讀水表，因其具有抄讀精度高，無(wú)源、無(wú)累計儲存，抗抖動(dòng)、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被供水行業(yè)接受，成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。開(kāi)創(chuàng )了供水行業(yè)計量抄表最可靠的遠程抄表時(shí)代。

2004年光電直讀水表產(chǎn)品問(wèn)世之初，因為液封式光電直讀水表的電路防水工藝不過(guò)關(guān)，現場(chǎng)使用問(wèn)題多，曾經(jīng)成為每個(gè)生產(chǎn)商燙手的山芋，客戶(hù)需要但就是沒(méi)有穩定的產(chǎn)品，只能生產(chǎn)干式結構的光電直讀水表。

　　

因光電直讀水表模塊需要與計數器密切配合安裝在水表中，所以水表的計數器是光電直讀水表的關(guān)鍵部件。液封式水表的計數器連同光電直讀模塊需要長(cháng)期浸沒(méi)水中工作，所以模塊的防水至關(guān)重要。中石油安裝的幾十萬(wàn)只液封光電直讀水表就是主要因模塊的防水等問(wèn)題沒(méi)有解決，最后只能改為干式光電直讀水表。

　　

1、液封工藝過(guò)程

光電直讀水表計數器由計數器盒、字輪、光電直讀模塊組成。在液封計數器中安裝光電直讀模塊，字輪腔內需要灌液才能成為液封水表。

字輪腔中灌液后需對液體進(jìn)行密封，就是灌入的液體不能向外流出，不然液封就會(huì )失去作用。字輪腔中密封的液體會(huì )增加機械傳動(dòng)的摩擦力，使得水表的始動(dòng)流量Qs受到影響。降低水表的靈敏度。

光電器件工作時(shí)遇到的最大問(wèn)題是液封液體中的氣泡，發(fā)光管發(fā)射時(shí)遇到氣泡光會(huì )折射、衍射，光電接收管接收時(shí)出現誤判。所以液體灌滿(mǎn)的光電直讀計數器，如出現漏液就會(huì )產(chǎn)生氣泡，這是影響光電直讀水表讀數準確的最大天敵。如何解決液封水表漏液?jiǎn)?wèn)題是各生產(chǎn)廠(chǎng)家都面臨的難題。

2、光電直讀模塊膠封

光電直讀模塊在水中工作需要長(cháng)期的密封。早期光電直讀模塊在水表計數器中密封，采用一般的環(huán)氧樹(shù)脂材料，實(shí)行一次膠封工藝。環(huán)氧樹(shù)脂在水中長(cháng)期浸泡，結晶面中的Na離子與水中游離的H2離子會(huì )發(fā)生互換，當置換到一定時(shí)間后，水分子逐步滲透入電路板部位，這樣模塊在抄表的瞬間就短路。此外，環(huán)氧樹(shù)脂有熱脹冷縮的特點(diǎn)，因溫度不同，南方生產(chǎn)密封的光電直讀計數器去北方就會(huì )出現收縮，北方生產(chǎn)密封的光電直讀計數器到南方就會(huì )出現熱脹。

由于早期生產(chǎn)的光電直讀水表產(chǎn)品只重視解決技術(shù)問(wèn)題，忽視了工藝要求、材料選擇、地域差別等因素，所以才會(huì )在使用過(guò)程中出現大量的問(wèn)題。

3、光電直讀計數器盒

計數器盒是光電直讀水表最關(guān)鍵的部件，這個(gè)部件的結構設計、模具加工、材料選擇對光電直讀模塊能否在水表中可靠、安全的工作有著(zhù)直接影響。

計數器盒一般采用透明材料注塑，如結構設計不合理，在脫模時(shí)就會(huì )在塑料件上會(huì )留下預應力，留下的預應力就是潛在的問(wèn)題根源。有的甚至在脫模時(shí)就已經(jīng)龜裂，膠封后字輪被灌膠膠死，無(wú)法轉動(dòng)。

最初，生產(chǎn)廠(chǎng)家是采用光電直讀模塊從字輪底部安裝、膠封方法，但因膠封后會(huì )出現電路板短路，造成抄不到表讀數的嚴重問(wèn)題，便改為在字輪上面安裝模塊，成為濕式干裝的光電直讀計數器。但在實(shí)際安裝使用中，液體從面上滲漏到模塊，出現的問(wèn)題更加嚴重。

由于上述技術(shù)和工藝問(wèn)題沒(méi)有得到解讀，更沒(méi)有人去尋找解決方案，行業(yè)內出現了液封光電直讀水表做不好的錯誤觀(guān)點(diǎn)，使其成為水表行業(yè)一個(gè)誰(shuí)都不敢觸及的雷區，大部分生產(chǎn)廠(chǎng)家開(kāi)始轉向生產(chǎn)干式光電直讀水表。

那么液封光電直讀水表的生產(chǎn)是不是真的就那么難？筆者以為，任何一個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和使用中都會(huì )存在問(wèn)題需要技術(shù)人員去解讀、去發(fā)現、去解決，液封光電直讀水表也一樣，需要對出現的問(wèn)題進(jìn)行解讀，了解問(wèn)題的真相，然后采取針對性的方法徹底解決。以下就筆者簡(jiǎn)析如何解決上述問(wèn)題。

液封過(guò)程對于普通水表來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單，不存在問(wèn)題。但是對于液封光電直讀水表來(lái)說(shuō)卻不簡(jiǎn)單。它存在幾個(gè)方面的問(wèn)題。第一，光電器件在工作時(shí)不允許水中有氣泡；第二，液封后計數器盒不允許有變形；第三，計數器盒在液封后不能有龜裂。如何處理這些問(wèn)題，筆者認為需要通過(guò)下例的方法來(lái)解決：

　　

消除氣泡對光電直讀水表計數器來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很棘手的問(wèn)題，首先是工藝流程必須要正確，也就是說(shuō)液封的時(shí)機。在什么時(shí)候進(jìn)行最佳；其次是采用灌液的工藝，或者說(shuō)采用什么方式；最后是液封后的檢查。

消除氣泡，對液封時(shí)的密封要求很高，一般在0.6MPa壓力下進(jìn)行，絕對不允許有漏液的現象出現。這就需要字輪軸的軸向密封有可靠的保證措施，這個(gè)措施的采取還不能使軸向轉動(dòng)的摩擦力增加。對于水表來(lái)說(shuō)就是不能提高始動(dòng)流量Qs的值，降低靈敏度，這與密封不漏液是矛盾的，因為密封好了，始動(dòng)流量肯定會(huì )受到影響。相反始動(dòng)流量靈敏度高了，密封性能不會(huì )有很好的效果。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，筆者做了試驗。在軸向密封上采用了類(lèi)似機械密封但不是機械密封的方式。由動(dòng)環(huán)和定環(huán)的結構組成，卻不是硬密封，采用了軸線(xiàn)密封方式，當有壓力時(shí)，軟密封就會(huì )變成硬密封，在沒(méi)有壓力的環(huán)境下，始終處于軸線(xiàn)密封。這樣將轉動(dòng)摩擦系數降到最低限度，不會(huì )降低水表始動(dòng)靈敏度。

首先檢查安裝模塊的計數器盒，其透明壁是否有微變形。微變形會(huì )改變光電器件光線(xiàn)發(fā)射的方向，嚴重時(shí)會(huì )出現誤讀字輪代碼，造成讀數錯誤。這個(gè)問(wèn)題只能通過(guò)調整工藝順序解決，即先灌液還是先膠封。

筆者在安裝模塊和膠封前預先灌液，灌液后對每個(gè)計數器盒中的液體進(jìn)行檢查，有氣泡的重新灌液，這樣氣泡就完全可以排除，保證光電器件在一個(gè)絕對不會(huì )折射、衍射的環(huán)境工作，同時(shí)杜絕了灌膠后計數器盒壁產(chǎn)生變形的可能。

龜裂最容易產(chǎn)生的位置是插光電器件的透明槽的直邊與橫邊，這兩處壁厚不一致。注塑后脫模時(shí)由于壁厚不一致，脫模時(shí)的拉力會(huì )使壁迅速產(chǎn)生應力，當冷卻后塑料收縮龜裂就產(chǎn)生。這種龜裂不在明面，而是在夾角處，眼睛看不到，只有在膠封后龜裂處的環(huán)氧樹(shù)脂漏到字輪，字輪被膠封不轉，才會(huì )發(fā)覺(jué)。

筆者對模具進(jìn)行了防止龜裂的改進(jìn)：第一，盡可能的將壁厚改為一致；第二，將直角修正為R圓角，卸除交點(diǎn)應力。通過(guò)改進(jìn)，計數器盒龜裂現象很明顯減少，幾乎沒(méi)有了。

龜裂始終是光電直讀計數器最大的天敵，為了做到萬(wàn)無(wú)一失，每個(gè)計數器盒還是要通過(guò)最直觀(guān)的試驗驗證才可出廠(chǎng)。

模塊膠封是保證光電直讀模塊在水中長(cháng)期浸泡不出問(wèn)題的唯一手段，而模塊能在水中長(cháng)期密封涉及多方面因素，如膠封的材料、干燥的時(shí)間、膠封的方法等。

首先是膠封的材料選擇，這是最關(guān)鍵的。材料在膠固后化學(xué)性能應穩定，被氫離子置換的時(shí)間長(cháng)；第二，膠封的工藝。采用一次膠封還是分層膠封；第三，防止熱脹、冷縮引起的龜裂；最后，膠封固化后的測試與檢查。

筆者對上述的技術(shù)及工藝進(jìn)行了細致的分析，查閱很多的技術(shù)文獻，并通過(guò)驗證和試驗，獲得了第一手的實(shí)驗數據。將其運用在產(chǎn)品生產(chǎn)上獲得了直接的效果，解決了模塊在水中長(cháng)期工作的防水問(wèn)題。

合格的液封光電直讀水表不僅僅是將計數器盒做好，膠封好的事情。更需要合理的設計及完整的工藝和質(zhì)量控制的手段。

自然環(huán)境有雷雨天，南方還有梅雨季節，北方溫度差可達到40℃或以上。一個(gè)產(chǎn)品要在各種自然環(huán)境正常工作，就需要具有以下的設計與工藝要求：

抗強電沖擊是在一個(gè)較高的電壓環(huán)境下，在特定的時(shí)間內進(jìn)行連續沖擊時(shí)，能夠抵御沖擊帶來(lái)的潛在威脅。這需要在電路中增加抗強電沖擊功能的設計，增加防雷功能的電子元器件。雖然需要增加一定的成本。但是能夠預防雷電帶來(lái)的危害。

在不同環(huán)境進(jìn)行膠封操作時(shí)，必須根據環(huán)境濕度來(lái)及時(shí)調整干燥的時(shí)間，沒(méi)有足夠的時(shí)間，就不能保證膠封體徹底干燥。

a)中國的北方和南方溫度差別很大，南方的溫度一般在-10℃～40℃之間，而北方的溫度在-30℃～40℃之間。水表雖不能安裝在這樣的環(huán)境，但在水表的運輸過(guò)程出現這樣的溫差是很正常的。假如在這樣的環(huán)境中，膠封體能保證不產(chǎn)生收縮的裂紋嗎？筆者認為很難說(shuō)，但這就是膠封會(huì )遇到的現實(shí)問(wèn)題。針對這個(gè)

問(wèn)題，我們采取了預防抗裂的措施，保證在-30℃時(shí)不會(huì )因低溫而將膠封體凍裂。

總線(xiàn)不會(huì )因出現一只表故障而癱瘓，這是總線(xiàn)制光電直讀模塊需要解決的重要問(wèn)題之一。根本的解決方案是采用更可靠設計、選擇優(yōu)質(zhì)的器件。

采用專(zhuān)用的芯片，價(jià)格高了，但是不會(huì )因出現單只表故障而導致該條總線(xiàn)癱瘓的情況發(fā)生，其它表可正常工作，同時(shí)故障表在操作系統中也很容易識別，方便更換故障表。

有的廠(chǎng)家為了貪圖利潤空間或采用低價(jià)銷(xiāo)售策略，在這些細節上壓縮成本，從而導致了不可想象的后果，為用戶(hù)帶來(lái)了不可彌補的損失。

液封光電直讀水表的引線(xiàn)防護也是一個(gè)重要的問(wèn)題。好不容易計數器加工完成，檢測合格，但是在裝入表殼鎖緊罩子時(shí)，由于沒(méi)有可靠的防護措施，罩子旋緊時(shí)將引線(xiàn)的塑料保護套損壞，造成線(xiàn)路短路。這個(gè)防護需要很可靠，同時(shí)安裝完成后需要測量是否短路。我們在這個(gè)防護上下了很大的功夫，做了很多對比選擇了一種最可靠的方式，加上后續測試，保證了引線(xiàn)的安全。

液封光電直讀水表不是想象中的那么難做，但也不是那么簡(jiǎn)單好做。只要從原理出發(fā)，找到問(wèn)題的根源，采用正確的解決方法，產(chǎn)品就一定能夠做好。我們不斷將光電直讀模塊技術(shù)精益求精的過(guò)程中，還根據流體力學(xué)的原理，將水表的Q3:Q1的比值做到R100倍，R120倍，甚至做到了R160倍。產(chǎn)品電性能提高的同時(shí)，其流量性能也隨著(zhù)產(chǎn)品同時(shí)升級。