流量計(jì)在農(nóng)田灌溉中的分析應(yīng)用

1引言

    流量測(cè)量方法和儀表的種類繁多，分類方法也很多，有轉(zhuǎn)子流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)、細(xì)縫流量計(jì)、容積流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和堰等。各種流量?jī)x表中，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。按測(cè)量對(duì)象劃分有封閉管道和明渠兩大類；按測(cè)量目的又可分為總量測(cè)量和流量測(cè)量，其儀表分別稱作總量表和流量計(jì)。

    總量表測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流量，是以短暫時(shí)間內(nèi)流過(guò)的總量除以該時(shí)間的商來(lái)表示。實(shí)際上，流量計(jì)通常也備有累積流量裝置，作總量表使用，而總量表也備有流量發(fā)訊裝置。因此，以嚴(yán)格意義來(lái)分流量計(jì)和總量表已無(wú)實(shí)際意義。

    按測(cè)量原理分有力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、光學(xué)原理和原子物理學(xué)原理等。

 2 超聲波流量計(jì)

    超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息，通過(guò)接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法以及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)是近十幾年來(lái)隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應(yīng)用的一種流體計(jì)量方式。

    超聲波流量計(jì)是一種非接觸式測(cè)量?jī)x表，適于測(cè)量不易接觸、不易觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開(kāi)水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量計(jì)不用在流體中安裝測(cè)量元件，故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力。儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行，因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。

    各類超聲波流量計(jì)均可在管外安裝，是非接觸測(cè)流，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小無(wú)關(guān)；而其他類型的流量計(jì)隨著口徑增加，造價(jià)大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能的其它類型流量計(jì)的功能價(jià)格比越*，被認(rèn)為是較好的大管徑流量測(cè)量?jī)x表。多普勒法超聲波流量計(jì)可測(cè)雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過(guò)去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測(cè)量。管徑的適用范圍2cm～5m，從幾米寬的明渠或暗渠到500m寬的河流都可使用。

    另外，*表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度和密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表，故可解決其它類型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。鑒于非接觸測(cè)量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)，因此它越來(lái)越受到重視，并且向產(chǎn)品系列化和通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型及濕式型儀表，以適應(yīng)不同介質(zhì)、不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測(cè)量。

  3  渦街流量計(jì)

     渦街流量計(jì),是利用流體在特定條件下流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計(jì)的．當(dāng)通流截面一定時(shí)，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測(cè)量振蕩頻率即可測(cè)得流量。
壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。采用壓電應(yīng)力式傳感器，儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較*、理想的流量?jī)x表 
 

  4 電磁流量計(jì)
 

    電磁流量計(jì)是20世紀(jì)五六十年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其*的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛被應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)以及各種漿液流量的測(cè)量，形成了*的應(yīng)用領(lǐng)域。

    在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在管道上，它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢(shì)信號(hào)，并通過(guò)傳輸線將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠(yuǎn)的地方，它將傳感器送來(lái)的流量信號(hào)進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成與流量信號(hào)成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，以進(jìn)行顯示、累積和調(diào)節(jié)控制。

  5 流量計(jì)在農(nóng)田灌溉中的應(yīng)用

    國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，農(nóng)田水利的大力興建是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措。水利工程建設(shè)離不開(kāi)灌溉，特別是正確掌握灌溉系統(tǒng)中測(cè)流量的方法至關(guān)重要。目前主要有兩種方法，即速度-面積法和水力方法，每種測(cè)量方法均有其*的流量傳感（檢測(cè)）部分。

    速度-面積法測(cè)流量是由水流的平均流速乘以渠道的橫截面積，而水流速度是通過(guò)流量計(jì)在一些特定點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量的。用此法測(cè)流量一般又有3種不同方式：一是速度分布法；二是0.6h法（h為水表面至渠底的距離）；三是0.2h～0.8h法。速度分布法是測(cè)量水表面和渠底之間若干點(diǎn)的流速，然后由這些測(cè)點(diǎn)確定一垂直水面的速度曲線，按速度曲線界定的面積除以深度，則可求出平均速度；0.6h法測(cè)量的是水面以下0.6h深的單個(gè)點(diǎn)流速，并假定該值就是全部速度的平均值；0.2h～0.8h法測(cè)量的是水表面下0.2h和0.8h深度兩點(diǎn)的流速，這兩個(gè)讀數(shù)的平均值即可估算為平均的流速值。

    這3種方法都是在任一特定的測(cè)量區(qū)內(nèi)計(jì)算平均速度。沿整個(gè)渠道寬度測(cè)深的次數(shù)以及單個(gè)垂直面上測(cè)量的點(diǎn)數(shù)都不盡相同。很多歐洲國(guó)家在單個(gè)面上測(cè)深時(shí)要求測(cè)5點(diǎn)，而美國(guó)認(rèn)為測(cè)2點(diǎn)足夠。測(cè)深的次數(shù)取決于渠道的寬度。在歐洲測(cè)深次數(shù)為5～15，在美國(guó)為8～18。測(cè)量誤差是按測(cè)深次數(shù)及在每一點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間決定的，采用速度-面積法的平均誤差可小于6%。

    用速度-面積法測(cè)流量有兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)特別注意兩點(diǎn)：一是使用超聲波流量計(jì)，另一是使用電磁流量計(jì)。

    超聲波技術(shù)是由測(cè)量橫過(guò)渠道的超聲波傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算流速的，發(fā)射器和接收器分置于渠道的兩邊，使波的路徑和水流方向之間的角度在45°～60°范圍內(nèi)。這一幾何關(guān)系使得向上游方向和下游方向的聲音脈沖之間產(chǎn)生時(shí)間差。渠道的形狀決定將采用單路徑系統(tǒng)或是多路徑系統(tǒng)，也即采用一個(gè)或若干個(gè)發(fā)射接收配對(duì)。

    測(cè)流的電磁技術(shù)是利用導(dǎo)電的水流中人工建立的磁場(chǎng)，然后測(cè)量橫跨水流兩邊的合成電位差。電磁流量計(jì)主要由水渠、勵(lì)磁線卷和一對(duì)電極組成。

  6 流量計(jì)的選型

    流量計(jì)的選型是指按照生產(chǎn)要求，從儀表產(chǎn)品供應(yīng)的實(shí)際情況出發(fā)，綜合考慮測(cè)量的安全性、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)及流動(dòng)情況確定流量取樣裝置的方式和測(cè)量?jī)x表，以及測(cè)量?jī)x表的形式和規(guī)格。

    流量測(cè)量的安全可靠首先是測(cè)量方式可靠，即取樣裝置在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度或電氣回路故障而引起事故；其次是測(cè)量?jī)x表無(wú)論在正常生產(chǎn)或故障情況下都不致影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。

    在保證儀表安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，力求提高儀表的準(zhǔn)確性和節(jié)能性。為此，不僅要選用滿足準(zhǔn)確度要求的顯示儀表，而且要根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的特點(diǎn)選擇合理的測(cè)量方式。對(duì)于發(fā)電廠主蒸汽流量的測(cè)量，由于其對(duì)電廠安全和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，一般都采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝量配差壓流量計(jì)。化學(xué)水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數(shù)粘性流，都不適用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件。對(duì)臟污流一般選用圓缺孔板等非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件配差壓計(jì)或超聲多普勒式流量計(jì)，而粘性流可分別采用容積式、靶式或楔形流量計(jì)等。水輪機(jī)入口水量、凝汽器循環(huán)水量及回?zé)釞C(jī)組的回?zé)嵴羝榷际谴蠊軓剑?00mm以上）的流量測(cè)量參數(shù)，由于加工創(chuàng)造困難和壓損大，一般都不選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)特性及測(cè)量準(zhǔn)確度要求，分別采用插入式流量計(jì)、測(cè)速元件配差壓計(jì)、超聲波流量計(jì)或采用標(biāo)記法和模擬法等無(wú)能損方式測(cè)流量。

    為了保證流量計(jì)使用壽命及準(zhǔn)確性，選型時(shí)還要注意儀表的防振要求。在濕熱的地區(qū)，要選擇濕熱式儀表。正確選擇儀表的規(guī)格也是保證儀表使用壽命和準(zhǔn)確度的重要一環(huán)，應(yīng)特別注意靜壓及耐溫的選擇。儀表的靜壓（即耐壓程度）應(yīng)稍大于被測(cè)介質(zhì)的工作壓力，一般取1.25倍，以保證不發(fā)生泄漏或意外。量程范圍的選擇主要是儀表刻度上限的選擇。選小了，易過(guò)載，損壞儀表；選大了，有礙于測(cè)量的準(zhǔn)確性。一般選為實(shí)際運(yùn)行中zui大流量值的1.2～1.3倍。

    安裝在生產(chǎn)管道上長(zhǎng)期運(yùn)行的接觸式儀表，還應(yīng)考慮流量測(cè)量元件所造成的能量損失。一般情況下，在同一生產(chǎn)管道中不應(yīng)選用多個(gè)壓損較大的測(cè)量元件，如節(jié)流元件等。

   7 結(jié)束語(yǔ)

    總之，沒(méi)有一種測(cè)量方式或流量計(jì)對(duì)各種流體及流動(dòng)情況都能適應(yīng)的。不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu)要求不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件，每種型式都有它*的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，應(yīng)在對(duì)各種測(cè)量方式和儀表特性做全面比較的基礎(chǔ)上，選擇適于生產(chǎn)要求的、既安生可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的*型式。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)，流量計(jì)在農(nóng)田灌溉中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
 

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