流量计在农田灌溉中的分析应用

1引言

    流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多，有转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。各种流量仪表中，每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。按测量对象划分有封闭管道和明渠两大类；按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。

    总量表测量一段时间内流过管道的流量，是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示。实际上，流量计通常也备有累积流量装置，作总量表使用，而总量表也备有流量发讯装置。因此，以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。

    按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理和原子物理学原理等。

 2 超声波流量计

    超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息，通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法以及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种流体计量方式。

    超声波流量计是一种非接触式测量仪表，适于测量不易接触、不易观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件，故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力。仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行，因而是一种理想的节能型流量计。

    各类超声波流量计均可在管外安装，是非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关；而其他类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能的其它类型流量计的功能价格比越*，被认为是较好的大管径流量测量仪表。多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围2cm～5m，从几米宽的明渠或暗渠到500m宽的河流都可使用。

    另外，*表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度和密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点，因此它越来越受到重视，并且向产品系列化和通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型及湿式型仪表，以适应不同介质、不同场合和不同管道条件的流量测量。

  3  涡街流量计

     涡街流量计,是利用流体在特定条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的．当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量。
压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。采用压电应力式传感器，仪表参数能长期稳定，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较*、理想的流量仪表 
 

  4 电磁流量计
 

    电磁流量计是20世纪五六十年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的，用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其*的优点，目前已广泛被应用于工农业各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质以及各种浆液流量的测量，形成了*的应用领域。

    在结构上，电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成与流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示、累积和调节控制。

  5 流量计在农田灌溉中的应用

    国民经济中，农田水利的大力兴建是我国农业发展的重要举措。水利工程建设离不开灌溉，特别是正确掌握灌溉系统中测流量的方法至关重要。目前主要有两种方法，即速度-面积法和水力方法，每种测量方法均有其*的流量传感（检测）部分。

    速度-面积法测流量是由水流的平均流速乘以渠道的横截面积，而水流速度是通过流量计在一些特定点上进行测量的。用此法测流量一般又有3种不同方式：一是速度分布法；二是0.6h法（h为水表面至渠底的距离）；三是0.2h～0.8h法。速度分布法是测量水表面和渠底之间若干点的流速，然后由这些测点确定一垂直水面的速度曲线，按速度曲线界定的面积除以深度，则可求出平均速度；0.6h法测量的是水面以下0.6h深的单个点流速，并假定该值就是全部速度的平均值；0.2h～0.8h法测量的是水表面下0.2h和0.8h深度两点的流速，这两个读数的平均值即可估算为平均的流速值。

    这3种方法都是在任一特定的测量区内计算平均速度。沿整个渠道宽度测深的次数以及单个垂直面上测量的点数都不尽相同。很多欧洲国家在单个面上测深时要求测5点，而美国认为测2点足够。测深的次数取决于渠道的宽度。在欧洲测深次数为5～15，在美国为8～18。测量误差是按测深次数及在每一点的测量时间决定的，采用速度-面积法的平均误差可小于6%。

    用速度-面积法测流量有两项技术应特别注意两点：一是使用超声波流量计，另一是使用电磁流量计。

    超声波技术是由测量横过渠道的超声波传播时间来计算流速的，发射器和接收器分置于渠道的两边，使波的路径和水流方向之间的角度在45°～60°范围内。这一几何关系使得向上游方向和下游方向的声音脉冲之间产生时间差。渠道的形状决定将采用单路径系统或是多路径系统，也即采用一个或若干个发射接收配对。

    测流的电磁技术是利用导电的水流中人工建立的磁场，然后测量横跨水流两边的合成电位差。电磁流量计主要由水渠、励磁线卷和一对电极组成。

  6 流量计的选型

    流量计的选型是指按照生产要求，从仪表产品供应的实际情况出发，综合考虑测量的安全性、准确性和经济性，并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表，以及测量仪表的形式和规格。

    流量测量的安全可靠首先是测量方式可靠，即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故；其次是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。

    在保证仪表安全运行的基础上，力求提高仪表的准确性和节能性。为此，不仅要选用满足准确度要求的显示仪表，而且要根据被测介质的特点选择合理的测量方式。对于发电厂主蒸汽流量的测量，由于其对电厂安全和经济性至关重要，一般都采用成熟的标准节流装量配差压流量计。化学水处理的污水和燃油分别属脏污流和低雷诺数粘性流，都不适用标准节流件。对脏污流一般选用圆缺孔板等非标准节流件配差压计或超声多普勒式流量计，而粘性流可分别采用容积式、靶式或楔形流量计等。水轮机入口水量、凝汽器循环水量及回热机组的回热蒸汽等都是大管径（400mm以上）的流量测量参数，由于加工创造困难和压损大，一般都不选用标准节流装置。根据被测介质特性及测量准确度要求，分别采用插入式流量计、测速元件配差压计、超声波流量计或采用标记法和模拟法等无能损方式测流量。

    为了保证流量计使用寿命及准确性，选型时还要注意仪表的防振要求。在湿热的地区，要选择湿热式仪表。正确选择仪表的规格也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环，应特别注意静压及耐温的选择。仪表的静压（即耐压程度）应稍大于被测介质的工作压力，一般取1.25倍，以保证不发生泄漏或意外。量程范围的选择主要是仪表刻度上限的选择。选小了，易过载，损坏仪表；选大了，有碍于测量的准确性。一般选为实际运行中zui大流量值的1.2～1.3倍。

    安装在生产管道上长期运行的接触式仪表，还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。一般情况下，在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件，如节流元件等。

   7 结束语

    总之，没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的。不同的测量方式和结构要求不同的测量操作、使用方法和使用条件，每种型式都有它*的优缺点。因此，应在对各种测量方式和仪表特性做全面比较的基础上，选择适于生产要求的、既安生可靠又经济耐用的*型式。随着我国农业现代化的发展和农业的实现，流量计在农田灌溉中将会发挥越来越大的作用。
 

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