超聲波流量計(jì)在農(nóng)田灌溉中的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)前景

本文概述：
農(nóng)業(yè)作為一個(gè)國(guó)家的第一產(chǎn)業(yè)，不僅與人民群眾的日常生活密切相關(guān)，也關(guān)乎到工業(yè)和服務(wù)業(yè)的升級(jí)和進(jìn)步，從目前世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)和社會(huì)環(huán)境來(lái)看，中國(guó)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，應(yīng)具備以下基本特征。（1）生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化；（2）生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)化；（3）增長(zhǎng)方式集約化；（4）經(jīng)營(yíng)循環(huán)市場(chǎng)化；（5）生產(chǎn)組織社會(huì)化；（6）生產(chǎn)績(jī)效高優(yōu)化；（7）勞動(dòng)者智能化。其中機(jī)械化、科學(xué)化和智能化說(shuō)明了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展的外部支持是非常重要的。

最近聽取對(duì)“十三五”時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的意見和建議時(shí)，國(guó)家主席習(xí)近平同志指出，同步推進(jìn)新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，薄弱環(huán)節(jié)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。要著眼于加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐，在穩(wěn)定糧食和重要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、保障國(guó)家糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給的同時(shí)，加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，加快農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新步伐，走出一條集約、高效、安全、持續(xù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。

在這一個(gè)對(duì)于國(guó)家農(nóng)業(yè)整體的布局中，農(nóng)田水利的大力興建是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措也是未來(lái)農(nóng)業(yè)得以長(zhǎng)足發(fā)展的重要保證。水利工程建設(shè)離不開灌溉，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)量方法均有其獨(dú)特的流量傳感（檢測(cè)）部分。



一、灌溉中的流量測(cè)量的計(jì)算方法
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％。

二、農(nóng)田灌溉中的兩類特別重的兩種測(cè)量技術(shù)
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)，以安裝方式分類主要類型有外夾式超聲波流量計(jì)，插入式超聲波流量計(jì)和管道式超聲波流量計(jì)，另一種是使用電磁流量計(jì)，當(dāng)然品種也很多，管道式、插入式等都有，不再贅述，讀者可查閱相關(guān)資料加以了解。
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。

三、用于流量測(cè)量的流量計(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)于品質(zhì)較好的管道測(cè)量建議選用非接觸且無(wú)需破管的外夾式超聲波流量計(jì)測(cè)量方式，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)流量更多咨訊可訪問(wèn)
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)行中最大流量值的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。

四、本文結(jié)語(yǔ)
綜上所述可知，不存在一種放之四海皆準(zhǔn)的測(cè)量方式，也不存在一種能夠滿足各種不同測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的流量計(jì)，第一種一種測(cè)量方式或流量計(jì)對(duì)各種流體及流動(dòng)情況的適應(yīng)情況都不盡相同。不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu)針對(duì)于不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件，每種型式都有它特有的優(yōu)缺點(diǎn)。所以說(shuō)，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)耐用的最佳型式。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)，流量計(jì)在農(nóng)田灌溉中畢定會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用，這既是未來(lái)中國(guó)農(nóng)業(yè)的福音，也是中國(guó)儀表未來(lái)發(fā)的利好之一