超聲波流量計在農田灌溉中的應用現(xiàn)狀及未來前景

本文概述：
農業(yè)作為一個國家的第一產業(yè)，不僅與人民群眾的日常生活密切相關，也關乎到工業(yè)和服務業(yè)的升級和進步，從目前世界農業(yè)發(fā)展的大趨勢和社會環(huán)境來看，中國的農業(yè)現(xiàn)代化，應具備以下基本特征。（1）生產過程機械化；（2）生產技術科學化；（3）增長方式集約化；（4）經營循環(huán)市場化；（5）生產組織社會化；（6）生產績效高優(yōu)化；（7）勞動者智能化。其中機械化、科學化和智能化說明了現(xiàn)代工業(yè)技術對于農業(yè)發(fā)展的外部支持是非常重要的。

最近聽取對“十三五”時期經濟社會發(fā)展的意見和建議時，國家主席習近平同志指出，同步推進新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化，薄弱環(huán)節(jié)是農業(yè)現(xiàn)代化。要著眼于加快農業(yè)現(xiàn)代化步伐，在穩(wěn)定糧食和重要農產品產量、保障國家糧食安全和重要農產品有效供給的同時，加快轉變農業(yè)發(fā)展方式，加快農業(yè)技術創(chuàng)新步伐，走出一條集約、高效、安全、持續(xù)的現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展道路。

在這一個對于國家農業(yè)整體的布局中，農田水利的大力興建是我國農業(yè)發(fā)展的重要舉措也是未來農業(yè)得以長足發(fā)展的重要保證。水利工程建設離不開灌溉，特別是正確掌握灌溉系統(tǒng)中測流量的方法至關重要。目前主要有兩種方法，即速度－面積法和水力方法，每種測量方法均有其獨特的流量傳感（檢測）部分。



一、灌溉中的流量測量的計算方法
速度－面積法測流量是由水流的平均流速乘以渠道的橫截面積，而水流速度是通過流量計在一些特定點上進行測量的。用此法測流量一般又有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。速度分布法是測量水表面和渠底之間若干點的流速，然后由這些測點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法測量的是水面以下0.6H深的單個點流速，并假定該值就是全部速度的平均值；0.2H～0.8H法測量的是水表面下0.2H和0.8H深度兩點的流速，這兩個讀數(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量區(qū)內計算平均速度。沿整個渠道寬度測深的次數(shù)以及單個垂直面上測量的點數(shù)都不盡相同。很多歐洲國家在單個面上測深時要求測5點，而美國認為測2點足夠。測深的次數(shù)取決于渠道的寬度。在歐洲測深次數(shù)為5～15，在美國為8～18。測量誤差是按測深次數(shù)及在每一點的測量時間決定的，采用速度－面積法的平均誤差可小于6％。

二、農田灌溉中的兩類特別重的兩種測量技術
用速度－面積法測流量有兩項技術應特別注意兩點：一是使用超聲波流量計，以安裝方式分類主要類型有外夾式超聲波流量計，插入式超聲波流量計和管道式超聲波流量計，另一種是使用電磁流量計，當然品種也很多，管道式、插入式等都有，不再贅述，讀者可查閱相關資料加以了解。
超聲波技術是由測量橫過渠道的超聲波傳播時間來計算流速的，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。這一幾何關系使得向上游方向和下游方向的聲音脈沖之間產生時間差。渠道的形狀決定將采用單路徑系統(tǒng)或是多路徑系統(tǒng)，也即采用一個或若干個發(fā)射接收配對。
測流的電磁技術是利用導電的水流中人工建立的磁場，然后測量橫跨水流兩邊的合成電位差。電磁流量計主要由水渠、勵磁線卷和一對電極組成。

三、用于流量測量的流量計的選型
流量計的選型是指按照生產要求，從儀表產品供應的實際情況出發(fā)，綜合考慮測量的安全性、準確性和經濟性，并根據(jù)被測流體的性質及流動情況確定流量取樣裝置的方式和測量儀表，以及測量儀表的形式和規(guī)格。

流量測量的安全可靠首先是測量方式可靠，即取樣裝置在運行中不會發(fā)生機械強度或電氣回路故障而引起事故；其次是測量儀表無論在正常生產或故障情況下都不致影響生產系統(tǒng)的安全。

在保證儀表安全運行的基礎上，力求提高儀表的準確性和節(jié)能性。為此，不僅要選用滿足準確度要求的顯示儀表，而且要根據(jù)被測介質的特點選擇合理的測量方式。對于發(fā)電廠主蒸汽流量的測量，由于其對電廠安全和經濟性至關重要，一般都采用成熟的標準節(jié)流裝量配差壓流量計?；瘜W水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數(shù)粘性流，都不適用標準節(jié)流件。對于品質較好的管道測量建議選用非接觸且無需破管的外夾式超聲波流量計測量方式，對臟污流一般選用圓缺孔板等非標準節(jié)流件配差壓計或超聲多普勒式流量計，而粘性流可分別采用容積式、靶式或楔形流量計等。水輪機入口水量、凝汽器循環(huán)水量及回熱機組的回熱蒸汽等都是大管徑（400MM以上）的流量測量參數(shù)，由于加工創(chuàng)造困難和壓損大，一般都不選用標準節(jié)流裝置。根據(jù)被測介質特性及測量準確度要求，分別采用插入式流量計、測速元件配差壓計、超聲波流量計或采用標記法和模擬法等無能損方式測流量更多咨訊可訪問
為了保證流量計使用壽命及準確性，選型時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確度的重要一環(huán)，應特別注意靜壓及耐溫的選擇。儀表的靜壓（即耐壓程度）應稍大于被測介質的工作壓力，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，易過載，損壞儀表；選大了，有礙于測量的準確性。一般選為實際運行中最大流量值的1.2～1.3倍。安裝在生產管道上長期運行的接觸式儀表，還應考慮流量測量元件所造成的能量損失。一般情況下，在同一生產管道中不應選用多個壓損較大的測量元件，如節(jié)流元件等。

四、本文結語
綜上所述可知，不存在一種放之四海皆準的測量方式，也不存在一種能夠滿足各種不同測量現(xiàn)場的流量計，第一種一種測量方式或流量計對各種流體及流動情況的適應情況都不盡相同。不同的測量方式和結構針對于不同的測量操作、使用方法和使用條件，每種型式都有它特有的優(yōu)缺點。所以說，應在對各種測量方式和儀表特性做全面比較的基礎上，選擇適于生產要求的、既安生可靠又經濟耐用的最佳型式。隨著我國農業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和精準農業(yè)的實現(xiàn)，流量計在農田灌溉中畢定會發(fā)揮越來越大的作用，這既是未來中國農業(yè)的福音，也是中國儀表未來發(fā)的利好之一