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流量計在農田灌溉中的應用分析
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流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多,有轉子流量計、節流式流量計、細縫流量計、容積流量計、電磁流量計、超聲波流量計和堰等。各種流量儀表中,每種產品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計。 總量表測量一段時間內流過管道的流量,是以短暫時間內流過的總量除以該時間的商來表示。實際上,流量計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訊裝置。因此,以嚴格意義來分流量計和總量表已無實際意義。 按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理和原子物理學原理等。 1超聲波流量計 超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息,通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速,從而換算成流量。根據檢測的方式,可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法以及相關法等不同類型的超聲波流量計。超聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種流體計量方式。 超聲波流量計是一種非接觸式測量儀表,適于測量不易接觸、不易觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量計不用在流體中安裝測量元件,故不會改變流體的流動狀態,不產生附加阻力。儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行,因而是一種理想的節能型流量計。 各類超聲波流量計均可在管外安裝,是非接觸測流,儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關;而其他類型的流量計隨著口徑增加,造價大幅度增加,故口徑越大超聲波流量計比相同功能的其它類型流量計的功能價格比越優越,被認為是較好的大管徑流量測量儀表。多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量,故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發電廠中,用便攜式超聲波流量計測量水輪機進水量、汽輪機循環水量等大管徑流量,比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。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,超聲測量儀表的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度和密度等參數的影響,又可制成非接觸及便攜式測量儀表,故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。鑒于非接觸測量特點,再配以合理的電子線路,一臺儀表可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優點,因此它越來越受到重視,并且向產品系列化和通用化發展,現已制成不同聲道的標準型、高溫型、防爆型及濕式型儀表,以適應不同介質、不同場合和不同管道條件的流量測量。 2電磁流量計 電磁流量計是20世紀五六十年代隨著電子技術的發展而迅速發展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的,用來測量導電液體體積流量的儀表。由于其獨特的優點,目前已廣泛被應用于工農業各種導電液體的流量測量,如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質以及各種漿液流量的測量,形成了獨特的應用領域。 在結構上,電磁流量計由電磁流量傳感器和轉換器兩部分組成。傳感器安裝在管道上,它的作用是將流進管道內的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號,并通過傳輸線將此信號送到轉換器。轉換器安裝在離傳感器不太遠的地方,它將傳感器送來的流量信號進行放大,并轉換成與流量信號成正比的標準電信號輸出,以進行顯示、累積和調節控制。 3流量計在農田灌溉中的應用 國民經濟中,農田水利的大力興建是我國農業發展的重要舉措。水利工程建設離不開灌溉,特別是正確掌握灌溉系統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。 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內計算平均速度。沿整個渠道寬度測深的次數以及單個垂直面上測量的點數都不盡相同。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。測深的次數取決于渠道的寬度。在歐洲測深次數為5~15,在美國為8~18。測量誤差是按測深次數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%。 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,另一是使用電磁流量計。 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或是多路徑系統,也即采用一個或若干個發射接收配對。 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。 4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,綜合考慮測量的安全性、準確性和經濟性,并根據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,而且要根據被測介質的特點選擇合理的測量方式。對于發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流裝量配差壓流量計。化學水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數粘性流,都不適用標準節流件。對臟污流一般選用圓缺孔板等非標準節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,由于加工創造困難和壓損大,一般都不選用標準節流裝置。根據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 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,要選擇濕熱式儀表。正確選擇儀表的規格也是保證儀表使用壽命和準確度的重要一環,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,如節流元件等。 總之,沒有一種測量方式或流量計對各種流體及流動情況都能適應的。不同的測量方式和結構要求不同的測量操作、使用方法和使用條件,每種型式都有它特有的優缺點。因此,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。隨著我國農業現代化的發展和精準農業的實現,流量計在農田灌溉中將會發揮越來越大的作用。
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