常用流量計(jì)簡(jiǎn)介及其在大中型灌區(qū)節(jié)水改造中應(yīng)用前景分析

李金萍 王 浩

(1、枝江市堤防養(yǎng)護(hù)站，湖北 宜昌443002 2、三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌443002 )

黨的十九大報(bào)告提出實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略, 強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展,要體現(xiàn)在公共資源配置上,特別是要加快農(nóng)田水利、水利設(shè)施建設(shè)、完善管護(hù)運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革,可以逐步調(diào)節(jié)城鄉(xiāng)居民生活、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)用水水價(jià)，使之基本趨于合理,進(jìn)一步挖掘年節(jié)水能力,明晰水流產(chǎn)權(quán),根治水污染防治。其中，節(jié)水灌區(qū)改造、量水及用水設(shè)施配套，是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

流量計(jì)（設(shè)施）在實(shí)施農(nóng)業(yè)灌區(qū)取水計(jì)量，分水到戶（田）中發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用。在灌區(qū)節(jié)水改造以及農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革中，應(yīng)用極為廣泛。目前，市場(chǎng)上有多種測(cè)量流量的流量計(jì)，但它們?cè)?、特點(diǎn)和局限性都不盡相同，沒(méi)有一種流量計(jì)可以適用所用情況。因此，應(yīng)用是需要結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件進(jìn)行合理選擇。本文介紹了灌區(qū)節(jié)水改造中常見(jiàn)的一些流量計(jì)，以期為用戶在選擇時(shí)提供理論支撐和基礎(chǔ)性的幫助。

1 常用流量計(jì)（設(shè)施）

1.1 堰式流量計(jì)

堰式流量計(jì)是測(cè)量明渠流量的一種裝置，其原理為在明渠中安裝流水堰，水流將被堰板攔住而升高水位，并越過(guò)堰板。測(cè)定越板的水流的水位，根據(jù)水位- 流量關(guān)系曲線確定下泄流量。常用的堰式流量計(jì)有3 類：三角堰、矩形堰和全寬堰。三角堰用于測(cè)量小流量；矩形堰用于測(cè)量中流量；全寬堰用于測(cè)量大流量。堰式流量計(jì)價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單，因而在明渠流量測(cè)量中被廣泛采用。堰式流量計(jì)的使用也有局限性。它不能用于帶有固體顆粒的流體，因?yàn)檫@些固體物質(zhì)會(huì)損壞堰口或者沉積在堰板上游，影響流量的測(cè)量。

因此，堰式流量計(jì)不合適泥沙含量大的水流或灌區(qū)。

1.2 纜道測(cè)流

由水文纜道、全自動(dòng)纜道綜合控制臺(tái)、纜道綜合信號(hào)系統(tǒng)、聯(lián)機(jī)通信模塊、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成，集交流變頻調(diào)速技術(shù)、光柵編碼測(cè)距技術(shù)、纜道測(cè)流技術(shù)、纜道無(wú)線信號(hào)傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)控處理及數(shù)據(jù)整編技術(shù)于一體，該系統(tǒng)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制水文纜道實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、半自動(dòng)方式對(duì)人工、天然河道任意斷面流量監(jiān)測(cè)。

纜道測(cè)流精度高，但昂貴的價(jià)格限制它的廣泛應(yīng)用。故此，纜道測(cè)流適合于重要斷面的測(cè)流。

1.3 梯形喉口無(wú)喉道量水槽

由收縮段和擴(kuò)散段組成，槽底為原渠底，無(wú)底坎，兩段之間為梯形喉口。該種量水槽水流邊界變化較為平緩，有效改善小流量時(shí)測(cè)量誤差和大流量時(shí)的水頭損失。該測(cè)流設(shè)施對(duì)地形有一定要求，適合用灌區(qū)渠系中的渠道（支渠、斗渠）測(cè)流。

1.4 孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與多參數(shù)差壓變送器（或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器）配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測(cè)量氣體、蒸汽、液體等流體的流量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過(guò)程控制和測(cè)量。

該測(cè)流裝置測(cè)試對(duì)象為有壓流動(dòng)，在使用前需將明渠流轉(zhuǎn)化為有壓流。

1.5 文丘里流量計(jì)

文丘里流量計(jì)是一種常用的測(cè)量有壓管道流量的裝置，屬壓差式流量計(jì)，常用于測(cè)量空氣、天然氣、煤氣、水等流體的流量。它包括“收縮段”、“喉道”和“擴(kuò)散段”3 部分，安裝在需要測(cè)定流量的管道上,用于測(cè)量封閉管道中單相穩(wěn)定流體的流量。流量測(cè)量范圍最大/最小流量比很小，一般在3～5 之間。

該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用工況范圍廣、易于實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是難以滿足變化幅度大的流量測(cè)量。

1.6 均質(zhì)管流量計(jì)

基于皮托管流量計(jì)發(fā)展起來(lái)的一種新型差壓式流量計(jì)，通過(guò)測(cè)量截面多點(diǎn)的流速來(lái)獲取截面的平均流速，可以應(yīng)用于非對(duì)稱性流速分布管段的流量測(cè)量。

該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，價(jià)格低廉和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在管道中測(cè)流效果較好，用于明渠流動(dòng)測(cè)流需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的改造。

1.7 容積式流量計(jì)

利用測(cè)量元件, 把流經(jīng)儀表內(nèi)的流體,分隔為單個(gè)的固定容積部分,并連續(xù)不斷地排出。其測(cè)量原理類似于一種標(biāo)準(zhǔn)容積的容器,連續(xù)地對(duì)流體流動(dòng)的介質(zhì)，進(jìn)行固定容積的測(cè)量和計(jì)算。

容積式流量計(jì)，具有對(duì)上游流動(dòng)狀態(tài)變化不敏感，可用于高粘度液體的測(cè)量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，該設(shè)備在明渠流動(dòng)測(cè)流中具有廣闊的前景。

1.8 電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)量流速，再測(cè)量流通截面液位高度得流通面積，兩者相乘得到所測(cè)流量。

優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)流量范圍大。精確度較高，可測(cè)量電導(dǎo)率≥5μs/cm 的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。缺點(diǎn)是，不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量，同時(shí)，儀器精密，價(jià)格比較昂貴。

1.9 超聲波流量計(jì)

基于傳播速度差法的多聲道結(jié)構(gòu)。其基本原理可以歸納為聲波在流體中順流和逆流的傳播時(shí)間差與流體流速成正比。根據(jù)接受到的頻率時(shí)間差，可計(jì)算出流體的流速，采用流速- 面積法得到流量。

優(yōu)點(diǎn)是，測(cè)量準(zhǔn)確度很高，幾乎不受被測(cè)介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強(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，已在中型灌區(qū)有著廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是，價(jià)格貴、安裝時(shí)對(duì)地形有一定要求。

2 討論

2.1 適用性

以上9 種流量計(jì)（設(shè)施）在當(dāng)前灌區(qū)取水計(jì)量工作中，已經(jīng)有所應(yīng)用，但是均不同程度的受到限制。堰流式流量計(jì)無(wú)法適應(yīng)大流量明渠流動(dòng)；纜道測(cè)流僅適合干支渠；梯形喉口無(wú)喉道量水槽對(duì)地形要求高；孔板流量計(jì)、均質(zhì)管流量計(jì)及文丘里流量計(jì)只對(duì)管道流效果好；電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)價(jià)昂貴的價(jià)格影響了推廣應(yīng)用；容積式流量計(jì)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積龐大。

2.2 測(cè)流原理

從測(cè)流原里來(lái)看，以上九種流量計(jì)可分為：壓力接觸式、無(wú)壓接觸式、非接觸式以及容積式。纜道測(cè)流、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均質(zhì)管流量計(jì)屬于壓力接觸式；堰式流量計(jì)、梯形喉口無(wú)喉道量水槽屬于無(wú)壓接觸式；纜道測(cè)流、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)屬于非接觸式；容積式流量計(jì)屬于容積式。

2.3 在灌區(qū)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

壓力接觸式流量計(jì)測(cè)流精度高，但是需要的配套設(shè)備及相關(guān)水流條件也高，適合于重要斷面的測(cè)流；無(wú)壓接觸式流量設(shè)施，造價(jià)低，可以在地形滿足要求的灌區(qū)干支渠采用；非接觸式是目前應(yīng)用最受青睞的一種測(cè)流計(jì)，但價(jià)格昂貴，只有部分大型灌區(qū)或重要渠首取水計(jì)量時(shí)采用；容積式流量計(jì)目前在灌區(qū)中應(yīng)用較少，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將來(lái)會(huì)有較大應(yīng)用前景。

測(cè)流技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，是今后發(fā)展的一個(gè)方向，將來(lái)會(huì)有大發(fā)展。

3 結(jié)論

流量計(jì)發(fā)展至今已有一個(gè)世紀(jì)的歷史，種類繁多，用途廣泛，并且越來(lái)越精密。近年來(lái)由于電子技術(shù)的引入，賦予了流量計(jì)自我診斷的功用，更好的性能極大滿足了行業(yè)用戶的需求，同時(shí)創(chuàng)造了更大的市場(chǎng)空間。在未來(lái)流量計(jì)自動(dòng)化程度會(huì)更高，可以結(jié)合通訊技術(shù)讓使用者可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)的流量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。