专利名称：一种滴灌灌水器水力特性测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及微灌技术领域，具体地讲是ー种滴灌灌水器水力特性測量装置及測量方法。
背景技术：
滴灌是目前最先进的灌溉技术之一，通过管道输水和局部微量灌溉，使水分的渗漏和损失降低到最低限度。同时，又由于能做到适时地供应作物根区所需水分，使水的利用效率大大提高。滴灌可方便地结合施肥，即把化肥溶解后灌注入灌溉系统，由于化肥同灌溉水结合在一起，肥料养分直接均匀地施到作物根系层，真正实现了水肥同歩，大大提高了肥料的有效利用率，同时又因是小范围局部控制，微量灌溉，水肥渗漏较少，故可节省化肥施用量，减轻污染。
灌水器是滴灌系统核心部件之一，在整个微灌系统中用量较大，其费用占整个系统总投资的25 — 30%左右，其水力性能直接影响到系统运行的可靠性及灌溉质量高低。在一定压カ范围内，灌水器的水力特性即流量一压カ关系可用式(I)进行描述q = Kd Hx(I)
式中q为灌水器流量，L/h ; H为灌水器的压力水头，m; Kd为灌水器的流量系数；X为灌水器的流态指数。流态指数X它反映了灌水器的流量对工作压カ变化的敏感程度，它的值与灌水器的结构有夫，一般在O — I之间。当X越小吋，灌水器流量受水压的影响越�。环粗蚴芩沟挠跋煸酱蟆５惫嗨髂诹鞒∥懔魇保砺凵夕�=1;当灌水器内流场为完全紊流吋，x=0. 5;当灌水器流量q不随水压H发生变化吋，x=o，在实际应用中，压カ补偿式灌水器可以达到该效果。流态指数是灌水器设计与应用中最为重要的水力性能參数，它决定了滴灌系统工作水压波动对其灌溉均匀度的影响程度。流量系数k与滴头流道的结构和几何尺寸(流道形式、流道断面面积、流道断面形式及流道长度等)有关，它不随压カ变化而变化，对滴头流量起主导作用。目前灌水器的水力特性即流量一压カ关系一般通过实验的方式获得，就是在不同的压力水头下，分别测量灌水器的流量，在己知一系列工作水压下的灌水器流量吋，则流量系数Kd和流态指数X可分别表示如下
log*,=(J)
ΛΣ.1ο8も lo Η, .... L toS� L fag!、
式中n为所测工作水压组数(流量组数)，无量纲，Hi第“i”组所测工作水压，mH20; qi第i组所测水压对应的灌水器流量，L/h。为了达到精确测量的目的，一般需要利用测试平台或者测试系统来完成。测试平台或者测试系统具体包括了试验用的水源、混合罐、提供动カ的水泵、提供混合用的水泵、以及提供开关功能的阀门、安装灌水器的毛管、水压表、管网进水口、管网出水ロ、阀门、回水板和称重天平等部件，测试平台或者测试系统普遍存在结构复杂、造价较高、测试过程较繁琐及大批量的灌水器水力特性測量耗时长和效率不高等问题。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的不足，而提供一种滴灌灌水器水力特性測量装置。本发明的另ー目的是提供一种滴灌灌水器水力特性測量方法。本发明主要解决主要解决现有的灌水器水力特性的测试平台或者测试系统普遍存在结构复杂、造价较高、测试过程较繁琐及大批量的灌水器水力特性測量耗时长和效率不闻等问题。 为了达到上述目的，本发明是这样实现的一种滴灌灌水器水力特性測量装置，其特殊之处在于，包括
气室，用来提供气体存储空间；
供气源，用来向气室提供气流；
气压测量计，用来测量气室内的气体压力；
所述气室下端有ー出气嘴，出气嘴经连接软管与待测的灌水器连接；所述气室上端有一进气嘴；进气嘴上塞有ー橡皮塞，三通经橡皮塞与气室相连，三通的另两个支路经连接软管分别与供气源和气压测量计相连接。进ー步的，所述气室材质为硬塑料或者金属，材质强度应确保在试验压力下不变形。采用上述滴灌灌水器水力特性測量装置的測量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤
a将滴灌灌水器水力特性测试系统与待测的灌水器相连；
b打开进气嘴的控制开关，并利用供气源向气室供气，当气压测量计测定的气室内压カ到达预定值P (O)时停止供气，并关闭进气嘴的控制开关；
c停止供气并关闭进气嘴的控制开关的同时，开始计时，并观测气压測量计所测气室压カ的变化，按照先疏后密的原则记录气室压力P(t)变化过程对应的累积时间t，当气室内的压カ接近大气压时，停止观测；
d以时间t为自变量，气室的相对压カ(气室压カ减去大气压カ即P(t)-Patm)的自然对数值In (P(t)-Patm)为因变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测灌水器的空气传导特征參数S;
e将所测得灌水器的空气传导特征參数S代入下式即可计算不同工作水压h下灌水器的流量q(h) q{h)=AksS-ChB , A、B、C、D为与气室的体积有关的常数，对于灌水器而言，
当气室的体积确定吋，A、B、C、D均为定值；
f获得不同工作水压h下灌水器的流量q(h)后，即可确定灌水器的水力特性即流量一压カ关系q = Kd Hx,计算出灌水器的流量系数Kd和流态指数X。进ー步的，b步骤所述预定值 P(O)为 20-100cmH20 的压力，SP I. 96kPa_9. 81kPa。本发明所述的ー种滴灌灌水器水力特性測量装置及測量方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步，采用不同工作水压h下灌水器的流量q (h)与空气传导特征參数S的定量关系对于灌水器具有普适性，并且当所用气室的体积确定后，该定量关系中的系数A、B、C、D均为定值，因此可利用该关系快速的确定待测灌水器的水力特性，其测量装置结构简单，造价低，从而简化了测量过程，提高了测量效率，节约了成本。
图I是本发明的结构连接示意图。
具体实施例方式 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1，參见图1，选择材质为硬塑料或者金属的气室1，用来提供气体存储空间，将气室I下端出气嘴4经连接软管7与待测的灌水器9连接；再将气室I上端的进气嘴5安装一橡皮塞8，将三通6 —个支路穿过橡皮塞8与气室I相连，再将三通6的另两个支 路经连接软管7分别与供气源2和气压测量计3相连接，供气源2用来向气室I提供气流，气压测量计3用来测量气室I内的气体压力；从而形成本发明的滴灌灌水器水力特性測量装置。实施例2，采用上述实施例的装置，进行滴灌灌水器水力特性測量，其測量方法如下将灌水器水力特性測量装置按照图I所示的方式与待测的灌水器相连，利用供气源向气室供气，当气压测量计测定的气室内压カ到达预定值P(O)时停止供气，预定值P(O)为20-100cmH20的压力，即I. 96kPa_9. 8IkPa ;停止供气的同时开始计时，并观测气压测量计所测气室压カ的变化，按照先疏后密的原则记录气室压力P(t)变化过程对应的累积时间t，当气室内的压カ接近大气压时，停止观测；以时间t为自变量，气室的相对压カ(气室压カ减去大气压カ即P (t)-Patm)的自然对数值In (P (t)-Patm)为因变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测灌水器的空气传导特征參数S ;测量多个不同类型和流量的灌水器空气传导特征參数S ;在不同工作压カh下測量灌水器的流量值
;根据灌水器空气传导特征參数s和不同工作压カ下測量灌水器的流量值gp)结果，可以确定不同工作水压h下灌水器的流量q(h)与空气传导特征參数S的定量关系；测量待测迷宫流道灌水器的空气传导特征參数S，将所测得灌水器的空气传导特征參数S代入下式即可计算不同工作水压h下灌水器的流量q(h) g{k} = AksS Cklt，A、B、C、D为与气
室的体积有关的常数，对于灌水器而言，当气室的体积确定吋，A、B、C、D均为定值；获得不同工作水压h下灌水器的流量q(h)后，即可确定灌水器的水力特性即流量一压カ关系q =Kd Hx,计算出灌水器的流量系数Kd和流态指数X，从而获得灌水器的水力特性。本发明采用不同工作水压h下灌水器的流量q(h)与空气传导特征參数S的定量关系对于灌水器具有普适性，并且当所用气室的体积确定后，该定量关系中的系数A、B、C、D均为定值，因此可利用该关系快速的确定待测灌水器的水力特性，从而简化了测量过程，提高了测量效率，与传统方法相比具有实质性的进步。
权利要求
1.一种滴灌灌水器水力特性測量装置，其特征在于，包括 气室(I)，用来提供气体存储空间； 供气源(2)，用来向气室(I)提供气流； 气压测量计(3)，用来测量气室(I)内的气体压力； 所述气室(I)下端有一出气嘴(4)，出气嘴(4)经连接软管(7)与待测的灌水器(9)连接；所述气室(I)上端有一进气嘴(5);进气嘴(5)上塞有一橡皮塞(8)，三通(6)经橡皮塞(8)与气室(I)相连，三通(6)的另两个支路经连接软管(7)分别与供气源(2)和气压测量计(3)相连接。
2.根据权利要求I所述的ー种滴灌灌水器水力特性測量装置，其特征在于，所述气室(I)材质为硬塑料或者金属。
3.采用权利要求I或2的滴灌灌水器水力特性測量装置的測量方法，其特征在于，包括以下步骤 a将滴灌灌水器水力特性测试装置与待测的灌水器相连； b打开进气嘴的控制开关，并利用供气源向气室供气，当气压测量计测定的气室内压カ到达预定值P (O)时停止供气，并关闭进气嘴的控制开关； c停止供气并关闭进气嘴的控制开关的同时，开始计时，并观测气压測量计所测气室压カ的变化，按照先疏后密的原则记录气室压力P(t)变化过程对应的累积时间t，当气室内的压カ接近大气压时，停止观测； d以时间t为自变量，气室的相对压カ(气室压カ减去大气压力即P(t)-Patm)的自然对数值In (P (t)-Patm)为因变量，确定二者的数量关系，并以二者确定的直线斜率的绝对值作为被测灌水器的空气传导特征參数S; e将所测得灌水器的空气传导特征參数S代入下式即可计算不同工作水压h下灌水器的流量 q (h) g{k) ニ ^h11S - ChD，A、B、C、D为与气室的体积有关的常数，对于灌水器而言，当气室的体积确定吋，A、B、C、D均为定值； f获得不同工作水压h下灌水器的流量q(h)后，即可确定灌水器的水力特性即流量一压カ关系q = Kd Hx,计算出灌水器的流量系数Kd和流态指数X。
4.根据权利要求3所述的ー种滴灌灌水器水力特性測量方法，其特征在干，b步骤所述预定值 P (O)为 2O-IOOcmH2O 的压力，即 I. 96kPa_9. 81kPa。
全文摘要
本发明公开了一种滴灌灌水器水力特性测量装置及测量方法，其特点是测量装置包括气室(1)、供气源(2)和气压测量计(3)，三者相通连接；利用本发明的测量装置测定不同型号和流量的滴灌灌水器导气特征参数S，并建立导气特征参数S与不同工作压力下滴灌灌水器流量的定量关系，基于该定量关系只需要测量灌水器的导气特征参数S即可计算出不同压力下灌水器的流量值，据此可得到灌水器的流量系数和流态指数，从而获得灌水器的水力特性，因而大大简化了灌水器水力特性的测量过程，节省了测量时间和成本。本发明不仅在技术上能够实现，而且设备价格大大降低，易于推广应用。
文档编号G01M13/00GK102680220SQ20121014346
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者张振华, 杨润亚, 潘英华, 牛文全, 郭庆 申请人:张振华
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