滴灌系列水力性能检测装置的研制

林叙彬，梁朝通，宋瑜清，叶雪辉，蔡庆进，黄启锋，熊元芳

（广东省农业机械试验鉴定站，广州 510515）

滴灌系列水力性能检测装置的研制

林叙彬，梁朝通，宋瑜清，叶雪辉，蔡庆进，黄启锋，熊元芳

（广东省农业机械试验鉴定站，广州 510515）

论述了滴灌系列水力性能检测装置的总体结构、硬件选择、电气控制系统的设计，以及试验过程说明。该装置适用于滴灌带、滴灌管和滴头等节水灌溉元件的水力性能测试。

节水灌溉，滴灌，检测，装置

0 前言

国外的节水灌溉技术发展迅猛，其中以色列、美国、澳大利亚等国的技术最具代表性，另外，英国、瑞典、日本等国的节水灌溉技术及设施也迅速发展，渐趋完善[1]。而我国的节水灌溉技术研究起步较晚，在20世纪60～70年代主要从事理论与技术研究，80～90年代在推广应用节水灌溉技术的基础上，加强了节水灌溉灌水器的科研生产力量，90年代以后，国内节水灌溉设备生产企业迅速发展，数量激增[2]。据统计，目前我国生产节水灌溉材料设备的企业达1 000多家，但多数企业为中小型企业，生产规模偏小，工艺水平和生产技术较为落后，主要技术性能指标及运转的可靠性和耐久性等方面与国外产品相比有一定的差距。

针对这种现状，加强节水灌溉设备的研究与开发力度，特别是节水灌溉水力性能检测装置的研究，才能在引进、借鉴、消化和吸收国外先进技术的基础上，加速开发适合我国国情的成套、先进、适用的节水灌溉设备。

本文介绍的滴灌系列水力性能检测装置，能够按照GB/T 17187—2009《农业灌溉设备 滴头和滴灌管 技术规范和试验方法》等标准检测各种滴灌元件的水力性能，为节水灌溉设备的生产研发提供技术支持。

1 总体结构设计

滴灌系列水力性能检测装置主要由供水系统和试验台组成，供水系统包括蓄能器、管路、控制阀、水泵和供水箱等部件，试验台包括试件安装支架、压力传感器、称重平台、减速电机和传动丝杆等部件，总体结构设计如图1所示。

供水系统由供水箱、水泵、蓄能器、控制阀、过滤器、管路等组成，敞开式布局，便于维护保养。供水箱分为常温水箱和耐压水箱两部分，常温水箱上装有电热管和制冷系统，可调节不同水温以满足试验要求，耐压水箱用于高温环境下耐压和爆破试验用，能承受高温耐压的试验要求。水泵采用变频控制，稳定性较好，能提供多种工况需求。

试验台由操作台面、试件安装支架、快速接头、控制阀、平移机构等组成。试件安装支架放置在供水箱上面，通过气缸运动可翻转90°，方便试验人

员安装试件。被测试件和管道连接采用快速接头连接，省时省力，牢固可靠。控制阀采用先导突跳式电磁阀，密封性好，可靠性高，响应时间短。按标准要求每次试验需进行25个滴灌单元测试，该装置试验时可同时进行5个滴灌单元的水力性能测试，测试完毕后通过传动丝杆带动称重平台依次进行其他滴灌单元的测试，直至试验完成，试验过程水源可循环利用。该装置采用一体化设计，整体结构紧凑，占地空间小，使用成本低。

图1 滴灌系列水力性能检测装置结构示意图

2 硬件选择

根据GB/T 17187—2009《农业灌溉设备 滴头和滴灌管 技术规范和试验方法》等标准的要求，试验条件应满足以下要求：试验在常温环境下进行；试验用水应使用公称孔径75～100 μm（200～160目）的过滤器过滤，水温为10～30℃；水压测定值误差不大于1%，试验期间压力的变化量不大2%，流量测定值误差不大于0.5%。

为满足以上的试验条件，装置的硬件选择主要考虑水泵、过滤器、电子天平、压力传感器、流量传感器和温度传感器等仪器的性能和精度问题。

水泵采用立式多级离心泵水泵，流量3 m3/h，扬程122 m，泵效率57.4%，泵体经阴极电泳处理，过水部件材料采用304不锈钢，电机内置热过载保护开关，防止过载，符合EN标准，电机效率等级FEF1，波动范围±10%，绝缘等级F，防护等级IP55。

过滤器采用200目以上PE材料的农用过滤器与出水口200目黄铜过滤器双重过滤，过滤精度高，效果好，可拆卸清洗。

电子天平量程15 kg,分辨力0.1 g，重复性≤± 0.1 g，线性≤±0.3 g，响应时间≤1 s，符合ISO/GLP打印输出，RS-232数据通讯，具有自动校准系统、超载保护、全自动故障诊断与动物称重等功能。

压力传感器量程0～1 MPa，精度0.2级，线

性度≤±0.2%，重复性≤±0.1 FS，温度影响＜±0.03%FS/℃，相应时间＜1 ms，自带温度补偿，过载/反相电气保护，防护等级IP65。

流量传感器量程50～2 000 L/h，精度0.5级，功耗12 W，防护等级IP65，有瞬时计量与累积计量两种模式，可同时有2组报警输出和1组信号输出，具有断电保护及过量程报警功能。

温度传感器精度等级A级，线性度≤0.1%，准确度±0.5 K+0.4%满量程，分辨率0.1 K，响应时间＜1 ms，允许误差≤±0.15+0.002XT,过载/反相电气保护，防护等级IP65。

3 电气控制系统设计

由于试验环境较差，且试验过程与水接触，需要控制系统保持稳定，可靠，抗干扰性强，因此电气控制系统采用可编程控制器（PLC）进行控制，上位机采用PC机进行界面操作、数据处理等。PLC采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，具有可靠性高、抗干扰能力强、硬件配套齐全、使用方便、编程简单、维修方便等特点。系统由PLC实现压力、流量、温度等信号的采集和传输，通过一系列数据的处理和修整，得出检测结果，保证了数据的稳定性和准确性。

电气控制系统通过PLC构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制，在保证信号稳定传输的过程中，进行多信号控制，从而实现水泵恒压调节、水箱恒温控制和减速电机执行等功能，例如水泵恒压调节是运用PLC进行逻辑控制，由变频器控制电机转速进行压力调节，经过PID运算实现闭环自动调节恒压供水。

作为整个电气控制系统的主控电路，其性能直接影响整个系统运行的可靠性，结合电路设计和布置的具体要求，总体主控电路的设计原理图如图2所示。

4 试验过程说明

图2 主控电路原理图

滴灌系列水力性能检测装置按照 GB/T 17187—2009《农业灌溉设备 滴头和滴灌管 技术规范和试验方法》等标准要求可进行耐水压试验、流量均匀性试验、压力与流量关系试验和爆破性试验。试验前先给水泵和系统排气；观察液位计检查水浴箱水源，水位线应高于温度传感器和加热管位置；使用快速接头安装被测试件，与管道连接密封可靠；检查电气元件，确保安全后启动电源。

整个耐水压试验过程如图3所示，试验前先设

置额定压力、耐压时间、稳定时间、耐压倍数等参数，试验过程系统自动检测每个工位流量，试验完成后系统自动计算试验结果并出具试验报告。流量均匀性试验、压力与流量关系试验和爆破性试验略同。

图3 耐水压试验过程

5 结论

该装置适用于滴灌带、滴灌管和滴头等节水灌溉元件的水力性能测试，试验过程自动化程度较高，可节省大量的人工和减少人为的误差，从而保证检测结果的准确性。该装置的研制可为生产企业和第三方检验机构的检测提供有效的手段，促进国内节水灌溉技术的发展。

[1]刘琼.农业节水灌溉技术与设备的现状及发展趋势[J].山东农机，2000（2）：2-3.

[2]周和平,赵登明,禹 锋.我国节水灌溉灌水器研究现状与展望[J].中国农村水利水电，2007（5）：68-70.

Development of Hydraulic Performance Testing Device for Drip Irrigation Series

Xubin Lin,Chaotong Liang,Yuqing Song,Xuehui Ye,Qingjin Cai,Qinfeng Huang,Yuanfang Xiong
(The agricultural machinnery test appraisal station in guangdong province,Guangzhou,510515 China)

This paper discusses the general structure,hardware selection,design of electrical control system and test procedure of the hydraulic performance testing device of drip irrigation series.The device is suitable for the hydraulic performance test of water saving irrigation components,such as drip irrigation tape,drip irrigation pipe and drip irrigation sprinkler.

water conservation,irrigation,drip irrigation testing,device

支持项目：2014年省级现代农业产业发展建设专项——农机试验鉴定能力提升（粤农财[2014]367号）

林叙彬（1983-），男，广东揭阳人，工程师，硕士研究生，主要从事农业机械试验鉴定、检测工作。E-mail:linxubin1983@163.com