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& L5 F0 D* J9 H- s# Y 多普勒超声波流速仪流量计
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% \6 e4 K X1 A5 P; U 陕西恒瑞测控系统有限公司 : k7 p6 Q3 y" `8 f: L1 e0 e
第一章 产品彩照及其简介
/ E# X7 y# C2 T' o6 l# W 多普勒超声波流速仪流量计产品根据超声多普勒效应原理测量流速，并可通过压力传感器测量水位和温 度传感器测得水体温度。壳体采用PVC 塑料，能够有效防水密封。 ) ^, v( y' g$ y: l: Z* t8 C# k& l7 A
◆ 采用 Modbus 通信协议，利用 RS485 总线进行与手持机通信。 2 |3 ^9 S( y/ N B B- d' Y+ u
◆ 水下传感器设备安装方便。有金属底座固定装置，安装简单。
3 c# u c) R) x2 E5 E3 T ◆ 设备全部采用电子设计，宽电压供电、低功耗，无机械部件。具有测量 准确、稳定的优点，可靠性高，抗干扰性强。
- ?" {& B+ {( f9 F7 w5 y ◆ 应用范围广泛。可以在纯净水到黄河水的各种水环境中应用。
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第二章 产品原理 多普勒超声波流速仪流量计原理：当超声波声源和观察者做相对运动时，观察者接收到的 频率就会和超声波声源频率不同。因此，相对于超声波换能器的随水移动的小颗粒、 小气泡也会使换能器接收频率的改变，且随水中悬浮运动速度的增加而增加， 由此 测出多普勒频移0 r# y) Y8 }) ]
，也就测出了多普勒海流仪所处点水的流速。再乘以渠道的截面 积，得到流量信息。
* u Q8 d$ P5 z/ h, G# d 因为多普勒流速测量要用到水中声音传播的速度，而声音在水中传播速度与 水温密切相关，因此设备内置了温度传感器用于温度测量，进而修正声速。
6 D( Q% A' r7 A 液位深度测量采用了压力传感器，测量流速传感器所处位置距离液面的距 # t: U& _( t0 b! H% L/ W9 i4 @: e8 {
离。
9 z, [3 Z3 U+ E" K( X 第三章 产品技术指标
2 l8 {0 \1 _' z! c( M) K 3.1 测量指标
0 j# r+ C. e) t! ]! E 内容 范围 精度
2 i* ~5 }# P5 x 流速范围（m/s） 0.021米/秒～6.00米/秒（～ 12.00米／秒可订制） ±1.0%±1cm/s
0 I( w- m% P1 c) O# i 水温测量（℃） -10℃～60℃ ±1（℃）
% Y* Z2 h: m- K d 水深测量范围（m） 0.05米～10米（～100米可订 制） 0.5%±0.5cm 5 n6 {& p2 e7 i# j* R) ?
瞬时流量范围： 1升/秒～99.99立方米/秒
# a) |6 X& _; D4 e o/ q 累计流量 0.1立方米～999999立方米 1 ?* ]3 S/ N6 R$ Y8 p9 m( b
3.2 性能参数 ( @) P) c0 X) H. e7 Z" a: [+ T' w
电气内容 范围 备注
) @& @4 ^. S2 W7 n2 [, L 工作电压（V） 7.5V～24VDC
2 a9 p, l3 T0 n t" H( r, A K 功耗（mA） <=65毫安（发射瞬间） 12V供电 1 T& r* S3 x) V( {3 M, P( M/ v
工作水深（m） 0.1米～10米 ! l2 T8 J5 M- B& w) s( O! f) x
数据更新周期（s） 6秒-60 秒
4 @* i. M4 P' \5 u: Q/ _6 u' p 3.3 其他
+ R( i) r$ C/ Y: ^$ M$ D/ z 测量种类：点流速、液位、温度、流量 ' z* H! Y$ b% o; Z/ y
防护等级：IP68 5 i: F) Z7 ?, ^6 v
测量方式：在线式 / @. \* H! |! Q
测量原理：声学多普勒法，速度面积法 5 f; j& k3 p0 f9 |7 a" H1 Y
供电方式：电池、太阳能、市电 @5 t8 `- M+ L
输出信号：Modbus RS485
% T' z! W& L$ t 输出信号内容：点流速、水位、温度 ) S/ W8 L: T( t
内容：瞬时流量 液体酸碱度要求：pH值6~8 液体压力要求：自然环境状态下，1个标准大气压 连续工作功耗：12V*65mA=12V*0.065A≈0.8W
- a7 |2 Z8 }% J; }+ q9 s 第四章 安装说明 + ^) u* q" N/ I
4.1 渠道内安装条件和位置 7 ]" f. d5 b4 R, N8 s! v$ c
1.由于多普勒法流速测量受流体中气泡等因素影响较大的特性，传感器安装位 置需满足峰值流速时该处流体平稳的条件。自然水道，渠道多以距上游5倍于水 道、渠道宽度的位置，距下游3倍于水道、渠道宽度的位置为最低要求，对应20 倍，5倍宽度的位置为宜。
" w& t1 ]) c: O. X4 T 2. 在河流、渠道上测量，只需最低液位超传感器以上10厘米，即可测量。 . y$ j2 Q) K4 t# X- @* C
3.标配型号耐压10米，可定制满足最大100米耐压的需求。
. s) F. n: U7 d6 ]$ c* k 4.多普勒法流量计对流体内固体杂质含量要求低于20kg/m³。 1 O, ]' p2 v7 O8 }+ @$ Z& a
5.标配型号可测最大流速为6.0米／秒，可定制满足10.0米／秒的需求。 4 a5 q' D3 ~. L: A; S9 s
6.若安装位置紊流现象严重，在缺少率定数据支持的情况下可能会对测量结果 产生较大误差。建议选取流体平稳流动位置（需考虑流量峰值，流体内固体杂质等 因素）部署传感器，也可咨询我司了解单波束多普勒剖面流量计（ADCP)的产品 特性。 7 Y; E c1 R% \: c9 F2 Z
7.传感器垂直安装位置以避免渠底泥沙沉积物掩埋，水生植物缠绕和石头碰撞 等情况的原则下尽量靠近渠底，同时需考虑液位高度。距渠底10厘米至25厘米为 宜。 , }8 W% ]! n5 ~5 C# N% Q9 W) P4 p
8.传感器需水平安装。 3 ^! f, D6 ?* V% e: d' a$ \
9.传感器需与水流方向平行，探头所对方向需与水流方向
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水流平稳的渠道 . B- h5 Z! r& D* w% s' S; b4 i
超声波多普勒流量计安装位置的上游要有渠道宽度20倍的直渠道，下游要有 渠道宽度5倍的直渠道。
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传感器安装点上游和下游直渠道要求
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传感器安装点上游和下游直渠道要求 + U& W2 c" i k$ X) P. g1 [+ n5 y5 `
有些现场因为实际渠道条件限制，造成安装地点上游达不到20倍的直渠道， 下游达不到5倍的直渠道。最低要求是上游5倍的直渠道，下游3倍的直渠道。
8 W6 r- P. i6 b/ v/ x 如下图实例：因为在山区，多为弯渠，达不到标准的上游直渠道要求，在这 个点安装实际流速是0.90～0.95米/秒，测量出来的值是0.65～0.80米/秒。 ; @' L0 t! b- z, z& b& W
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u& m8 }5 D, y 错误安装示例：传感器安装点上游直渠道达不到20倍的要求
6 f" @6 z6 N+ |- L \% h3 K 如果安装在闸门下游(最少要30倍以上的直渠道)，特别要注意观察水面情况， 是否平稳。
1 [0 q7 J% r7 k. k( b" E 如果传感器安装地点离开闸门的距离已经有30倍的渠道宽度，但是水面还是 不平稳，那就需要加大传感器距离闸门的距离，直到水流平稳为止。这个距离没有 限制，可能是60倍的渠道宽度，80倍的渠道宽，直到水流平稳为止。 & L: D% }, k, `" r0 d/ W: u7 B
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4 j' j. D' K6 X4 s; l8 q! b5 c 闸门现场水流情况
7 T; {" G8 b8 F* i7 @! g& p9 x( B 下图为实际安装位置，是距闸门50倍渠道宽度的位置水流才平稳，在下图中 红色圆圈位置安装。
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确定安装高度 6 K6 W' o% x, S9 l( J/ |9 m8 H
探头距渠底的理想高度为100mm—250mm，具体要根据渠道的最低水位确
) A& V; ^) m+ o2 [9 ]5 c 定。 $ R" h8 x; J' q( O- p0 W
传感器应尽量安装于靠近渠底，如果渠底有很多沉淀物、淤泥、水草或者有
# A4 A, x# f+ x6 X 石头会滚动，可以抬高安装位置，避免被沉积物与水草覆盖探头，或者被石头冲击 探头，造成探头损坏。
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1 F- m) k( f+ k5 o. s/ y: R# Z 最低水位比传感器高10厘米以上
+ m8 F3 A9 b; T. w# q f 水平安装位置的选择 . }$ x* H; o- V4 ^( y* U& ^
20米以下宽度的渠道，如果是矩形渠道，是安装在整个渠道宽度的15-20%
9 m* T+ I8 g- i 处。因为安装在这个位置，最接近整个渠道水平方向上的平均流速。 6 q- j% b; e" N, q1 {4 `
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8 L5 B8 M1 G8 c# ?3 ?& W: [ 矩形渠道安装位置要求 2 W& E3 C0 |% a1 z( h4 s. J
梯形渠道安装：传感器安装在斜坡和底边交界处，又叫做“坡脚”处。同时要 满足：传感器低于最低水位以下10厘米。
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; @+ c* h! X1 n 梯形渠道安装位置要求 传感器要正对着水流方向
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传感器水平安装要求
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传感器水平安装要求
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4.2 管道或者涵洞内安装条件和位置 2 m9 _% o. E, n; A1 S
①管道内安装，只要最低水位超过传感器以上10厘米，管道内径＞300毫米就 可以测量。不要求满管，非满管状态下也可以测量。也要选择水流平稳的地方安 装，安装位置的上游要有管道内径20倍的直渠道，下游要有管道内径5倍的直渠 道。
" v0 A# c: K1 u9 x ②要选择水流平稳的地方安装，水流不平稳的地方，测量不稳定，误差会很 大。会出现两种情况，第一：数据上下波动大；第二：测量数据比实际偏小； ' Z+ N* r5 L( s$ ^! ^1 E6 v
③要考虑管道内沉积物和淤泥的情况，如果有淤泥，传感器要避开淤泥。 对于上游来的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格栅来过滤，格栅距离
! x. ~' L$ w# I! ?$ q2 J1 S0 T9 F+ ~ 传感器要有管道内径5倍以上距离。
2 W4 i; i* c" U" _ 4.3 河道内安装条件和位置 & X# c0 ] t) n
①对于较宽的河道，比如：自然河流、大型水库的泄洪渠、大坝下的船舶航 道、水电站的泄洪道，从两个岸边到中间的流速相差很大，如果要测量流量就更加 复杂了，因为不同位置流速不一样，流量也不一样。
5 i4 i$ z S2 e8 \2 t. W$ n 在这种情况下，除了要满足渠道内安装的条件外，一般需要多个点采集流速 数据（或选用我司声学多普勒剖面流量计产品）。最少需要3个传感器，在河岸两 边和中间各装一个。 * e& _: o4 O, i- b
比如把一个30米的河道平均分为10等分。
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- U- x; `( n0 V: X2 s1 U 对河道进行等宽划分 % n9 [3 V8 e6 `6 ~' _6 O
在河道的两岸和中间各装一个传感器，然后全部接到在同一个主机上。
( `& {+ W7 d. E# c5 P# o 安装3个传感器的示意图 为了提高测量精度，可以采用安装5个传感器来实现。
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* G/ N M5 g$ A! f2 ^ 安装5个传感器的示图
" H7 b1 `1 P" q4 r% R+ R8 _ ②要确保安装点旱季的最低水位比传感器高10厘米。
+ G3 }6 ?; ^# n! q8 R. { ③要确定现场测量点是否适合安装，有不少自然的河流，用支架安装很难， 为了安装传感器，甚至要动用挖土机来做堤坝阻挡水流，形成方便施工的场地，这 种情况下，就要考虑使用非接触式的河道流量计来测量了。 - J3 w/ M5 H4 U! i) X2 q( _' Y; P
下面现场就是典型案例，四周没有可以安装支架的地方，最后动用大型机械 做水中的围挡来帮助施工。 ! ?1 E. Z9 z3 g5 j$ }3 k
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周围没有支撑物的开阔河道 * A8 Y. n4 @9 D: I) |+ ]
下图是有个矩形渠道，但是里面平时水很浅，并且不断有石头被水冲过来， 传感器很容易被损坏。
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0 K. T% X: |* e% z, w 水位很浅并且有石头流过的渠道
- P' T5 \7 ?) @+ L3 y9 X/ }0 m7 C 4.4 渠道内现场安装支架及布线 ) I9 X' C ^4 ?
特别提示：以0.20米/秒流速为标准，水流速度每增加一倍，对周围物体的破 坏力会增加50-64倍！ " F) K7 A: }! j, B# A# a
①传感器在渠道内固定方式 以下安装，传感器后面的出线必须用PVC、PE或者镀锌管保护起来，不能让 4 x8 ]& A) P3 r
电缆因为水流冲击而受力，也不能让电缆挂上垃圾等漂浮物。
" @0 y6 z9 e+ E( L; A) y1 t 在可以断水的前提下，传感器可以固定于渠道底部。
: K7 w2 H: \4 W) w& U0 i 4.5 管道内现场安装支架及布线 4 s$ x6 c- G- A3 C' c
如果是管道内安装，可以不用断水，从管道顶部放支架下去固定。一般的管 道在2000毫米以内，可以居中安装，传感器用支架固定在管道底部。支架要做成 “L”型，传感器固定在“L”型支架的底部，深入管道内，传感器正对着水流方 向。 , b" m& c$ Y, y+ {$ H
8 X, k; [; P9 s5 y) F. ]
) J# ~( H: w3 u3 ?3 i7 G6 f( F, ~ 下图是在一个直径1000毫米的污水排放管道内安装，传感器电缆从竖的镀锌 4 c1 }+ Y% E) N( ~! J6 D3 L
管内通向主机：
, ^# C, F; }1 `9 ` F: |4 W: p 1000毫米污水排放管道安装实物图
4 K& r! O* _6 E) e7 N 4.6 河道内现场安装支架及布线 # }* L# u# ~$ D+ U4 b
在河道内安装，也是通过侧面的支架来安装。
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7 {3 g. M8 S- L: t- L2 }" [ s
, F: |$ m8 U7 ^; W5 g5 Y, p 在河道内安装
8 y7 t8 F2 A$ w. u6 s ●传感器的出线必须要用PVC、PE、PR、镀锌管等来保护，避免水流长期冲击 造成电缆开裂、脱出，或者被异物碰撞后划伤或者割破。在保护管的保护下，线缆 沿着渠道底部或者渠道内壁由传感器下游方向引出水面。 T) q/ J/ O' `6 N0 K% C
●传感器背后出线处，因为在水中，会被水流长期冲击，需要做保护管，然后 固定起来。由保护管来承受水流的冲击力。如果由线缆来直接被水流冲击，可能会 造成断线、电缆外皮被磨烂等情况。 $ ~4 |2 D1 t1 C
●传感器所自带的一段通信电缆线内有通气导管，因此注意不得将其弯折。当 通信电缆线引出水面后，可接普通的电缆线，此时应使通气导管开口方向朝下，防 止水及异物进入通气管，或者堵塞通气管。 连接传感器上的485或者12VDC电源的电缆，485和12VDC的线缆必须分开; B$ j2 O. c G9 n: q2 I+ ?/ k( I2 X
用两根2芯屏蔽电缆连接。 / P+ w) R# |+ [. F9 o
●不要人为拉扯、甩动电缆，也不要撞击传感器壳体。不要把连接电缆作为承 重线，用连接电缆来悬挂重物。电缆必须是固定在渠道的水泥壁上，不能晃动。 5 C5 _" X; v k. e1 l
●供电只能用电池供电，或者太阳能供电。如果使用220VAC等市电供电，要 用线性电源来转化为12VDC直流电，不能使用开关电源。 |( w5 O; w& P/ z! m
●对于流速＞1.0米/秒的现场，安装支架强度要加强到现有支架强度的3倍以 上，保证激流不会冲走或者冲坏支架。并且要在水平方向上做斜撑，以支撑传感器 不会被水流冲击造成移动、抖动、飘移。
( O2 e8 a9 | d: M% p5 u ●在需要延长电缆的情况下，导气电缆只要保证他不会进水，不会折弯，不会 被堵塞就可以，要考虑到天气湿度大情况，气温低凝露的情况。12VDC供电电缆 可以延长到200米，要使用0.75平方毫米的两芯电缆。485输出的电缆可以延长到 200米，要使用0.75平方毫米的两芯屏蔽电缆。 7 Y6 w8 _! ?' Y
4.7 安装步骤. @- \, d3 {! n; u
①安装固定支架，确保在最大流速2倍的条件下还可以稳定可靠固定。 & g' U( _- o6 _! c9 c4 `8 |
②传感器跟安装底座固定。 7 g# E# f6 C# d; y
③传感器电缆穿管布线，所有保护管都要固定好，在水中的保护管每0.5米最 少要有1个卡子固定。传感器背后出线口要做特别保护和固定，保证水流的冲击力 被保护管接收到，传感器出线不会受力。
O: i7 D$ r3 F3 F" D+ T3 w 否则时间长了，传感器出线肯定会断裂！！！ ! `, X! f( z' u
④通过笔记本电脑发送指令查看测量数据
1 B. p% b3 a1 r+ _% P/ ]7 O) W ⑤如果跟实际流速接近，就可以把485的线跟现场的RTU或者其他接收设备连接。
' D# ~/ o# F' ] ⑥清洁传感器上游存在的垃圾。
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