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; M4 w7 G! Q, z1 T2 V8 f: |2 }# M 多普勒超声波流速仪流量计
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9 g) y5 E" }2 z' V4 ` 陕西恒瑞测控系统有限公司 $ v, ~& \/ w! X% c5 n9 R5 G
第一章 产品彩照及其简介
) s0 p2 z" W# f( Y' z$ Z 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。 - c% t* ^( ~4 M- V* r
◆ 采用 Modbus 通信协议，利用 RS485 总线进行与手持机通信。
, X& {. p, O% J5 ^$ g ◆ 水下传感器设备安装方便。有金属底座固定装置，安装简单。 4 w' `; A2 j- c' t( I3 P, u
◆ 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。 K; k* c3 H# I+ X
◆ 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
2 y6 G* B3 E% V ，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。 / G& u: c* v+ B1 M- C
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。
- H$ ^8 }% c" @2 y" p a4 C 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
! E+ D u9 P; ]. @) t4 v 离。 0 P* {$ m9 E$ f. u) n0 b
第三章 产品技术指标
4 r# U0 g" l0 |) {/ s 3.1 测量指标 1 S2 [0 i/ G, _7 o( I: s
内容 范围 精度
5 ^4 A6 }' N) B1 z5 _ 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
9 w) X' \3 x# [1 N% R 水温测量（℃） -10℃～60℃ ±1（℃）
& K0 ?7 S" E8 @% l 水深测量范围（m） 0.05米～10米（～100米可订 制） 0.5%±0.5cm ; ?6 h+ M: Q z, n) a% l
瞬时流量范围： 1升/秒～99.99立方米/秒
3 j5 \# M/ P: H, v 累计流量 0.1立方米～999999立方米 4 o. o2 |/ F/ u9 d, I& X
3.2 性能参数 & w& f! O! \# Y5 d A' P A# h
电气内容 范围 备注
/ U6 b; E3 k5 }0 @ 工作电压（V） 7.5V～24VDC
9 \: x# w& E$ g" B$ N5 l 功耗（mA） <=65毫安（发射瞬间） 12V供电
" Q% b$ e) w1 }5 v; P2 H+ j& M2 R 工作水深（m） 0.1米～10米
6 j' w2 l! A2 ?2 U# F" t. H 数据更新周期（s） 6秒-60 秒
5 q3 J+ Y( s; b% R 3.3 其他 ! g" t7 K* \; r4 {% p
测量种类：点流速、液位、温度、流量
, K0 M! o1 s3 u) b* Z 防护等级：IP68
0 |9 F8 h# E5 ^5 j5 L" x 测量方式：在线式 { X# g- e( i1 C+ P( X
测量原理：声学多普勒法，速度面积法 - V7 Y" x5 a' a- h. c$ x6 Q8 \; @1 T
供电方式：电池、太阳能、市电
+ ?! \1 C, I0 Q4 y. [( K) m 输出信号：Modbus RS485 ( J& O, V0 [0 I7 ~4 s
输出信号内容：点流速、水位、温度 * ^( L) }/ T- s7 V
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 ( m8 D! B( _4 s% h
第四章 安装说明
4 F1 z F7 Z- n 4.1 渠道内安装条件和位置 ; z* c& D J1 f4 r7 b' ]
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。 & n0 k0 w. E% l# \! f T! h0 a
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。 1 u6 [: `* P2 ]- S9 A
3.标配型号耐压10米，可定制满足最大100米耐压的需求。
6 J( n' f, Q8 D N0 _3 ^ 4.多普勒法流量计对流体内固体杂质含量要求低于20kg/m³。
! y* P' F* _9 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。
- b5 d5 b8 g) M( X 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。 - C! H0 s; v0 P D3 E
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。
4 N0 ~- V3 @( U' H7 o+ F+ H$ Z 8.传感器需水平安装。 - X. t& H* k) ~/ {* U+ x
9.传感器需与水流方向平行，探头所对方向需与水流方向 ) u- M5 Z) l! W
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/ X% h( ?( b1 i& y; j0 T* S 水流平稳的渠道 5 O/ J3 k9 x4 `+ Y
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。 0 _+ L/ g1 E- c5 V
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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 0 W+ m( b, Z7 A4 [: l# H; L
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。 ; g1 U& T& l" G
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。 ) ^5 f6 G% H$ ]1 V+ M: N
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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 9 f4 d" c4 V) X$ U/ K/ U
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 X% @$ |6 @2 p$ Y
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。
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; H) O3 S0 O7 m% m+ ~3 c- S 闸门现场水流情况
! n6 ]' c7 ~$ Z9 ]8 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
7 P6 E) ^ K7 ~0 o, V f+ F! r+ u 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
( O$ T7 B; k; t$ r. z4 P' i, e 定。
. h3 c5 W" W2 b- _& q 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 m! }! ]. H2 o- e' ?/ y1 S
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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最低水位比传感器高10厘米以上
: \! S8 f3 ]+ Y7 r6 N- G- x# \2 h 水平安装位置的选择
/ V$ i* Z+ T7 W5 X' P3 w. w1 ] 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%
0 S: x5 X; P" @- m$ j 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。 $ C- N! ?' v, ` x! H/ f" j8 Z& {9 p2 u
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3 S9 b2 z* x5 m+ t3 ^* _" V 矩形渠道安装位置要求 6 N5 }. R% a6 ~' d
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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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 ( o- ~0 @! P- h0 N0 [( `
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传感器水平安装要求
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' k, t8 \6 ], Z6 t! z5 ?$ @ 4.2 管道或者涵洞内安装条件和位置
2 K$ `7 ]6 n, U 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。
2 L Z$ @! X$ k 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；
2 Y3 }1 B3 q5 l% o8 \2 U 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 4 Q+ C7 B& }! N" \' T0 r- u) V, e
传感器要有管道内径5倍以上距离。
- `) X+ X) h" } 4.3 河道内安装条件和位置
, S X @ U. C1 j; f 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。 8 H: B- a4 P9 R
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。
% w3 k4 v& l# f1 N1 r6 _+ r: X( f: b4 K 比如把一个30米的河道平均分为10等分。 . g3 h" r' d; }) e- t0 p: D
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+ d6 U! S! w0 j9 f' v* A 对河道进行等宽划分 6 z% D* m% K# N1 N" c/ L) {% A
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。 3 k, u5 T- y Y0 t. k
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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安装5个传感器的示图 5 W6 I% P' x- V4 V' p' z( @
②要确保安装点旱季的最低水位比传感器高10厘米。
7 ^+ ?( i/ h( W) C4 Q3 T s 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。 ' }: A2 ~% B, [8 }5 S
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。 Q/ E5 `- t6 K6 l. v) W
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. F0 J8 W1 ^0 y2 U* s1 h 周围没有支撑物的开阔河道
9 V- I8 M$ X* h: a W3 m5 i/ `' K 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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水位很浅并且有石头流过的渠道
0 s4 J) u' x! M( j4 q% w8 \" } F' b 4.4 渠道内现场安装支架及布线 ! y" x: u, {4 t% m/ c- E3 p
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！
8 m# w, O' B) F4 Z 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 9 S' T- f5 @) m5 V0 m/ T" X# d
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。 , c+ l, ]/ F$ Q% D6 V2 r! _
在可以断水的前提下，传感器可以固定于渠道底部。
* I: [5 f V, t1 l7 d( o 4.5 管道内现场安装支架及布线
4 Y$ [1 @8 N( W: ~, u; K 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。
@4 j: O* { Q# F) p- H; o/ H
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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
+ m: a& h" J) a8 Q% V( `& U 管内通向主机： : [* z4 Q( d4 Q) c0 B) }
1000毫米污水排放管道安装实物图 . e0 U! |: B4 r! T
4.6 河道内现场安装支架及布线 9 w9 t$ e% q) c! b/ {
在河道内安装，也是通过侧面的支架来安装。
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. g- T/ s$ Z8 m. [1 X 在河道内安装
% t( M3 [# [0 I ●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。 0 _+ K4 {) m" @+ m4 N T1 G
●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。
( c- _1 p' U. }8 I( l' I/ H9 n ●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
8 d$ s9 E5 C5 X/ ]* r0 ?8 E) I' g* O 用两根2芯屏蔽电缆连接。 9 _* I, g$ Q& h9 h' h" x
●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。
, Y8 C8 `8 ]( \! Y ●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。
' H9 s, H. N7 E1 a ●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。
4 y& D3 l6 {4 Q3 f' L, p% j ●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。 ; j/ m7 E9 C; X
4.7 安装步骤
* K- D7 j& F$ Z! Y, E( s# |" s 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。 O+ R* B; k: P* }
②传感器跟安装底座固定。 & q3 H2 }9 z& m! f" C( Q
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。 : q4 H3 _9 G) P/ w
否则时间长了，传感器出线肯定会断裂！！！ 7 S t2 c7 Y5 C9 x5 @; Y
④通过笔记本电脑发送指令查看测量数据 + ]! [8 ^4 ]0 [! P1 n9 B( A
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。 : P4 k. ~6 o; A/ W, u% K& G" T
⑥清洁传感器上游存在的垃圾。 2 c% ^+ ]( h$ `! J
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