超聲波多普勒流量計

廈門(mén)精川超聲波多普勒流量計產(chǎn)品簡(jiǎn)介

本產(chǎn)品是在自然水域或者渠道、管道中測量水的流速、流量的傳感器。

流量計分為傳感器、主機兩部分，中間用電纜連接。

能夠在渠道、河道中測量水的流速、流量，水位要比傳感器高20厘米以上。

能夠在管道、暗渠中測量水的流速、流量，水位要比傳感器高20厘米以上，管道內徑要≥500毫米。

非滿(mǎn)管流量計工作原理
傳感器有兩個(gè)換能器，一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收。當傳感器正對著(zhù)水流方向，也就是逆流測量的前提下：
1.水流靜止情況下，接收到的頻率跟發(fā)射頻率一樣。
2.流速越快，接收傳感器接收到的頻率越快，會(huì )高于發(fā)射的頻率。
3.流速越慢，接收傳感器接收到的頻率越慢，但是會(huì )高于發(fā)射的頻率。
當傳感器順著(zhù)水流方向測量的前提下：
1.水流靜止情況下，接收到的頻率跟發(fā)射頻率一樣。
2.流速越快，接收傳感器接收到的頻率越快，但是會(huì )低于發(fā)射的頻率。
3.流速越慢，接收傳感器接收到的頻率越慢，但是會(huì )低于發(fā)射的頻率。
從上面這個(gè)就可以通過(guò)硬件和軟件計算出水流流速和水流方向。
安裝使用時(shí)必須要將傳感器正對著(zhù)水流方向。

廈門(mén)精川河道流量計技術(shù)參數

結構：分體式；
測量種類(lèi)：流速、流量、水深、水溫
防護等級：IP68
用途：在線(xiàn)式測量
流速測量范圍：標配是0.03m/s～5.00m/s(傳感器以上水深：20cm)；
             可以訂做其他流速范圍。
流速測量分辨率：1mm/s；
流速測量精度：測量流速的±2～4% ；
水深測量：0.02m～10.00m；分辨率：2mm 精度：±0.5%；
溫度范圍：0～60oC；分辨率：0.1oC；
流量范圍：10升/秒～99999999立方米/小時(shí)
供電：電池供電，12VDC；
輸出信號(電池供電)：RS485；
RS485輸出信號內容：流速、瞬時(shí)流量、累積流量、水位、溫度
輸出信號(外供電)：4-20mA；
4-20ma輸出信號內容：瞬時(shí)流量
傳感器和變送器之間電纜長(cháng)度：10米；
被測水道類(lèi)型：管道，渠道，天然的溪流、河流；
液體酸堿度要求：PH值在6～8之間，對傳感器無(wú)腐蝕性。
液體溫度要求：0～50℃
液體壓力要求：自然環(huán)境狀態(tài)下，1個(gè)標準大氣壓
對于流量計供電是11～14VDC，供電電流250mA。
連續工作功耗：14V×250ma=14V×0.25A=3.50W。
配套軟件：
數據采集系統   1套  低功耗GPRS無(wú)線(xiàn)數據采集和傳輸軟件
綜合管理系統   1套  低功耗GPRS無(wú)線(xiàn)數據采集服務(wù)器軟件

廈門(mén)精川超聲波多普勒流量計顯示界面(同時(shí)按下向上鍵和向下鍵來(lái)切換這兩個(gè)顯示界面)

顯示界面1：水位、瞬時(shí)流量、累加水量

顯示界面2：水位、流速、截面積、電流、水溫

默認開(kāi)機界面顯示：水位、瞬時(shí)流量、累加水量

1.5 產(chǎn)品實(shí)物圖

圖3 傳感器圖

圖4 主機圖

二、產(chǎn)品安裝

2.1 渠道內安裝條件和位置

①在河流、渠道上測量，只要低水位超過(guò)傳感器以上20厘米，就可以測量。

②流量計傳感器標配的耐壓是100Kpa，也就是10米水深。如果需要更大耐壓需要訂貨前說(shuō)明，大可以做到耐壓1000KPa，也就是100米水深。

③多普勒流量計適用于固體含量不大于20kg/m3的水質(zhì)，同時(shí)水的流速≤5.0米/秒。

④多普勒流量計要選擇水流平穩的地方安裝，水流不平穩的地方，多數情況下是紊流，紊流條件下測量到的流速是跳動(dòng)的，不穩定，誤差會(huì )很大。

圖5 水流平穩的渠道

⑤多普勒流量計安裝位置的上游要有渠道寬度20倍的直渠道，下游要有渠道寬度5倍的直渠道。

圖6  傳感器安裝點(diǎn)上游和下游直渠道要求

圖7  傳感器安裝點(diǎn)上游和下游直渠道要求

有些現場(chǎng)因為實(shí)際渠道條件限制，造成安裝地點(diǎn)上游達不到20倍的直渠道，下游達不到5倍的直渠道。少要求是上游5倍的直渠道，下游3倍的直渠道，但是出現的問(wèn)題是測量誤差就加大了，這個(gè)誤差具體有多少，跟現場(chǎng)工況有關(guān)，每個(gè)現場(chǎng)都不一樣。

例如下圖：因為在山區，都是彎道，達不到標準的上游直渠道要求，在這個(gè)點(diǎn)安裝實(shí)際流速是0.90～0.95米/秒，測量出來(lái)的值是0.65～0.80米/秒。

圖8  傳感器安裝點(diǎn)上游直渠道達不到20倍的要求

⑥  如果安裝在閘門(mén)下游(少要30倍以上的直渠道)，特別要注意觀(guān)察水面情況，是否平穩。

如果傳感器安裝地點(diǎn)離開(kāi)閘門(mén)的距離已經(jīng)有30倍的渠道寬度，但是水面還是不平穩，那就需要加大傳感器距離閘門(mén)的距離，直到水流平穩為止。這個(gè)距離沒(méi)有限制，可能是60倍的渠道寬度，80倍的渠道寬，直到水流平穩為止。

圖9  閘門(mén)現場(chǎng)水流情況

下圖就是實(shí)際安裝位置，是離開(kāi)閘門(mén)50倍渠道寬度的位置水流才平穩，在下圖中紅色圓圈位置安裝。

圖10  閘門(mén)現場(chǎng)安裝在下游50倍渠道寬度的位置

⑦確定安裝高度
   探頭距渠底的理想高度為100mm—250mm，具體要根據渠道的低水位確定。
傳感器應盡量安裝于靠近渠底，如果渠底有很多沉淀物、淤泥、水草或者有石頭會(huì )滾動(dòng)，可以抬高安裝位置，避免被沉積物與水草覆蓋探頭，或者被石頭沖擊探頭，造成探頭損壞。

⑧水平安裝位置的選擇

20米以下寬度的渠道，如果是矩形渠道，是安裝在整個(gè)渠道寬度的15-20%處。因為安裝在這個(gè)位置，較接近整個(gè)渠道水平方向上的平均流速。

梯形渠道安裝：傳感器安裝在斜坡和底邊交界處，又叫做“坡腳"處。同時(shí)要滿(mǎn)足：傳感器低于低水位以下20厘米。

⑨傳感器要正對著(zhù)水流方向

⑩ 對于上游來(lái)的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格柵來(lái)過(guò)濾，格柵距離傳感器之間要有5倍以上渠道的距離。
2.2  管道或者涵洞內安裝條件和位置
①管道內安裝，只要低水位超過(guò)傳感器以上20厘米，管道內徑＞500毫米就可以測量。不要求滿(mǎn)管，非滿(mǎn)管狀態(tài)下也可以測量。也要選擇水流平穩的地方安裝，安裝位置的上游要有管道內徑20倍的直渠道，下游要有管道內徑5倍的直渠道。
②要選擇水流平穩的地方安裝，水流不平穩的地方，測量不穩定，誤差會(huì )很大。會(huì )出現兩種情況，*：數據上下波動(dòng)大；第二：測量數據比實(shí)際偏??；
③要考慮管道內沉積物和淤泥的情況，如果有淤泥，傳感器要避開(kāi)淤泥。
   對于上游來(lái)的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格柵來(lái)過(guò)濾，格柵距離傳感器要有管道內徑5倍以上距離。
2.3  河道內安裝條件和位置
①對于較寬的河道，比如：自然河流、大型水庫的泄洪渠、大壩下的船舶航道、水電站的泄洪道，從兩個(gè)岸邊到中間的流速相差很大，如果要測量流量就更加復雜了，因為不同位置流速不一樣，流量也不一樣。
在這種情況下，除了要滿(mǎn)足渠道內安裝的條件外，一般需要多個(gè)點(diǎn)采集流速數據。少需要3個(gè)傳感器，在河岸兩邊和中間各裝一個(gè)。
比如把一個(gè)30米的河道平均分為10等分。

為了提高測量精度，可以采用安裝5個(gè)傳感器來(lái)實(shí)現。

②要確保安裝點(diǎn)旱季的低水位比傳感器高20厘米。
③要確定現場(chǎng)測量點(diǎn)是否適合安裝，有不少自然的河流，用支架安裝很難，為了安裝傳感器，甚至要動(dòng)用挖土機來(lái)做堤壩阻擋水流，形成方便施工的場(chǎng)地，這種情況下，就要考慮使用非接觸式的河道流量計來(lái)測量了。
下面現場(chǎng)就是典型案例，四周沒(méi)有可以安裝支架的地方，后動(dòng)用大型機械做水中的圍擋來(lái)幫助施工。

圖19  周?chē)鷽](méi)有支撐物的開(kāi)闊河道

下圖是有個(gè)矩形渠道，但是里面平時(shí)水很淺，并且不斷有石頭被水沖過(guò)來(lái)，傳感器很容易被損壞。

圖20  水位很淺并且有石頭流過(guò)的渠道

2.4  渠道內現場(chǎng)安裝支架及布線(xiàn)
特別提示：以0.20米/秒流速為標準，水流速度每增加一倍，對周?chē)矬w的破壞力會(huì )增加50-64倍！
①傳感器在渠道內固定方式
以下安裝，傳感器后面的出線(xiàn)必須用PVC、PE或者鍍鋅管保護起來(lái)，不能讓電纜因為水流沖擊而受力，也不能讓電纜掛上垃圾等漂浮物。
在可以斷水的前提下，傳感器可以固定于渠道底部。

圖21 可以斷水的渠道的安裝

圖22  貼在渠道底部安裝

在有淤泥和堆積物的渠道內，要把安裝的水泥臺做高，讓傳感器可以高于堆積物，不容易被堆積物覆蓋。

圖23  有淤泥沉淀渠道的安裝

圖24  寬度為5米的渠道內安裝圖

2.4  管道內現場(chǎng)安裝支架及布線(xiàn)

如果是管道內安裝，可以不用斷水，從管道頂部放支架下去固定。一般的管道在2000毫米以?xún)?，可以居中安裝，傳感器用支架固定在管道底部。支架要做成“L"型，傳感器固定在“L"型支架的底部，深入管道內，傳感器正對著(zhù)水流方向。

下圖是在一個(gè)直徑1000毫米的污水排放管道內安裝，傳感器電纜從豎的鍍鋅管內通向主機：

2.5  河道內現場(chǎng)安裝支架及布線(xiàn)
在河道內安裝，也是通過(guò)側面的支架來(lái)安裝。

圖26  在河道內安裝

2.6安裝注意事項
●傳感器跟安裝底座固定前，要在傳感器上包上2毫米厚度或者更厚的軟橡膠套，可以用汽車(chē)內胎來(lái)代替橡膠套，讓傳感器跟金屬之間用橡膠套隔開(kāi)。

圖27  在傳感器外包上2毫米厚度的橡膠皮

圖28  用卡箍把包好橡膠皮的傳感器固定在安裝底座上

圖29  把傳感器固定在支架上

●傳感器的出線(xiàn)必須要用PVC、PE、PR、鍍鋅管等來(lái)保護，避免水流長(cháng)期沖擊造成電纜開(kāi)裂、脫出，或者被異物碰撞后劃傷或者割破。在保護管的保護下，線(xiàn)纜沿著(zhù)渠道底部或者渠道內壁由傳感器下游方向引出水面。
●傳感器背后出線(xiàn)處，因為在水中，會(huì )被水流長(cháng)期沖擊，需要做保護管，然后固定起來(lái)。由保護管來(lái)承受水流的沖擊力。如果由線(xiàn)纜來(lái)直接被水流沖擊，可能會(huì )造成斷線(xiàn)、電纜外皮被磨爛等情況。
●傳感器所自帶的一段通信電纜線(xiàn)內有通氣導管，因此注意不得將其彎折。當通信電纜線(xiàn)引出水面后，可接普通的電纜線(xiàn)，此時(shí)應使通氣導管開(kāi)口方向朝下，防止水及異物進(jìn)入通氣管，或者堵塞通氣管。
   連接傳感器上的485或者12VDC電源的電纜，485和12VDC的線(xiàn)纜必須分開(kāi)用兩根2芯屏蔽電纜連接。
●不要人為拉扯、甩動(dòng)電纜，也不要撞擊傳感器殼體。不要把連接電纜作為承重線(xiàn)，用連接電纜來(lái)懸掛重物。電纜必須是固定在渠道的水泥壁上，不能晃動(dòng)。
●供電只能用電池供電，或者太陽(yáng)能供電。如果使用220VAC等市電供電，要用線(xiàn)性電源來(lái)轉化為12VDC直流電，不能使用開(kāi)關(guān)電源。
●對于流速＞1.0米/秒的現場(chǎng)，安裝支架強度要加強到現有支架強度的3倍以上，保證激流不會(huì )沖走或者沖壞支架。并且要在水平方向上做斜撐，以支撐傳感器不會(huì )被水流沖擊造成移動(dòng)、抖動(dòng)、飄移。
●在需要延長(cháng)電纜的情況下，導氣電纜只要保證他不會(huì )進(jìn)水，不會(huì )折彎，不會(huì )被堵塞就可以，要考慮到天氣濕度大情況，氣溫低凝露的情況。12VDC供電電纜可以延長(cháng)到200米，要使用0.75平方毫米的兩芯電纜。485輸出的電纜可以延長(cháng)到200米，要使用0.75平方毫米的兩芯屏蔽電纜。
2.7安裝步驟
①先安裝好固定支架，確保在大流速2倍的條件下還可以穩定可靠固定。
②傳感器跟安裝底座固定。
③傳感器電纜穿管布線(xiàn)，所有保護管都要固定好，在水中的保護管每0.5米少要有1個(gè)卡子固定。傳感器背后出線(xiàn)口要做特別保護和固定，保證水流的沖擊力被保護管接收到，傳感器出線(xiàn)不會(huì )受力。
否則時(shí)間長(cháng)了，傳感器出線(xiàn)肯定會(huì )斷裂?。?！
④通過(guò)筆記本電腦發(fā)送指令查看測量數據
⑤如果跟實(shí)際流速接近，就可以把485的線(xiàn)跟現場(chǎng)的RTU或者其他接收設備連接。
⑥清潔傳感器上游存在的垃圾。