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; c8 k; m) K$ C: } 多普勒超声波流速仪流量计
: p6 B0 T9 `! t1 c7 m3 b! T* t HR7600-2型
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陕西恒瑞测控系统有限公司
+ C* ~& C v2 l8 G 第一章 产品彩照及其简介
2 k* Q* U g$ g0 N 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。
( a; h+ }$ B) L2 V9 p- I* H5 j ◆ 采用 Modbus 通信协议,利用 RS485 总线进行与手持机通信。
+ s) j& `. T6 }1 w0 C% ^ ◆ 水下传感器设备安装方便。有金属底座固定装置,安装简单。
/ n3 E! S- J% ]9 U, I2 O ◆ 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。
& S, l$ |$ O! `) S" O) R( e+ z; A ◆ 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。 # D3 e9 z2 H% b: ~
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: U. [$ L, @$ O8 |/ e 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9 O* m4 e- \* |2 ?% l4 y5 o
,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。
* R: B9 b2 n* L# P# N7 T$ _ 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。
# V5 k1 N, X! b" x2 E" a5 j 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
9 l' S) x. s3 S6 Y# Z 离。 : q9 V/ U X9 M5 Q7 r+ @" B0 B
第三章 产品技术指标 7 h6 L5 j& G! b5 m- T; `& t
3.1 测量指标 : f. ]' Y1 l- Z) J' R; j6 a
内容 范围 精度
3 I1 O" ^# E0 J+ | 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
C6 H5 \) P7 C; `6 y6 M 水温测量(℃) -10℃~60℃ ±1(℃)
- X0 I8 n3 h1 o6 z 水深测量范围(m) 0.05米~10米(~100米可订 制) 0.5%±0.5cm
9 Z5 p' {* F6 m9 _" X+ z 瞬时流量范围: 1升/秒~99.99立方米/秒
8 \( v; |" x; o+ e 累计流量 0.1立方米~999999立方米
0 C8 n) T' b7 J/ a. c 3.2 性能参数 p; L) H' q% U5 t' G6 C
电气内容 范围 备注 : j/ d k+ q' C; {) `9 L1 S3 m- _
工作电压(V) 7.5V~24VDC
! A7 }+ X% L, W1 L1 w8 } 功耗(mA) <=65毫安(发射瞬间) 12V供电 0 W3 i9 V1 \3 n+ q* q( O' j7 x
工作水深(m) 0.1米~10米 9 s1 `; z% q0 \$ i+ A2 V! \& h5 j2 a
数据更新周期(s) 6秒-60 秒 1 T/ q4 h% c& Q/ V$ w
3.3 其他 3 C3 X, m( X4 L4 s
测量种类:点流速、液位、温度、流量
- c2 I- w6 B$ M( @$ B) {3 ~ 防护等级:IP68
% ?. m9 H; G9 |2 z: }; I 测量方式:在线式
6 |4 s6 H& V# I# ]* y3 c 测量原理:声学多普勒法,速度面积法 # m Q) p9 I) Q/ @& ~
供电方式:电池、太阳能、市电
5 \$ @; B# ?; ]8 d1 Y) m2 } 输出信号:Modbus RS485 4 B- T. o" J7 C; y# B0 }
输出信号内容:点流速、水位、温度
/ ^/ W9 A# }2 z! s 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 . {6 U& P! h0 d& `6 O
第四章 安装说明
" Y, R2 }6 a8 \5 n0 [ 4.1 渠道内安装条件和位置 G" W' p4 g# @5 N* V5 Y- k( c( W
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。 6 ^0 r1 L, J! n8 O
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。 / n5 M" `0 |) c. g- [2 d$ u6 B
3.标配型号耐压10米,可定制满足最大100米耐压的需求。
0 {0 B$ ~; T8 J1 ? 4.多普勒法流量计对流体内固体杂质含量要求低于20kg/m³。 0 c; P4 A( A: e- u% s
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。
% Q6 U9 E$ e$ P3 N% L6 y 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 c# N- Y/ E0 k 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。
& U( u' M9 E' D5 J* W! t 8.传感器需水平安装。 - B3 t5 T9 Q/ 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
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4 z2 W: f) Z, o9 |0 T5 m+ `! b 水流平稳的渠道
, o \$ ~6 u2 ?' u) w7 ~- E' ? 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 * x% y# j/ V" H% C* a
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. v! J6 E& q( @; w/ K2 S- [0 J! M 传感器安装点上游和下游直渠道要求 ) N/ Y5 Z5 P: [9 [$ ]
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 q0 j# ~8 j$ Y2 ?. O$ m
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。
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2 f. C: }$ Y* y9 t+ j. U. B 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
& ^( a# C' D/ W, {# } 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。
2 l# L$ Z. I5 } 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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闸门现场水流情况 , E8 v$ f8 ?5 \$ D/ P$ J
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。 1 O; k- [& s9 f$ e. _- E3 {
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确定安装高度 ! J8 T) f+ Q0 I; ?# ~2 Z4 `
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
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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
$ E4 f: I9 j+ |8 Y 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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5 \* S/ N: T3 ]/ P 最低水位比传感器高10厘米以上
8 e" o5 }$ _5 ]5 ?6 t: p$ R: D 水平安装位置的选择 . |8 z9 q" r j5 ~% u: M/ ?
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%
1 }/ j( I* K) A- W 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。
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矩形渠道安装位置要求
( ]) q) Z5 r8 C5 z 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。 % _/ M& O& O. D' ? _& w
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& M9 g# ]( Y" l# D: D 梯形渠道安装位置要求 传感器要正对着水流方向 9 D. M9 ]' M: l a
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传感器水平安装要求
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" j9 L; l) U* ~ 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 5 N' u8 _2 Z, C" G7 W
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。 & r3 H9 P* u5 k" w$ v$ D' g6 L4 }& ^
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; , J2 F0 P! N! w
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
$ O5 p9 | t# _' V ~0 i; } 传感器要有管道内径5倍以上距离。
7 x" \. M3 t, t: F4 N" A7 l! q; ^2 a, K 4.3 河道内安装条件和位置
% x8 T, l. W& S$ s9 | 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。
" h$ ^; y# v* R4 E6 ]8 d' z! D 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。 2 X6 y* b4 ]. Z; v8 t
比如把一个30米的河道平均分为10等分。
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对河道进行等宽划分 + p$ b5 d+ K' v: f4 J- P8 @& E
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。 5 D' ?4 ]- g3 _" J. Q# q+ ^
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。 9 Z9 \! Z6 W) a1 f3 q, a
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安装5个传感器的示图
5 Z0 ]4 L; S- g0 o# ? ②要确保安装点旱季的最低水位比传感器高10厘米。 ) o( g5 C8 G3 [( v1 O9 B# ~+ \
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。 ; p6 {8 H% n, X8 {* `
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。
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7 p; {. L' }3 n5 M 周围没有支撑物的开阔河道
: m7 z" u8 n: ?; i- \# r( X" u4 D 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。 / p; G& |: Z8 A6 G9 L
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# c& N E. ^% e# n' d: D 水位很浅并且有石头流过的渠道
6 X, W) ]6 B# a5 b# Y U 4.4 渠道内现场安装支架及布线 # |8 ? q0 T6 [# B8 o& A
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! # h# N9 a! x8 @. 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
) C( b& X: b& _( M' F* U+ z 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。 * A; e6 q6 {# l3 d) V
在可以断水的前提下,传感器可以固定于渠道底部。 ( h/ V |5 ~5 O0 e
4.5 管道内现场安装支架及布线 $ x% H# R% r9 h& F- b, l
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。
?' H3 h0 ]! h, w+ [: Z( e# i1 k/ |% U
, a5 D( \7 V, t 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
. [" Y! v+ e. I 管内通向主机:
; N! z- N, O1 l( ] 1000毫米污水排放管道安装实物图
) N! f4 Z2 g. o, C* Q1 ~. x' [1 y 4.6 河道内现场安装支架及布线 ; @% a, S. M: O: z
在河道内安装,也是通过侧面的支架来安装。
) w$ y8 p5 O/ ^0 f* M6 {; i: N. m/ m" @4 W; Q, A
, V* k5 A! E1 r0 q 在河道内安装
8 P5 @+ F- a8 O% S4 d5 H ●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。
4 Y* P- Q- V y/ M5 L) T* }9 B+ o' T ●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。 3 H; U4 {" m7 f8 s
●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& P' B" F- c. ?7 F
用两根2芯屏蔽电缆连接。
3 h0 j0 x. J4 B2 `0 e1 C8 h& F ●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。 / e- U$ B/ Q o7 ?, T- F" W o
●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。 " a+ D' i" u7 z6 t0 ?% v
●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。
. l/ b- G# g$ \, y, e% Y ●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。 2 d8 [; v$ D; {1 F# O' U
4.7 安装步骤
) i- x$ o8 g0 k 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。
+ J: o5 o# ~$ Z: |/ f6 D* M ②传感器跟安装底座固定。
+ g; `; S/ K; O' E) _& m8 ^ 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。
: C' C3 q9 f, v% l 否则时间长了,传感器出线肯定会断裂!!! 2 m$ j" x. B* _; y. j
④通过笔记本电脑发送指令查看测量数据 . L! ?) m. E, 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。
/ L S4 N' s# b0 d0 ?) t ⑥清洁传感器上游存在的垃圾。
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