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多普勒超声波流速仪流量计
4 W% e( w3 D0 _; w, X4 r% a HR7600-2型 1 B+ I! K. K+ }
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- r8 P. J' z% p6 J0 z 陕西恒瑞测控系统有限公司
$ B8 ?1 q4 @$ H5 O& b 第一章 产品彩照及其简介 9 ~9 J7 _( V% H6 n2 } E
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。
% W- Z: ]( o4 K H, [ ◆ 采用 Modbus 通信协议，利用 RS485 总线进行与手持机通信。 R5 c) Y9 B! P, |
◆ 水下传感器设备安装方便。有金属底座固定装置，安装简单。
: n) r3 k: ?1 L R0 N0 ^ ◆ 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。 4 a* _# \6 W7 V
◆ 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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. l4 j9 ^$ o3 I1 t 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
: B2 j5 V: V0 t" P: I; C ，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。 $ S$ ~. R* c$ l- ~1 b; a6 }8 h6 m
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。
/ x9 X% C" A" j+ f 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 ; A' ]0 @; H( X0 y! h
离。
" R5 o4 S' F f P7 @9 ?, @5 w/ c 第三章 产品技术指标 1 M7 L7 M9 C5 U0 q$ i# D# t1 Y
3.1 测量指标 7 N& D# W! I, g
内容 范围 精度 * T$ z3 T( {* a( ~( ?
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 _0 m" d( i+ ` ]7 `7 E& ^ 水温测量（℃） -10℃～60℃ ±1（℃） 1 I3 C+ ~2 K9 H j) n
水深测量范围（m） 0.05米～10米（～100米可订 制） 0.5%±0.5cm
) g |+ N; p' [3 d7 K 瞬时流量范围： 1升/秒～99.99立方米/秒
# R2 s/ K- f2 S 累计流量 0.1立方米～999999立方米 9 g+ x5 G7 \2 [# d7 o% z
3.2 性能参数
9 T/ m6 v M) ^1 o$ ^7 G 电气内容 范围 备注
3 e# p4 h# g6 z4 k j6 z 工作电压（V） 7.5V～24VDC
6 ?2 Z& p/ `- U( A/ ?, P. L, Q 功耗（mA） <=65毫安（发射瞬间） 12V供电 : q0 } L, {. I$ g5 S& m
工作水深（m） 0.1米～10米 ) @/ W0 G+ V. F$ k2 L
数据更新周期（s） 6秒-60 秒 / Q0 M1 p' b" s* a0 Z- r
3.3 其他 8 g, C3 k/ k* R4 ~2 z" e, z
测量种类：点流速、液位、温度、流量 ; U! |, [- U: M0 |6 @
防护等级：IP68
& r9 ]6 f1 V4 r0 k. D+ | ` 测量方式：在线式 3 a9 S: q9 e ?
测量原理：声学多普勒法，速度面积法 1 |8 U5 u0 t1 l9 Z
供电方式：电池、太阳能、市电
, L' r! Q) h L) U9 K5 @% j0 { 输出信号：Modbus RS485
7 j! ^. E1 r6 F7 P1 N; r! T4 D9 W 输出信号内容：点流速、水位、温度 ; K% |2 g8 X8 Y4 Y0 O/ D
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
. O% k) O# I/ X6 |9 g 第四章 安装说明
. r# j5 G) n$ E7 i4 A 4.1 渠道内安装条件和位置
& p9 j+ \. s/ o( o 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。
4 u( J- U- `: r' x0 v; Z3 N 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。
4 [! `/ d* ~8 k- p0 \ 3.标配型号耐压10米，可定制满足最大100米耐压的需求。 * P% g# @' @3 r; [% L! w u2 Z
4.多普勒法流量计对流体内固体杂质含量要求低于20kg/m³。 6 m" p u! M+ \- m. I
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。
3 {/ @, Y n4 l) ^( S- l 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。
2 J' e& l6 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。 $ t! P! Z$ ~& a8 Z% x" ~" Q2 o
8.传感器需水平安装。 , X! ~* m( u* g5 }
9.传感器需与水流方向平行，探头所对方向需与水流方向 5 l, z0 P) n6 _0 _: p
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. m/ h1 V8 W$ r# @2 m 水流平稳的渠道 ) n7 M" M3 n9 h9 {/ ?* @( O; U: j& m
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。 8 ]& V. B1 X) _6 z% e' A4 I* \
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3 ^% h. l) \: W. T' d5 K+ {9 G 传感器安装点上游和下游直渠道要求 & g) O6 K) D) G$ M) r+ R
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传感器安装点上游和下游直渠道要求 % H% f d2 q7 c4 ^/ _
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。
1 `" W2 W; u- {5 | S/ b! Q 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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" v0 C; m1 M0 i- t 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
7 R* p$ y6 W$ F8 h7 { 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。
+ s1 ~) h( N* M0 }4 S% p 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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% v8 w* V% r3 Q 闸门现场水流情况 0 Q7 M2 b7 t3 Y! ~% Q( s7 z
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
. Z: A$ x9 s1 d3 h) V! ]8 _; b+ W 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
- h" E, @# x. x* p1 g. ?1 g 定。
- I, W: J; M$ w% 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
4 t6 z% C8 Q' ?! H" \! O% C: T 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。 6 }7 j5 y: b, b" g4 M8 ?
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: r+ z* U2 K: L! T 最低水位比传感器高10厘米以上 ; O6 n# L, ^+ s5 m! [
水平安装位置的选择 + y5 Q' m5 d8 B* ~" O
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% 6 @+ R8 z2 d; q3 a9 e0 V( I/ c8 M
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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/ L R7 k7 n4 ^+ W+ Y+ c* \) ?" \% o 矩形渠道安装位置要求 % Q+ U- F. T. n8 R8 }3 y/ G+ k+ `0 ^
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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/ [& y! \/ i+ s$ S. j6 q1 i. K7 c 梯形渠道安装位置要求 传感器要正对着水流方向 ; f+ d: `1 ~/ ?0 x9 H- }
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$ ]+ c7 T6 t9 u$ J# j5 r 传感器水平安装要求 1 z$ d. m2 v- n) R A. ]* R
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6 ^1 J2 C9 Y+ c 传感器水平安装要求 ; R5 O8 y+ u7 Z- V1 Z
) R: b& z; l4 {% s 4.2 管道或者涵洞内安装条件和位置
! |6 Z' M1 E4 v& i8 Z 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。
6 ]2 M1 Q% u/ _2 a 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；
' \- B6 A" O8 }. ?2 o+ 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
% W0 y( A# j4 N+ R9 T; H 传感器要有管道内径5倍以上距离。 / s0 A6 |' s/ \+ [0 t4 b- f
4.3 河道内安装条件和位置 6 J6 E. S% o% }. B- V# }
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。 . F% v! f: J+ Q. j9 a
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。
3 o0 u5 x& E: U+ b* ^! z 比如把一个30米的河道平均分为10等分。
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# T" i5 r- e, w E, I 对河道进行等宽划分 ; k9 w+ P b8 |4 \
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。 2 |* D0 N9 C1 s3 a6 B, p& u1 c
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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7 e q- h8 S5 Z! w. ^- B 安装5个传感器的示图 . g2 [* U( N; S% R8 Z9 S
②要确保安装点旱季的最低水位比传感器高10厘米。 . E* k8 u$ r) n
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。 + Y! P$ V5 `2 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。
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/ t$ q) j" i- j 周围没有支撑物的开阔河道 2 U- t* {6 e% @% L' C* S
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 1 u" o% X) e/ H+ N1 m2 \/ c
4.4 渠道内现场安装支架及布线
+ s% C! k* i6 |# g! D, ^ 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！ ) ^; A. }/ q( b5 s2 J. m! w
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
+ F2 m' ^( q7 D0 m F f; C 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 |& {0 ]# s& x, S7 N& f9 m
在可以断水的前提下，传感器可以固定于渠道底部。
% Q' S& g7 Y& ]( c 4.5 管道内现场安装支架及布线 8 {: T( @2 M% c0 C; ?9 Q
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。
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7 U# h9 G+ t+ u 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 5 e5 }/ d; V" B
管内通向主机：
# X W$ `# q8 y/ g$ T3 U" m 1000毫米污水排放管道安装实物图 1 h2 S! `% y- Z! j& _
4.6 河道内现场安装支架及布线 ' \. M: _( w6 y
在河道内安装，也是通过侧面的支架来安装。 2 G; C. x D. \0 y3 Q7 N6 I2 G
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: D7 d+ _7 W- n7 |- J, a' X 在河道内安装 % J2 N- n4 _7 n, T5 C
●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。
, J! z- p6 L* y4 b ●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 @% m, w. o' h2 i: S A
●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5 L# H* j! Q' R( }9 j+ ?2 A& I
用两根2芯屏蔽电缆连接。
# D c2 s" Y" @ ●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。 * q" V; `7 U ?
●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。
* n8 [# D. z* D) I( F ●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 ]2 Z* E7 \( o- w' T* Q. f, m
●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。
- l8 Z# X& J2 P1 A" h 4.7 安装步骤: Q6 d+ c1 K, X0 [: k$ j
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。
6 D) f5 z5 D8 ]5 p3 N( Q ②传感器跟安装底座固定。 . C* B3 |* y( u1 p1 P
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。 w' d0 u, J5 g M" f: S
否则时间长了，传感器出线肯定会断裂！！！
1 v( w) C3 M. g2 j6 ?5 ^ ④通过笔记本电脑发送指令查看测量数据 G! C9 l, [8 p
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。 ) ^* f3 V( l) b
⑥清洁传感器上游存在的垃圾。 7 S! {$ N a9 @2 V- k% j- {- n, K
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