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多普勒超声波流速仪流量计
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陕西恒瑞测控系统有限公司
! H' g: A- d! c o# x% d 第一章 产品彩照及其简介
. R# O/ g% ^; N% K V 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。 , @; i& K5 t/ f! f
◆ 采用 Modbus 通信协议，利用 RS485 总线进行与手持机通信。 , O) K+ u) h. y A/ ~& 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。
; X+ x) i3 X2 w% c2 x4 c+ R ◆ 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。
2 L# X# x) [* ^0 l2 W' L5 g4 H1 J% 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。 % ?4 t3 G: E" M7 A) _5 j
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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
; y s- w( K; n& E) f7 {; g ，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。
9 v( |8 \" c9 c3 `0 l 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。 4 V c( x0 h% M- L& d, I
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 ' D0 D2 s3 O2 L. ~: z% _
离。
' k7 r3 B8 |" m 第三章 产品技术指标 $ I4 H- F: A& R \8 x A. ^9 U" N
3.1 测量指标 & _4 I. T2 r: a* v/ s8 ~
内容 范围 精度
; j2 e2 S& W+ T! s/ S 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 . P+ C/ h1 J0 D8 o$ |
水温测量（℃） -10℃～60℃ ±1（℃）
! {6 Z3 X" d4 c6 R( ` 水深测量范围（m） 0.05米～10米（～100米可订 制） 0.5%±0.5cm
+ E" b( P# x2 ~* I! b7 I/ M 瞬时流量范围： 1升/秒～99.99立方米/秒 ( v# U0 ~/ T) R& t. h7 w% W
累计流量 0.1立方米～999999立方米 % C+ e6 b5 g! I$ K5 V9 j
3.2 性能参数
) ^( _( C6 w1 ^5 ? 电气内容 范围 备注 # l( a: m; c; K2 K* O4 Y
工作电压（V） 7.5V～24VDC & u# f9 ` A% J- J3 a4 \! i. Q7 A
功耗（mA） <=65毫安（发射瞬间） 12V供电
5 p/ ~4 K2 \' S7 L3 v1 A. O 工作水深（m） 0.1米～10米
3 H4 a8 \+ p ^* B; ~/ `4 a 数据更新周期（s） 6秒-60 秒 ' m2 R/ z* m! I$ F5 A# n# s
3.3 其他 . e2 K7 p1 d) g
测量种类：点流速、液位、温度、流量
e/ z3 c( P3 ~4 T( r; y" f% `' N 防护等级：IP68
6 o- b0 C2 U% k& X0 y I 测量方式：在线式 3 s) z8 i" k; t/ C; x; Y# m
测量原理：声学多普勒法，速度面积法
- w; T$ S% n3 v3 O3 S7 b 供电方式：电池、太阳能、市电
) c e+ F7 g/ M$ C# @4 i 输出信号：Modbus RS485 * X; I3 T8 W( I+ ~2 h! Q1 A
输出信号内容：点流速、水位、温度
) d0 K4 o! [6 Q$ J" 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
1 B% h9 s8 \% u# u. Z" B; \ 第四章 安装说明
2 V# v' e. J0 t. l7 L% B 4.1 渠道内安装条件和位置
1 O' J7 k2 g+ l& n3 ^- ~ 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。
: Q3 a4 `! Z9 j 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。
( |3 J+ d/ k# J# J 3.标配型号耐压10米，可定制满足最大100米耐压的需求。
+ d/ _- B& }; f$ a3 a9 Y& I 4.多普勒法流量计对流体内固体杂质含量要求低于20kg/m³。
7 z3 N |+ S p+ K B7 \- ~% H 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。
$ _0 ?8 ~4 A7 U2 M4 I0 \ 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。
5 s! A9 J+ B7 ~+ h3 R# w 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。
# J8 t: O! I. k a5 W 8.传感器需水平安装。 , u, @1 o3 C& x* I
9.传感器需与水流方向平行，探头所对方向需与水流方向 1 J- v+ x. F. g) z/ n7 p
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水流平稳的渠道 " p6 t. L8 h3 H& B5 m- J, ^* G
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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3 B4 ?4 E4 c d$ M3 m( Z 传感器安装点上游和下游直渠道要求
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' w: {+ |1 n% a( t 传感器安装点上游和下游直渠道要求
z: n. f# U! T1 [) @: x 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。 Q: l5 M) C. L3 ` p& o, 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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6 h1 t( @3 a; L5 P1 E; D Q3 D& S 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 - ]; L) ^/ u" p; _( j
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。 9 U. F4 Z, G4 f7 Y, V
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。 # P7 I- d* H4 O. [5 i) r, b
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闸门现场水流情况 ) X! f$ U+ F8 i5 t6 @
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
* t6 F- }0 Q3 O4 ` 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
. \* {- T; Q0 |2 F6 @5 C6 j 定。 ' t( K( P0 q1 p6 z2 z! ]6 ~: a
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
: C. C- t% V0 I6 h0 P 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。 : ]3 q( O- [8 i+ E1 P8 V+ w7 }! m
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! A6 t: ?3 z# J4 e$ R 最低水位比传感器高10厘米以上 t8 Y0 j3 ]* Y) u0 h
水平安装位置的选择
9 J8 i5 u/ v- j 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% : j% B& S8 b& a/ z2 g
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 w5 p/ k! I. x% W: z
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矩形渠道安装位置要求 - K( j5 i# e9 |5 K2 y
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。 7 \4 g; _5 D& o" W
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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 , `; e" U+ ]1 a1 R- ~8 z) I( @
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1 T4 a. U5 M+ Q 传感器水平安装要求 7 f, @8 h- g" ?7 h! n
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, @, D1 k0 y8 _ 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
0 R) p3 a3 T5 M8 v 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。
7 P6 } K I2 e4 i. R) K3 G 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； $ B7 r/ ^' E- U9 @, ?% R5 c
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 2 [6 A2 O6 }: J* X% P
传感器要有管道内径5倍以上距离。
. s% G( C6 X( t# i- l 4.3 河道内安装条件和位置 4 O; X5 ?. t, U9 K9 _
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。
! ?) N1 h7 \" A8 Z 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。 # m6 t$ I/ M/ f% a- |* o
比如把一个30米的河道平均分为10等分。 7 k. E7 Y N9 d
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对河道进行等宽划分
4 m6 R" T) V/ J! r/ v" x 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 ^- {( n( k% h/ m# \4 ?$ 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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) [5 m( n/ c( e+ Q$ L* {; G; y# z 安装5个传感器的示图
o* [) Q) Y# [3 R ②要确保安装点旱季的最低水位比传感器高10厘米。 : t$ A/ S3 d: b9 e- x& X% 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。
+ H! B. L; }. o: O5 u1 G" t. {' N 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。 $ g7 ^9 V4 ^* |9 W# r# j7 M
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周围没有支撑物的开阔河道
3 h% k: e! }/ ]5 O 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
( J+ o9 G% j' k. {4 u9 f 4.4 渠道内现场安装支架及布线
+ \) U! A4 d' s 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！ 5 R+ L& _7 z) Q( Z% G" e
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 % z: w$ F# i9 {* U/ k1 ]
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。
5 l- R2 k" s: X; ] 在可以断水的前提下，传感器可以固定于渠道底部。
% b( K9 N7 a! E' a9 h7 V( e$ g" c 4.5 管道内现场安装支架及布线 ; j4 |9 Z$ i# C* 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。 : j% H/ \, C8 ]6 ~$ i
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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 " d4 T4 {: X6 ~. n
管内通向主机： ( ~, C3 g& V0 _" r% I6 X# \+ C
1000毫米污水排放管道安装实物图
4 G1 _4 z. d" p; ]8 J: S 4.6 河道内现场安装支架及布线 1 I) n3 D# E* O4 K9 {* V$ F" h2 ?
在河道内安装，也是通过侧面的支架来安装。
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J% r _, g, \9 @ r 在河道内安装
) O, e% X0 ? J1 E+ Y. p; Q ●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。 / L4 Z* b2 d6 J% E" u. V
●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。 ) y2 s% _5 C7 @7 P2 O, {9 C' D
●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
. ~( r$ ^4 J9 O 用两根2芯屏蔽电缆连接。 {: \+ e" `3 B) ]
●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。
7 l3 l2 d9 H: } ●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。 " G. ?) T# F. y0 b5 O$ n3 y1 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。 s$ H- Y2 n) n' U F) o2 o
●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。
' H0 r7 J* i4 M0 k g: D1 r, Q4 c 4.7 安装步骤9 z/ b0 G+ | S% E- 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。
- \7 `3 ?* \! h9 w7 ` ②传感器跟安装底座固定。
; A* u% O/ \) i 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。
9 b- j3 {" L0 x$ y5 b 否则时间长了，传感器出线肯定会断裂！！！
+ ^9 J+ H c3 M5 I ④通过笔记本电脑发送指令查看测量数据 # l- v% t5 P2 v* p' |1 _2 M
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。
( B# Y5 S) M/ R8 M8 n4 ~0 h ⑥清洁传感器上游存在的垃圾。 * c4 C/ O) C9 B) | h. ^' P5 t* \
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