超聲波多普勒流量計(jì)監(jiān)測(cè)站

一、產(chǎn)品介紹

1.1概述

隨著科技的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)悄悄地走進(jìn)我們的生活與工作中來，并已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。如水文水利、工業(yè)監(jiān)控、智慧城市、智慧水務(wù)等等，萬物聯(lián)網(wǎng)連接到云服務(wù)器，通過大數(shù)據(jù)資料分析處理提高了生產(chǎn)效率、靈活性能和響應(yīng)能力。

原本在工業(yè)的溫度、壓力、流量、物位等測(cè)量使用的產(chǎn)品也從早期的直接搭配相應(yīng)組件或者模塊的方式直接移植到市政應(yīng)用上來，到現(xiàn)在對(duì)內(nèi)置相應(yīng)的通信組芯片、低功耗設(shè)計(jì)、專用的電源管理方案和自動(dòng)休眠技術(shù)的深度研發(fā)改造，這樣為市政應(yīng)用特點(diǎn)設(shè)計(jì)的專用感知端物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品才真正適配當(dāng)下的實(shí)際應(yīng)用。

在云服務(wù)與相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步下，配套的遠(yuǎn)程監(jiān)控方面也取得了較大進(jìn)展，可以利用手機(jī) APP、微信小程序（可跨手機(jī)操作系統(tǒng)，甚至當(dāng)下剛流行的鴻蒙操作系統(tǒng)）、IE 等手段快速獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)了然于心。

本產(chǎn)品是在自然水域或者渠道、管道中測(cè)量水的流速、流量的傳感器。利用超聲波技術(shù)探測(cè)流速，測(cè)量點(diǎn)在機(jī)體前方，不破壞流場；測(cè)量精度高，測(cè)流線性，可測(cè)瞬時(shí)流速，也可測(cè)平均流速；無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不懼泥沙堵塞和水草纏繞，探頭堅(jiān)固耐用，不存在泥沙堵塞或水草、雜物纏繞等問題，最適用于泥沙懸浮物含量高，水草等漂浮物多和極其嚴(yán)苛的冰期場合的河流中測(cè)量。

流量計(jì)分為傳感器、主機(jī)兩部分，中間用電纜連接。

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

1.2主要特點(diǎn)

? 測(cè)量精度高，量程寬，可測(cè)弱流，也可測(cè)強(qiáng)流；

? 感應(yīng)靈敏，分辨率高，不受啟動(dòng)流速限制；

? 感應(yīng)靈敏，分辨率高，不受啟動(dòng)流速限制；

? 測(cè)量線性，不存在校正曲線的K、C 值。

二、工作原理

超聲波多普勒流量計(jì)的測(cè)量原理是以物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的。根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發(fā)出的頻率。這個(gè)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對(duì)速度成正比.在超聲波多普勒流量測(cè)量方法中，超聲波發(fā)射器為一固定聲源，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的固體顆粒起了與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的“觀察者”的作用，當(dāng)然它僅僅是把入射到固體顆粒上的超聲波反射回接收器上。發(fā)射聲波與接收聲波之間的頻率差，就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移，由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以測(cè)量頻差可以求得流速.進(jìn)而可以得到流體的流量.因此，超聲波多普勒流量測(cè)量的一個(gè)必要的條件是：被測(cè)流體介質(zhì)應(yīng)是含有一定數(shù)量能反射聲波的固體粒子或氣泡等的兩相介質(zhì)，這個(gè)工作條件實(shí)際上也是它的一大優(yōu)點(diǎn)，即這種流量測(cè)量方法適宜于對(duì)兩相流的測(cè)量，這是其它流量計(jì)難以解決的問題。

因此，作為一種極有前途的兩相流測(cè)量方法和流量計(jì)，超聲波多普勒流量測(cè)量方法目前正日益得到應(yīng)用。

根據(jù)多普勒頻移方程，頻移的大?。?/p>

式中：△Fd ——多普勒頻移

F0 ——發(fā)射超聲波頻率

C ——水中聲速

V ——水的流速

θ——發(fā)射波束和接收波束相對(duì)于河水流方向的夾角

C >> V·cosθ

<1>式可簡化為：

所以：

超聲波發(fā)射頻率為常數(shù)，換能器夾角安裝后固定不變，所以 K

為常數(shù)。由式<3>可見，流速 V 和多普勒頻移△Fd，水的聲速 C 成正比，只要檢測(cè)出多普勒頻移△Fd 和水的聲速 C，即可計(jì)算出流速。在本儀器中，C 由溫度值換算得來。 聲場示意圖：

三、技術(shù)特性

1、測(cè)流范圍：0m/s～10.000m/s,

雙向流但不識(shí)別流向（流速流量絕對(duì)值）

-5m/s～5.000m/s

雙向流且識(shí)別流向（流速流量帶正負(fù)號(hào)）

2、測(cè)流準(zhǔn)確度： 1.0%±0.01m/s

3、分辨率： 0.001m/s

4、水溫測(cè)量范圍：0～60℃

5、測(cè)溫準(zhǔn)確度：±1℃

6、水位范圍：0.02～10m。

7、水位精度：0.2F.S

8、流量范圍：1 升/秒～99999999 立方米/每小時(shí)

9、工作溫度：0～60℃

10、工作電源：外部供電 8～14VDC

四、外形結(jié)構(gòu)圖

A 型（常規(guī)塑殼款）

B 型（增強(qiáng)不銹鋼款）

五、傳感器安裝方式

5.1渠道內(nèi)安裝條件和位置

①在河流、渠道上測(cè)量，只要最低水位淹沒傳感器，就可以測(cè)量。

②流量計(jì)傳感器標(biāo)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明，最大可以做到耐壓 1000kPa，也就是 100米水深。

③超聲波多普勒流量計(jì)適用于固體含量不大于 20kg/m3的水質(zhì)，同時(shí)水的流速≤10.0 米/秒。

④超聲波多普勒流量計(jì)要選擇水流平穩(wěn)的地方安裝。水流不平穩(wěn)的地方，多數(shù)情況下是紊流，紊流條件下測(cè)量到的流速是跳動(dòng)的，不穩(wěn)定，誤差會(huì)很大。

⑤超聲波多普勒流量計(jì)安裝位置的上游要有渠道寬度 10 倍的直渠道，下游要有渠道寬度 5 倍的直渠道。

（傳感器安裝點(diǎn)上游和下游直渠道要求）

有些現(xiàn)場因?yàn)閷?shí)際渠道條件限制，造成安裝地點(diǎn)上游達(dá)不到10 倍的直渠道，下游達(dá)不到 5 倍的直渠道。最少要求是上游 5 倍的直渠道，下游 3 倍的直渠道，但是出現(xiàn)的問題是測(cè)量誤差就加大了，這個(gè)誤差具體有多少，跟現(xiàn)場工況有關(guān)，每個(gè)現(xiàn)場都不一樣。

例如下圖：因?yàn)樵谏絽^(qū)，都是彎道，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量出來的值是 0.65～0.80 米/秒。

⑥如果安裝在閘門下游(最少要 30 倍以上的直渠道)，特別要

注意觀察水面情況，是否平穩(wěn)。

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

就是實(shí)際安裝位置，是離開閘門 50 倍渠道寬度的位置水流才平穩(wěn)，適合的位置安裝。

⑦確定安裝高度

探頭距渠底的理想高度為 100mm~50mm，具體要根據(jù)渠道的最低水位確定。

傳感器應(yīng)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。

（最低水位沒過傳感器）

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?yàn)榘惭b在這個(gè)位置，最接近整個(gè)渠道水平方向上的平均流速。

（矩形渠道安裝位置要求）

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)要滿足：傳感器最低水位沒過傳感器。

（梯形渠道安裝位置要求）

⑨傳感器要正對(duì)著水流方向

（傳感器水平安裝要求）

（傳感器水平安裝要求）

⑩ 對(duì)于上游來的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格柵來過濾，格柵距離傳感器之間要有 5 倍以上渠道的距離。

5.2 管道或者涵洞內(nèi)安裝條件和位置

①管道內(nèi)安裝，只要最低水位沒過傳感器，管道內(nèi)徑＞500 毫米就可以測(cè)量。不要求滿管，非滿管狀態(tài)下也可以測(cè)量。也要選擇水流平穩(wěn)的地方安裝，安裝位置的上游要有管道內(nèi)徑 10 倍的直渠道，下游要有管道內(nèi)徑 5 倍的直渠道。

②要選擇水流平穩(wěn)的地方安裝，水流不平穩(wěn)的地方，測(cè)量不穩(wěn)定，誤差會(huì)很大。會(huì)出現(xiàn)兩種情況，第一：數(shù)據(jù)上下波動(dòng)大；第二：測(cè)量數(shù)據(jù)比實(shí)際偏小；

③要考慮管道內(nèi)沉積物和淤泥的情況，如果有淤泥，傳感器要避開淤泥。

對(duì)于上游來的垃圾或者漂浮物，要在上游渠道上做格柵來過濾，格柵距離傳感器要有管道內(nèi)徑 5 倍以上距離。

5.3 渠道內(nèi)現(xiàn)場安裝支架及布線

特別提示：以 0.20 米/秒流速為標(biāo)準(zhǔn)，水流速度每增加一倍，對(duì)周圍物體的破壞力會(huì)增加 50-64 倍！

①傳感器在渠道內(nèi)固定方式

以下安裝，傳感器后面的出線必須用 PVC、PE 或者鍍鋅管保護(hù)起來，不能讓電纜因?yàn)樗鳑_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。

②在有淤泥和堆積物的渠道內(nèi)，要把安裝的水泥臺(tái)做高，讓傳感器可以高于堆積物，不容易被堆積物覆蓋。

③通過不銹鋼支架來安裝，寬度為 5 米的渠道內(nèi)安裝。

管道內(nèi)現(xiàn)場安裝支架及布線

如果是管道內(nèi)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 毫米以內(nèi)，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(nèi)，傳感器正對(duì)著水流方向。

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

河道內(nèi)現(xiàn)場安裝支架及布線

在河道內(nèi)安裝，也是通過側(cè)面的支架來安裝。

便攜式手持終端

便攜式手持終端采用 8 寸 windows 10 三防平板，結(jié)合輔助軟件和 USB驅(qū)動(dòng)器，可直接驅(qū)動(dòng)傳感器，并直觀的檢測(cè)傳感器各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

5.4 井下的安裝

5.5 安裝注意事項(xiàng)

在安裝過程中，壓力傳感器一面務(wù)必朝下安裝，如圖：這個(gè)面（中間有個(gè)小孔的一面）的是有壓力傳感器的，需朝底安裝，不能朝上安裝。

●傳感器所自帶的一段通信電纜線內(nèi)有通氣導(dǎo)管，因此注意不得將其彎折。當(dāng)通信電纜線引出水面后，可接普通的電纜線，此時(shí)應(yīng)使通氣導(dǎo)管開口方向朝下，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 的線纜必須分開用兩根 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，用連接電纜來懸掛重物。電纜必須是固定在渠道的水泥壁上，不能晃動(dòng)。

●對(duì)于流速＞1.0 米/秒的現(xiàn)場，安裝支架強(qiáng)度要加強(qiáng)到現(xiàn)有支架強(qiáng)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。

●在需要延長電纜的情況下，導(dǎo)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。485 輸出的電纜可以延長到 200 米，要使用 0.75 平方米的兩芯屏蔽電纜。

5.6 安裝步驟

①先安裝好固定支架，確保在最大流速 2 倍的條件下還可以穩(wěn)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，所有保護(hù)管都要固定好，在水中的保護(hù)管每0.5 米最少要有 1 個(gè)卡子固定。傳感器背后出線口要做特別保護(hù)和固定，保證水流的沖擊力被保護(hù)管接收到，傳感器出線不會(huì)受力。

否則時(shí)間長了，傳感器出線肯定會(huì)斷裂！??！

④清潔傳感器上游存在的垃圾。