超聲波多普勒流速儀     

測量原理  

超聲波多普勒流速儀，運用原理是將超聲波傳感器放在被測渠道、河道內(nèi)，傳感器向水中發(fā)射超聲波，根據(jù)反射的超聲信號強度和其他參數(shù)可以計算出水的流速，這些數(shù)據(jù)通過內(nèi)置的硬件和軟件傳輸給用戶。廣泛用于管道、渠道或者河流內(nèi)測量水的流速的設(shè)備。
主要適用的環(huán)境如下：

 ·洪澇災(zāi)害監(jiān)測

 ·污水排放

 ·天然的河溪

 ·市政給排水

·水量流失/滲入監(jiān)測

·灌溉流程監(jiān)測

·河口和潮汐的研究

 ·漁業(yè)/水利

·海岸侵蝕研究

·暗渠流程監(jiān)測

·道路排水監(jiān)測

·運河流程研究

·江河流程監(jiān)測

可以根據(jù)需要提供電池供電系統(tǒng)，以便在供電不方便的地區(qū)提供電源。

可以根據(jù)需要提供GPRS無線傳輸套件，以便在后臺服務(wù)器上查看現(xiàn)場檢測到的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品特點    

 一、產(chǎn)品和技術(shù)參數(shù)

1.1測量流速原理：采用多普勒頻移物理原理來測量水流速度。

什么是多普勒效應(yīng)（多普勒頻移）：

超聲波發(fā)出的聲波被另一個接收體接收并反射，如果該聲源相對于接收體是移動的，接收體接收到的聲波頻率將會與聲源的發(fā)射頻率有差異。

如果兩個物體之間的相對距離是減少的，接收的頻率會增加。 

如果兩個物體之間的相對距離是增加的，接收的頻率就減小。

這樣的多普勒效應(yīng)在日常生活中經(jīng)常會發(fā)生，比如：當你聽到迎面開來的一列火車氣笛聲或者一輛警車的警報聲（一個聲源），聲音會顯得頻率較高；而當火車或者警車離你遠去時，則聽到的聲音會變成較低的聲音。

通過發(fā)射超聲波的頻率和接收超聲波頻率的不同，從而推算出具體的流速是多少。

技術(shù)參數(shù)   

結(jié)構(gòu)：分體式；

測量種類：流速、水深、(水溫測量是選配功能)

用途：在線式測量

酸堿度：PH值在6～10之間

液體壓力要求：自然環(huán)境狀態(tài)下，1個標準大氣壓

提示：1.水凝固或者接近凝固狀態(tài)下無法測量流速。 

2.默認最大水深不能超過10米，如果要超過10米需要訂貨前明確告訴廠家。

1.4測量狀態(tài)和接線

通電后60秒鐘以后計算出數(shù)據(jù)，之后每10～15秒鐘計算出一次測量數(shù)據(jù)。(這里的數(shù)據(jù)不是主動上傳的，是被動上傳的，需要上位機發(fā)送查詢命令才能夠得到測量出來的數(shù)據(jù)。)

電纜是四芯屏蔽線，電源兩根線，485信號兩根線。

電源線紅色正，白色負，藍色是485A，黃色是485B。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

產(chǎn)品實物圖

工作現(xiàn)場穩(wěn)壓檢測

超聲波多普勒流速儀傳感器有一個不銹鋼的安裝底座，底座上的四個孔是用于跟地面固定，側(cè)面的開口用于抱箍固定傳感器用。

傳感器安裝底座說明圖

二、產(chǎn)品安裝

2.1 安裝地點的選擇

選擇水流平穩(wěn)處測量。

水流不平穩(wěn)的地方，多數(shù)情況下是紊流，紊流條件下測量到的流速是跳動的，不穩(wěn)定，誤差會很大。

圖2.1.1 選擇流速平穩(wěn)的渠道段安裝

2.2 對上游和下游渠道的要求

理想條件下，流量計安裝地點的上游有渠道寬度10倍的直渠道，下游有3倍的直渠道。

圖2.2.1 上游直渠道和下游直渠道的要求

上游直渠道的長度越長越好，越長水流就越平穩(wěn)，流速測量就越接近實際流速。并且這一段不能有任何阻擋物，比如：閘門、堰槽等，保證傳感器前端水流流態(tài)平穩(wěn)無紊流。

圖2.2.2 上游直渠道的長度越長越好

如果達不到上游10倍直渠道，最少要有渠道寬度5倍，不能低于5倍。

舉例：一條矩形渠道的寬度是2米，那么傳感器安裝地點的上游和下游的直渠道分別要有多少米長度呢？

圖2.2.3 寬度2米渠道的上游和下游直渠道要求

舉例：一條梯形渠道的上底邊寬度是5米，下底邊寬度是2米，高度是2米，那么渠道寬度應(yīng)該怎么算？

圖2.2.4 梯形渠道寬度如何確定

 照汛期最高水位的寬度作為渠道的寬度，如果汛期水位超過梯形渠道最高處，那么以梯形渠道的上底邊寬度為標準。

如果汛期最高水位寬度是4米，在安裝地點上游要有20-40米的直渠道，下游要有12米的直渠道

圖2.2.5 梯形渠道上游和下游直渠道長度計算

2.3 在閘門下游安裝的要求

如果安裝在閘門下游，特別要注意觀察水面情況，是否平穩(wěn)。

圖2.3.1 閘門下游

如果傳感器安裝地點離開閘門的距離已經(jīng)有10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，只到水流平穩(wěn)為止。

因為閘門往下一定距離內(nèi)，一般都有鋼筋混凝土做的渠道，比較規(guī)整，很多現(xiàn)場為了安裝方便，就選擇離閘門下游比較近的距離來安裝，這種地方一般水流湍急，都是亂流，測量出來的數(shù)據(jù)跟實際流速相差很大。

這種位置，不適合安裝。

圖2.3.2 錯誤的安裝點-在閘門出口處安裝

2.4 安裝高度的選擇

首先要確定枯水期水位高度，傳感器要比最低水位再低10厘米。

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、水草或者有石頭會滾動，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。

探頭距渠底的理想高度為100mm—250mm，具體要根據(jù)渠道的最低水位確定。

圖2.4.1 傳感器要比最低水位再低10厘米

當渠道水位比較高，同時最低水位也比較高，為了安裝方便可以將探頭安裝于最低水位以下0.5倍處即可。

舉例：最低水位是1.00米，那么可以安裝在從渠道底部往上0.50米處。

圖2.4.2 傳感器安裝在最低水位一半的位置

2.5 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，是安裝在整個渠道寬度的15-20%處。

為什么安裝在這個位置呢？

因為安裝在這個位置，最接近整個渠道水平方向上的平均流速。

圖2.5.1 傳感器安裝在整個渠道寬度的15～20%

對于梯形渠道，傳感器安裝在斜坡和底邊交界處，又叫做“坡腳”處。

圖2.5.2 傳感器安裝在梯形渠道的“坡腳”

傳感器要正對著水流方向，左右偏差不能超過±3°。

圖2.5.3 傳感器要正對著水流過來的方向

傳感器跟水面要平行。

圖2.5.4 傳感器要跟水面平行

2.6 圓形渠道內(nèi)傳感器安裝

圖2.6.1  圓形管道

在圓形管道內(nèi)，如果有沉積物，把傳感器安裝在沉積物以上避免沉積物覆蓋在傳感器上，對測量造成影響。

 圖2.6.2  有沉積物管道的安裝位置

 有沉積物的管道內(nèi)安裝，可以直接安裝在渠道底部。為了防止水流沖擊變動傳感器的安裝位置，傳感器底部有一個基座，專門用來固定在管道上。同時，傳感器要裝在靠近管道的出口，這樣既便于安裝，又利于維修和更換。

圖2.6.3  無沉積物管道的安裝位置

2.7 矩形渠道內(nèi)傳感器安裝

矩形渠道內(nèi)安裝，如果可以斷水，讓渠道底部露出來，可以在渠道底部做個水泥臺，水泥臺上固定好4根螺栓，流速儀的安裝底座可以用螺母直接固定在螺栓上。

這樣安裝的優(yōu)點是：不容易被盜取。

缺點：一旦要維護，要人下渠道去操作。        

圖2.7.1  在水庫出水口的矩形渠道內(nèi)安裝

在有泥沙淤積的渠道內(nèi)安裝，要抬高安裝位置，減少泥沙淤積對于測量造成的影響。

圖2.7.2  在矩形的農(nóng)田灌溉渠道內(nèi)安裝-有泥沙淤泥，有水草

對于不可以斷水的渠道，可以使用以下的側(cè)面支架安裝。當傳感器被淤泥覆蓋，或者有大量垃圾覆蓋，只要把整個支架跟岸邊的固定支架的螺絲擰開，就可以把傳感器提出水面清理。

圖2.7.3  矩形渠道傳感器支架法安裝

也可以在矩形渠道上架設(shè)測量用的小橋，把流速儀用支架固定在小橋上測

圖2.7.4 永泰縣白云水庫安裝在測橋上

2.8 梯形渠道內(nèi)傳感器安裝

如果可以斷水，就可以像2.7.1圖中一樣安裝。如果不可以斷水，一般在岸邊制作支架，從支架上向下伸出2根懸空桿子，桿子在安裝傳感器的部位交界，然后把傳感器固定在交界處的平臺上。

2根懸空的桿子跟立桿之間是通過轉(zhuǎn)軸連接，保證可以上下轉(zhuǎn)動，需要的時候可以把傳感器拉出水面來進行維護和處理。

2.8.1 梯形渠道內(nèi)安裝示意圖-懸空支架

圖2.8.2  福州市內(nèi)河-懸空支架法安裝

圖2.8.3 福州市內(nèi)河-懸空支架法安裝

如果斜坡比較長，用懸空支架法安裝，可能不太穩(wěn)固，可以采用“有軌滑梯”法安裝，從梯形渠道頂部鋪設(shè)有軌滑梯到渠道底部，移動平臺通過滑軌跟有軌滑梯固定，并且可以上下移動。傳感器就固定在滑梯上。

這種方式特別方便平時的檢查和維護。

2.8.4 梯形渠道內(nèi)安裝示意圖-有軌滑梯

三、產(chǎn)品使用注意事項

1.  傳感器和其他設(shè)備之間的通過電纜連接，應(yīng)沿著渠道底部或者渠道內(nèi)壁由傳感器下游方向引出水面。

2.  電纜必須套管保護(PVC、PR、鍍鋅管等)，不能讓水流直接沖擊電纜，套管要跟支架或者渠道壁固定。

3.  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。當通信電纜線引出水面后，可接普通的電纜線，此時應(yīng)使通氣導(dǎo)管開口方向朝下，防止水及異物進入通氣管，或者堵塞通氣管。

連接傳感器上的485或者12VDC電源的電纜，必須使用0.5平方毫米以上的屏蔽電纜。

4.  在灌溉渠道內(nèi)使用無線傳輸器，天線必須引出儀表箱外，同時要做好避雷措施，以免讓天線變成雷電擊打的目標。

5.  不要人為拉扯、甩動電纜，也不要撞擊傳感器殼體。

6.  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。

7. 供電只能用電池供電，或者太陽能供電。如果使用220VAC等市電供電，要用線性電源來轉(zhuǎn)化為12VDC直流電，不能使用開關(guān)電源。

8. 對于流速＞1.0米/秒的現(xiàn)場，安裝支架強度要加強到現(xiàn)有支架的2倍以上，保證激流不會沖走或者沖壞支架。

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