超声波多普勒流量计监测站
一、产品介绍
1.1概述
随着科技的进步，物联网技术已经悄悄地走进我们的生活与工作中来，并已经应用在各个领域。如水文水利、工业监控、智慧城市、智慧水务等等，万物联网连接到云服务器，通过大数据资料分析处理提高了生产效率、灵活性能和响应能力。
原本在工业的温度、压力、流量、物位等测量使用的产品也从早期的直接搭配相应组件或者模块的方式直接移植到市政应用上来，到现在对内置相应的通信组芯片、低功耗设计、专用的电源管理方案和自动休眠技术的深度研发改造，这样为市政应用特点设计的专用感知端物联网产品才真正适配当下的实际应用。
在云服务与相关技术的不断进步下，配套的远程监控方面也取得了较大进展，可以利用手机 APP、微信小程序（可跨手机操作系统，甚至当下刚流行的鸿蒙操作系统）、IE 等手段快速获取有关数据，对各项参数了然于心。
本产品是在自然水域或者渠道、管道中测量水的流速、流量的传感器。利用超声波技术探测流速，测量点在机体前方，不破坏流场；测量精度高，测流线性，可测瞬时流速，也可测平均流速；无转动部件，不惧泥沙堵塞和水草缠绕，探头坚固耐用，不存在泥沙堵塞或水草、杂物缠绕等问题，最适用于泥沙悬浮物含量高，水草等漂浮物多和极其严苛的冰期场合的河流中测量。
流量计分为传感器、主机两部分，中间用电缆连接。
能够在管道、暗渠中测量水的流速、流量，水位要比传感器高20 厘米以上，管道内径要≥500 毫米。
1.2主要特点
Ø 测量精度高，量程宽，可测弱流，也可测强流；
Ø 感应灵敏，分辨率高，不受启动流速限制；
Ø 感应灵敏，分辨率高，不受启动流速限制；
Ø 测量线性，不存在校正曲线的K、C 值。
二、工作原理
超声波多普勒流量计的测量原理是以物理学中的多普勒效应为基础的。根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比.在超声波多普勒流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的“观察者”的作用，当然它仅仅是把入射到固体颗粒上的超声波反射回接收器上。发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移，由于这个频率差正比于流体流速，所以测量频差可以求得流速.进而可以得到流体的流量.因此，超声波多普勒流量测量的一个必要的条件是：被测流体介质应是含有一定数量能反射声波的固体粒子或气泡等的两相介质，这个工作条件实际上也是它的一大优点，即这种流量测量方法适宜于对两相流的测量，这是其它流量计难以解决的问题。
因此，作为一种极有前途的两相流测量方法和流量计，超声波多普勒流量测量方法目前正日益得到应用。
根据多普勒频移方程，频移的大小：
式中：△Fd ——多普勒频移
F0 ——发射超声波频率
C ——水中声速
V ——水的流速
θ——发射波束和接收波束相对于河水流方向的夹角
C >> V·cosθ
<1>式可简化为：
所以：
超声波发射频率为常数，换能器夹角安装后固定不变，所以 K
为常数。由式<3>可见，流速 V 和多普勒频移△Fd，水的声速 C 成正比，只要检测出多普勒频移△Fd 和水的声速 C，即可计算出流速。在本仪器中，C 由温度值换算得来。 声场示意图：
三、技术特性
1、测流范围：0m/s～10.000m/s,
双向流但不识别流向（流速流量绝对值）
-5m/s～5.000m/s
双向流且识别流向（流速流量带正负号）
2、测流准确度： 1.0%±0.01m/s
3、分辨率： 0.001m/s
4、水温测量范围：0～60℃
5、测温准确度：±1℃
6、水位范围：0.02～10m。
7、水位精度：0.2F.S
8、流量范围：1 升/秒～99999999 立方米/每小时
9、工作温度：0～60℃
10、工作电源：外部供电 8～14VDC
四、外形结构图
A 型（常规塑壳款）
B 型（增强不锈钢款）
五、传感器安装方式
5.1渠道内安装条件和位置
①在河流、渠道上测量，只要最低水位淹没传感器，就可以测量。
②流量计传感器标配的耐压是 100kPa，也就是 10 米水深。如果需要更大耐压需要订货前说明，最大可以做到耐压 1000kPa，也就是 100米水深。
③超声波多普勒流量计适用于固体含量不大于 20kg/m³的水质，同时水的流速≤10.0 米/秒。
④超声波多普勒流量计要选择水流平稳的地方安装。水流不平稳的地方，多数情况下是紊流，紊流条件下测量到的流速是跳动的，不稳定，误差会很大。
⑤超声波多普勒流量计安装位置的上游要有渠道宽度 10 倍的直渠道，下游要有渠道宽度 5 倍的直渠道。
（传感器安装点上游和下游直渠道要求）
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10 倍的直渠道，下游达不到 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，但是出现的问题是测量误差就加大了，这个误差具体有多少，跟现场工况有关，每个现场都不一样。
例如下图：因为在山区，都是弯道，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。
⑥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。
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。
就是实际安装位置，是离开闸门 50 倍渠道宽度的位置水流才平稳，适合的位置安装。
⑦确定安装高度
探头距渠底的理想高度为 100mm~50mm，具体要根据渠道的最低水位确定。
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。
（最低水位没过传感器）
⑧水平安装位置的选择
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%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。
（矩形渠道安装位置要求）
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：传感器最低水位没过传感器。
（梯形渠道安装位置要求）
⑨传感器要正对着水流方向
（传感器水平安装要求）
（传感器水平安装要求）
⑩ 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，格栅距离传感器之间要有 5 倍以上渠道的距离。
5.2 管道或者涵洞内安装条件和位置
①管道内安装，只要最低水位没过传感器，管道内径＞500 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 10 倍的直渠道，下游要有管道内径 5 倍的直渠道。
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；
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，格栅距离传感器要有管道内径 5 倍以上距离。
5.3 渠道内现场安装支架及布线
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！
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。
在可以断水的前提下，传感器可以固定于渠道底部。
②在有淤泥和堆积物的渠道内，要把安装的水泥台做高，让传感器可以高于堆积物，不容易被堆积物覆盖。
③通过不锈钢支架来安装，宽度为 5 米的渠道内安装。
管道内现场安装支架及布线
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。
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管内通向主机。
河道内现场安装支架及布线
在河道内安装，也是通过侧面的支架来安装。
便携式手持终端
便携式手持终端采用 8 寸 windows 10 三防平板，结合辅助软件和 USB驱动器，可直接驱动传感器，并直观的检测传感器各项运行参数。
5.4 井下的安装
5.5 安装注意事项
在安装过程中，压力传感器一面务必朝下安装，如图：这个面（中间有个小孔的一面）的是有压力传感器的，需朝底安装，不能朝上安装。
●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 的线缆必须分开用两根 2 芯屏蔽电缆连接。
●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。
●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。
●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。485 输出的电缆可以延长到 200 米，要使用 0.75 平方米的两芯屏蔽电缆。
5.6 安装步骤
①先安装好固定支架，确保在最大流速 2 倍的条件下还可以稳定可靠固定。
②传感器跟安装底座固定。
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。
否则时间长了，传感器出线肯定会断裂！！！
④清洁传感器上游存在的垃圾。