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超声波多普勒流速仪

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型号: ADCP
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测量原理   

     超声波多普勒流速仪,运用原理是将超声波传感器放在被测渠道、河道内,传感器向水中发射超声波,根据反射的超声信号强度和其他参数可以计算出水的流速,这些数据通过内置的硬件和软件传输给用户。广泛用于管道、渠道或者河流内测量水的流速的设备。
     
主要适用的环境如下:


       ·洪涝灾害监测

       ·污水排放

       ·天然的河溪

       ·市政给排水

      ·水量流失/渗入监测

       ·灌溉流程监测

       ·河口和潮汐的研究

       ·渔业/水利

       ·海岸侵蚀研究

       ·暗渠流程监测

       ·道路排水监测

       ·运河流程研究

       ·江河流程监测

      可以根据需要提供电池供电系统,以便在供电不方便的地区提供电源。

       可以根据需要提供GPRS无线传输套件,以便在后台服务器上查看现场检测到的数据。


         产品特点   
   

       一、产品和技术参数

       1.1测量流速原理:采用多普勒频移物理原理来测量水流速度。

      什么是多普勒效应(多普勒频移):

       超声波发出的声波被另一个接收体接收并反射,如果该声源相对于接收体是移动的,接收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异。

      如果两个物体之间的相对距离是减少的,接收的频率会增加。

       如果两个物体之间的相对距离是增加的,接收的频率就减小。

      这样的多普勒效应在日常生活中经常会发生,比如:当你听到迎面开来的一列火车气笛声或者一辆警车的警报声(一个声源),声音会显得频率较高;而当火车或者警车离你远去时,则听到的声音会变成较低的声音。

      通过发射超声波的频率和接收超声波频率的不同,从而推算出具体的流速是多少。


        技术参数   

      结构:分体式;

      测量种类:流速、水深、(水温测量是选配功能)

      用途:在线式测量

      流速测量范围(传感器以上水深:10cm):

      正流速是+0.03m/s~+5.00m/s;

      负流速是-1.00m/s~-0.03m/s(选配项);

      可以订做其他流速范围。

      流速测量分辨率:1mm/s;

      流速测量精度:测量流速的±2~3% ;

      水深测量范围:0.02~3.00m,0.02~10.00m(订货前要确认最大水深);

      水深测量分辨率:1mm

      水深测量精度:0.5%;

      温度范围:0~60oC;分辨率:0.1oC;

      流量范围:无流量测量功能

      工作电压:常规12~13VDC,最低工作电压是10.3VDC,最高是14VDC。

      输出信号:RS485 MODBUS协议;

      无线传输(选配件):GPRS型RTU无线传输器

      传感器配套电缆长度:10米;

      被测水道类型:管道,渠道,天然的溪流、河流;

      液体酸碱度要求:PH值在6~8之间。

      液体温度要求:0~60℃,非凝固

      液体压力要求:自然环境状态下,1个标准大气压

      提示:1.水凝固或者接近凝固状态下无法测量流速。

      2.默认最大水深不能超过10米,如果要超过10米需要订货前明确告诉厂家。

      1.4测量状态和接线

      通电后60秒钟以后计算出数据,之后每10~15秒钟计算出一次测量数据。(这里的数据不是主动上传的,是被动上传的,需要上位机发送查询命令才能够得到测量出来的数据。)

      超声波多普勒流速仪传感器常规工作供电是12~13VDC,供电电流120mA。

      连续最大工作功耗:14V×120ma=14V×0.12A=1.68W。

      电缆是四芯屏蔽线,电源两根线,485信号两根线。

      电源线红色正,白色负,蓝色是485A,黄色是485B。


    产品结构图

     


产品实物图


工作现场稳压检测


超声波多普勒流速仪传感器有一个不锈钢的安装底座,底座上的四个孔是用于跟地面固定,侧面的开口用于抱箍固定传感器用。

   



传感器安装底座说明图


二、产品安装

2.1 安装地点的选择

      选择水流平稳处测量。


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。

2.1.1 选择流速平稳的渠道段安装


2.2 对上游和下游渠道的要求

理想条件下,流量计安装地点的上游有渠道宽度10倍的直渠道,下游有3倍的直渠道。

2.2.1 上游直渠道和下游直渠道的要求


上游直渠道的长度越长越好,越长水流就越平稳,流速测量就越接近实际流速。并且这一段不能有任何阻挡物,比如:闸门、堰槽等,保证传感器前端水流流态平稳无紊流。

                

        图2.2.2 上游直渠道的长度越长越好


如果达不到上游10倍直渠道,最少要有渠道宽度5倍,不能低于5倍。

举例:一条矩形渠道的宽度是2米,那么传感器安装地点的上游和下游的直渠道分别要有多少米长度呢?

         图2.2.3 宽度2米渠道的上游和下游直渠道要求


举例:一条梯形渠道的上底边宽度是5米,下底边宽度是2米,高度是2米,那么渠道宽度应该怎么算?

         图2.2.4 梯形渠道宽度如何确定


照汛期最高水位的宽度作为渠道的宽度,如果汛期水位超过梯形渠道最高处,那么以梯形渠道的上底边宽度为标准。

如果汛期最高水位宽度是4米,在安装地点上游要有20-40米的直渠道,下游要有12米的直渠道

         

         图2.2.5 梯形渠道上游和下游直渠道长度计算


         2.3 在闸门下游安装的要求

         如果安装在闸门下游,特别要注意观察水面情况,是否平稳。

         

         图2.3.1 闸门下游


如果传感器安装地点离开闸门的距离已经有10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,只到水流平稳为止。

因为闸门往下一定距离内,一般都有钢筋混凝土做的渠道,比较规整,很多现场为了安装方便,就选择离闸门下游比较近的距离来安装,这种地方一般水流湍急,都是乱流,测量出来的数据跟实际流速相差很大。

这种位置,不适合安装。

         图2.3.2 错误的安装点-在闸门出口处安装


         2.4 安装高度的选择

首先要确定枯水期水位高度,传感器要比最低水位再低10厘米。

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。

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定。

         图2.4.1 传感器要比最低水位再低10厘米


         当渠道水位比较高,同时最低水位也比较高,为了安装方便可以将探头安装于最低水位以下0.5倍处即可。

举例:最低水位是1.00米,那么可以安装在从渠道底部往上0.50米处。

         图2.4.2 传感器安装在最低水位一半的位置


         2.5 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。

         为什么安装在这个位置呢?

         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。

         

         图2.5.1 传感器安装在整个渠道宽度的15~20%


对于梯形渠道,传感器安装在斜坡和底边交界处,又叫做“坡脚”处。

         

         图2.5.2 传感器安装在梯形渠道的“坡脚”


传感器要正对着水流方向,左右偏差不能超过±3°。

         图2.5.3 传感器要正对着水流过来的方向


         传感器跟水面要平行。



         图2.5.4 传感器要跟水面平行


       2.6 圆形渠道内传感器安装

2.6.1   圆形管道


在圆形管道内,如果有沉积物,把传感器安装在沉积物以上避免沉积物覆盖在传感器上,对测量造成影响。

         

    图2.6.2   有沉积物管道的安装位置


有沉积物的管道内安装,可以直接安装在渠道底部。为了防止水流冲击变动传感器的安装位置,传感器底部有一个基座,专门用来固定在管道上。同时,传感器要装在靠近管道的出口,这样既便于安装,又利于维修和更换。

2.6.3   无沉积物管道的安装位置


        2.7 矩形渠道内传感器安装

矩形渠道内安装,如果可以断水,让渠道底部露出来,可以在渠道底部做个水泥台,水泥台上固定好4根螺栓,流速仪的安装底座可以用螺母直接固定在螺栓上。

这样安装的优点是:不容易被盗取。

缺点:一旦要维护,要人下渠道去操作。       

         图2.7.1   在水库出水口的矩形渠道内安装

         在有泥沙淤积的渠道内安装,要抬高安装位置,减少泥沙淤积对于测量造成的影响。

     

          图2.7.2   在矩形的农田灌溉渠道内安装-有泥沙淤泥,有水草

对于不可以断水的渠道,可以使用以下的侧面支架安装。当传感器被淤泥覆盖,或者有大量垃圾覆盖,只要把整个支架跟岸边的固定支架的螺丝拧开,就可以把传感器提出水面清理。

2.7.3   矩形渠道传感器支架法安装



也可以在矩形渠道上架设测量用的小桥,把流速仪用支架固定在小桥上测

2.7.4 永泰县白云水库安装在测桥上


         2.8 梯形渠道内传感器安装

如果可以断水,就可以像2.7.1图中一样安装。如果不可以断水,一般在岸边制作支架,从支架上向下伸出2根悬空杆子,杆子在安装传感器的部位交界,然后把传感器固定在交界处的平台上。

2根悬空的杆子跟立杆之间是通过转轴连接,保证可以上下转动,需要的时候可以把传感器拉出水面来进行维护和处理。

         

2.8.1 梯形渠道内安装示意图-悬空支架


2.8.2   福州市内河-悬空支架法安装


2.8.3 福州市内河-悬空支架法安装


如果斜坡比较长,用悬空支架法安装,可能不太稳固,可以采用“有轨滑梯”法安装,从梯形渠道顶部铺设有轨滑梯到渠道底部,移动平台通过滑轨跟有轨滑梯固定,并且可以上下移动。传感器就固定在滑梯上。

这种方式特别方便平时的检查和维护。

2.8.4 梯形渠道内安装示意图-有轨滑梯


三、产品使用注意事项

1.   传感器和其他设备之间的通过电缆连接,应沿着渠道底部或者渠道内壁由传感器下游方向引出水面。

2.   电缆必须套管保护(PVC、PR、镀锌管等),不能让水流直接冲击电缆,套管要跟支架或者渠道壁固定。

3.   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,必须使用0.5平方毫米以上的屏蔽电缆。

4.   在灌溉渠道内使用无线传输器,天线必须引出仪表箱外,同时要做好避雷措施,以免让天线变成雷电击打的目标。

5.   不要人为拉扯、甩动电缆,也不要撞击传感器壳体。

6.   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. 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。

        8. 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的2倍以上,保证激流不会冲走或者冲坏支架。



         


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