超声波明渠流量计.docx

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超声波明渠流量计

超声波明渠流量计

一、用途

本仪表与量水堰槽配用，主要用来测量具有自由流条件的渠道内的污水流量。

仪表工作时，传感器不与被测流体接触，避免了渠道内污水的沾污和腐蚀。

用于测量污水流量，可以比其它形式的仪表，具有更高的可靠性。

本仪表有数据存储功能。

除存储本仪表流量记录外，还可2接入其它仪表的4～20mA信号，同时记录（如水质测量仪表：

COD、PH等，最多4路）。

存储的记录可以通过仪表上的按键查看，或通过打印机打印，或通过远程通讯传输。

本仪表的RS232串口可以接计算机或其它数据采集器，也可以接调制解调器或无线通讯模块，实现有线或无线的远程通讯。

本仪表适用于环保部门监测企事业单位的污水排放，适用于污水处理厂测流量。

WL-1A超声波明渠流量计的应用情况如图一。

仪表可以显示：

瞬时流量、累计流量、累记流量回零的时间和当前的日历时间、探头收到回波，校波的情况、通讯的状态、被记录的其它仪表的示值

通过按键可以切换显示：

历史记录

探头：

要固定安装在量水堰槽的上游，用来测量堰槽规定位置的液位。

并将信号传给仪表。

仪表根据堰槽的种类、规格换算出流量。

应用的限定条件：

明渠内水流要有自游流条件。

使用堰板时下游的水位要低于堰坎；使用巴歇尔槽，下游水位要低于“淹没度”。

量水堰槽：

把流量转成液位。

构造和安装方法参见本说明书的第七章或有关技术资料。

图一、WL-1A1超声波明渠流量计用于测污水流量

二、仪表的组成及外形尺寸

1、仪表的组成

本仪表产品主要由，仪表、探头部分组成（参见图二）。

AC220V电源的电缆，型号：

RVV3-0.5（三芯,外径小于6mm）。

出厂配置1.5米

仪表

探头

标签上有出厂的标定记录

探头上的校正棒

仪表与探头连接的电缆，型号：

RVVP4-0.3（四芯+屏蔽，外径小于6mm）。

仪表出厂原配25米，应用中可接长至200米。

如要超过200米，需在定货时声明。

图二、仪表的组成

注意：

超声波明渠流量计应用中，必须与量水堰槽配合使用。

本产品没有提供量水堰槽。

应用中根据应用现场条件，参考本说明书的第七章，或其它资料自行构造。

2、仪表的结构和外形尺寸（参见图三、图四）

图三、仪表部分的外形尺寸

图四、探头部分的外形尺寸

3、仪表的显示屏（参见图五）

打印机状态

通讯输出口位和通讯状态

I1、I2等记录内容或液位

探头收到回波状态

瞬时流量

探头收到校波状态

日历钟

流量量程

累计流量

累计流量被清零的时间

瞬时流量柱条显示

图五、仪表的显示屏

三、主要技术指标及技术参数

1.流量范围：

10升/秒～10米3/秒（由配用的量水堰槽的种类、规格确定）

2.累计流量：

8位十进制数，累满后自动回零

3.流量精度：

5％（配用量水堰槽1～3％的不确定，再附加上1～2％的仪表误差）

4.测距范围：

0.4～2米（从探头底部起0.4米内是盲区，0.4～2米内为测距范围）

5.测距精度：

±3mm（在1米量程内标定的结果）

6.液位分辩：

1毫米

7.工作环境温度：

-20～55℃

（交流供电，且仪表内有附加自伴热时可以：

-35～55℃，附加自伴热要在订货时声明）

8.仪表防护等级：

仪表显示部分：

IP66（仪表下部的过线孔要堵死）；探头部分：

IP68

9.供电电源：

交流供电：

220V±10％6W（使用仪表自伴热时为26W）

直流供电：

12V±2V160mA（直流供电时，仪表没有4～20mA输出和继电器动作）

交流供电、直流供电同时存在，仪表使用交流；交流掉电，自动接通直流。

11.仪表日历钟计时误差:

<5分钟/每月

12.仪表数据存储量：

每月、每天、每小时的记录：

仅记录流量＞2年，附加其它仪表4路＞4个月

每分钟的记录：

仅记录流量＞8小时，附加其它仪表4路＞4小时

14.接入其它仪表的4～20mA电流：

仪表内部采样电阻：

200Ω；负端与仪表地端共接

可以接入的数量：

I1、I2、I3、I4共4路

13.可以配接的打印机：

接口插座，DB25插孔

设定为“打印记录”时：

EPSON兼容（建议配用TP-μp40T）

设定为“定时打印”时：

仅TP-μp40T（需用该打印机内的汉字库）

14.4～20mA电流输出：

外部负载电阻：

0～600Ω

误差：

0.5％（相对仪表示值）

负端与仪表地端共接（根据应用要求可改成悬浮地输出）

输出内容：

流量、液位可选

15.RS232：

接口插座，DB9插针

编码方式：

1起始位，8数据位，1停止位，有奇偶校验位或无校验位

波特率：

300,600,1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800,43200,57600可选

通讯协议：

怡文、金源、西交、九波等（见第十章第10节“远程通讯”）

16.继电器：

控制方式：

每累计设定的m3闭合一次、液位报警、液位上限、液位下限可选

类型：

单刀双掷（常开、常闭）

触点容量：

AC250V1A；DC30V1A

四、仪表的工作原理

1、量水堰槽测流量的原理

图五、量水堰槽把流量转成液位

明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（参见图五）。

对于一般的渠道，液位与流量没有确定的对应关系。

因为同样的水深，流量的大小，还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。

在渠道内安装量水堰槽（参见图六），由于堰的缺口或槽的缩口比渠道的横截面积小，因此，渠道上游水位与流量的对应关系主要取决于堰槽的几何尺寸。

同样的量水堰槽放在不同的渠道上，相同的液位对应相同的流量。

量水堰槽把流量转成了液位。

通过测量量水堰槽内水流的液位，再根据相应量水堰槽的水位-流量关系，反求出流量。

常用的量水堰槽种类如图六。

图六、常用的量水堰种类

量水堰槽的水位-流量关系可以从国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90中查到。

本说明书的第七章摘抄了一些常用的类型。

每种类型的量水堰槽，都有自己的固定水位-流量对应关系。

计算水位-流量关系时，三角堰要求要有渠道宽B、开口角度、上游堰坎高p的参数；矩形堰要有渠道宽B、开口宽b、上游堰坎高p的参数；巴歇尔槽只要求有喉道宽度的参数b。

2、超声波测液位原理（参见图七）

本仪表采用超声波回声测距法测液位。

探头固定安装在量水堰槽水位观测点上方（水位观测点的位置见堰槽构造说明）。

探头对准水面。

探头向水面发射超声波。

超声波经过t1时间，走过E1距离，碰到校正棒。

一部分超声波能量被校正棒反射，并被探头接收（仪表显示器上用“×”和“œ”提示是否收到“校波”）。

仪表记下这段时间的长度t1。

超声波的另一部分能量绕过校正棒，经过t2的时间到达水面。

这部分能量被水面反射后，被探头接收（仪表显示器上用“×”和“œ”提示是否收到“回波”）。

仪表记下这段时间的长度t2。

校正棒已经固定在探头上。

校正棒的长度E1不会变化。

仪表根据t1与t2的比例，再乘以E1，求出水面到探头的距离D，D=E1*t2/t1。

安装仪表时，通过按键向仪表内存内设置探头到“水位=0”的距离L（“系统参数”⇨[13/24]“探头距离”）。

仪表从内存读取参数L，用L减去D，求出液位H，（H=L-D）。

由于产品生产中,E1的长度不完全一致；电路的延迟也不一致。

仪表实际计算液位时使用的运算式为：

H=L-KD，其中“K”为线性修正系数。

“K”的数值要经过标定来确定。

仪表的参数表中“系统参数”⇨[14/24]“修正系数”用于存储“K”，仪表出厂时的标定值记在仪表箱体的右侧标签上（参见图二）。

图七、超声波测液位的原理

3、仪表的工作原理（图八）仪表控制探头发射和接收超声波。

按图八的过程转为液位（单位：

米）。

再通过查水位-流量表，把液位转成流量（单位可以是：

升/秒，或立方米/小时）。

水位-流量表是存储在仪表里的一组数据。

通过仪表上的按键可以向仪表的存储器中输入。

本仪表的水位-流量表是按相等的液位间隔存储的。

例如使用三角堰时，液位的间隔设为为“0.01m”。

仪表的内存中存有：

液位=“0.00m”时对应的流量=“0.0000L/S”；液位=“0.01m”时对应的流量=“0.0136L/S”；液位=“0.02m”时对应的流量=“0.0772L/S”；液位=“0.03m”时对应的流量=“0.2127L/S”•••。

仪表允许设置最多50个点的液位及对应的流量数据。

一般设置30个点便能满足应用要求。

一些常用的液位-流量表已预先设置在仪表内。

使用时通过参数表选择对应的堰槽种类就可以得到相应的水位-流量表。

仪表内没有的水位-流量表，要把堰槽种类设为“自定义”，并逐点的设入水位-流量数据。

图八、仪表的工作原理

仪表把瞬时流量按时间累加，得出累计流量。

累计流量共8位数字。

当累计满8位时，自动回零，重新累计。

不管是由于仪表自己累计满8位回零，或是人为通过按键清除累计使累计回零，仪表都会记忆回零的时间。

并在显示屏“累计流量清零时间”的位置上显示出来（图五）。

仪表内有两组历史数据记录存储器。

其中一组用于存储每小时、每日、每月的历史计录。

如果仅存储流量、累计流量，可存储多于两年的记录；同时存储液位、I1、I2、I3、I4只能存储四个月的记录。

另一组用于存储每分种的历史记录，如果仅存储流量、累计流量，可存储多于八小时的记录；同时存储液位、I1、I2、I3、I4，只能存储四小时的记录。

两组存储器都是循环使用，即存储器存满时，复盖最早的记录。

I1、I2、I3、I4是从接线端子上接入的其它仪表的4～20mA电流信号。

仪表内部的采样电阻为200欧姆。

通过按键在“计录内容”⇨[01/11]“选项”内选定了某端子时，仪表同时存储记录该端子上外接仪表的历史记录。

还会在显示屏上的“记录”位置，交替地显示被选仪表的瞬时示值。

从仪表上输出的电信号有四种：

4～20mA电流模拟信号，根据参数设置可以为瞬时流量或液位；继电器的开关量，根据参数设置，或按每累计多少流量动作一次，或按液位的上下报警点动作，或仅按液位的上限，或仅按液位的下限；RS-232数字信号，根据参数设置，按通讯协议约定的格式输出；打印机接口，根据设置，或按等间隔逐条打印，或按历史记录连续打印。

仪表支持RS-232、RS-485、调制解调器、GSM无线通讯模块的数据传输。

RS-232、RS-485接口已装在仪表上（图二十二，面板背面的：

A、B、GND）。

可以通过按键在RS-232和RS-485之间切换。

使用调制解调器需要从RS232上外接。

GSM无线通讯模块较小，可以装在仪表内部。

使用调制解调器、GSM无线通讯模块向计算机通讯，另需专用的计算机软件。

使用GSM无线通讯模块传送短消息，可以使用普通的手机（参见附录四）。

五、安装方法

1、安装量水堰槽

使用本仪表测量流量，在明渠上必须要有量水堰槽。

量水堰槽的构造和安装方法见本说明书第七章“量水堰槽构造及安装的技术参考”。

2、安装探头

图九、探头支架的加工方法

探头要安在探头支架上。

产品出厂没有配支架，需要根据现场所使用的量水槽的构造条件自行加工。

加工方法参见图九。

探头支架可以做成“门”字形，安装时跨装在渠道上。

注意留出安装探头的孔。

如果渠道测墙允许，也可以用两根角钢如图九做成探头支架。

图十、探头的安装位置

探头在渠道上的安装位置要符合量水堰槽的要求。

一般三角堰、矩形堰要安装在堰板上游，距离堰板相当于最大过堰水深的3～4倍（最大过堰水深是指，流量刚好等于零时液位为零，流量增到最大时对应的液位）；巴歇尔槽在进口收缩段的1/3位置（参见图十）。

安装探头时，校正棒要朝下。

探头和支架固定要牢靠，不能活动。

探头一旦活动，水位基准点就变化了，影响测量的准确度。

探头要垂直对准水面，不能歪斜。

由于探头发出的超声波有一定的张角。

安装探头时，注意不要使声波传播的路径上有多余反射面（参见图十一）。

3、仪表的安装

仪表背面有四个挂钩（见图三）。

仪表出厂时，配有两个两端带孔的支板。

把支板钉在墙上，利用仪表背面的挂钩挂在墙上。

仪表附近应安装交流220V的三孔插座，中心孔接地。

用拔插仪表上的电源插头接断电。

图十一、不能有多余的反射面

仪表下面有四个PG7过线孔。

可以向仪表内接入外径φ4～φ6的引线。

穿入导线后，要把过线孔的锁母拧紧。

不使用的过线孔，也要用一段短导线插入过线孔内，然后拧紧。

不使外部气体进入仪表内部，可以延长仪表使用寿命。

4、设置参数

图十二、挂壁安装

仪表使用的现场条件差别很大，要求的附加功能也不同。

仪表安装后，必须通过按键设置参数，以适合应用。

不需要的功能，可以不设相应的参数。

做为流量计使用，有两组参数是必须设置的：

①、校对仪表的液位。

参见第十章第1节

②、设置仪表的水位-流量表。

参见第十章第2节

六、关于仪表显示的说明

1、显示流量:

仪表工作于流量计状态，上电后显示如图十四。

流量显示状态下，显示屏上有十项内容。

①：

瞬时流量的柱条显示。

粗黑色柱条长，表示瞬时流量大；柱条短，表示瞬时流量小。

柱条长度到最下边瞬时流量为“0”。

柱条长度到最上边，瞬时流量为柱条上方的数值。

该数值对应参数表中的“系统参数”⇨[20/24]“流量量程”。

②：

累计流量被清零的时间。

“02.03.28.15:

”表示02年03月28日15时累计流量回零。

③、④：

仪表探头收到校波、回波的状态指示。

收到校波或回波，对应的指示为“›”；没收到校波或回波，对应的指示为“×”。

本仪表是通过超声波测量的，仪表工作正常情况下，必须收到校波和回波。

由于量水槽内水面波动，回波会闪动，或短时间收不到。

仪表用回波消失前的数值替代。

长时间收不到，则要检查探头安装位置是否正常。

如校波、回波都收不到，则要考虑探头引线是否断掉，或探头是否损坏。

⑤：

打印机指示。

打印机在线，指示为“›”；打印机不在线，指示为“×”。

仪表正在向打印机送数据，“›”闪动。

⑥：

通讯状态指示。

与参数表设置有关（“串口参数”⇨[1/5]“输出口位”）。

图十四、流量显示状态

“输出口位”设置“232”：

指示为“232”字符。

收到数据，“232”字符后出现“▪”；发送数据，“232”字符闪动。

“输出口位”设置“485”：

指示为“485”字符。

收到数据，“485”字符后出现“▪”；发送数据，“485”字符闪动。

“输出口位”设置“调制解调器”：

调制解调器在线，指示为“MD”字符；调制解调器不在线，指示为“×”字符。

收到数据，“MD”字符后出现“▪”；发送数据，“MD”字符闪动。

“输出口位”设置为“调制解调器”有两种，“调制解调器1次”和“调制解调器4次”。

分别表示当出现一次振铃，或出现四次振零开始建立载波连接。

当设为“调制解调器4次”时，调制解调器不在线时，指示为“232”字符。

“输出口位”设置为“GSM”：

通讯模块在线，并查到注册，指示为“◢”符号；通讯模块不在线，指示为“×”符号；通讯模块在线，正在查找注册，“×”闪动。

收到数据，“◢”符号后出现“▪”；发送数据，“◢”符号闪动。

“◢”符号的大小表示接收信号强弱。

⑦：

记录内容指示。

与参数表设置有关（“记录内容”⇨[01/11]“选项”）。

“记录内容”仅选流量，指示为“FLOW”。

“记录内容”选择了其它项，指示按3秒间隔交替显示被选记录内容的数值，如“H=0.102”、“I1=4.000”等。

如果被显示项的数值在不合格域，显示的数值闪动。

⑧：

瞬时流量数值。

“581.9L/S”表示581.9升/秒。

计量单位也可以是“m3/h”（立方米/每小时）。

计量单位通过参数表“系统参数”⇨[2/24]“流量单位”设置。

⑨：

日历钟。

“02.05.10.14:

54’00””表示02年05月10日14时54分00秒。

日历钟通过参数表“日历钟校准”来校准。

⑩：

累计流量。

“01509581m3”表示从“02年03月28日15时”到“02年05月10日14时54分00秒”，本流量计流量累计总数为：

1509581立方米。

七、量水堰槽构造及安装的技术参考

选择量水堰槽的种类，要考虑渠道内流量的大小，渠道内水的流态，是否能形成自由流。

流量小于40升/秒时，一般应选择直角三角堰。

大于40升/秒，一般应选择使用巴歇尔槽。

流量大于40升/秒，渠道内水位落差又较大，可以选择矩形堰。

条件允许，最好选择巴歇尔槽。

巴歇尔槽的水位-流量关系是由实验标定出来的，而且对上游行进渠槽条件要求较弱。

三角堰和矩形堰的水位-流量关系来源于理论计算，容易由于忽视一些使用条件，带来附加误差。

量水堰槽可以用玻璃钢制做。

三角堰和矩形堰的堰口是关键尺寸，加工要准确。

朝向进水一侧表面要平滑。

巴歇尔槽内尺寸要准，内表面要平滑。

喉道部分是关键尺寸，要更准确。

1、直角三角堰

图十六是一种直角三角堰的加工图。

水位-流量对应关系如表一。

注意，安装该直角三角堰的上游渠道宽是600mm，三角顶角与上游渠底的高度是250mm。

如不是这种情况，水位-流量表应另行计算。

使用上述三角堰，可以在参数表“液位-流量对应表”⇨[1/55]“堰槽种类”内选“直角三角堰”，仪表内已有该堰板的水位-流量表。

图十六、直角三角堰的构造

表一直角三角堰水位流量对应表水位单位：

米流量单位：

升/秒

水位

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.090

流量

0.0000

0.0136

0.0772

0.2127

0.4367

0.7629

1.2035

1.7693

2.4705

3.3164

水位

0.100

0.110

0.120

0.130

0.140

0.150

0.160

0.170

0.180

0.190

流量

4.3232

5.4864

6.8431

8.3591

10.095

12.016

14.144

16.543

19.150

22.070

水位

0.200

0.210

0.220

0.230

0.240

0.250

0.260

0.270

0.280

0.290

流量

25.132

28.439

32.269

36.241

40.510

45.010

-

-

-

-

图十七、三角堰在渠道上的安装和三角堰的水位零点

三角堰安装在渠道上如图十七。

堰板要竖直，要安在渠道的中轴线上。

加工三角堰时，可能会使顶角变成圆角，在确定水位等于零的位置时要注意。

三角堰的水位零点应在三角堰的侧边延长线的交点上。

仪表的探头要安装在上游距离堰板0.5～1米的位置。

2、矩形堰

矩形堰可按图十八加工。

水位-流量对应关系如表二、三、四、五。

矩形堰的水位-流量关系主要取决于堰口宽的“b”。

也与上游渠道宽“B”和堰坎高“p”有关。

如使用图十八的矩形堰，可以在参数表“液位-流量对应表”⇨[1/55]“堰槽种类”内选“250矩形堰”、“500矩形堰”等。

仪表内已有水位流量表。

图十八、矩形堰的构造

表二0.25米矩形堰水位流量对应表水位单位：

米流量单位：

升/秒

水位

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.090

流量

0.0000

0.4376

1.2397

2.2812

3.5181

4.9250

6.4849

8.1855

10.018

11.973

水位

0.100

0.110

0.120

0.130

0.140

0.150

0.160

0.170

0.180

0.190

流量

14.047

16.232

18.526

20.924

23.423

26.020

28.712

31.497

34.373

37.338

水位

0.200

0.210

0.220

0.230

0.240

0.250

0.260

0.270

0.280

0.290

流量

40.390

43.527

46.749

50.054

53.441

56.907

-

-

-

-

表三0.5米矩形堰水位流量对应表水位单位：

米流量单位：

升/秒

水位

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.090

流量

0.0000

08774

2.4874

4.5800

7.0674

9.8995

13.043

16.473

20.171

24.124

水位

0.100

0.110

0.120

0.130

0.140

0.150

0.160

0.170

0.180

0.190

流量

28.317

32.743

37.391

42.255

47.328

52.605

58.081

63.751

69.611

75.658

水位

0.200

0.210

0.220

0.230

0.240

0.250

0.260

0.270

0.280

0.290

流量

81.888

88.299

94.888

101.65

108.59

115.70

122.97

130.42

138.03

145.80

水位

0.300

0.310

0.320

0.330

0.340

0.350

0.360

0.370

0.380

0.390

流量

153.74

-

-

-

-

-

-

-

-

-

表四0.75米矩形堰水位流量对应表水位单位：

米流量单位：

升/秒

水位

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

0.160

0.180

流量

0.0000

3.7488

10.670

19.723

30.554

42.960

56.821

72.038

88.545

106.29

水位

0.200

0.220

0.240

0.260

0.280

0.300

0.320

0.340

0.360

0.380

流量

125.23

145.33

166.57

188.92

212.36

236.88

262.46

289.09

316.77

345.47

水位

0.400

0.420

0.440

0.460

0.480

0.500

0.520

0.540

0.560

0.580

流量

375.20

405.95

437.71

470.48

504.26

539.04

-

-

-

-

表五1米矩形堰水位流量对应表水位单位：

米流量单位：

升/秒

水位

0.000

0.020

0.040