超聲波明渠流量計

一、特點

*  采用數字化信號處理技術，適合惡劣環境的應用。

*  *的信號環境顯示（示波器技術），調試、安裝方便容易。

*  高速可靠的單片機處理，快速穩定。

*  多重數據濾波技術，測量穩定可靠。

*  16位高精度D/A輸出，提高了4-20mA輸出的精度。

*  配有485接口，可以接計算機或其它數據采集器。

二、用途

本儀表與量水堰槽配用，主要用來測量具有自由流條件的渠道內的污水流量。儀表工作時，傳感器不與被測流體接觸，避免了渠道內污水的沾污和腐蝕。用于測量污水流量，可以比其它形式的儀表，具有更高的可靠性。

本儀表有小時、日、月、年流量及斷電信息的數據存儲功能?？梢酝ㄟ^儀表上的按鍵查看。

本儀表適用于環保部門監測企事業單位的污水排放，適用于污水處理廠測流量。

SULN-200超聲波明渠流量計的應用情況如圖一。

圖一 、 SULN-200超聲波明渠流量計用于測污水流量

三、儀表的組成及外形尺寸

    1、儀表的組成

    本儀表產品主要由儀表、探頭部分組成。儀表與探頭連接的電纜，型號：RVVP4-0.3(四芯+屏蔽，外徑小于 6mm)。儀表出廠原配10米，應用中可接長至200米。如要超過200米，需在定貨時聲明。        

    注意：超聲波明渠流量計應用中，必須與量水堰槽配合使用。本產品沒有提供量水堰槽。應用中根據應用現場條件，參考本說明書的第八章，或其它資料自行構造。

    2、儀表的結構和外形尺寸（參見圖二、圖

			探頭引線 (RVVP4-0.3) 10米 外徑 < 6mm

                            圖三、探頭部分的外形尺寸

    3、儀表的顯示屏（參見圖四）

                            圖四、儀表的顯示屏

四、主要技術指標及技術參數

1.  流量范圍：0～10米³/秒 （由配用的量水堰槽的種類、規格確定）

2.  累計流量：12位十進制數，累滿后自動回零

3.  流量精度：1.5％

4.  測距范圍：0.4～2米（從探頭底部起0.4米內是盲區，0.4～2米內為測距范圍）

5.  測距精度：0.25％

6.  液位分辨：1毫米

7.  工作環境溫度：-20～55℃

8.  儀表防護等級：儀表顯示部分：IP65；探頭部分：IP65

9.  供電電源：交流供電 220V±10％  6W

10. 儀表日歷鐘計時誤差: < 2分鐘/每月

11. 儀表數據存儲量：存儲記錄小時流量128條，日流量64條，月流量32條，年流量4條，斷電記錄64條。存儲器循環使用，存滿時覆蓋早的記錄

12. 4～20mA電流輸出：

外部負載電阻：0～500Ω

誤差： 0.1％ (相對儀表示值)

負端與儀表地端共接 (根據應用要求可改成懸浮地輸出)

輸出內容：瞬時流量

13. RS485：

編碼方式： 1起始位，8數據位，1停止位

波 特 率： 9600

00-09，當設置為00時每測量一次就會輸出一次

           當地址為01－09時，需用命令查詢：

發送格式為：！x（x為地址）

回送格式：#000000000 0000.000         ； 一組數據是累計流量（立方米）第二組數據是瞬時流量（立方米/小時），兩數據間用空格符分開

14. 繼電器：

    控制方式： 每累計設定的m³閉合一次、液位報警、液位上限、液位下限可選

    類型： 單刀雙擲 （常開、常閉）    觸點容量： AC250V 1A ；DC30V 1A

五、儀表的工作原理

    1、量水堰槽的測流量原理

    明渠內的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（參見圖五）。對于一般的渠道，液位與流量沒有確定的對應關系。因為同樣的水深，流量的大小，還與渠道的橫截面積、坡度、粗糙度有關。在渠道內安裝量水堰槽（參見圖六），由于堰的缺口或槽的縮口比渠道的橫截面積小，因此，渠道上游水位與流量的對應關系主要取決于堰槽的幾何尺寸。同樣的量水堰槽放在不同的渠道上，相同的液位對應相同的流量。量水堰槽把流量轉成了液位。通過測量流經量水堰槽內水流的液位，可以根據相應量水堰槽的水位-流量關系，求出流量。常用的量水堰槽種類如

 圖六、常用的量水堰種類

    量水堰槽的水位-流量關系可以從國家計量檢定規程《明渠堰槽流量計》JJG711-90中查到。本說明書的第七章摘抄了一些常用的類型。

    每種類型的量水堰槽，都有自己的固定水位-流量對應關系。確定水位-流量關系時，三角堰要求要有渠道寬B、開口角度、上游堰坎高p的參數；矩形堰要有渠道寬B、開口寬b、上游堰坎高p的參數；巴歇爾槽只要求有喉道寬度的參數b。

    2、超聲波測液位原理（參見圖七）

    本儀表采用超聲波回聲測距法測液位。探頭固定安裝在量水堰槽水位觀測點上方（水位觀測點的位置見堰槽構造說明）。探頭對準水面。探頭向水面發射超聲波。超聲波經過t時間，到達水面。這部分能量被水面反射后，被探頭接收。儀表記下這段時間的長度t。探頭內部安裝有溫度傳感器，并把溫度信號傳遞給儀表。儀表計算出探頭的當前溫度，根據超聲波的傳播速度和經過的時間t，經過溫度補償計算出水面到探頭的距離D。

安裝儀表時，通過按鍵向儀表內存內設置探頭到“水位=0”的距離L（二級菜單頁面1中“零 距”參數項）。在實際測量中，液位H是實時變化的，儀表根據所測時間t計算出液面距離D，從而得到當前液位H，（H＝L-D）。

    由于產品生產中,各種材料的離散性；電路的延遲也不一致。儀表實際計算液位時使用的運算式為：H=L-KD，其中“K”為液位校正系數。“K”的數值要經過標定來確定。儀表的二級菜單頁面4中“液位校正”參數項用于存儲“K”，儀表出廠時已經校正好。一般情況下禁止修改此“液位校正”參數。

    3、儀表的工作原理（圖八）儀表控制探頭發射和接收超聲波。按圖八的過程轉為液位（單位：米）。再通過查水位-流量表，把液位轉成流量（單位：立方米/小時）。    水位-流量表是存儲在儀表里的一組數據。本儀表的水位-流量表是按相等的液位間隔存儲的。例如使用三角堰時，液位的間隔設為為“0.01m”。儀表的內存中存有：液位=“0.00m”時對應的流量=“0.0000L/S”；液位=“0.01m”時 對應的流量=“0.0136L/S”；液位=“0.02m”時對應的流量=“0.0772 L/S”；液位=“0.03m”時對應的流量=“0.2127L/S”。一些常用的液位-流量表已預先設置在儀表內。使用時通過參數表選擇對應的堰槽種類就可以得到相應的水位-流量表。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ??  儀表把瞬時流量按時間累加，得出累計流量。累計流量共12位數字。當累計滿12位時，自動回零，重新累計。

從儀表上輸出的電信號有三種：4～20mA電流信號，為瞬時流量；繼電器的開關量，根據參數設置，或按每累計多少流量動作一次，或按液位的報警點，或按液位的上下限動作；RS-485信號，為瞬時流量和累計流量。六、安裝方法

    1、安裝量水堰槽

    使用本儀表測量流量，在明渠上必須要有量水堰槽。量水堰槽的構造和安裝方法見本說明書第八章“量水堰槽構造及安裝的技術參考”。

    2、安裝探

    探頭要安在探頭支架上。產品出廠沒有配支架，需要根據現場所使用的量水槽的構造條件自行加工。加工方法參見圖九。探頭支架可以做成“門”字形，安裝時跨裝在渠道上。注意留出安裝探頭的孔。如果渠道測墻允許，也可以用兩根角鋼如圖九做成探頭支架。

    探頭在渠道上的安裝位置要符合量水堰槽的要求。一般三角堰、矩形堰要安裝在堰板上游，距離堰板相當于大過堰水深的3～4倍（大過堰水深是指，流量剛好等于零時液位為零，流量增到大時對應的液位）；巴歇爾槽在進口收縮段的1/3位置（參見圖十）。

    安裝探頭時，探頭和支架固定要牢靠，不能活動。探頭一旦活動，水位基準點就變化了，影響測量的準確度。探頭要垂直對準水面，不能歪斜。

    由于探頭發出的超聲波有一定的張角。安裝探頭時，注意不要使聲波傳播的路徑上有多余反射面（參見圖十一）。

    3、安裝儀表   

    儀表背面有三個掛鉤。利用掛鉤把儀表固定在墻上。

    儀表下面有五個PG7過線孔?？梢韵騼x表內接入外徑φ4～φ6的引線。穿入導線后，要把過線孔的鎖母擰緊。不使用的過線孔，也要用一段短導線插入過線孔內，然后擰緊。不使外部氣體進入儀表，以延長儀表使用壽命。

    4、設置參數

    儀表使用的現場條件差別很大，要求的附加功能也不同。儀表安裝后，必須通過按鍵設置參數，以適合應用。不需要的功能，可以不設相應的參數。

    做為流量計使用，有四組參數是必須設置的：

    ① 輸入儀表的零距。參見第十章第2節頁面1中的“零  距”參數項

    ② 輸入儀表的大流量。參見第十章第2節頁面2中的“大流量”參數項

    ③ 輸入儀表的測槽常數。參見第十章第2節頁面4中的“測槽常數”參數項

    ④ 輸入儀表的水槽代碼。參見第十章第2節頁面5中的“水槽代碼”參數項

七、關于儀表顯示的說明

按   鍵可切換顯示下列內容：實時數據 > 信號圖形 >時流量 > 日流量 >月流量 > 年流量 > 斷電信息 >實時數據….

1、實時數據頁面:

    儀表工作于實時數據狀態，上電后顯示如圖十三。顯示屏上有五項內容。

  圖十三、實時數據顯示狀態

    ①：瞬時流量的柱條顯示。粗黑色柱條長，表示瞬時流量大；柱條短，表示瞬時流量小。柱條長度到下邊瞬時流量為“0”。柱條長度到上邊，瞬時流量為柱條上方的數值。該數值對應二級菜單頁面2中的 “大流量”參數項。

    ②：日歷鐘。“ 2007 08-01 10:38:26” ”表示2007年8月1日10時38分26秒。日歷鐘通過參數表頁面3中的“時間”和“時鐘校正”來校準。

③；累計流量。“000005337.267 m³”表示本流量計流量累計總數為：5337.267立方米。

④：瞬時流量數值。“960.607  m³ /h”表示當前的瞬時流量為960.607立方米/每小時。

⑤：液位值。“2.373 m”表示當前所測渠槽中相對于水位0點的液位值是2.373米。

2、信號圖形頁面:

  儀表工作于信號圖形狀態，上電后顯示如圖十四。顯示屏上有四項內容。

圖十四、信號圖形顯示狀態

    ①：測量環境溫度顯示。圖形框右上方顯示的數據是測量環境溫度（攝氏度）。

②：修改參數。修改參數的密碼輸入：儀表工作于實時數據頁面時，按鍵進入信號圖形頁面，按、 鍵輸入密碼“3456”， 按鍵確認即可進入二級菜單進行參數修改。

③；液面距離。圖形框上方的數據是超聲波探頭到液面的距離（米）。

④：顯示圖形?？汕逦@示超聲波的發射波、液面波與干擾波。安裝時應將干擾波、盲區控制到小，液面波調整到大。

3、查看歷史記錄：

小時流量: 小時流量顯示每個小時的累計流量，按右箭頭鍵可向前檢索。格式如圖十五。

 圖十五、小時流量顯示狀態

2007 07-20 10:32  00000.000       ;10:00-10:32的流量（立方米）

  2007 07-20 10:00  00000.000       ;9:00-10:00 的流量（立方米）

……

日流量：日流量顯示每日的累計流量，按右箭頭鍵可向前檢索。格式如圖十六。

  圖十六、日流量顯示狀態

2007 07-20   6680.675       ;7月20日的流量（立方米）

  2007 07-19    591.165       ;7月19日的流量（立方米）

……

月流量: 月流量顯示每月的累計流量，按右箭頭鍵可向前檢索。格式如圖十七。

圖十七、月流量顯示狀態

2007 07-20   7271.861       ;7月至今的流量（立方米）

  2007 06-30      0.000       ;6月累計的流量（立方米）

……

年流量: 年流量顯示每年的累計流量，按右箭頭鍵可向前檢索。格式如圖十八。

圖十八、年流量顯示狀態

2007 07-20   7651.054       ;2007年至今的流量（立方米）

  2006 12-31   8695.027       ;2006年累計的流量（立方米）

……

斷電信息: 斷電信息顯示設備斷電的時間及再次上電的時間，按右箭頭鍵可向前檢索。格式如圖十九。

圖十九、斷電信息顯示狀態

07-08-11 15:00  07-08-13 15:11   ; 左組時間為斷電時間，右組時間為上電時間

07-08-10 14:00  07-08-11 14:21   ; 左組時間為斷電時間，右組時間為上電時間

07-08-09 17:00  07-08-10 06:51   ; 左組時間為斷電時間，右組時間為上電時間

……

八、量水堰槽構造及安裝的技術參考

    選擇量水堰槽的種類，要考慮渠道內流量的大小，渠道內水的流態，是否能形成自由流。流量小于40升/秒時，一般應使用直角三角堰。大于40升/秒，一般應使用使用巴歇爾槽。流量大于40升/秒，渠道內水位落差又較大，可以使用矩形堰。安裝堰板后，要在堰板堰口的下游能形成“小瀑布”。量水堰槽可以用玻璃鋼制做，加工尺寸要準確。三角堰和矩形堰的堰口是關鍵尺寸，要更準確。朝向進水一側表面要平滑。巴歇爾槽內尺寸要準，內表面要平滑。喉道部分是關鍵尺寸，要更準確。

    1 、直角三角堰

    圖二十是一種直角三角堰的加工圖。水位-流量對應關系如表一。注意，安裝該直角三角堰的上游渠道寬是600mm，三角頂角與上游渠底的高度是250mm。使用上述三角堰，可以在參數表二級菜單頁面4“測槽常數” 項中輸入5100，儀表內已有該堰板的水位-流量表。

    表一    直角三角堰水位流量對應表            水位單位：米        流量單位：升/秒

   三角堰安裝在渠道上如圖二十一。堰板要豎直，要安在渠道的中軸線上。加工三角堰時，可能會使頂角變成圓角，在確定水位等于零的位置時要注意。三角堰的水位零點應在三角堰的側邊延長線的交點上。儀表的探頭要安裝在上游距離堰板0.5～1米的位置。

   2 、矩形堰

    矩形堰可按圖二十二加工。水位-流量對應關系如表二、三、四、五。矩形堰的水位-流量關系主要取決于堰口寬的“b”。也與上游渠寬“B”和堰高“p”有關。如使用圖二十二的矩形堰，可以在參數表二級菜單頁面4“測槽常數”項中輸入，儀表內已有該堰板的水位-流量表。

表二    0.25米矩形堰水位流量對應表   水位單位：米   流量單位：升/秒

表三    0.5米矩形堰水位流量對應表    水位單位：米   流量單位：升/秒

表四    0.75米矩形堰水位流量對應表    水位單位：米   流量單位：升/秒

表五    1米矩形堰水位流量對應表    水位單位：米   流量單位：升/秒

    矩形堰安裝在渠道上如圖二十三。堰板要豎直，要安在渠道的中軸線上。儀表的探頭安裝在距堰板0.5～1米的位置。

    3 、巴歇爾槽

    巴歇爾槽的構造如圖二十四。巴歇爾槽的標識尺寸是喉道寬“b”。首先根據應用需要的大流量，從“附錄二、巴歇爾槽水位-流量公式”中查出合適的巴歇爾槽的喉道寬“b”。再從“附錄一、巴歇爾槽構造尺寸”中查出對應喉道寬等于“b”的巴歇爾槽的其它尺寸。如“L”、“N”、“B1”、“L1”等等。把這些尺寸填入圖二十五中右側的欄目中。按圖二十五加工成形，安裝在渠道上，如圖二十四所示。

    巴歇爾槽水位-流量關系一般是形如：Q=C*haⁿ 的公式。根據喉道寬“b”，從“附錄二、巴歇爾槽水位-流量公式”中找出對應的公式。逐點代入水位值，求出對應的流量。

    本儀表內已預先存儲了喉道寬從0.025m～0.750m槽的水位-流量表。表六、七分別是喉道寬為0.025m，0.051m巴歇爾槽的水位流量對應關系。

表六     喉道0.025米巴歇爾槽水位流量對應表    水位單位：米   流量單位：升/秒

表七    喉道0.051米巴歇爾槽水位流量對應表    水位單位：米   流量單位：升/秒

九、儀表的接線

    向儀表接探頭引線、電源線等，需要先擰松前蓋上的四個內六角固定螺釘，翻開前蓋。即可以看到儀表內部的接線端子。外部引線從接線端子接入（參見圖二十六）。

    接線端子說明如下:

    “探頭引線”：探頭引線的六根芯線由此接入。

“IN” （紅色）為探頭回傳的信號線

“OUT”（黃色）為探頭輸入的信號線

“T”  （綠色）為探頭上溫度傳感器的輸入信號線

“GND”（白色和屏蔽線）為探頭的公用地線，白色線和屏蔽線接在一個端子上

“24V”（黑色）為向探頭供電的電源線

“4～20mA電流輸出”：瞬時流量轉換為電流信號輸出，4mA對應流量為0，20mA對應大流量，大流量數值在二級菜單頁面2中 “大流量”參數項中輸入。

“RS485”：A和B是RS485串行通訊接入線。

“K1”：報警液位繼電器輸出，當測量液位值大于等于該設定值時，繼電器K1吸合。有一組常閉和常開觸點可供用戶使用。

“K2”：流量信號繼電器輸出，當流量信號設置為00時，流量信號輸出關閉。當流量信號設置為01時，繼電器K2累計流量每增加1立方米吸合一次（50毫秒）。當流量信號設置為02時，繼電器K2累計流量每增加0.1立方米吸合一次（50毫秒）。K2有一組常閉和常開觸點可供用戶使用。

“AC220V”：交流220V供電接入。

十、使用按鍵設置儀表的參數

    1、設置參數時的按鍵   

 鍵：菜單鍵，在非修改狀態下，可切換顯示下列內容：實時數據 > 信號圖形 >時流量 > 日流量 >月流量 > 年流量 > 斷電信息 >實時數據….

        在修改狀態下（輸入密碼“3456”進入，參見第七章第2節信號圖形頁面中的“修改參數”項），用來循環切換頁面1－頁面5。

 鍵：設置/加一鍵，在修改狀態下，用來得到修改位置光標，或使光標位置數字加一。

 鍵：右移鍵，在非修改狀態下，用來向前檢索歷史記錄。

        在修改狀態下，使光標位置循環右移。

 鍵：回車/運行鍵，在非修改狀態下，用來從信號圖形和歷史記錄查看狀態返回實時數據界面。

        在修改狀態下，用來保存所修改數據，或返回實時數據界面。

2、儀表的參數表

在信號圖形頁面下，“修改參數”項中輸入3456密碼，按鍵確定可進入二級菜單。二級菜單的內容為儀器工作的必要設置，共有5個頁面，按鍵可循環顯示這些頁面。

頁面1:如圖二十七

零  距：即超聲波探頭發射面到量水堰槽零點的實際距離（對應圖七中的L）。

滿量程：滿量程是指液位變化的大范圍，可不用關心。

盲  區：指探頭不能測量的距離，由探頭特性決定。出廠已設置，一般為30～40厘米。

調試中: 在安裝調試中若不希望產生累計流量，可把它設為01。

頁面2:如圖二十八

大流量：用戶需測量的大流量，單位為立方米/小時。注意：圖形高度條、4-20mA輸出均以該大流量為參照點。

液位變率：允許每次測量液位的大變化值，單位：毫米。該數值越小抗干擾越好，但響應速度越慢。當設置為00時，將關閉數字濾波功能。

顯示類型：正常顯示方式應設置為05。

485地址： 00-09，當設置為00時每測量一次就會輸出一次。485接口的速率為9600，編碼為1，8，1。當地址為01－09時，需用命令查詢。

發送格式為：！x（x為地址）

回送格式：#000000000 0000.000         ； 一組數據是累計流量（立方米）第二組數據是瞬時流量（立方米/小時），兩數據間用空格符分開。

當發送：!H 時，讀出小時記錄；!D時，讀出每日記錄；!M時，讀出月記錄。

頁面3:如圖二十

年 月 日： 應調整與北京時間一致。

時 分 秒： 應調整與北京時間一致。

時鐘校正: 每增加1，每日時鐘就會慢0.26秒。反之則反。

頁面4:如圖三十

起始液位：流量測量的起始液位，當液位小于等于該起始液位，流量認為0。單位為毫米。

流量變率：含義同液位變率，不同是每次流量測量允許的流量變化。當設置1：允許每次測量變化約12%（當前流量），2: 6%，3: 3%:，4: 1.5%，5：0.8%。

測槽常數: 設置不同測槽的常數。V形槽常數＝5100，0.25米矩形槽常數＝1690...。詳見附錄三。由于各種槽型的現場條件與標準有時有出入，可適當修改常數以保證測量精度。

液位校正: 線性液位校正。1.000為不校正。液位＝測量液位×液位校正。

頁面5:如圖三十

報警液位: 當測量液位值大于等于該設定值時，繼電器K1吸合。K1有一組常閉和常開觸點可供用戶使用。

流量信號: 當流量信號設置為00時，流量信號輸出關閉。當流量信號設置為01時，繼電器K2累計流量每增加1立方米吸合一次（50毫秒）。當流量信號設置為02時，繼電器K2累計流量每增加0.1立方米吸合一次（50毫秒）。K2有一組常閉和常開觸點可供用戶使用。

波差電平: 超聲波主波與干擾波的識別控制電平，如圖三十二。儀器根據超聲波回波來進行液位測量，當安裝環境不同時，可能有多個回波（如渠岸、渠邊等），通常測量液面的回波總是大于干擾波。波差電平的含義是指：按回波次序，后回波比前回波大到波差電平的設置值，則判定后回波為液面回波?？刂撇ú铍娖竭m當的值可慮除干擾波。一般設為15（1.5V,滿幅度為4.4V）。

圖三十二、波差電平

水槽代碼:  00：V形槽，01：0.25米矩形槽，02：0.50米矩形槽，03：0.75米矩形槽，04：1.00米矩形槽....。詳見附錄三。注意：一個確定槽型需二個設置參數，一個為水槽代碼，另一個為測槽常數。

十一、使用說明

    1、零距校準

    儀表*安裝、檢修、移動過探頭后，都要校準儀表的零距。校準零距的目的是使儀表測量的液位值與量水堰槽內的實際水位一致。實際操作中有兩種情況，一種情況是明渠內無水，此時用精確到毫米的刻度尺測量圖三十三中標示的“零距”L；另一種情況是明渠內有水，此時L不能直接測得，要先用精確到毫米的刻度尺測量圖三十三中標示的“實測液位”H，然后在信號圖形頁面（參照圖十四）中讀出“液面距離”D，即可計算出“零距”L（參照圖七L=H+D）。校準儀表的零距要在參數修改狀態（參照圖十四）下進行，密碼輸入正確進入頁面1后，按和鍵在“零 距”參數項中輸入所測或計算得到的L（參照圖七），并按鍵保存數據。在按鍵返回實時數據頁面，此時所顯示的液位應和實測液位相同,即完成儀表的零距校準。

    實測液位一定要準確（參照圖三十三）。要注意：水位零點的位置。矩形堰和巴歇爾槽比較直觀。矩形堰是矩形開口的下邊線；巴歇爾槽是進口收縮段的下底。三角堰在三角的角頂，但要注意圖二十一提示的圓角問題。

    2、日歷鐘校準

    日歷鐘校準要在參數修改狀態（輸入密碼“3456”進入，參見第七章第2節信號圖形頁面中的“修改參數”項）下進行，密碼輸入正確進入頁面1，按鍵兩次進入頁面3后，按和鍵調整“年 月 日”和“時 分 秒”參數項與北京時間一致。如時鐘總是跑快或跑慢可適當調整“時鐘校正”項，每增加1，每日時鐘就會慢0.26秒。反之則反。參數設置完畢后按鍵保存數據。在按鍵返回實時數據頁面，即完成日歷鐘的校準。

附錄一、巴歇爾槽構造尺寸

                                                            單位：米