水流量傳感器的工作原理

1工作原理

水流量傳感器主要由銅閥體、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成(見圖1)。它裝在熱水器的進(jìn)水端用于測(cè)量進(jìn)水流量。當(dāng)水流過轉(zhuǎn)子組件時(shí),磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),并且轉(zhuǎn)速隨著流量成線性變化。霍爾元件輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)反饋給控制器,由控制器判斷水流量的大小,調(diào)節(jié)控制比例閥的電流,從而通過比例閥控制燃?xì)鈿饬?避免燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^程中出現(xiàn)夏暖冬涼的現(xiàn)象。水流量傳感器從根本上解決了壓差式水氣聯(lián)動(dòng)閥啟動(dòng)水壓高以及翻板式水閥易誤動(dòng)作出現(xiàn)干燒等缺點(diǎn)。它具有反映靈敏、壽命長(zhǎng)、動(dòng)作迅速、安全可靠、連接方便利啟動(dòng)流量超低(1.5L/min)等優(yōu)點(diǎn),深受廣大用戶喜愛。

水流轉(zhuǎn)子組件主要由渦輪開關(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動(dòng)環(huán)組成。使用水流開關(guān)方式時(shí),其性能優(yōu)于機(jī)械式壓差盤結(jié)構(gòu),且尺寸明顯縮校當(dāng)水流通過渦輪開關(guān)殼,推動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),不同磁極靠近霍爾元件時(shí)霍爾元件導(dǎo)通,離開時(shí)霍爾元件斷開。由此,可測(cè)量出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。根據(jù)實(shí)測(cè)的水流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和輸出信號(hào)(電壓)的曲線,便可確定出熱水器的啟動(dòng)水壓,以及啟動(dòng)水壓相對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)水流量與轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。由控制電路,便可實(shí)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于啟動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)熱水器啟動(dòng)工作;在轉(zhuǎn)速小于啟動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí),熱水器停止工作。這樣熱水器啟動(dòng)水壓一般設(shè)定在0.01MPa,啟動(dòng)水流量為3～5L/min(需滿足熱水器標(biāo)準(zhǔn)對(duì)最高溫升的限制)。另外,由于水在永磁材料磁場(chǎng)切割下,變成磁化水,水中的含氧量增加,使人洗浴后感覺清爽。制動(dòng)環(huán)的作用是停水時(shí),制止高速旋轉(zhuǎn)的磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),終止脈沖信號(hào)輸出?？刂破鹘邮詹坏矫}沖信號(hào),立即控制燃?xì)獗壤y關(guān)閥,切斷氣源,防止干燒。

2基本原理

水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來測(cè)量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻,同時(shí)通上5V的直流電壓并使電流方向與磁場(chǎng)方向正交。當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),切割磁感應(yīng)線,產(chǎn)生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號(hào)頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比,根據(jù)水流量的大小啟動(dòng)燃?xì)鉄崴?。其脈沖信號(hào)頻率的經(jīng)驗(yàn)公式見式(1)。

f=8.1q-3(1)

式中：f—脈沖信號(hào)頻率,H2

q—水流量,L/min

由水流量傳感器的反饋信號(hào)通過控制器判斷水流量的值。根據(jù)燃?xì)鉄崴鳈C(jī)型的不同,選擇最佳的啟動(dòng)流量,可實(shí)現(xiàn)超低壓(0.02MPa以下)啟動(dòng)。

3水流量傳感器與水氣聯(lián)動(dòng)閥的比較

壓差式水氣聯(lián)動(dòng)閥的缺點(diǎn)是啟動(dòng)水壓高,而要想降低啟動(dòng)水壓就需要犧牲一定的穩(wěn)流特性(水壓波動(dòng)時(shí)的流量穩(wěn)定能力)。

為了能使兩者兼顧,唯有加大水閥膜片,但這樣隨著閥體的增大成本會(huì)升高,且水流啟動(dòng)壓力指標(biāo)也不能做得太低。對(duì)水流量傳感器,在出水端增加穩(wěn)流組件,利用穩(wěn)流。形圈的幾何尺寸及物理性能,通過試驗(yàn)成功開發(fā)了適用于不同容量熱水器的穩(wěn)流組件,具有很好的穩(wěn)流特性(進(jìn)水壓力在0.1～0.5MPa變化時(shí),出水量變化在3L/min以內(nèi)),保證進(jìn)水壓力變化時(shí),保持流量在一定范圍內(nèi),達(dá)到恒溫效果。

比較壓差式水氣聯(lián)動(dòng)閥與水流量傳感器,可以看出,前者是機(jī)械式,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,體積大,但控制電路簡(jiǎn)單;后者是電氣式,結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,體積小,但控制電路復(fù)雜。更為重要的是前者啟動(dòng)水壓較高,水路系統(tǒng)阻力較大,不宜用在10L/min以上的大容量熱水器AZ;而后者啟動(dòng)水壓低,水路系統(tǒng)阻力小,在10L/min以上的大容量熱水器上已普遍采用。

4結(jié)語

近年來,采用水流量傳感器測(cè)量流量在強(qiáng)排式數(shù)碼恒溫燃?xì)鉄崴髦斜淮罅繎?yīng)用的事實(shí)證明,采用水流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)。如果能配合燃?xì)獗壤y的氣量比例調(diào)節(jié),就可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉄崴髟谌紵^程的全自動(dòng)控制。