水流传感器

水流量感应仪器

水流传感器是指通过对水流量的感应而输出脉冲信号或电流、电压等信号的水流量感应仪器，这种信号的输出和水流量成一定的线性比例，有相应的换算公式和比较曲线，因此可做水控方面的管理和流量计算，在热力方面配合换能器可测量一段时间介质能量的流失，如热能表。水流传感器主要和控制芯片、单片机，甚至PLC配合使用。水流传感器具有流量控制准确，可以循环设定动作流量，水流显示和流量累积计算的作用。

水流传感器的分类

根据传感器输出功能的不同，一般分为水流开关和用于测量具体介质流速的水流传感器

水流开关

就是一块像桨一样的不锈钢薄板放在水管里,外面通机械传动带动一外开关,开关有2个触点,一个常开一个常闭,水流流动时就会带动开关动作。

水流传感器

水流量传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动,并且转速随着流量成线性变化。本文主要介绍了水流量传感器怎样进行工作，供大家参考。

水流传感器工作原理

设计原理

和空气流速一样，水流速度也可以通过孔板进行测量。然而，水流速的测量主要目的是用来确定热量。市场上有许多种热量表，可以测量流速，而原理各异。

如图所示：

可通过孔板、叶轮、超声波、电磁方式测量液体流速。

水流传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动,并且转速随着流量成线性变化。霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给控制器，由控制器判断水流量的大小，调节控制比例阀的电流，从而通过比例阀控制燃气气量，避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉的现象。水流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可靠、连接方便利启动流量超低(1.5L/min)等优点,深受广大用户喜爱。

水流转子组件主要由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。使用水流开关方式时,其性能优于机械式压差盘结构，且尺寸明显缩校当水流通过涡轮开关壳,推动磁性转子旋转，不同磁极靠近霍尔元件时霍尔元件导通，离开时霍尔元件断开。由此,可测量出转子转速。根据实测的水流量、转子转速和输出信号(电压)的曲线，便可确定出热水器的启动水压，以及启动水压相对应的启动水流量与转子的启动转速。由控制电路，便可实现当转子转速大于启动转速时热水器启动工作;在转速小于启动转速时,热水器停止工作。这样热水器启动水压一般设定在0.01MPa，启动水流量为3～5L/min(需满足热水器标准对最高温升的限制)。另外，由于水在永磁材料磁场切割下，变成磁化水,水中的含氧量增加,使人洗浴后感觉清爽。制动环的作用是停水时，制止高速旋转的磁性转子转动，终止脉冲信号输出。控制器接收不到脉冲信号，立即控制燃气比例阀关阀，切断气源，防止干烧。

通过霍尔效应测量介质流速

利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件的正极串入负载电阻,同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时,产生不同磁极的旋转磁场,切割磁感应线,产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比,转子的转速又与水流量成正比,根据水流量的大小启动燃气热水器。其脉冲信号频率的经验公式见式(1)。

f=8.1q-3(1)

式中：f—脉冲信号频率,H2

q—水流量,L/min

由水流量传感器的反馈信号通过控制器判断水流量的值。根据燃气热水器机型的不同,选择最佳的启动流量,可实现超低压(0.02MPa以下)启动。

水流量传感器与水气联动阀的比较

压差式水气联动阀的缺点是启动水压高,而要想降低启动水压就需要牺牲一定的稳流特性(水压波动时的流量稳定能力)。

为了能使两者兼顾,唯有加大水阀膜片,但这样随着阀体的增大成本会升高,且水流启动压力指标也不能做得太低。对水流量传感器,在出水端增加稳流组件,利用稳流。形圈的几何尺寸及物理性能,通过试验成功开发了适用于不同容量热水器的稳流组件,具有很好的稳流特性(进水压力在0.1～0.5MPa变化时,出水量变化在3L/min以内),保证进水压力变化时,保持流量在一定范围内,达到恒温效果。

比较压差式水气联动阀与水流量传感器,可以看出,前者是机械式,结构较复杂,体积大,但控制电路简单;后者是电气式,结构相对简单,体积小,但控制电路复杂。更为重要的是前者启动水压较高,水路系统阻力较大,不宜用在10L/min以上的大容量热水器AZ;而后者启动水压低,水路系统阻力小,在10L/min以上的大容量热水器上已普遍采用。

水控系统中的应用选择

在要求更为精确水控系统中，水流量传感器用起来会更有效更直观。以脉冲信号输出的水流量传感器为例，在IC水表和流量控制要求更高的水电加热环境中，水流量传感器有更强的优势。同时，由于PLC控制的方便性，水流量传感器的线形输出信号可以直接地接入PLC，甚至进得修正和补偿，可进行定量控制和开关电气。因此在一些相对要求更高的水控系统，水流量传感器的应用渐渐替代了水流开关，具备了水流开关的感应功能的同时还满足了水流量计量的要求。

水流开关的在一些简单的水控中仍然有很大的应用需求，无功耗是水流开关的一个特点，简单直接的开关式控制也让水流开关具有不可比拟的优点。以当下使用较多的干簧管式的水流开关为例，直接的开关信号输出，方便了很多开发设计和简单的水泵电气开关通断。

使用注意事项

1）当磁性材料或对传感器产生磁力的材料靠近传感器时，其特征可能有所变化。

2）为了避免颗粒、杂物进入传感器，在传感器的入水口必须安装过滤网。

3）水流量传感器的安装要避开有较强震动和摇晃的环境，以免影响传感器的测量精度。

结语

采用水流量传感器测量流量在强排式数码恒温燃气热水器中被大量应用的事实证明,采用水流量传感器具有结构简单、可靠性高、测量范围广等特点。如果能配合燃气比例阀的气量比例调节,就可以实现燃气热水器在燃烧过程的全自动控制。

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