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、水流轉子組件、穩流組件和霍爾元件組成(見(jiàn)圖1)。它裝在熱水器的進(jìn)水端用于測量進(jìn)水流量。當水流過(guò)轉子組件時(shí),磁性轉子轉動(dòng),并且轉速隨著(zhù)流量成線(xiàn)性變化?；魻栐敵鱿鄳拿}沖信號反饋給控制器,由控制器判斷水流量的大小,調節控制比例閥的電流,從而通過(guò)比例閥控制燃氣氣量,避免燃氣熱水器在使用過(guò)程中出現夏暖冬涼的現象。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)作出現干燒等缺點(diǎn)。它具有反映靈敏、壽命長(cháng)、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(hù)喜愛(ài)。

水流轉子組件主要由渦輪開(kāi)關(guān)殼、磁性轉子、制動(dòng)環(huán)組成。使用水流開(kāi)關(guān)方式時(shí),其性能優(yōu)于機械式壓差盤(pán)結構,且尺寸明顯縮校當水流通過(guò)渦輪開(kāi)關(guān)殼,推動(dòng)磁性轉子旋轉,不同磁極靠近霍爾元件時(shí)霍爾元件導通,離開(kāi)時(shí)霍爾元件斷開(kāi)。由此,可測量出轉子轉速。根據實(shí)測的水流量、轉子轉速和輸出信號(電壓)的曲線(xiàn),便可確定出熱水器的啟動(dòng)水壓,以及啟動(dòng)水壓相對應的啟動(dòng)水流量與轉子的啟動(dòng)轉速。由控制電路,便可實(shí)現當轉子轉速大于啟動(dòng)轉速時(shí)熱水器啟動(dòng)工作;在轉速小于啟動(dòng)轉速時(shí),熱水器停止工作。這樣熱水器啟動(dòng)水壓一般設定在0.01MPa,啟動(dòng)水流量為3～5L/min(需滿(mǎn)足熱水器標準對最高溫升的限制)。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(jué)清爽。制動(dòng)環(huán)的作用是停水時(shí),制止高速旋轉的磁性轉子轉動(dòng),終止脈沖信號輸出?？刂破鹘邮詹坏矫}沖信號,立即控制燃氣比例閥關(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來(lái)測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負載電阻,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。當水通過(guò)渦輪開(kāi)關(guān)殼推動(dòng)磁性轉子轉動(dòng)時(shí),產(chǎn)生不同磁極的旋轉磁場(chǎng),切割磁感應線(xiàn),產(chǎn)生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉子的轉速成正比,轉子的轉速又與水流量成正比,根據水流量的大小啟動(dòng)燃氣熱水器。其脈沖信號頻率的經(jīng)驗公式見(jiàn)式(1)。

f=8.1q-3(1)

式中：f—脈沖信號頻率,H2

q—水流量,L/min

由水流量傳感器的反饋信號通過(guò)控制器判斷水流量的值。根據燃氣熱水器機型的不同,選擇最佳的啟動(dòng)流量,可實(shí)現超低壓(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流特性(水壓波動(dòng)時(shí)的流量穩定能力)。

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

比較壓差式水氣聯(lián)動(dòng)閥與水流量傳感器,可以看出,前者是機械式,結構較復雜,體積大,但控制電路簡(jiǎn)單;后者是電氣式,結構相對簡(jiǎn)單,體積小,但控制電路復雜。更為重要的是前者啟動(dòng)水壓較高,水路系統阻力較大,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,水路系統阻力小,在10L/min以上的大容量熱水器上已普遍采用。

4結語(yǔ)

近年來(lái),采用水流量傳感器測量流量在強排式數碼恒溫燃氣熱水器中被大量應用的事實(shí)證明,采用水流量傳感器具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高、測量范圍廣等特點(diǎn)。如果能配合燃氣比例閥的氣量比例調節,就可以實(shí)現燃氣熱水器在燃燒過(guò)程的全自動(dòng)控制。