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(jiàn)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(guò)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(guò)比例閥控制燃?xì)鈿饬浚苊馊細(xì)鉄崴髟谑褂眠^(guò)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、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(ài)。

　　水流轉(zhuǎn)子組件主要由渦輪開(kāi)關(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動(dòng)環(huán)組成。使用水流開(kāi)關(guān)方式時(shí)，其優(yōu)于機(jī)械式壓差盤(pán)結(jié)構(gòu)，且尺寸明顯縮小。當(dāng)水流通過(guò)渦輪開(kāi)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(kāi)時(shí)霍爾元件斷開(kāi)。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)zui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(zhuǎn)的磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，終止脈沖信號(hào)輸出。控制器接收不到脈沖信號(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(lái)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(guò)渦輪開(kāi)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鳌Ｆ涿}沖信號(hào)頻率的經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)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(guò)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*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，通過(guò)試驗(yàn)成功開(kāi)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。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(yǔ)

　　近年來(lái)，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^(guò)程的全自動(dòng)控制