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)。它裝在熱水器的進水端用于測量進水流量。當(dāng)水流過轉(zhuǎn)子組件時,磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,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氣氣量,避免燃氣熱水器在使用過程中出現(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)動閥啟動水壓高以及翻板式水閥易誤動作出現(xiàn)干燒等缺點。它具有反映靈敏、壽命長、動作迅速、安全可靠、連接方便利啟動流量超低(1.5L/min)等優(yōu)點,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、制動環(huán)組成。使用水流開關(guān)方式時,其性能優(yōu)于機械式壓差盤結(jié)構(gòu),且尺寸明顯縮校當(dāng)水流通過渦輪開關(guān)殼,推動磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),不同磁極靠近霍爾元件時霍爾元件導(dǎo)通,離開時霍爾元件斷開。由此,可測量出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。根據(jù)實測的水流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和輸出信號(電壓)的曲線,便可確定出熱水器的啟動水壓,以及啟動水壓相對應(yīng)的啟動水流量與轉(zhuǎn)子的啟動轉(zhuǎn)速。由控制電路,便可實現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于啟動轉(zhuǎn)速時熱水器啟動工作;在轉(zhuǎn)速小于啟動轉(zhuǎn)速時,熱水器停止工作。這樣熱水器啟動水壓一般設(shè)定在0.01MPa,啟動水流量為3～5L/min(需滿足熱水器標(biāo)準(zhǔn)對最高溫升的限制)。另外,由于水在永磁材料磁場切割下,變成磁化水,水中的含氧量增加,使人洗浴后感覺清爽。制動環(huán)的作用是停水時,制止高速旋轉(zhuǎn)的磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,終止脈沖信號輸出。控制器接收不到脈沖信號,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(yīng)來測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負載電阻,同時通上5V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場,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)水流量的大小啟動燃氣熱水器。其脈沖信號頻率的經(jīng)驗公式見式(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控制器判斷水流量的值。根據(jù)燃氣熱水器機型的不同,選擇最佳的啟動流量,可實現(xiàn)超低壓(0.02MPa以下)啟動。

3水流量傳感器與水氣聯(lián)動閥的比較

壓差式水氣聯(lián)動閥的缺點是啟動水壓高,而要想降低啟動水壓就需要犧牲一定的穩(wěn)流特性(水壓波動時的流量穩(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升高,且水流啟動壓力指標(biāo)也不能做得太低。對水流量傳感器,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(進水壓力在0.1～0.5MPa變化時,出水量變化在3L/min以內(nèi)),保證進水壓力變化時,保持流量在一定范圍內(nèi),達到恒溫效果。

比較壓差式水氣聯(lián)動閥與水流量傳感器,可以看出,前者是機械式,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,體積大,但控制電路簡單;后者是電氣式,結(jié)構(gòu)相對簡單,體積小,但控制電路復(fù)雜。更為重要的是前者啟動水壓較高,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量流量在強排式數(shù)碼恒溫燃氣熱水器中被大量應(yīng)用的事實證明,采用水流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、測量范圍廣等特點。如果能配合燃氣比例閥的氣量比例調(diào)節(jié),就可以實現(xiàn)燃氣熱水器在燃燒過程的全自動控制。