水流感測器

水流感測器是指通過對水流量的感應而輸出脈衝信號或電流、電壓等信號的水流量感應儀器，這種信號的輸出和水流量成一定的線性比例，有相應的換算公式和比較曲線，因此可做水控方面的管理和流量計算，在熱力方面配合換能器可測量一段時間介質能量的流失，如熱能表。水流感測器主要和控制晶片、單片機，甚至PLC配合使用。水流感測器具有流量控制準確，可以循環設定動作流量，水流顯示和流量累積計算的作用。

基本介紹

• 中文名：水流感測器
• 外文名：The flow sensor
• 輸出：脈衝信號或電流、電壓
• 分類：水流開關和用於測量具體介質流速
• 原理：信號輸出和水流量成線性比例

水流感測器的分類

根據感測器輸出功能的不同，一般分為水流開關和用於測量具體介質流速的水流感測器

水流開關

就是一塊像槳一樣的不鏽鋼薄板放在水管里,外面通機械傳動帶動一外開關,開關有2個觸點,一個常開一個常閉,水流流動時就會帶動開關動作。

熱水器水流感測器

水流感測器

水流量感測器主要由銅閥體、水流轉子組件、穩流組件和霍爾元件組成。它裝在熱水器的進水端用於測量進水流量。當水流過轉子組件時，磁性轉子轉動,並且轉速隨著流量成線性變化。本文主要介紹了水流量感測器怎樣進行工作，供大家參考。

水流感測器工作原理

設計原理

和空氣流速一樣，水流速度也可以通過孔板進行測量。然而，水流速的測量主要目的是用來確定熱量。市場上有許多種熱量表，可以測量流速，而原理各異。

如圖所示：

水流感測器設計原理示意圖

可通過孔板、葉輪、超音波、電磁方式測量液體流速。

水流感測器主要由銅閥體、水流轉子組件、穩流組件和霍爾元件組成。它裝在熱水器的進水端用於測量進水流量。當水流過轉子組件時，磁性轉子轉動,並且轉速隨著流量成線性變化。霍爾元件輸出相應的脈衝信號反饋給控制器，由控制器判斷水流量的大小，調節控制比例閥的電流，從而通過比例閥控制燃氣氣量，避免燃氣熱水器在使用過程中出現夏暖冬涼的現象。水流量感測器從根本上解決了壓差式水氣聯動閥啟動水壓高以及翻板式水閥易誤動作出現乾燒等缺點。它具有反映靈敏、壽命長、動作迅速、安全可靠、連線方便利啟動流量超低(1.5L/min)等優點,深受廣大用戶喜愛。

水流轉子組件主要由渦輪開關殼、磁性轉子、制動環組成。使用水流開關方式時,其性能優於機械式壓差盤結構，且尺寸明顯縮校當水流通過渦輪開關殼,推動磁性轉子旋轉，不同磁極靠近霍爾元件時霍爾元件導通，離開時霍爾元件斷開。由此,可測量出轉子轉速。根據實測的水流量、轉子轉速和輸出信號(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的啟動水流量與轉子的啟動轉速。由控制電路，便可實現當轉子轉速大於啟動轉速時熱水器啟動工作;在轉速小於啟動轉速時,熱水器停止工作。這樣熱水器啟動水壓一般設定在0.01MPa，啟動水流量為3～5L/min(需滿足熱水器標準對最高溫升的限制)。另外，由於水在永磁材料磁場切割下，變成磁化水,水中的含氧量增加,使人洗浴後感覺清爽。制動環的作用是停水時，制止高速旋轉的磁性轉子轉動，終止脈衝信號輸出。控制器接收不到脈衝信號，立即控制燃氣比例閥關閥，切斷氣源，防止乾燒。

通過霍爾效應測量介質流速

利用霍爾元件的霍爾效應來測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負載電阻,同時通上5V的直流電壓並使電流方向與磁場方向正交。當水通過渦輪開關殼推動磁性轉子轉動時,產生不同磁極的旋轉磁場,切割磁感應線,產生高低脈衝電平。由於霍爾元件的輸出脈衝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燃氣熱水器。其脈衝信號頻率的經驗公式見式(1)。
f=8.1q-3(1)
式中：f—脈衝信號頻率,H2
q—水流量,L/min
由水流量感測器的反饋信號通過控制器判斷水流量的值。根據燃氣熱水器機型的不同,選擇最佳的啟動流量,可實現超低壓(0.02MPa以下)啟動。

水流量感測器與水氣聯動閥的比較

壓差式水氣聯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流特性(水壓波動時的流量穩定能力)。

為了能使兩者兼顧,唯有加大水閥膜片,但這樣隨著閥體的增大成本會升高,且水流啟動壓力指標也不能做得太低。對水流量感測器,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,通過試驗成功開發了適用於不同容量熱水器的穩流組件,具有很好的穩流特性(進水壓力在0.1～0.5MPa變化時,出水量變化在3L/min以內),保證進水壓力變化時,保持流量在一定範圍內,達到恆溫效果。

比較壓差式水氣聯動閥與水流量感測器,可以看出,前者是機械式,結構較複雜,體積大,但控制電路簡單;後者是電氣式,結構相對簡單,體積小,但控制電路複雜。更為重要的是前者啟動水壓較高,水路系統阻力較大,不宜用在10L/min以上的大容量熱水器AZ;而後者啟動水壓低,水路系統阻力小,在10L/min以上的大容量熱水器上已普遍採用。

水控系統中的套用選擇

在要求更為精確水控系統中，水流量感測器用起來會更有效更直觀。以脈衝信號輸出的水流量感測器為例，在IC水錶和流量控制要求更高的水電加熱環境中，水流量感測器有更強的優勢。同時，由於PLC控制的方便性，水流量感測器的線形輸出信號可以直接地接入PLC，甚至進得修正和補償，可進行定量控制和開關電氣。因此在一些相對要求更高的水控系統，水流量感測器的套用漸漸替代了水流開關，具備了水流開關的感應功能的同時還滿足了水流量計量的要求。

水流開關的在一些簡單的水控中仍然有很大的套用需求，無功耗是水流開關的一個特點，簡單直接的開關式控制也讓水流開關具有不可比擬的優點。以當下使用較多的乾簧管式的水流開關為例，直接的開關信號輸出，方便了很多開發設計和簡單的水泵電氣開關通斷。

使用注意事項

1）當磁性材料或對感測器產生磁力的材料靠近感測器時，其特徵可能有所變化。

2）為了避免顆粒、雜物進入感測器，在感測器的入水口必須安裝過濾網。

3）水流量感測器的安裝要避開有較強震動和搖晃的環境，以免影響感測器的測量精度。

結語

採用水流量感測器測量流量在強排式數碼恆溫燃氣熱水器中被大量套用的事實證明,採用水流量感測器具有結構簡單、可靠性高、測量範圍廣等特點。如果能配合燃氣比例閥的氣量比例調節,就可以實現燃氣熱水器在燃燒過程的全自動控制。