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、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殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動環(huán)組成。使用水流開關方式時，其優(yōu)于機械式壓差盤結構，且尺寸明顯縮小。當水流通過渦輪開關殼，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定在0．01MPa，啟動水流量為3～5L／min(需滿足熱水器標準對zui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。當水通過渦輪開關殼推動磁性轉(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*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，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，結構較復雜，體積大，但控制電路簡單；后者是電氣式，結構相對簡單，體積小，但控制電路復雜。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用的事實證明，采用水流量傳感器具有結構簡單、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