水流量传感器的工作原理

1工作原理

水流量传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成(见图1)。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时,磁性转子转动,并且转速随着流量成线性变化。霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给控制器,由控制器判断水流量的大小,调节控制比例阀的电流,从而通过比例阀控制燃气气量,避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉的现象。水流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可靠、连接方便利启动流量超低(1.5L/min)等优点,深受广大用户喜爱。

水流转子组件主要由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。使用水流开关方式时,其性能优于机械式压差盘结构,且尺寸明显缩校当水流通过涡轮开关壳,推动磁性转子旋转,不同磁极靠近霍尔元件时霍尔元件导通,离开时霍尔元件断开。由此,可测量出转子转速。根据实测的水流量、转子转速和输出信号(电压)的曲线,便可确定出热水器的启动水压,以及启动水压相对应的启动水流量与转子的启动转速。由控制电路,便可实现当转子转速大于启动转速时热水器启动工作;在转速小于启动转速时,热水器停止工作。这样热水器启动水压一般设定在0.01MPa,启动水流量为3～5L/min(需满足热水器标准对最高温升的限制)。另外,由于水在永磁材料磁场切割下,变成磁化水,水中的含氧量增加,使人洗浴后感觉清爽。制动环的作用是停水时,制止高速旋转的磁性转子转动,终止脉冲信号输出。控制器接收不到脉冲信号,立即控制燃气比例阀关阀,切断气源,防止干烧。

2基本原理

水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件的正极串入负载电阻,同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时,产生不同磁极的旋转磁场,切割磁感应线,产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比,转子的转速又与水流量成正比,根据水流量的大小启动燃气热水器。其脉冲信号频率的经验公式见式(1)。

f=8.1q-3(1)

式中：f—脉冲信号频率,H2

q—水流量,L/min

由水流量传感器的反馈信号通过控制器判断水流量的值。根据燃气热水器机型的不同,选择最佳的启动流量,可实现超低压(0.02MPa以下)启动。

3水流量传感器与水气联动阀的比较

压差式水气联动阀的缺点是启动水压高,而要想降低启动水压就需要牺牲一定的稳流特性(水压波动时的流量稳定能力)。

为了能使两者兼顾,唯有加大水阀膜片,但这样随着阀体的增大成本会升高,且水流启动压力指标也不能做得太低。对水流量传感器,在出水端增加稳流组件,利用稳流。形圈的几何尺寸及物理性能,通过试验成功开发了适用于不同容量热水器的稳流组件,具有很好的稳流特性(进水压力在0.1～0.5MPa变化时,出水量变化在3L/min以内),保证进水压力变化时,保持流量在一定范围内,达到恒温效果。

比较压差式水气联动阀与水流量传感器,可以看出,前者是机械式,结构较复杂,体积大,但控制电路简单;后者是电气式,结构相对简单,体积小,但控制电路复杂。更为重要的是前者启动水压较高,水路系统阻力较大,不宜用在10L/min以上的大容量热水器AZ;而后者启动水压低,水路系统阻力小,在10L/min以上的大容量热水器上已普遍采用。

4结语

近年来,采用水流量传感器测量流量在强排式数码恒温燃气热水器中被大量应用的事实证明,采用水流量传感器具有结构简单、可靠性高、测量范围广等特点。如果能配合燃气比例阀的气量比例调节,就可以实现燃气热水器在燃烧过程的全自动控制。