水流量傳感器的應用

　　隨著人民生活水平的日益提高，燃氣熱水器的應用越來越普及。燃具的應用強調安全第一，關系到千家萬戶的生命和財產安全。1998年，湛江中信電磁閥有限公司利用霍爾效應研究開發了水流量傳感器系列產品。
　　1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，產生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖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。其脈沖信號頻率的經驗公式見式(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。
　　2工作原理
　　水流量傳感器主要由銅閥體、水流轉子組件、穩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。當水流過轉子組件時，磁性轉子轉動，并且轉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。水流量傳感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于啟動轉速時熱水器啟動工作；在轉速小于啟動轉速時，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。制動環的作用是停水時，制止高速旋轉的磁性轉子轉動，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。
　　3水流量傳感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。對水流量傳感器，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于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，保持流量在一定范圍內，達到恒溫效果。
　　比較壓差式水氣聯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。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；而后者啟動水壓低，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節，就可以實現燃氣熱水器在燃燒過程的全自動控制。