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水流量传感器（霍尔）的工作原理

saier水流传感器

2019-12-13 16:15:55

18730 传感器

水流量传感器（霍尔）的工作原理

关键词：水流传感器，流量开关，霍尔水流开关，

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水流量传感器(赛盛尔）主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔传感器组成。它装在热水器的进水端用于检测进水流量的大小及通断。当水流通过水流转子组件时，磁性转子转动并且转速随着流量的变化而成线性变化。霍尔传感器（霍尔元件采样）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进行调控比例阀电流大小，从而通过比例阀控制气量大小，避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉现象。该产品从根本上解决了压差式水阀启动水压高、翻板式水阀易误动作产生干烧（干簧管老化或磁化）等缺点。由于水流量传感器具有反应灵敏、寿命长、动作迅速、工作可靠、连接方便、超低流量启动（1.5L/min）等优点，被广大用户及消费者广泛接受。下面总结一下我在这方面所作的一些研究、试验和设计。
1、水流转子组件主要由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。试验表明，使用水流开关方式时，其性能优于机械式压差盘结构，且尺寸明显缩小。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（水流速度）。根据实测的水流量——转子转速——输出信号（电压）的曲线，便可确定出热水器的启动水压，以及与此启动水压相对应的启动水量与转子转速n。由控制电路，便可实现转子转速＞设定转速n时热水器启动工作，在转速＜n时，热水器停止工作。这样热水器启动水压一般设定在0.0lMpa，启动水量为3L~5L/min（须满足热水器标准对最高温升的限制）。制动环的作用是停水时克服磁性转子惯性，使高速旋转的磁性转子快速停止，终止脉冲信号输出，控制器接收不到脉冲信号，立即指令燃气开关比例阀关阀，切断气源，有效降低停水温升。
2、霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应原理来直接或间接检测磁性物理量，当它被置于磁场强度为B的磁场时，且给霍尔元件正极串入负载电阻，同时通入控制电压DC5V，使电流方向与磁场方向正交。这样，当水通过涡轮开关壳时，推动磁性转子转动，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁力线，产生高低脉；中电平、再利用霍尔元件进行隔离检测。由于霍尔元件的输出脉冲信号与磁性转子的转速成正比关系，转子的转速又与水流量大小成正比关系，使燃气热水器的启动与水流量大小有关。其流量脉冲特性计算公式为：脉冲f(Hz)=8.1x流量Q(L/min)-3。霍尔传感器反馈信号给控制器判断出水流量的大小，并可以根据燃气热水器机型不同，选择最佳的启动流量，实现超低压（0.02MPa以下）启动。
3、目前，机械调节式燃气热水器大多数还是采用压差式水阀作水流判断控制，其缺点是启动水压高，而要想降低启动水压就需要牺牲一定的性（水压波动时的流量稳定稳流特能力）。为了能使两者兼顾，唯有加大水网膜片，但这样随着水阀体的增大而成本升高，且水流启动压力指标也不能做得太低。为此，我们在水流量传感器出水端增加了稳流组件，利用稳流O形圈的几何尺寸及物理指标，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（进水压力从0.1MPa变化到0.5MPa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，从而达到恒温效果。
比较压差式水气联动阀与脉冲式水流量传感器，可以看到，前者是机械式，结构复杂，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，但控制电路复杂一些。更为重要的是前者启动水压较高，水路系统阻力较大，体积大，不宜用在10L/min以上的大容量热水器上。而后者启动水压低，水路系统阻力小，体积小，在10L/min以上的大容量热水器上已普遍采用。近年来，脉冲式水流量传感器检测流量在数码恒温燃气热水器中大量应用的事实证明，采用水流量传感器检测水流量作为燃气热水器的开关及流量检测，具有结构简单、可靠性高、检测范围宽等特点，配合我公司自行研制开发的燃气比例阀的气量比例调节，真正实现燃气热水器在燃烧过程的全自动控制。

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