水流霍爾傳感器：水流傳感器

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水流傳感器
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
水流傳感器是指通過對水流量的感應而輸出脈沖信號或電流、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(zhì)能量的流失，如熱能表。水流傳感器主要和控制芯片、單片機，甚至PLC配合使用。水流傳感器具有流量控制準確，可以循環(huán)設定動作流量，水流顯示和流量累積計算的作用。
中文名
水流傳感器
外文名
The flow sensor
輸    出
脈沖信號或電流、電壓
分    類
水流開關(guān)和用于測量具體介質(zhì)流速
原    理
信號輸出和水流量成線性比例
目錄
1
水流傳感器的分類
?
水流開關(guān)
?
水流傳感器
2
水流傳感器工作原理
?
設計原理
?
通過霍爾效應測量介質(zhì)流速
3
水流量傳感器與水氣聯(lián)動閥的比較
4
水控系統(tǒng)中的應用選擇
5
使用注意事項
6
結(jié)語
水流傳感器水流傳感器的分類
語音
根據(jù)傳感器輸出功能的不同，一般分為水流開關(guān)和用于測量具體介質(zhì)流速的水流傳感器
水流傳感器水流開關(guān)
熱水器水流傳感器
就是一塊像槳一樣的不銹鋼薄板放在水管里,外面通機械傳動帶動一外開關(guān),開關(guān)有2個觸點,一個常開一個常閉,水流流動時就會帶動開關(guān)動作。
水流傳感器水流傳感器
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。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。本文主要介紹了水流量傳感器怎樣進行工作，供大家參考。
水流傳感器水流傳感器工作原理
語音
水流傳感器設計原理
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：
水流傳感器設計原理示意圖
可通過孔板、葉輪、超聲波、電磁方式測量液體流速。水流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。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、安全可靠、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。
[1]
水流轉(zhuǎn)子組件主要由渦輪開關(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動環(huán)組成。使用水流開關(guān)方式時,其性能優(yōu)于機械式壓差盤結(jié)構(gòu)，且尺寸明顯縮校當水流通過渦輪開關(guān)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(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(guān)閥，切斷氣源，防止干燒。
[1]
水流傳感器通過霍爾效應測量介質(zhì)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的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。當水通過渦輪開關(guān)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,H2q—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,選擇最佳的啟動流量,可實現(xiàn)超低壓(0.02MPa以下)啟動。
水流傳感器水流量傳感器與水氣聯(lián)動閥的比較
語音
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性能,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(jié)構(gòu)較復雜,體積大,但控制電路簡單;后者是電氣式,結(jié)構(gòu)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(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。
水流傳感器水控系統(tǒng)中的應用選擇
語音
在要求更為精確水控系統(tǒng)中，水流量傳感器用起來會更有效更直觀。以脈沖信號輸出的水流量傳感器為例，在IC水表和流量控制要求更高的水電加熱環(huán)境中，水流量傳感器有更強的優(yōu)勢。同時，由于PLC控制的方便性，水流量傳感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(guān)電氣。因此在一些相對要求更高的水控系統(tǒng)，水流量傳感器的應用漸漸替代了水流開關(guān)，具備了水流開關(guān)的感應功能的同時還滿足了水流量計量的要求。
[2]
水流開關(guān)的在一些簡單的水控中仍然有很大的應用需求，無功耗是水流開關(guān)的一個特點，簡單直接的開關(guān)式控制也讓水流開關(guān)具有不可比擬的優(yōu)點。以當下使用較多的干簧管式的水流開關(guān)為例，直接的開關(guān)信號輸出，方便了很多開發(fā)設計和簡單的水泵電氣開關(guān)通斷。
[2]
水流傳感器使用注意事項
語音
1）當磁性材料或?qū)鞲衅鳟a(chǎn)生磁力的材料靠近傳感器時，其特征可能有所變化。2）為了避免顆粒、雜物進入傳感器，在傳感器的入水口必須安裝過濾網(wǎng)。3）水流量傳感器的安裝要避開有較強震動和搖晃的環(huán)境，以免影響傳感器的測量精度。
[2]
水流傳感器結(jié)語
語音
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(jié)構(gòu)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。
詞條圖冊
更多圖冊
參考資料
1.

水流傳感器是如何工作的
．百度經(jīng)驗．2012-11[引用日期2015-02-06]
2.

水流量傳感器和水流開關(guān)的原理區(qū)別和選型應用
．百度文庫．2012-04[引用日期2015-02-06]

水流霍爾傳感器：水流傳感器的基本原理

水流傳感器的基本原理
?
水流傳感器是工業(yè)生成中不可缺少的工控產(chǎn)品，
此外傳感器系列除了水流傳感器外，
還
有水位傳感器、
糾偏傳感器等，
這些傳感器都是工控行業(yè)的功臣，
與張力控制器、
全自動張
力控制器、
測控模塊、糾偏設備等工控產(chǎn)品雖然用途各有不同，功能也有大小，但是都是工
控行業(yè)生產(chǎn)缺一不可的產(chǎn)品。

?
近年來，
水流傳感器在工控行業(yè)的應用實踐表明，
水流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、
可靠性高、
測量范圍廣等特點。那么水流傳感器是依靠哪些基本原理來實現(xiàn)其具體工作的呢？
?
水流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(guān)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)驗公式為：
f=8
．
1q-3?
。其中：
f
指的是脈
沖信號頻率，
H2
；
q
—水流量，
L
／
min
。由水流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，選擇最佳的啟動流量，可實現(xiàn)超低壓
(0
．
02MPa
以下
)
啟
動。
?
水流傳感器、水位傳感器、糾偏傳感器以及張力控制器、
測控模塊等工控產(chǎn)品，雖然對
普通人來說非常陌生，但是卻在時時刻刻服務著我們的日常生產(chǎn)生活。
?

水流霍爾傳感器：水流量傳感器（霍爾）的工作原理

水流量傳感器（霍爾）的工作原理關(guān)鍵詞：水流傳感器，流量開關(guān)，霍爾水流開關(guān)，來源：水流量傳感器(賽盛爾）主要由銅閥體、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾傳感器組成。它裝在熱水器的進水端用于檢測進水流量的大小及通斷。當水流通過水流轉(zhuǎn)子組件時，磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并且轉(zhuǎn)速隨著流量的變化而成線性變化。霍爾傳感器（霍爾元件采樣）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進行調(diào)控比例閥電流大小，從而通過比例閥控制氣量大小，避免燃氣熱水器在使用過程中出現(xiàn)夏暖冬涼現(xiàn)象。該產(chǎn)品從根本上解決了壓差式水閥啟動水壓高、翻板式水閥易誤動作產(chǎn)生干燒（干簧管老化或磁化）等缺點。由于水流量傳感器具有反應靈敏、壽命長、動作迅速、工作可靠、連接方便、超低流量啟動（1.5L/min）等優(yōu)點，被廣大用戶及消費者廣泛接受。下面總結(jié)一下我在這方面所作的一些研究、試驗和設計。
1、水流轉(zhuǎn)子組件主要由渦輪開關(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動環(huán)組成。試驗表明，使用水流開關(guān)方式時，其性能優(yōu)于機械式壓差盤結(jié)構(gòu)，且尺寸明顯縮小。當水流通過渦輪開關(guān)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（水流速度）。根據(jù)實測的水流量——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速——輸出信號（電壓）的曲線，便可確定出熱水器的啟動水壓，以及與此啟動水壓相對應的啟動水量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n。由控制電路，便可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速＞設定轉(zhuǎn)速n時熱水器啟動工作，在轉(zhuǎn)速＜n時，熱水器停止工作。這樣熱水器啟動水壓一般設定在0.0lMpa，啟動水量為3L~5L/min（須滿足熱水器標準對最高溫升的限制）。制動環(huán)的作用是停水時克服磁性轉(zhuǎn)子慣性，使高速旋轉(zhuǎn)的磁性轉(zhuǎn)子快速停止，終止脈沖信號輸出，控制器接收不到脈沖信號，立即指令燃氣開關(guān)比例閥關(guān)閥，切斷氣源，有效降低停水溫升。
2、霍爾傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應原理來直接或間接檢測磁性物理量，當它被置于磁場強度為B的磁場時，且給霍爾元件正極串入負載電阻，同時通入控制電壓DC5V，使電流方向與磁場方向正交。這樣，當水通過渦輪開關(guān)殼時，推動磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，切割磁力線，產(chǎn)生高低脈；中電平、再利用霍爾元件進行隔離檢測。由于霍爾元件的輸出脈沖信號與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量大小成正比關(guān)系，使燃氣熱水器的啟動與水流量大小有關(guān)。其流量脈沖特性計算公式為：脈沖f(Hz)=8.1x流量Q(L/min)-3。霍爾傳感器反饋信號給控制器判斷出水流量的大小，并可以根據(jù)燃氣熱水器機型不同，選擇最佳的啟動流量，實現(xiàn)超低壓（0.02MPa以下）啟動。
3、目前，機械調(diào)節(jié)式燃氣熱水器大多數(shù)還是采用壓差式水閥作水流判斷控制，其缺點是啟動水壓高，而要想降低啟動水壓就需要犧牲一定的性（水壓波動時的流量穩(wěn)定穩(wěn)流特能力）。為了能使兩者兼顧，唯有加大水網(wǎng)膜片，但這樣隨著水閥體的增大而成本升高，且水流啟動壓力指標也不能做得太低。為此，我們在水流量傳感器出水端增加了穩(wěn)流組件，利用穩(wěn)流O形圈的幾何尺寸及物理指標，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（進水壓力從0.1MPa變化到0.5MPa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)，從而達到恒溫效果。
比較壓差式水氣聯(lián)動閥與脈沖式水流量傳感器，可以看到，前者是機械式，結(jié)構(gòu)復雜，體積大，但控制電路簡單；后者是電氣式，結(jié)構(gòu)相對簡單，體積小，但控制電路復雜一些。更為重要的是前者啟動水壓較高，水路系統(tǒng)阻力較大，體積大，不宜用在10L/min以上的大容量熱水器上。而后者啟動水壓低，水路系統(tǒng)阻力小，體積小，在10L/min以上的大容量熱水器上已普遍采用。近年來，脈沖式水流量傳感器檢測流量在數(shù)碼恒溫燃氣熱水器中大量應用的事實證明，采用水流量傳感器檢測水流量作為燃氣熱水器的開關(guān)及流量檢測，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、檢測范圍寬等特點，配合我公司自行研制開發(fā)的燃氣比例閥的氣量比例調(diào)節(jié)，真正實現(xiàn)燃氣熱水器在燃燒過程的全自動控制。     以上資料由佛山市順德區(qū)賽盛爾電子科技有限公司提供，請勿轉(zhuǎn)錄。

水流霍爾傳感器：霍爾水流量傳感器工作原理

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(guān)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，選擇最佳的啟動流量，可實現(xiàn)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(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成。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、安全可靠、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(guān)殼、磁性轉(zhuǎn)子、制動環(huán)組成。使用水流開關(guān)方式時，其性能優(yōu)于機械式壓差盤結(jié)構(gòu)，且尺寸明顯縮小。當水流通過渦輪開關(guān)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(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(guān)閥，切斷氣源，防止干燒壓力傳感器。
　　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性能，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(jié)構(gòu)較復雜，體積大，但控制電路簡單；后者是電氣式，結(jié)構(gòu)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(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(jié)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(jié)構(gòu)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。

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