CN102506945B - 轴流阻抗式水流量传感器 - Google Patents
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Abstract
一种轴流阻抗式水流量传感器由水轮、旋流器、金属检测针及检测电路组成，旋流器装在水管进水侧，水管出水侧装有支架，水轮活动装在支架与旋流器之间，水轮内装有至少两片等分布置的叶片，水轮转轴上下端部通过轴承分别与支架中心、旋流器中心固定连接，在与水轮对应的水管壁装有一根金属检测针，其一端面位于水管内壁面上，其另一端与检测电路信号输入端相连接。本轴流阻抗式水流量传感器能精确地检测水流量而不受水质及水中杂物影响，而且其水轮轴与轴承之间磨损小，水轮惯性小，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及水流量传感器技术领域，特别涉及一种轴流阻抗式水流量传感器。
背景技术
目前用于快速式燃气热水器上对水流量进行检测的水流量传感器，主要有轴流式与侧流式两种，它们都是利用水推动叶轮转动而改变与之随动的磁铁位置，霍尔元件根据磁铁极性变化所产生的脉冲信号而检测出水流量。
轴流式水流量传感器是在进水口设置有由多片涡轮状固定叶片组成的旋流器，把经过旋流器的单向流动的水流变成旋流，带动水轮的磁性叶片旋转，霍尔元件根据磁性叶片磁极性的变化发出脉冲信号而检测到水流量。该水流量传感器的优点是水流量与磁性叶片转速线性关系好，转速平稳；叶轮径向受力均匀，只受水流的轴向推力，因而在长期使用后，叶轮轴与轴承之间径向磨损小，而轴向磨损会由于叶轮转轴在上轴承处留有足够的磨损余量而不会对工作带来不良影响，因而使用寿命长，工作稳定。但其缺点是磁性水轮会把自来水中的铁质吸附，即使在进水口中安装高强度的磁铁，试图清除水中的铁磁杂质，但长期工作后，磁性水轮仍会吸附住大量铁质而卡死水轮，使之不能顺畅运转。同时，由于磁性水轮的叶片厚度必需在2mm以上，工作过程中水对水轮的轴向冲击力相对较大。
侧流式水流量传感器是在水轮叶片的一侧设有进出水通道，水轮在水流的冲击下转动。利用水轮带动位于水轮轴另一侧与水轮隔离的磁铁转动，霍尔元件根据与水轮同步转动的磁铁极性变化去检测水流量。其优点是磁铁可以与水轮及水通道隔离，但水轮转速与水流量之间的线性关系不够好，影响其检测精度，而且由于水轮叶片受水流单侧推动，水轮轴与轴承受水轮径向力的影响较大而容易发生磨损，缩短了工作寿命。
以上两种水流量传感器的水轮都会因磁铁的存在而增大质量，使其惯性加大，降低了对水流量瞬间变化的反应速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不用磁铁及霍尔元件作为信号检测器件检测水流量的轴流阻抗式水流量传感器，它能精确地检测水流量而不受水质及水中杂物的影响，而且其水轮轴与轴承之间磨损小，水轮惯性小，成本低。
本发明所提出的技术解决方案是这样的：
一种轴流阻抗式水流量传感器，安装在有流体的水管内，该轴流阻抗式水流量传感器由水轮、旋流器、金属检测针及检测电路组成，所述旋流器装在水管进水侧，在水管出水侧装有支架，水轮活动装在支架与旋流器之间，所述水轮设有至少两片等分布置的叶片，水轮的转轴上、下端部通过轴承分别与支架中心和旋流器中心固定连接，在与水轮对应的水管壁装有一根金属检测针，该金属检测针一端面位于水管内壁面上，其另一端与检测电路信号输入端相连接。
所述水轮转轴中轴线、旋流器中轴线和支架中轴线与所述水管中轴线重合。
所述水轮叶片片数为2—20片。所述水轮叶片中部开有凹槽。所述水轮叶片的径向外端面为圆弧面，该圆弧面与所述水管内壁圆弧面之间的间隙为0.2—2mm，所述水轮叶片的厚度为0.5—1.5mm。
所述检测电路主要由振荡电路、分压器、检波比较电路组成，所述分压器由金属检测针与水轮叶片之间的水电阻和分压电阻组成，输出频率为3KHZ—50KHZ的振荡电路输出端与分压器的分压电阻一端相连接，分压器中点与所述检波比较电路输入端相连接，在分压电阻与金属检测针之间接有隔直电容。
所述旋流器内设有一组等分布置的涡轮状叶片。所述水管、水轮采用塑料绝缘材料制造。
当水轮叶片的径向外圆孤面转动至金属检测针所对应的位置时，该间隙的水阻抗最大，随着叶片转动逐渐离开金属检测针，则检测针与该叶片之间的水阻抗逐渐减少，当检测针处于相邻两片叶片之间时，其水阻抗最小。所以，当水轮转动时，每转过一片叶片，则其水的阻抗就会出现一次从大变小再变大的过程。上述水阻抗的变化过程完全反映在分压器的节点上的分压电压变化上，此电压变化量输入检波比较电路处理后，就可以得到对应的电脉冲信号。
为了防止金属检测针出现电化学腐蚀，振荡电路输出3KHZ～50KHZ的振荡信号再经过隔直电容把振荡信号传至金属检测针，使金属检测针对水无直流分量流过，金属检测针不会发生电化学腐蚀。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
（1）、本发明水轮叶片厚度远小于前述轴流式水流量传感器的水轮叶片厚度，且叶片中间部分挖空，故水轮轴向阻力小、质量小、惯性小，水流量与水轮转速之间的线性度更好，工作稳定，水轮转轴与轴承的磨损小，工作寿命长，避免了侧流式水流量传感器水轮转轴与轴承之间由于受水的径向冲力造成轴承容易磨损以及水流量与水轮转速的线性度不够好的缺点。
（2）由于本发明不采用磁铁与霍尔元件作为信号检测器件检测水流量，这样，既节省了成本，又可以避免磁铁吸附水中铁质杂物，检测过程不受水质及水中杂物的影响。由于水轮由塑料制成，故质量小、惯性小，灵敏度高。
本发明适用于检测水管中水流量，特别适合于恒温型快速燃气热水器中用于水流量的精确检测。
附图说明
图1是本发明一个实施例的轴流阻抗式水流量传感器的结构示意图。
图2是图1的A—A剖视示意图。
具体实施方式
通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
参见图1、图2所示，一种安装在塑料水管1内的轴流抗阻式水流量传感器由水轮3、旋流器4、金属检测针7及检测电路组成。旋流器4固装在绝缘塑料水管1内进水侧5，在水管1出水侧6固装有支架2，水轮3安装在支架2与旋流器4之间，水轮3设有三片等分布置的叶片3—2，水轮3的转轴上端部3—1通过上轴承2—1与支架2中心固定连接，转轴下端部3—4通过下轴承4—2与旋流器4中心固定连接，水轮3转轴中轴线、旋流器4中轴线和支架2中轴线与水管1中轴线重合。在与水轮叶片3—2中部对应的水管1管壁装有一根金属检测针7，该金属检测针7一端面位于水管1内壁面上，其另一端与检测电路信号输入端相连接。
所述水轮3的叶片数为2—20片，均为等分布排，本实施例为3片。为了减轻其质量，水轮3用塑料制造，并将每片叶片3—2的中间部分挖空成凹槽，以减少惯性、提高灵敏度、降低成本。所述水轮叶片3—2的径向外端面为圆弧面3—3，该圆弧面3—3与塑料绝缘水管1内壁圆弧面之间的间隙为0.2—2mm，本实施例为0.6mm，水轮叶片3—2的厚度为0.5—1.5mm，本实施例为0.8mm。所述旋流器4内装有一组等分布排的涡轮状叶片4—1。
所述检测电路主要由振荡电路8、分压器、检波比较电路11组成。分压器由金属检测针7与水轮叶片3—2之间的水阻抗和分压电阻9组成，振荡电路8输出的30KHZ振荡信号输入至分压电阻9，分压器的节点a通过隔直电容10与金属检测针7外端连接，检波比较电路11输入端与节点a连接。分压电阻9的阻值选用75KΩ，检测电路与绝缘水管1内的水公共接地。
工作时，当水从绝缘水管1进入侧5流入时，经旋流器4绕轴心旋转流动，带动水轮3转动，水轮3的叶片3—2经过金属检测针7之前之后，金属检测针7与叶片3—2之间水阻抗会发生明显的周期性变化，这种变化反映在分压器的节点a电压变化上，这样，经检波比较电路11处理后输出反应水轮3转动状况的脉冲信号，该脉冲信号频率与水管1内的水流量成正比。
Claims (8)
1.一种轴流阻抗式水流量传感器，安装在有流体的水管内，其特征在于：该轴流阻抗式水流量传感器由水轮、旋流器、金属检测针及检测电路组成，所述旋流器装在水管进水侧，在水管出水侧装有支架，水轮活动装在支架与旋流器之间，所述水轮设有至少两片等分布置的叶片，水轮的转轴上、下端部通过轴承分别与支架中心和旋流器中心固定连接，在与水轮对应的水管壁装有一根金属检测针，该金属检测针一端面位于水管内壁面上，其另一端与检测电路信号输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的轴流阻抗式水流量传感器，其特征在于：所述水轮转轴中轴线、旋流器中轴线和支架中轴线与所述水管中轴线重合。
3.根据权利要求1所述的轴流阻抗式水流量传感器，其特征在于：所述水轮叶片片数为2—20片。
4.根据权利要求1或3所述的轴流阻抗式水流量传感器，其特征在于：所述水轮叶片中部开有凹槽。
5.根据权利要求1所述的轴流阻抗式水流量传感器，其特征在于：所述水轮叶片的径向外端面为圆弧面，该圆弧面与所述水管内壁圆弧面之间的间隙为0.2—2mm，所述水轮叶片的厚度为0.5—1.5mm。
6.根据权利要求1所述的轴流阻抗式水流量传感器，其特征在于：所述检测电路主要由振荡电路、分压器、检波比较电路组成，所述分压器由金属检测针与水轮叶片之间的水电阻和分压电阻组成，输出频率为3KHZ—50KHZ的振荡电路输出端与分压器的分压电阻一端相连接，分压器中点与所述检波比较电路输入端相连接，在分压电阻与金属检测针之间接有隔直电容。
7.根据权利要求1所述的轴流抗式水流量传感器，其特征在于：所述旋流器内设有一组等分布置的涡轮状叶片。
8.根据权利要求1所述的轴流阻抗式水流量传感器，其特征在于：所述水管、水轮采用塑料绝缘材料制造。
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