CN2426138Y - 用于太阳能热水器的单叶轮流量传感器和溢水传感器 - Google Patents

Abstract

一种采用叶轮原理的流量传感器和溢水传感器。其结构是在一个两侧开口的圆柱型腔体中安装一个带磁铁的旋转叶轮,腔体外壁装有2个磁敏元件。当水经端口流过腔体时,磁敏元件先后感应出2个脉冲。根据脉冲的先后关系可判知水流的方向并准确计量流量。同样的结构只安装一个磁敏元件时,变成可判断水流有无的溢水传感器。最后将两个相同结构的传感器对接组装成一体。具有加工简单、性能稳定的优点,可与太阳能热水器控制器配套使用。

Description

用于太阳能热水器的单叶轮流量传感器和溢水传感器

本实用新型涉及一种用于太阳能热水器的水流量传感器，以及检测在给太阳能热水器上水过程中发生溢水状态的溢水传感器。

太阳能热水器因具有节能、无污染等优点已倍受人们欢迎并迅速进入越来越多的家庭。随着太阳能热水器被广大消费者认识和接受，市场上对具有温度、水位显示，并能自动控制上水和电加热的全天候太阳能热水器的需求越来越多。全天候太阳能热水器需要配备具有全自动控制功能的控制器，而控制器的技术关键是流量或水位传感器。传统的工业用流量或液位传感器品种规格很多，但售价最低要数百元，一般数千元，高的超过万元。太阳能热水器是民用产品，不可能采用昂贵的工业用流量传感器或液位传感器。根据市场调查，整个太阳能热水器控制器的生产成本必须控制在150元以内才会有市场前景，所以作为其中一个部件的流量传感器或水位传感器的成本只能限制在十数元范围内。为了压低成本，目前市场上多数太阳能热水器控制器生产厂家仍采用测水电阻的原理制作水位传感器。这种水位传感器的明显缺点是无法抗拒水垢的影响，当水垢把浸泡在水中的金属触点覆盖后，传感器就完全失效。控制器的控制功能也就随之失灵。

本实用新型的目的是为太阳能热水器控制器设计一种不怕水垢、性能稳定、成本低廉、工艺简单、加工方便的流量传感器，可用来测量和显示太阳能热水器水箱中水位。相同的结构还可以用来检测太阳能热水器上水时的溢水状态。

本实用新型的目的是这样实现的：在一个两侧开口的圆柱型腔体中安装一个旋转叶轮，在叶轮的一片上安装一块小磁铁，腔体外壁正对磁铁运动的路径上装有2个靠近的磁敏元件。当水经端口流过腔体时，叶轮带着磁铁每旋转一周，磁敏元件先后感应出2个脉冲。根据两个脉冲出现的先后关系可判知水流的方向并准确计量流量。采用上述同样的结构但只安装一个磁敏元件时，叶轮带着磁铁每旋转一周，磁敏元件只感应出1个脉冲，根据脉冲的有无可判断水流的有无，变成溢水传感器。将两个相同结构的传感器组装在一起，就形成一体化的流量传感器和溢水传感器，可用于太阳能热水器控制器。

本实用新型把上述测流量与测溢水的两个传感器组装成一体，主要部件均为注塑模件，另加一小块电路板，故加工方便，结构简单，工作稳定可靠。

附图1-附图5是本实用新型的机械结构原理及电气电原理示意图。

图1是组装在一起的流量传感器和溢水传感器剖面示意图。

图2是图1的I-I剖面示意图。

图3是图1的L-L剖面示意图。

图4是流量传感器输出脉冲波形图。

图5是传感器与控制器连接的电原理图。

图中1．流量传感器腔体2．流量传感器叶轮3．叶轮转轴4．上封盖5．腔体主部件6．流量计左进出水端口7．流量计右进出水端口8．流量传感器磁铁9．溢水传感器腔体10．溢水传感器叶轮11．叶轮转轴12．下封盖13．溢水传感器左进出水端口14．溢水传感器右进出水端口15．溢水传感器磁铁16．磁敏元件17．磁敏元件18．磁敏元件19．电路板20．IC触发器

参见附图1，图中由上下两个完全相同的密闭腔体构成，上腔体1及其附属部件构成流量传感器，下腔体9及其附属部件构成溢水传感器。

流量传感器腔体1由腔体主部件5、封盖4、叶轮2(3是叶轮2的转轴)、进出水端口6和7等部件构成，在叶轮2的一个叶片上(总共有6-8个叶片)安装有一块小磁铁8。当水经端口6和7流过腔体时，叶轮2在水流作用下转动，磁铁8也跟着作圆周运动，图2是图1中流量传感器的I-I剖视图。

流量传感器的机械工作原理如下：由图2中可见进出水端口6和7偏在腔体的一侧，所以水从端口6进而从端口7出时，叶轮2按逆时针方向旋转。当水流以反方向流过腔体时，叶轮2按顺时针方向旋转。在腔体外壁安装有电路板19，电路板19的朝上端焊有两个正对磁铁8的磁敏元件16和17。当叶轮2旋转时，叶轮上的磁铁8使磁敏元件16和17先后感应出2个电脉冲。磁敏元件16和17的安装距离见附图2，两者到圆心连线之间的夹角约36°，约占整个圆周角的十分之一。

溢水传感器的机械工作原理与流量传感器类似：参见附图1，下腔体9由腔体主部件5、下封盖12、叶轮10(11是叶轮10的转轴)、进出水端口13和14等部件构成，图3是图1中溢水传感器的L-L剖视图。在叶轮10的一个叶片上安装有一块小磁铁15。无论水从哪个端口流进出，叶轮10都带着磁铁15作圆周运动，从而使磁敏元件18感应出电脉冲。只需检测脉冲的有无就可判断是否有水流流过，于是知道是否发生溢水。

图4是流量传感器的输出脉冲波形。其电气工作原理如下：当水流从端口6进，端口7出时，叶轮2按逆时针方向旋转。磁铁6首先经过磁敏元件7，产生一个脉冲A，很快再经过磁敏元件8，又产生一个脉冲B。脉冲A送到IC触发器20(74HC74)中U1的S端，使U1的Q端输出为5V高电平。紧跟着的脉冲B连到U1的R端，又将U1复位，使U1的Q端输出为低电平。所以在U1-Q的输出周期中(磁铁旋转一周的时间)，约十分之一周期为高电平，十分之九周期为低电平。当水流从反方向流经流量传感器时，叶轮2按逆时针方向旋转，这时情况与前述相反，U1的Q端输出十分之一周期变成低电平，十分之九周期变成高电平。

图5是流量传感器与太阳能热水器控制器连接的示意图。IC触发器20的U1-Q端的输出在控制器内分成两路，一路直接连CPU的P1．0脚，CPU对U1-Q的脉冲个数进行统计就可以知道流经的水量。另一路将U1-Q的输出经控制器中的U1(74HC00)缓冲后再经电阻R1和电容C1组成的RC低通滤波器滤波后，变成直流电平，连到CPU的P1．1脚。叶轮2按逆时针方向旋转时，正脉冲的占空比小，所以滤波器输出低于+0．8V，为逻辑0。叶轮2按顺时针方向旋转时，正脉冲的占空比大，滤波输出高于+3V，为逻辑1。所以CPU根据P1．1输入状态是1还是0就可以判断流经传感器的水的方向是从左向右，是从右向左，从而知道是在往太阳能热水器水箱中加水还是从水箱中出水。

溢水传感器的磁敏元件18在叶轮10旋转时(不论方向)都能感应出脉冲，将18的输出送到IC触发器20(74HC74)中U2的CLK端，叶轮10每转一周使U2翻转一次，U2-Q的输出接控制器中CPU的P1．2脚，在控制器启动上水时CPU只需监视P1．2脚有无脉冲出现，就可知道是否发生溢水。

本实用新型的主要特点是结构简单，除了安装磁敏元件的一块小电路板需要人工焊接外，其它如叶轮、上、下、封盖等部件均为注塑模件，生产工艺简单，缩短了生产周期和降低了成本，而且性能稳定可靠，是一种简单、廉价、可靠的太阳能热水器流量和溢水传感器，适用于各种太阳能热水器安装。

Claims (2)

1．一种用于太阳能热水器的单叶轮流量传感器和溢水传感器其特征在于：在左右两侧各有一进、出水端口的圆柱型腔体内只含一个可转动的叶轮，叶轮的一个叶片上安装有一块小磁铁，腔体外壁正对磁铁运动的圆周路径上安装2个挨近的磁敏元件，2元件间距约为圆柱外壁周长的十分之一。这2个磁敏元件和1个集成电路触发器、1个缓冲器组成的变送装置，即可产生流量信号和水流方向信号；

2．根据权利要求1所述的用于太阳能热水器的单叶轮流量传感器和溢水传感器，其特征在于：在腔体外壁正对磁铁运动的圆周路径上只安装1个磁敏元件，叶轮转动时磁敏元件即可产生溢水信号。

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