用於水泵的傳感器的製作方法
2023-05-08 22:32:46
本實用新型涉及一種用於水泵的傳感器。本實用新型還涉及一種能夠使用該傳感器的水泵。
背景技術：
水泵作為重要的能量轉換裝置和流體輸送設備，是應用極其廣泛的通用機械。
智能水泵循環系統主要由水箱、水泵、控制器、傳感器、開關閥、管路等零部件組成。在水泵的運行過程中，通常需要實時檢測與水泵相關聯的管路中的水壓、與水泵相關聯的開關閥的打開/閉合(ON/OFF)狀態、和/或管路中的水流量，並由控制器基於水壓的檢測值、開關閥的打開/閉合狀態的檢測值和/或管路中的水流量的檢測值來實施控制，由此確保水泵正常地和高效地工作，並且能夠避免水泵出現因為在無水時空轉而「燒機」等異常工況。
目前，在現有的智能水泵循環系統中，管路中的水壓由壓力傳感器進行檢測，開關閥的打開/閉合狀態由閥位傳感器進行檢測，管路中的水流量由流量傳感器進行檢測。
針對開關閥，包括磁鋼的可運動閥體安裝在管路中並由水流推動。當水流量變化時，可運動閥體在管路中相應地運動，集成在閥位傳感器中的霍爾元件接收到的磁場強度也隨之同步變化。當水流量達到系統臨界值以使閥體被推至霍爾切換區域時，磁場強度達到霍爾切換點，導致霍爾元件的輸出電平即閥位檢測信號產生突變，由此反映閥的打開/閉合狀態的變化。
如果選擇連續電流/電壓輸出型的霍爾元件，實時監測可運動閥體與磁鋼的相對位置，也能夠根據這種相對位置的變化推算出管路中的水流量。這樣的霍爾元件能夠集成在流量傳感器中。
在水泵的運行過程中，控制器需要分別與壓力傳感器、閥位傳感器和/或流量傳感器進行通信，實時檢測和判斷水泵的工作狀態並執行相關控制。例如，在由壓力傳感器檢測到的水壓未達到設定壓力時，水泵啟動。當水流量未達到臨界值、即未能推動閥體運動至極限位置時，水泵持續工作。當水流量達到系統臨界值以使閥體被推至霍爾切換區域時，霍爾元件的輸出電平突變，給控制器發送信號，此時無論管路中的水壓是否滿足水泵的啟動條件，控制器都使水泵立即停止工作。水泵停轉之後，控制器會診斷管路水壓：假如水壓仍處在設定壓力值(保壓狀態)，則認定為這是終端用戶關閉管路導致的正常工況；假如水泵停轉之後，控制器通過壓力傳感器檢測到水壓下降，則認定為這是管路系統漏水導致水壓下降的異常工況。
但是，現有的上述智能水泵循環系統需要分別使用壓力傳感器、閥位傳感器和/或流量傳感器等多種傳感器，因此導致系統的結構較為複雜，總體成本也相對較高。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本實用新型提供了一種用於水泵的傳感器，所述用於水泵的傳感器能夠同時實現壓力傳感器和閥位傳感器的兩種功能，或者能夠同時實現壓力傳感器和流量傳感器的兩種功能，由此使得傳感器的結構簡單緊湊、集成度高、成本低廉，並且智能水泵循環系統的設計和構建也得以簡化。
在一方面，本實用新型提供了一種用於水泵的傳感器，所述用於水泵的傳感器包括：
壓力檢測元件，所述壓力檢測元件構造成用以檢測與水泵相關聯的管路中的水壓並生成壓力檢測信號；
閥位或流量檢測元件，所述閥位或流量檢測元件構造成用以檢測與水泵相關聯的閥的打開/閉合狀態並生成閥位檢測信號，或者構造成用以檢測與水泵相關聯的管路中的水流量並生成流量檢測信號；
信號調製元件，所述信號調製元件構造成能夠對壓力檢測信號進行調製以輸出壓力檢測值，並且構造成能夠對閥位檢測信號進行調製以輸出閥位檢測值或者能夠對流量檢測信號進行調製以輸出流量檢測值；
封裝組件，所述封裝組件構造成用以將所述壓力檢測元件、所述閥位或流量檢測元件和所述信號調製元件封裝在一起。
優選地，所述壓力檢測元件是陶瓷電容敏感元件(CSE)或厚膜電阻或壓敏電阻或MEMS敏感元件，其生成的壓力檢測信號是與水壓相關聯的電壓信號。
優選地，所述閥位或流量檢測元件是用於檢測閥位的霍爾元件，其生成的閥位檢測信號是與閥的打開/閉合狀態相對應的高低電平信號。
優選地，所述閥位或流量檢測元件是用於檢測流量的霍爾元件，其生成的流量檢測信號是與管路中的水流量相對應的、連續的電流信號或電壓信號。
優選地，所述信號調製元件包括：用於對壓力檢測信號、閥位檢測信號或流量檢測信號進行調製的信號調製電路、濾波電路以及用於連接所述閥位或流量檢測元件的柔性電路板。
優選地，所述封裝組件包括接插件、O型圈、塑料基底、金屬外殼和PET防護膜。
優選地，在信號調製元件的上方設置與之電氣聯接的接插件，在信號調製元件的下方設置與之電氣聯接的壓力檢測元件，在壓力檢測元件的下方依次設置O型圈和塑料基底，金屬外殼在其內部容納組裝在一起的接插件、信號調製元件、閥位或流量檢測元件、壓力檢測元件、O型圈和塑料基底，並且在金屬外殼的底部用PET防護膜包封，閥位或流量檢測元件通過在信號調製元件的一側經由導向槽豎向延伸的柔性電路板安置於塑料基底和PET防護膜之間。
優選地，所述信號調製元件是PCB電路板，所述壓力檢測元件封裝在所述PCB電路板中，所述閥位或流量檢測元件採用貼片或插針方式與所述PCB電路板連接。
優選地，所述金屬外殼為圓柱形的不鏽鋼衝壓成型件，並且所述金屬外殼的底部是中空的。由此，金屬外殼能夠在保證封裝的同時減小霍爾元件與磁鐵之間的氣隙。這樣的金屬外殼能夠保證傳感器在5倍的工作壓力下正常工作，並且成本低廉。金屬外殼既能滿足拉伸工藝的要求，也能滿足傳感器生產過程中的鉚接成型工藝的要求。
在另一方面，本實用新型還提供了一種水泵，所述水泵能夠使用上述類型的傳感器。不同於現有技術中分別由壓力傳感器檢測水壓、由閥位傳感器檢測閥的打開/閉合狀態、以及由流量傳感器檢測管路中的水流量的做法，所述水泵的傳感器能夠同時實現壓力傳感器和閥位傳感器的兩種功能，或者能夠同時實現壓力傳感器和流量傳感器的兩種功能，由此使智能水泵循環系統的設計和構建得以簡化。
附圖說明
通過結合附圖考慮以下對本實用新型的優選實施例的說明內容，本實用新型的各種目標、特徵和優點將變得更加顯而易見。附圖僅為本實用新型的示範性圖解，並非一定是按比例繪製。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。
圖1是根據本實用新型一個實施例的用於水泵的傳感器的整體示意圖；
圖2是根據本實用新型的用於水泵的傳感器的分解示意圖；
圖3是根據本實用新型的用於水泵的傳感器的剖視圖；
圖4A和圖4B是根據本實用新型的用於水泵的傳感器中的接插件的不同角度的結構示意圖；
圖5是根據本實用新型的用於水泵的傳感器中的信號調製元件和閥位或流量檢測元件的整體示意圖；
圖6是根據本實用新型的用於水泵的傳感器中的霍爾元件的結構示意圖；
圖7是根據本實用新型的用於水泵的傳感器中的壓力檢測元件的示意圖；
圖8A和圖8B是根據本實用新型的用於水泵的傳感器中的塑料基底的結構示意圖；
圖9是根據本實用新型的用於水泵的傳感器中的金屬外殼的一部分的結構示意圖；
圖10是根據本實用新型的用於水泵的傳感器的另一個實施例中的壓力檢測元件、閥位或流量檢測元件和信號調製元件的整體示意圖。
具體實施方式
以下參照附圖介紹根據本實用新型的用於水泵的傳感器以及能夠使用該傳感器的水泵的實施例。說明書的內容和附圖實質上僅僅是示範性的，而並不是為了以任何方式限制所附權利要求的保護範圍。
除非另有說明，否則本文所用的術語具有本實用新型所涉及的技術領域的普通技術人員通常能夠理解到的含義。除非另有說明，否則在說明書和權利要求書中所用的術語「包括」和「包含」應當解釋為開放式的含義，也就是說，「包括」和「包含」應當解釋為與術語「至少包括」或者「至少包含」同義。除非另有說明，否則本實用新型中所使用的術語「上」、「下」、「頂」、「底」等是傳感器在正常安裝和使用的狀態下的相對方位。
如圖1-3所示，本實用新型提供了一種用於水泵的傳感器1，其包括：壓力檢測元件5，其構造成用以檢測與水泵相關聯的管路中的水壓並生成壓力檢測信號；閥位或流量檢測元件4，其構造成用以檢測與水泵相關聯的閥的打開/閉合狀態並生成閥位檢測信號，或者構造成用以檢測與水泵相關聯的管路中的水流量並生成流量檢測信號；信號調製元件3，其構造成能夠對壓力檢測信號進行調製以輸出壓力檢測值，並且構造成能夠對閥位檢測信號進行調製以輸出閥位檢測值或者能夠對流量檢測信號進行調製以輸出流量檢測值；封裝組件，所述封裝組件構造成用以將壓力檢測元件5、閥位或流量檢測元件4和信號調製元件3封裝在一起。用於水泵的傳感器1能夠同時實現壓力傳感器和閥位傳感器的兩種功能，或者能夠同時實現壓力傳感器和流量傳感器的兩種功能，由此使得傳感器的結構簡單緊湊、集成度高、成本低廉，並且智能水泵循環系統的設計和構建也得以簡化。
優選地，封裝組件包括接插件2、O型圈6、塑料基底7、金屬外殼8和PET防護膜9。如圖2和圖3所示，在信號調製元件3的上方設置與之電氣聯接的接插件2，在信號調製元件3的下方設置與之電氣聯接的壓力檢測元件5，在壓力檢測元件5的下方依次設置O型圈6和塑料基底7。金屬外殼8在其內部容納組裝在一起的接插件2、信號調製元件3、閥位或流量檢測元件4、壓力檢測元件5、O型圈6和塑料基底7，並且在金屬外殼8的底部用PET防護膜9包封。閥位或流量檢測元件4通過在信號調製元件3的一側經由導向槽10豎向延伸的柔性電路板12(參見圖5)安置於塑料基底7和PET防護膜9之間。
如圖4A和圖4B所示，接插件2可以是4針標準接插件。優選地，在接插件2的頂部設置接插引腳11，在接插件2的底部設置向下延伸的導向槽10。導向槽10構造成用於通過與柔性電路板12(參見圖5)的合理的公差配合來確保柔性電路板12在安裝過程中平整地壓入並貼合導向槽10，由此提供柔性電路板12的良好固定。
優選地，如圖5所示，信號調製元件3包括：用於對壓力檢測信號、閥位檢測信號或流量檢測信號進行調製的信號調製電路、濾波電路以及用於連接閥位或流量檢測元件4的柔性電路板12。其中，信號調製電路通過焊盤與壓力檢測元件5相連接，集成電路晶片用於對採集的壓力檢測信號、閥位檢測信號或流量檢測信號進行調製，輸出連續變化的電壓信號作為壓力檢測值、輸出與閥的打開/閉合狀態相對應的高低電平信號作為閥位檢測值、和/或輸出與管路中的水流量相對應的連續的電流信號或電壓信號作為流量檢測值。濾波電路對幹擾信號進行過濾，以保證信號輸出穩定。由於閥位或流量檢測元件4對安裝位置的要求，採用延展出的柔性電路板12連接閥位或流量檢測元件4和信號調製電路，其獨特的結構設計能夠保證柔性電路板12在安裝和使用過程中的可靠固定。
優選地，如圖6所示，閥位或流量檢測元件4是用於檢測閥位的霍爾元件，其生成的閥位檢測信號是與閥的打開/閉合狀態相對應的高低電平信號。閥位或流量檢測元件4也可以是用於檢測流量的霍爾元件，其生成的流量檢測信號是與管路中的水流量相對應的、連續的電流信號或電壓信號。閥位或流量檢測元件4採用薄形電晶體封裝，並且包括引腳401和402。參見圖3，可以通過灌膠將閥位或流量檢測元件4粘接在塑料基底7上，或者可以通過物理卡扣的方式進行限位，由此保證閥位或流量檢測元件4在使用過程中的位置穩定性。霍爾元件是一種固態設備，沒有活動的零件，因此，如果不超越霍爾效應電氣負載額定值及其結溫，則其實際運行壽命不受限制。
優選地，如圖7所示，壓力檢測元件5是陶瓷電容敏感元件(CSE)。這樣的陶瓷電容敏感元件能夠將水流壓力轉換成陶瓷基板之間的電容值，由此生成的壓力檢測信號是與水壓相關聯的電壓信號。壓力檢測信號經信號調製元件3處理之後，輸出連續變化的電壓值作為壓力檢測值。該陶瓷電容敏感元件能夠應用在水循環系統中，不會因為介質及寄生電容的存在而導致傳感器的輸出誤差增大與漂移，其輸出精度能夠高達0.5％。陶瓷基板與感應膜片形成電容，中間密封有一定壓力的空氣介質，鍍金塗層保護電場線。當感應膜片承受外界壓力時，其與陶瓷基板之間的間隙產生微小變化，從而使外部電路採集到的電容值產生變化。信號調製電路按照一定的頻率採集電容信號，轉換為電壓信號輸出。
優選地，壓力檢測元件5還可以是厚膜電阻或壓敏電阻或MEMS敏感元件。
優選地，如圖8A和圖8B所示，在塑料基底7的的頂部居中地設置有用於安裝O型圈的O型圈密封區域701，在塑料基底7上設置偏心設計的壓力口702，在塑料基底7的側部設置第二導向槽703。壓力口702採用徑向密封以確保用戶安裝可靠。第二導向槽703構造成用於通過與接插件2的相互配合來提供柔性電路板12的準確的導向和定位。塑料基底7選用Noryl工程塑料製成並且加有一定的添加劑，由此保證產品在水應用環境中的壽命。採用注塑成型工藝製造塑料基底7，由此提供精準的用於壓力檢測元件5的安裝位置和良好的密封條件。導向槽10和第二導向槽703的設置，能夠確保預裝配過程中閥位或流量檢測元件(霍爾元件)4、信號調製元件3及其柔性電路板12的相對位置固定。壓力口702採用非對稱式的偏心設計以保證客戶在安裝過程中有明顯可以分辨的特徵，頂部偏心孔避免水流直接衝擊敏感元件表面，有效避免水錘現象。
優選地，如圖9所示，金屬外殼8為圓柱形的不鏽鋼衝壓成型件，並且金屬外殼8的底部是中空的，由此在保證封裝的同時減小霍爾元件與磁鐵之間的氣隙。這樣的金屬外殼8能夠保證傳感器在5倍的工作壓力下正常工作，並且成本低廉。金屬外殼8既能滿足拉伸工藝的要求，也能滿足傳感器生產過程中的鉚接成型工藝的要求。
優選地，如圖10所示，在另一個實施例中，信號調製元件3'是PCB電路板，壓力檢測元件5'封裝在所述PCB電路板中，閥位或流量檢測元件4'則採用貼片或插針方式與所述PCB電路板連接，由此同樣能夠同時實現壓力傳感器和閥位傳感器的兩種功能，或者能夠同時實現壓力傳感器和流量傳感器的兩種功能。在該實施例中，其他部件的結構和功能可以類似於第一實施例，因此，為了簡潔起見，省略相關的重複說明。
本實用新型還提供了一種水泵，所述水泵能夠使用上述類型的傳感器1。
不同於現有技術中分別由壓力傳感器檢測水壓、由閥位傳感器檢測閥的打開/閉合狀態、以及由流量傳感器檢測管路中的水流量的做法，本實用新型所提供的用於水泵的傳感器能夠同時實現壓力傳感器和閥位傳感器的兩種功能，或者能夠同時實現壓力傳感器和流量傳感器的兩種功能，由此使得傳感器的結構簡單緊湊、集成度高、成本低廉，並且智能水泵循環系統的設計和構建也得以簡化。
儘管已經參照某些實施例公開了本實用新型，但是在不背離本實用新型的範圍和範疇的前提下，可以對所述的實施例進行多種變型和修改。因此，應該理解本實用新型並不局限於所闡述的實施例，而是具有由所附權利要求的內容及其等價的結構和方案限定的完整範圍。