水流量、溫度傳感器的製作方法

2023-10-10 02:57:34 1

專利名稱：水流量、溫度傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，特別是一種同時能夠測量水流量、溫度的傳 感器。
背景技術：
目前，我國使用的燃氣熱水器中，有60%以上採用傳統水氣連動裝置作水 流判斷控制，有30%左右的採用了水流量傳感器的信號來判斷控制。水氣連動裝置其為機械式，結構複雜，體積大，傳統水閥連動裝置易誤動 作產生幹燒(軸被卡死、幹簧管老化或磁化)，而且啟動水壓高，水路系統阻力 較大，體積大，不宜用在10L/min以上的大容量熱水器上，而要想降低啟動水 壓就需要犧牲一定的流量特性(即通過減小流量來增加水閥內的壓力)，為了能 使兩者兼顧，唯有加大水閥片，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，再加之該裝置中的橡膠件鼓膜、"0"型密封圈 老化損壞而引起的故障率高達50%，另外，該類型的熱水器仍然需手動調節， 功能少、智能化程度低、舒適性差，容易還造成人身傷害。專利號200520034159.1的專利是申請人於2005年5月13日申請的，該項 專利中就熱水器上採用了水流量傳感器顯然能克服採用水氣連動裝置的許多缺 點。但要實現水溫恆定等智能化的功能時，還必須在熱水器的其他地方另外加 裝溫度傳感器。由於溫度傳感器必須插入水中，因此，溫度傳感器的安裝位置 和密封問題又得單獨考慮。這種方式既加大了熱水器的體積(尺寸)又增加了 熱水器的成本。發明內容本實用新型的目的即在於克服現有技術的缺點，提供一種同時能夠測量水 流量和溫度的傳感器，它結構緊湊、工作可靠、計量精確、 一致性好，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，適用於需同時
對水流量和溫度進行精確計量和控制的產品或設備。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現水流量、溫度傳感器，它包 括殼體組件、保持架組件、PCB組件、轉子組件和蓋。殼體是帶有轉軸嵌件的 外殼，與保持架組件、蓋通過固定裝置連接在一起，兩端有便於與器具相連接的接口；保持架組件上固定有PCB組件，密封傳感器的O形圈和密封圈均裝在 保持架組件上；PCB組件包括電路板、霍爾傳感器、電阻及連接線等四個器件； 轉子組件由轉子、幹軸承、磁塊、卡圈四個零件組成，轉子組件套在殼體組件 的轉軸上，磁塊套在轉子上由卡圈固定，保持架組件上有一個伸到腔體內部直 接與水接觸的金屬嵌件，PCB組件還包括熱敏電阻，熱敏電阻頭部裝入固定在 保持架組件上的金屬嵌件中並緊貼其底部。所述的熱敏電阻與金屬嵌件之間的間隙處填充有高導熱材料，使溫度傳感 器的熱時間常數《1.5S。所述的轉子組件套在殼體組件的轉軸上，其轉動的軸向與水流動的方向始 終為垂直狀態。轉子組件與殼體之間的間隙大於2mm。殼體進、出水孔的尺寸 和磁塊的磁極數一起確定水流量傳感器的輸出參數f (Hz)。通球上面的敘述可以看出，本實用新型(以用在燃氣熱水器上為例)具有 以下優點a、 水的流量和溫度都可以知道，從而可以更好、更快地控制燃氣量的多少， 實現恆溫。b、 水流量、溫度傳感器的結構緊湊，體積小，安裝布局方便，可以減小熱 水器的體積，較大幅度的降低成本。c、 靠水流量、溫度傳感器來控制熱水器的開關機，(自身壓力降遠低於水 閥體)可以真正實現超低水壓啟動。d、 水流量、溫度傳感器的工作原理是首先有水的流動且達到一定量後才能 啟動熱水器，即使自身損壞也不會造成幹燒熱水器。e、 水路與氣路完全隔離，無機械傳動而引起的故障(如傳動軸卡住、中孔 漏水等)。f、 水路系統連接，採用可靠的端面密封或圓周密封形式，不再有易損件存在。


圖1是本實用新型俯視結構示意圖； 圖2是圖1中A-A剖視其中l-殼體組件、2-保持架組件、3-PCB組件、4-蓋、5-密封圈、 6-0形圏、7-磁塊、8-卡圈、9-轉子、10-幹軸承、11-螺釘、 12-密封塊、13-扎線扣、14-PVC導管、15-連接線、16-金屬嵌件、 17-熱敏電阻。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述
如圖l、 2所示，水流量、溫度傳感器，它包括殼體組件l、保持架組件2、 PCB組件3、轉子組件和蓋4，殼體組件1是帶有轉軸嵌件的外殼，與保持架組 件2、蓋4通過固定裝置連接在一起，固定裝置為四個螺釘ll，具有結構緊湊 的優點，兩端有便於與器具相連接的接口；保持架組件2上固定有PCB組件3， 密封傳感器的O形圈6和密封圈5均裝在保持架組件上；PCB組件3包括電路 板、霍爾傳感器、電阻及連接線15四個器件，是水流量&溫度傳感器的核心部 件，是把轉子組件的轉動圈數轉換成脈衝電信號和把溫度轉換成電阻阻值的執 行器；連接線15的端頭設置有密封塊12，連接線15上設置有扎線扣13和PVC 導管14;轉子組件由轉子9、幹軸承10、磁塊7、卡圈8四個零件組成，轉子 組件套在殼體組件的轉軸上，磁塊7套在轉子9上由卡圈8固定，保持架組件2 上有一個伸到腔體內部直接與水接觸的金屬嵌件16， PCB組件3還包括熱敏電 阻17，熱敏電阻17頭部裝入固定在保持架組件2上的金屬嵌件16中並緊貼其 底部。熱敏電阻17與金屬嵌件16之間的間隙處填充有高導熱材料，使溫度傳 感器的熱時間常數《:L5S。轉子組件套在殼體組件l的轉軸上，把水的流量變成 對應(線性)的轉速，同時，磁塊的磁場交替切組件割霍爾器件，使其產生相 應的脈衝信號，其轉動的軸向與水流動的方向始終為垂直狀態，保證了水流量 傳感器輸出參數的靈敏性以及水流量傳感器的自清潔性，轉子組件與殼體1之 間的間隙足夠大，大於2mm，確保轉子組件不會被水中的雜物所卡住，殼體l 進、出水孔的尺寸和磁塊7的磁極數一起確定了水流量傳感器的輸出參數f(Hz)，磁塊7套在轉子9上由卡圈8固定，磁塊7由塑料磁性材料高壓注塑而 成，而且是三對磁極，其具有很高的抗拉強度(不易損壞)和較高的磁場強度 等優點，其磁極數直接影響水流量傳感器的參數，其磁場強度直接影響水流量 傳感器的可靠性和穩定性，幹軸承是水流量傳感器的又一部件，它是裝在轉子 組件上起軸承作用的，它直接影響水流量傳感器參數的線性和使用壽命，幹軸 承IO由聚四氟乙稀加石墨的特殊材料精加工而成，其具有很好的耐磨性和自潤 滑性以及耐高溫(大於250°0等優點。
本實用新型是安裝在器具(以燃氣熱水器為例)的進水端用於檢測進水的 流量大小及通斷和進水的溫度高低的傳感器。
它採用了NTC熱敏電阻，當水充滿(流過)傳感器腔體時，裡面的金屬嵌 件迅速把溫度傳導給熱敏電阻，把溫度轉換成對應的電阻阻值，CPU檢測到對 應的電壓值，計量出該器件中(流過)水的準確水溫，從而給出控制出水水溫 的相應指令。
它採用了霍爾效應原理，當水流過傳感器腔體時，裡面的轉子受水的衝擊 轉動，轉子上面的三對極磁塊也隨之旋轉，霍爾器件切割磁力線，輸出脈衝信 號，通過CPU所計出的脈衝數，計量出流過該器件的準確流量，從而實現器具 的"開"、"關"機或其它控制調節功能，如由控制器判斷水流量的大小進行調控比 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 出現夏暖冬涼現象。該器件只有當水流過時才會產生相應的脈衝信號，不會出 現誤動作。
當水流通過殼體，推動轉子上面的三對極磁塊旋轉，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，可測量出轉子轉速(水流速 度)。根據實測的水流量——轉子轉速——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子轉速n。由控 制電路，便可實現轉子轉速〉設定轉速n時熱水器啟動工作，在轉速<11時，熱 水器停止工作。這樣熱水器啟動水壓一般設定在0.01MPa，啟動水量為 2.5L~3.5L/min (須滿足熱水器標準對最高溫升的限制)。停水時轉子組件快速停 止，終止脈衝信號輸出，控制器接收不到脈衝信號，立即指令燃氣比例閥關閥， 切斷氣源，有效降低停水溫升。
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，當它被置於磁場強度為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DC2.1 18V，使電流方向與磁場方向正交。這樣，當水通過殼 體時，推動轉子上面的三對極磁塊轉動，產生不同磁極的旋轉磁場，切割磁力 線，產生高低脈衝電平。由於霍爾元件的輸出脈衝信號與磁性轉子的轉速成正 比關係，轉子的轉速又與水流量大小成正比關係，使燃氣熱水器的啟動與水流 量大小有關。其流量脈衝特性計算公式為脈衝f(Hz)-Cx流量Q(L/mhi)(C為常 數)。霍爾傳感器反饋信號給控制器判斷出水流量的大小，並可以根據燃氣熱水 器機型不同，選擇最佳的啟動流量，實現超低壓(0.02MPa以下)啟動。
權利要求1.水流量、溫度傳感器，它包括殼體組件(1)、保持架組件(2)、PCB組件(3)、蓋(4)和轉子組件，殼體組件(1)是帶有轉軸嵌件的外殼，與保持架組件(2)、蓋(4)通過固定裝置連接在一起，兩端有便於與器具相連接的接口；保持架組件(2)上固定有PCB組件(3)，密封傳感器的O形圈(6)和密封圈(5)均裝在保持架組件(2)上；PCB組件(3)包括電路板、霍爾傳感器、電阻及連接線(15)四個器件；轉子組件由轉子(9)、幹軸承(10)、磁塊(7)、卡圈(8)四個零件組成，轉子組件套在殼體的轉軸上，磁塊(7)套在轉子(9)上由卡圈(8)固定，其特徵在於保持架組件(2)上有一個伸到腔體內部直接與水接觸的金屬嵌件(16)，PCB組件(3)還包括熱敏電阻(17)，熱敏電阻(17)頭部裝入固定在保持架組件(2)上的金屬嵌件(16)中並緊貼其底部。
2. 根據權利要求1所述的水流量、溫度傳感器，其特徵在於熱敏電阻(17) 與金屬嵌件(16)之間的間隙處填充有高導熱材料，使溫度傳感器的熱時間 常數《1.5S。
3. 根據權利要求1所述的水流量、溫度傳感器，其特徵在於轉子組件套在殼 體(1)的轉軸上，其轉動的軸向與水流動的方向始終為垂直狀態。
4. 根據權利要求1所述的水流量、溫度傳感器，其特徵在於轉子組件與殼體 組件(1)之間的間隙大於2mm。
5. 根據權利要求1所述的水流量、溫度傳感器，其特徵在於磁塊(7 )是三 對磁極。
6. 根據權利要求1所述的水流量、溫度傳感器，其特徵在於殼體組件(1)與 保持架組件(2)、蓋(4)通過四個螺釘(11)連接在一起。
專利摘要一種水流量、溫度傳感器，包括殼體組件、保持架組件、PCB組件、蓋和轉子組件，殼體組件與保持架組件、蓋連接，兩端有與器具連接的接口；保持架組件固定有PCB組件；PCB組件包括電路板、霍爾傳感器、電阻及連接線；轉子組件由轉子、幹軸承、磁塊、卡圈組成，轉子組件套在殼體的轉軸上，磁塊套在轉子上由卡圈固定，保持架組件上有金屬嵌件，PCB組件還包括熱敏電阻，熱敏電阻頭部裝入金屬嵌件中。本實用新型可控制燃氣量，實現恆溫；水路與氣路隔離，無機械傳動引起的故障；水流量傳感器控制熱水器的開關，實現超低水壓啟動；即使自身損壞也不會造成幹燒熱水器；結構緊湊，體積小，安裝布局方便，可以減小熱水器的體積，較大幅度的降低成本。
文檔編號G01F15/02GK201034675SQ20072007845
公開日2008年3月12日 申請日期2007年2月7日 優先權日2007年2月7日
發明者任曉峰 申請人:成都高新區華匯實業有限公司