流量开关传感器的工作原理

- 1 - 增压泵水流开关工作原理

随着现代生活水平的提高，人们对于水的需求也越来越大，而在一些低水压的地区，使用水的体验就会受到影响。为了解决这一问题，增压泵应运而生。而在增压泵中，水流开关则是其中一个重要的组成部分。

一、水流开关的定义

水流开关，又称水流传感器，是一种用于控制水流量的开关装置。其主要作用是监测水流状态，当水流达到一定的流量时，自动开启或关闭水泵。一般来说，水流开关的主要结构由流量计、电磁阀、微型开关等部分组成。

二、水流开关的工作原理

在增压泵系统中，水流开关的工作原理是通过传感器来感应流量，当水流量达到预设的值时，水流开关会发出指令，控制水泵的启停。下面我们来看一下水流开关的具体工作原理。

1、传感器探测水流

水流开关的传感器是其最核心的部分之一。当水经过传感器时，它会感应到水的流量，并将其转化为电信号，传递给控制器。

2、控制器接收信号

控制器是水流开关的另一个重要部分。当传感器感应到水流时，会将信号传递到控制器中。控制器会对信号进行处理，并根据预设的流量值来判断水流是否达到预设的标准。

3、控制泵启停 - 2 - 当水流达到预设的流量值时，控制器会自动控制水泵的启停。如果水流量低于预设值，控制器会自动关闭水泵，以避免水泵因长时间空转而损坏。而当水流量高于预设值时，控制器会自动启动水泵，以确保水流的正常供应。

三、水流开关的应用场景

水流开关广泛应用于各种水泵系统中，尤其是在增压泵系统中。一般来说，水流开关适用于以下场景：

1、家用水泵系统：在家用水泵系统中，水流开关可以有效地控制水泵的启停，确保水流的正常供应。

2、工业水泵系统：在工业水泵系统中，水流开关可以监测水流状态，防止水泵因长时间空转而损坏。

3、农业灌溉系统：在农业灌溉系统中，水流开关可以自动控制水泵的启停，确保灌溉水源的正常供应。

多普勒流量传感器的原理及应用

多普勒流量传感器是一种完全独立的便携式传感器，可以同时记录管道中

瞬时流量、总流量、流速、pH 值以及井下温度等多种参数。其测量原理是以

物理学中的多普勒效应为基础，根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有

相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相

对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比。

在多普勒超声波流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起

运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的观察者的作用，固体颗粒把入射到其

表面上的超声波反射回接收器，发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于

流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流

速，所以测量频差可以求得流速，进而可以得到流体的流量。

目前，多普勒流量传感器一般配合使用面积/速率传感器，传感器上配置有超

声波发射器和水深压力传感器，分别用于探测液体的瞬时流速和过水面积，进

而得出瞬时流量。2006 年下半年，北京排水集团管网分公司决定利用该类型流

量传感器在清河污水厂某个局部流域污水管网进行流量监测试验，其目的是为

了积累该类型流量传感器的安装经验和测试其具体性能，了解和掌握污水厂流

域管线在某一时期内管网污水流量增减规律，同时也为其他各流域管网水量的

调查工作做计划，并为下一步可能进行的跨流域水量调配做好准备工作。

流量监测试验分为两部分进行，一是严格按照流量传感器的使用要求，利用

固定环将面积/速率传感器固定于管底标准位置，以便校核流量监测的准确度;

二是利用流量传感器中的铅鱼装置，快速检测管道内污水流量。

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别克轿车空气流量传感器的工作原理

空气流量传感器是电喷系统的关键部件之一，它直接影响到车辆的正常行驶。

上海别克轿车使用的空气流量传感器是热线式流量计，它的作用是测量一定时间内通过传感器的空气流量，并将有关空气流量的信号传给ECU。ECU根据该信号来监测发动机的工作状况，计算燃油供给量。空气流量大，表明发动机在加速运转；空气流量小，则表明发动机在减速或怠速运转。

工作原理：当进入节气门体内的空气流经MAF传感器，带走了部分热量，空气流量越大，带走的热量越多。为使传感器感应件的温度保持在一恒定的温度，便需要额外的电流来加热感应件。MAF传感器通过测量该电流的电压来确定空气流量的大小。

空气流量传感器中的热线由金属铂丝制成，伸入到节气门阀体的旁通气道中。这种空气流量传感器采用惠斯顿电桥原理，置于空气流中的通电热线因气流的冷却作用而使电阻值发生变化，电桥因而失去平衡，控制电路便自动提高电压，加大流过热线的电流，使热线电阻值随温度升高而升高，电桥便重新获得平衡。在调节过程中，空气流量传感器传送给发动机电控模块(ECU)的电压信号随空气流量的变化而变化，在近热线的空气流中还设有补偿电阻丝(冷线)，以免因空气温度的变化使电桥失去平衡。

空气流量传感器的热线积垢之后，传给ECU的电压信号便会不准，此时污物会影响辐射，使冷却效果降低。当空气流量增大时，热线温度降低缓慢，其电阻值的变化量也相应减少，因而电压和流过热线的电流不能相应的增加，以致传给ECU的信号电压偏低，造成混合气过稀。虽然热线式空气流量传感器都加装了烧净电路，即在每次停机时，ECU会自动给热线高温(1000℃)加热1s，以烧掉热线上的污物和灰尘，但部分地区，尤其是我国边远地区由于使用燃油品质过低，进气管产生回火，造成过多的杂质和积炭胶结在金属铂丝上，故单加温热线的净化装置也难以清除。因此，必须拆下空气流量传感器直接喷洗，才能恢复其正常功能。

收稿日期:2001207208 修改稿日期:2001208205热式流量计、热式流量开关的原理及应用

林宏杰哈尔滨电机厂股份有限责任公司计量测试中心 哈尔滨市 150001 =摘要>介绍热式流量计和热式流量开关的基本原理以及应用。关键词:热式流量计 热式流量开关 雷诺数 普朗特数 导热系数 换热系数 动力粘度中图分类号:TH814 热扩散流量计测量质量流量,在气体流量测量上是非常重要的,因为温度或压力上的变化对气体的质量流量造成极大的影响。热式流量计是一种直接测量气体质量的流量计。1 热扩散原理热扩散式流量计和热扩散式液位开关、流量开关的工作原理是一样的,区别为热式流量计只适用于气体测量,而热式流量开关适用于所有的流体测量,包括气体、油、水、浆体以及泡沫等热特性不同的流体的流量测量和液位测量。热式产品传感元件包括两个带不锈钢套管保护的铂RTD温度敏感元件:一个为参考头,感应介质的温度;另一个为测量头,被电路部分加热。在两个铂RTD传感头之间存在着温差(电阻差),这个温差通过电路转换为电压信号。气体流过传感头时,带走热量。气体带走的热量和气体的质量流量成比例关系,也和传感头之间的温差有关,流量越大,两个传感头之间的温差越小。通过测量温差,就可得到气体的质量流量。热式流量计包括一个热传感头和一个参考传感头,传感头外形是圆柱形,根据传热学公式:NU=hd/kf=C(Qv]d/u)n(cpu/k)1/3=CRenPr1/3(1)式中:NU为平均换热系数;C为系数,由Re决定;h为换热系数;d为传感头直径,m;v]为流体速度,m/s;Q为流体密度,kg/m3;u为动力粘度,m2/s;n为系数,由Re决定;cp为比热容,J/kg#e;k为导热系数,W/m#e;Re为雷诺数;Pr为普朗特数。圆柱形传感头的发热量:Q=hA$T=h#2PdL#$T(2)式中:L为圆柱形传感头的长度,m;$T为圆柱形传感头和流体之间的温差,e;A为传感头表面积,m2.由(1)(2)式得:Qv]=(u/d)#[1/(C#P#L#k#Pr1/3)]1/n#(Q/$T)1/n(3)式中Qv]为气体的质量流量,kg.由式(3)可知:在一定的工作条件下,(u/d)#[1/(C#P#L#k#Pr1/3)]1/n为常数,质量流量Qv]和(Q/$T)1/n成一定的比例关系。当Q恒定,气体质量流量和温差成反比,此种流量计称为恒功率流量计。当$T恒定,气体质量流量和加热功率成正比,此种流量计称为恒温差流量计。2 热式流量计和流量开关的特点热扩散技术有着非常高的量程比。100B1的量程比在大多数应用中是典型的,但一些应用甚至需要更高的量程比。例如,火炬气监测需要500B1的量程比或更高,热扩散式流量计能提供1000B1的量程比。因为无活动部件和可堵塞的孔,热扩散技术已被证明在一些恶劣环境中是可靠的。流体传感元件可选择适合各种流体的材料。大多数情况下使用316不锈钢。哈氏合金和其他金属也是常用的。另外,典型安装的插入式流体元件在大多数情况下产生可忽略的压损。这个特点非常有用,压损造成更大的能源浪费并增加费用。另外,热扩散式流量计能测量极低的流量,插入式流量计能测量0.08m/s的流体,在线式流量计能测量0.008m/s的流体。3 应用311 进磨煤机的空气的精确测量精确的测量保证适当尺寸的煤粉颗粒进入锅炉。空气流速大,导致颗粒过大的煤粉进入炉膛,不能充分燃烧。空气流速小,导致颗粒过小的煤粉颗粒,增加磨煤机的能耗,同时会增加不安全性和煤粉储存的困难。通过应用FCI的热式气体质量流量计,可以可靠地控制空气的准确流量。精确地测量高温的空气及冷风空气流量。允许精确的温度混合和控制,来计算燃料湿度变化。防止磨煤机的燃烧和爆炸,避免危及人身,设备安全,造成锅炉停车。312 助燃空气和预热空气的测量为保证锅炉、熔炉和废热发电设备能以最高效率工作,可用MT系列流量计测量单个助燃空气和预热空气输送线上的空气流量。改善了燃料/空气比,减少了未燃碳,降低了烟尘的排放。未燃碳的减少保证了45第9期#经验与交流# 灰的质量。有助于提高燃烧效率,增加设备寿命。313 烟气排放CEMS发电厂、废热发电厂、化工厂、造纸厂和其他工业厂家中的排放烟囱需要可靠而精确的流量测量。这种测量对于总排放量的正确计算要求很高。FCI的MT系列气体质量流量计即可单独使用,也可和其他系统配合使用。在我国,处于对环保的要求,排放烟气的总量控制(CEMS)已在许多电厂的改造中得到大量使用。FCI的插入式流量计是烟气监测中可靠的测量仪表,是大管径、大流量测量的有效途径。314 烟气/除尘器平衡及漏风控制使用FCI的热式气体质量流量计测量和平衡通过除尘器的烟气流量,监测进出除尘器的风量,可以大大提高工业污染控制系统的效率。1000B1的量程比使FCI的热式流量计在很宽的流量范围内有很高的精度。流量计结构简单,无活动部件,全焊接结构,插入式安装,在管路中的压损很小,探头外包敷的防磨层保护探头不受粉尘和其他颗粒的影响,抗恶劣环境的能力非常强。315 氢气气体流量的监控发电厂的汽轮机一般采用氢气为冷却物质。如果氢气泄漏就会带来很大的安全问题。FCI的GF90系列质量流量计通过检测流量的增加来警告操作人员是否有泄漏问题,而且电厂也需要测量氢气使用量,以便同氢气供应商结算。通常采用FCI的GF92,只需在每个点上都装上FCI的GF系列质量流量计,就知道各自的流量。其对低流量的敏感性是其他流量计所无法比拟的。316 过热蒸汽的计量用于计量对外输出的过热蒸汽结算,实现物料平衡。能耐450e以上高温,免维护,工作可靠。蒸汽流量计量一直是一个难点,传统的孔板流量计测量蒸汽流量,其高压损是一种极大的能源浪费,热式流量计的插入式安装压损几乎为零。317 水电站的应用在一些水电站的汽轮机的水冷保护应用中,应用FCI公司的12-64B流量开关探测冷却水的流动,为设备的可靠运行提高了安全保证。318 电力工业的应用在电力工业领域中,锅炉是企业的重要的动力设备,每个企业锅炉消耗的煤炭数以万吨、十万吨、百万吨计。锅炉的燃烧控制有利于合理利用能源,加强对大气环境的保护。锅炉控制主要包括:提高燃烧效率,减少烟气总量排放,降低烟气中NO和CO含量,减少烟尘排放,降低能源消耗,提高工艺操作的自控程度,减少运行人员操作的盲目性。在锅炉的燃烧控制中,如何使燃料和助燃空气达到合理的配比以达到最佳燃烧,在理论上已有大量研究论述,但在实际工业领域应用中,锅炉的燃烧控制主要靠运行人员现场人为判断燃料量(煤粉量,油量或燃料气量)和助燃空气量,燃烧效果通过检测烟气中氧含量来调节助燃空气量。整个调整过程靠人来判断,无法定量分析。由于不同燃烧器的差异,调节过程很难建立起准确的数学模型,更难对整个燃烧过程进行优化。燃烧控制中存在着一些难点。如何准确测量助燃空气的质量流量,以达到最佳的燃烧配比。液态燃料的测量较易实现,但送煤粉一次风的质量流量,二次助燃风质量流量,锅炉燃料气的质量测量却很难实现。锅炉上的助燃空气流量测量有如下特点:管径2~3m,或更大;温度较高,200e左右;锅炉的助燃空气流量测量有总管流量测量,分管流量测量。国内许多应用中尚无有效的流量仪表进行可靠测量,在一些地方也曾应用了一些国内新型仪表测量,但效果一般,使用可靠性差,寿命短。而有的地方根本未使用流量仪表,只是通过二次风挡板开度信号来调节助燃空气流量。但是由于挡板控制精度、重复性等问题,使助燃空气流量的大小很难准确得到,更难实现准确的燃料配比,严重影响着燃烧效率。90年代初以来,我国一些大型工程项目从国外引进成套设备,以及国外工程公司在我国承建的项目中,其锅炉设备的燃烧控制采用了国外的新型仪表,使其锅炉的燃烧控制更加方便,燃烧效率大大提高,节约了燃料,降低了成本,提高了设备的使用寿命。在一些进口的锅炉的燃烧控制设备上,选用了美国FCI公司生产的热扩散式气体质量流量计用于锅炉的助燃空气的流量测量及控制。如无锡罗纳普朗克,北京知春里供热厂,北京玻璃仪器厂,镇江金东纸业有限公司自备电站以及法国阿尔斯通能源工程公司在我国总承包的一些电厂等。在镇江金东纸业有限公司的自备电站,在锅炉助燃空气测量中选用了36台FCI的ST95型热扩散式气体质量流量计,安装在不同的工段上,用于启动油枪、稳燃油枪、煤燃烧的助燃风和一次风的控制。其中一例工况为:温度为170~230e,流量为0~600m3/min,管长为211m,宽为115m的方管,工作显示流量为800m3/min,温度为200e左右。运行至今,工作良好,性能可靠,燃烧效率高。每年节约大量能源,创造了极大效益。