专利名称：水流量、温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，特别是一种同时能够测量水流量、温度的传 感器。
背景技术：
目前，我国使用的燃气热水器中，有60%以上采用传统水气连动装置作水 流判断控制，有30%左右的采用了水流量传感器的信号来判断控制。水气连动装置其为机械式，结构复杂，体积大，传统水阀连动装置易误动 作产生干烧(轴被卡死、干簧管老化或磁化)，而且启动水压高，水路系统阻力 较大，体积大，不宜用在10L/min以上的大容量热水器上，而要想降低启动水 压就需要牺牲一定的流量特性(即通过减小流量来增加水阀内的压力)，为了能 使两者兼顾，唯有加大水阀片，但这样随着水阀体的增大而成本升高，且水流 启动压力指标也不能做得太低，再加之该装置中的橡胶件鼓膜、"0"型密封圈 老化损坏而引起的故障率高达50%，另外，该类型的热水器仍然需手动调节， 功能少、智能化程度低、舒适性差，容易还造成人身伤害。专利号200520034159.1的专利是申请人于2005年5月13日申请的，该项 专利中就热水器上采用了水流量传感器显然能克服采用水气连动装置的许多缺 点。但要实现水温恒定等智能化的功能时，还必须在热水器的其他地方另外加 装温度传感器。由于温度传感器必须插入水中，因此，温度传感器的安装位置 和密封问题又得单独考虑。这种方式既加大了热水器的体积(尺寸)又增加了 热水器的成本。发明内容本实用新型的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种同时能够测量水 流量和温度的传感器，它结构紧凑、工作可靠、计量精确、 一致性好，反应灵 敏、寿命长、动作迅速、工作可靠、连接方便、超低流量启动，适用于需同时
对水流量和温度进行精确计量和控制的产品或设备。本实用新型的目的通过以下技术方案来实现水流量、温度传感器，它包 括壳体组件、保持架组件、PCB组件、转子组件和盖。壳体是带有转轴嵌件的 外壳，与保持架组件、盖通过固定装置连接在一起，两端有便于与器具相连接的接口；保持架组件上固定有PCB组件，密封传感器的O形圈和密封圈均装在 保持架组件上；PCB组件包括电路板、霍尔传感器、电阻及连接线等四个器件； 转子组件由转子、干轴承、磁块、卡圈四个零件组成，转子组件套在壳体组件 的转轴上，磁块套在转子上由卡圈固定，保持架组件上有一个伸到腔体内部直 接与水接触的金属嵌件，PCB组件还包括热敏电阻，热敏电阻头部装入固定在 保持架组件上的金属嵌件中并紧贴其底部。所述的热敏电阻与金属嵌件之间的间隙处填充有高导热材料，使温度传感 器的热时间常数《1.5S。所述的转子组件套在壳体组件的转轴上，其转动的轴向与水流动的方向始 终为垂直状态。转子组件与壳体之间的间隙大于2mm。壳体进、出水孔的尺寸 和磁块的磁极数一起确定水流量传感器的输出参数f (Hz)。通球上面的叙述可以看出，本实用新型(以用在燃气热水器上为例)具有 以下优点a、 水的流量和温度都可以知道，从而可以更好、更快地控制燃气量的多少， 实现恒温。b、 水流量、温度传感器的结构紧凑，体积小，安装布局方便，可以减小热 水器的体积，较大幅度的降低成本。c、 靠水流量、温度传感器来控制热水器的开关机，(自身压力降远低于水 阀体)可以真正实现超低水压启动。d、 水流量、温度传感器的工作原理是首先有水的流动且达到一定量后才能 启动热水器，即使自身损坏也不会造成干烧热水器。e、 水路与气路完全隔离，无机械传动而引起的故障(如传动轴卡住、中孔 漏水等)。f、 水路系统连接，采用可靠的端面密封或圆周密封形式，不再有易损件存在。
图1是本实用新型俯视结构示意图； 图2是图1中A-A剖视其中l-壳体组件、2-保持架组件、3-PCB组件、4-盖、5-密封圈、 6-0形圏、7-磁块、8-卡圈、9-转子、10-干轴承、11-螺钉、 12-密封块、13-扎线扣、14-PVC导管、15-连接线、16-金属嵌件、 17-热敏电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细的描述
如图l、 2所示，水流量、温度传感器，它包括壳体组件l、保持架组件2、 PCB组件3、转子组件和盖4，壳体组件1是带有转轴嵌件的外壳，与保持架组 件2、盖4通过固定装置连接在一起，固定装置为四个螺钉ll，具有结构紧凑 的优点，两端有便于与器具相连接的接口；保持架组件2上固定有PCB组件3， 密封传感器的O形圈6和密封圈5均装在保持架组件上；PCB组件3包括电路 板、霍尔传感器、电阻及连接线15四个器件，是水流量&温度传感器的核心部 件，是把转子组件的转动圈数转换成脉冲电信号和把温度转换成电阻阻值的执 行器；连接线15的端头设置有密封块12，连接线15上设置有扎线扣13和PVC 导管14;转子组件由转子9、干轴承10、磁块7、卡圈8四个零件组成，转子 组件套在壳体组件的转轴上，磁块7套在转子9上由卡圈8固定，保持架组件2 上有一个伸到腔体内部直接与水接触的金属嵌件16， PCB组件3还包括热敏电 阻17，热敏电阻17头部装入固定在保持架组件2上的金属嵌件16中并紧貼其 底部。热敏电阻17与金属嵌件16之间的间隙处填充有高导热材料，使温度传 感器的热时间常数《:L5S。转子组件套在壳体组件l的转轴上，把水的流量变成 对应(线性)的转速，同时，磁块的磁场交替切组件割霍尔器件，使其产生相 应的脉冲信号，其转动的轴向与水流动的方向始终为垂直状态，保证了水流量 传感器输出参数的灵敏性以及水流量传感器的自清洁性，转子组件与壳体1之 间的间隙足够大，大于2mm，确保转子组件不会被水中的杂物所卡住，壳体l 进、出水孔的尺寸和磁块7的磁极数一起确定了水流量传感器的输出参数f(Hz)，磁块7套在转子9上由卡圈8固定，磁块7由塑料磁性材料高压注塑而 成，而且是三对磁极，其具有很高的抗拉强度(不易损坏)和较高的磁场强度 等优点，其磁极数直接影响水流量传感器的参数，其磁场强度直接影响水流量 传感器的可靠性和稳定性，干轴承是水流量传感器的又一部件，它是装在转子 组件上起轴承作用的，它直接影响水流量传感器参数的线性和使用寿命，干轴 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润 滑性以及耐高温(大于250°0等优点。
本实用新型是安装在器具(以燃气热水器为例)的进水端用于检测进水的 流量大小及通断和进水的温度高低的传感器。
它采用了NTC热敏电阻，当水充满(流过)传感器腔体时，里面的金属嵌 件迅速把温度传导给热敏电阻，把温度转换成对应的电阻阻值，CPU检测到对 应的电压值，计量出该器件中(流过)水的准确水温，从而给出控制出水水温 的相应指令。
它采用了霍尔效应原理，当水流过传感器腔体时，里面的转子受水的冲击 转动，转子上面的三对极磁块也随之旋转，霍尔器件切割磁力线，输出脉冲信 号，通过CPU所计出的脉冲数，计量出流过该器件的准确流量，从而实现器具 的"开"、"关"机或其它控制调节功能，如由控制器判断水流量的大小进行调控比 例阀电流大小，从而通过比例阀控制气量大小，避免燃气热水器在使用过程中 出现夏暖冬凉现象。该器件只有当水流过时才会产生相应的脉冲信号，不会出 现误动作。
当水流通过壳体，推动转子上面的三对极磁块旋转，不同磁极靠近霍尔元 件时霍尔元件导通。离开时霍尔元件断开。由此，可测量出转子转速(水流速 度)。根据实测的水流量——转子转速——输出信号(电压)的曲线，便可确定 出热水器的启动水压，以及与此启动水压相对应的启动水量与转子转速n。由控 制电路，便可实现转子转速〉设定转速n时热水器启动工作，在转速<11时，热 水器停止工作。这样热水器启动水压一般设定在0.01MPa，启动水量为 2.5L~3.5L/min (须满足热水器标准对最高温升的限制)。停水时转子组件快速停 止，终止脉冲信号输出，控制器接收不到脉冲信号，立即指令燃气比例阀关阀， 切断气源，有效降低停水温升。
霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应原理来直接或间接检测磁性物理
量，当它被置于磁场强度为B的磁场时，且给霍尔元件正极串入负载电阻，同 时通入控制电压DC2.1 18V，使电流方向与磁场方向正交。这样，当水通过壳 体时，推动转子上面的三对极磁块转动，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁力 线，产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号与磁性转子的转速成正 比关系，转子的转速又与水流量大小成正比关系，使燃气热水器的启动与水流 量大小有关。其流量脉冲特性计算公式为脉冲f(Hz)-Cx流量Q(L/mhi)(C为常 数)。霍尔传感器反馈信号给控制器判断出水流量的大小，并可以根据燃气热水 器机型不同，选择最佳的启动流量，实现超低压(0.02MPa以下)启动。
权利要求1.水流量、温度传感器，它包括壳体组件(1)、保持架组件(2)、PCB组件(3)、盖(4)和转子组件，壳体组件(1)是带有转轴嵌件的外壳，与保持架组件(2)、盖(4)通过固定装置连接在一起，两端有便于与器具相连接的接口；保持架组件(2)上固定有PCB组件(3)，密封传感器的O形圈(6)和密封圈(5)均装在保持架组件(2)上；PCB组件(3)包括电路板、霍尔传感器、电阻及连接线(15)四个器件；转子组件由转子(9)、干轴承(10)、磁块(7)、卡圈(8)四个零件组成，转子组件套在壳体的转轴上，磁块(7)套在转子(9)上由卡圈(8)固定，其特征在于保持架组件(2)上有一个伸到腔体内部直接与水接触的金属嵌件(16)，PCB组件(3)还包括热敏电阻(17)，热敏电阻(17)头部装入固定在保持架组件(2)上的金属嵌件(16)中并紧贴其底部。
2. 根据权利要求1所述的水流量、温度传感器，其特征在于热敏电阻(17) 与金属嵌件(16)之间的间隙处填充有高导热材料，使温度传感器的热时间 常数《1.5S。
3. 根据权利要求1所述的水流量、温度传感器，其特征在于转子组件套在壳 体(1)的转轴上，其转动的轴向与水流动的方向始终为垂直状态。
4. 根据权利要求1所述的水流量、温度传感器，其特征在于转子组件与壳体 组件(1)之间的间隙大于2mm。
5. 根据权利要求1所述的水流量、温度传感器，其特征在于磁块(7 )是三 对磁极。
6. 根据权利要求1所述的水流量、温度传感器，其特征在于壳体组件(1)与 保持架组件(2)、盖(4)通过四个螺钉(11)连接在一起。
专利摘要一种水流量、温度传感器，包括壳体组件、保持架组件、PCB组件、盖和转子组件，壳体组件与保持架组件、盖连接，两端有与器具连接的接口；保持架组件固定有PCB组件；PCB组件包括电路板、霍尔传感器、电阻及连接线；转子组件由转子、干轴承、磁块、卡圈组成，转子组件套在壳体的转轴上，磁块套在转子上由卡圈固定，保持架组件上有金属嵌件，PCB组件还包括热敏电阻，热敏电阻头部装入金属嵌件中。本实用新型可控制燃气量，实现恒温；水路与气路隔离，无机械传动引起的故障；水流量传感器控制热水器的开关，实现超低水压启动；即使自身损坏也不会造成干烧热水器；结构紧凑，体积小，安装布局方便，可以减小热水器的体积，较大幅度的降低成本。
文档编号G01F15/02GK201034675SQ20072007845
公开日2008年3月12日 申请日期2007年2月7日 优先权日2007年2月7日
发明者任晓峰 申请人:成都高新区华汇实业有限公司