热量感应器(分户计量热量表流量传感器结构分析)

　　摘要：当前，供暖使用的散热器是无法计量散热量的，致使供热管理部门只能按面积收费，不能准确反应用户真实用量，同时又造成能源浪费。国家于1996年发布的建筑节能“九五”计划，已明确了我国取暖管理步入按户计量和分户控制的模式，废除了长期以来按供热面积计费的落后管理模式。至此，我国用于计量热量的产品--热量表随机诞生。热量表是由流量传感器、计算器和配对温度传感器等部件组成。经过不断努力，各种流量传感器，已经成熟的应用在热量表上。

　　关键词：热量表；传感器；韦根；

科研封面截图

　　目前，热量表流量传感器的采样方法不外乎有干簧管、霍尔元件、光电耦合器、韦根流量传感器、电感式无磁流量传感器、电极式无磁流量传感器六种。干簧管是机械触点、有寿命限制。霍尔元件和光电耦合器都是耗能元件，且它们的功耗都不低，最低也要到几十微安。韦根是磁敏传感，特点是无需工作电源，零功耗，寿命长，输出幅值与转速无关。流量传感器是在叶轮上采样，由于叶轮转速快，这样对元件的寿命提出了很高的要求，故干簧管不宜使用，另外热量表是电池供电，耗能器件包括敏感元件、芯片、阀门电机、液显等，对元件的功耗也提出了很高的要求，故霍尔元件和光电耦合器不宜使用。从各个做流量传感器的厂家的产品中也可以证实。

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　　韦根传感器是利用韦根德效应制成的，故名韦根传感器。其工作原理是，传感器中的双稳态功能合金材料在交变外磁场的激励下，磁化方向瞬间发生翻转，而当外磁场撤离后，它又瞬间恢复到原有的磁化方向，由此在合金材料周围的检测线圈中会感生出电脉冲信号，实现磁电转换。把韦根应用于流量传感器上就叫做韦根流量传感器。前面已经说过流量传感器是在叶轮上采样，叶轮是流量传感器中最关键、最精密、指标要求最高的器件，在叶轮上装磁钢采样，必然会影响流量传感器的抗干扰能力和精度，鉴于此情况研制了无磁流量传感器。无磁流量传感器是在叶轮上安装有非磁性金属膜片，通过外接探头发射的电磁波，频率为超声波段，这一频率穿透性极好，在遇金属片时会发生频率、幅度、相角的变化，通过对这些信号的整理输出稳幅方波。下面着重分析一下韦根流量传感器。

　　韦根传感器采用对称驱动的方式，转动轴端装永磁体，转一圈输出一对脉冲，幅度在1V左右。在此磁路设计中，应尽量的让磁力线平行的穿过传感器的中心，在中心中点处的磁感应强度必须控制在一定的数值范围之内（略）。原理下图所示两种方式，流量传感器一般都是水平工作的，首选左图方式。

韦根流量传感器原理图

　　根据上述分析，再结合流量传感器的结构特点,为了提高流量传感器的精度（获得准确的脉冲数），把磁钢安装在流量传感器的叶轮上，由于在水中工作应选择铁氧体材质，一半是N 极，另一半是 S 极，表面磁感应强度应足够大。从可靠性这方面考虑，磁铁选用时应重视形状的合理性、时效性、热稳定性（热能表更因注意其热稳定性）等问题。选择磁钢时还应考虑热量计是在高温情况下使用，则磁感应强度设计要留有一定的余量，因为磁钢的磁场强度会随着温度的上升而下降。

　　下图这条曲线告诉我们，要使传感器输出电压是它输出电压的 90% ，可以有二个外加磁场强度，一个是B1 ，而另一个是B2。如果设计在B1点，当温度升高时，磁场减弱，使传感器工作在恶劣的条件下，输出信号电压幅度会很快下降，甚至会出现采不到信号。反过来如若热电子水表基表工作时外加磁场设计在 B2 点。当它工作在热状态下时，磁场会减弱。从图上可以看到，这时B2点向左移，它的输出幅度反而会增加。

韦根流量传感器原理图

　　大致结构和磁钢选择好后，就可以设计韦根中心与磁钢上表面之间的距离X。根据上述原则及测定，X的尺寸值就可以得出。X确定后，就可以根据事先设计好的结构，设计出其它零件的具体尺寸。密封板作用是把韦根与水（水压1MPa）隔开，应为韦根不易密封，故不能在水中工作。那么密封板就要有一定的强度，此种零件一般选择塑料材质，不同的材料强度不同，厚度也不同。

　　叶轮在水中旋转，为了保证叶轮的灵活性，叶轮就必须有一定的窜量。外加磁钢与密封板在极限的情况下，考虑到我国的水质问题，圆环磁钢易受污染，会吸附水中杂质，所有应有一定的距离。

　　根据上述结论，就可以算出韦根传感器中心线到密封板的距离（X-δ-L），根据这一数据可以选择韦根传感器的型号。零件材料的选择。国家标准JJG225-2010规定：热量计必须能承受在大流量、95℃的情况下，持续运转300小时，普通热水表的结构很难满足要求，所以在材料的选择时一定要考虑耐磨性和强度。顶尖选择耐磨材料，轴承选择宝石材料，叶轮轴选择耐磨材料，隔板衬套用宝石材料，经过测试，完全能够满足要求。

　　参考文献

　　[1] JJG 225-2010 热量表检定规程．