致谢 29

参考文献 30

1 引言

1.1  继电器

继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到人为设定的规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器，它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系，通常应用于自动化的控制电路中[1]。继电器实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器的结构较为简单，但其应用范围十分广泛，涉及人类生产、生活的方方面面，是生产工具中的一个重要组成部分，故其一直受到广泛的重视，发展速度也较为迅猛。

在水流控制等场合中，由于水是流体，性质较为特殊，因此相关的参数如流量、压力等较难以测量。另外，水对电路器件的影响十分巨大，电路进水等情况一旦发生即可能造成继电器电路的短路，甚至造成永久性的损坏，从而影响系统控制与保护功能。因此，用于水流测量控制的继电器与其他继电器相比有其特殊的要求，从而使得传统的非密封普通继电器难以在水流控制等领域发挥作用。因此，需要专门设计适用于液体流量控制的继电器以满足人们对相关功能的需求，这也是本次课题提出的初衷。

1.2  水流继电器的应用和发展状况

水流继电器的应用范围十分广泛，在国内，水流继电器主要运用于电热水器、太阳能热水器、空调以及其他水系统的水循环控制、进出水控制、水加热控制、水泵开关控制、电磁阀通断控制或出水断电、出水通电控制等过程，当达到一定流量后将水流转换为开关式电信号[17]。在国际上，水流继电器的发展则要大大提前于国内，相应的型号、功能更多，应用范围也更加广泛，这也是本课题的研究意义之一。

水流继电器的发展大致经历了如下几个阶段：

① 压差式水流继电器

中国市场上的水流继电器出现在80年代末，当时主要以压差式水流继电器为主，即燃气热水器上的水气联动阀的水阀部份。压差式水流继电器的工作原理是水在流经过文丘里管时，进水压力和出水压力不同，用这个压力差驱动一个微动开关产生信号。这种水流继电器的开关信号的功率大，可以直接驱动控制系统，但是启动压力大，对于超低压力的设备无法使用。

② 干簧管式水流继电器

90年代中，由于干簧开关的广泛使用，市场上出现了干簧管式水流继电器，主要分为重力式水流继电器和活塞式水流继电器。重力式水流继电器的工作原理是水流动时向上的一个抬力将一个磁性阀芯抬起接近并驱动干簧开关产生信号，这种水流继电器的优点是对水压力要求低，但是对水质的要求高，而且一定要直立安装。活塞式水流继电器的工作原理是在活塞内装一磁环，工作时水压力推开活塞，当活塞内磁环被推开到干簧开关的位置时，干簧开关便产生信号。这类继电器工作性能稳定，被广泛应用在各类设备上面。

③ 转子式水流继电器

2000年后，由于霍尔元件的应用，出现了输出脉冲信号的的转子式水流继电器，这类水流继电器配合芯片可以检测出水流量的大小，但是由于设计等原因，部分转子式水流继电器在水流太小时无法转动或不灵活，故理想的脉冲信号水流开关还是较少的。

④ 红外线水流继电器

红外线水流量继电器，是水流继电器的最新技术，它主要应用于热水器行业中新起的高新技术产业即热电热水器进水口，以探测进入即热式电热水器的进水流量，控制启动与关机功能。特别适用于作为恒温即热式电热水器配套装置，将探测到的进水流量与温度及时传递给控制系统，达到快速恒温的目的。也可满足类似产品的流量探测需求。