什么是流量開關(guān)：工作原理及其應(yīng)用 全解讀

在工業(yè)系統(tǒng)中，為安全控制流體流動，監(jiān)測流量至關(guān)重要。因此，流量監(jiān)測與控制在所有工業(yè)加工過程中都是必不可少的環(huán)節(jié)。這里的 “流量” 指的是氣體、液體和蒸汽在整個加工系統(tǒng)中的流動情況。流量測量主要用于計算單位時間內(nèi)特定橫截面區(qū)域中流體工藝介質(zhì)的體積。本文將概述流量開關(guān)的相關(guān)知識、工作原理及應(yīng)用場景。

一、什么是流量開關(guān)？

流量開關(guān)是一種機械開關(guān)，用于監(jiān)測管道、回路或系統(tǒng)內(nèi)的流量和液體壓力，也被稱為 “流量傳感器” 或 “流量指示器”。其核心功能是持續(xù)監(jiān)測單位時間內(nèi)液體、氣體或蒸汽的流量，從而實現(xiàn)對總流量的連續(xù)監(jiān)控。流量開關(guān)的符號如下所示：

流量開關(guān)符號（原文標注 “Flow Switch Symbol”，此處對應(yīng)流量開關(guān)的標準電氣符號，通常為一個帶有箭頭的矩形框，箭頭方向代表流體流動方向，框內(nèi)或旁側(cè)標注 “FS” 以標識流量開關(guān)）

二、結(jié)構(gòu)組成

流量開關(guān)主要由槳葉系統(tǒng)、永磁體、干簧觸點和第二個磁鐵構(gòu)成。

1. 槳葉系統(tǒng)

管道內(nèi)的流體流動會推動開關(guān)的槳葉，使其沿流體流動方向運動。激活槳葉所需的流體流量主要取決于管道的尺寸。

2. 永磁體

槳葉頂部裝有一塊永磁體，用于觸發(fā)干簧開關(guān)，從而提供一個無電位輸出信號。

3. 干簧觸點

在流體流道外部、永磁體的正上方，設(shè)有一個干簧觸點。

4. 第二個磁鐵

第二個磁鐵為異極性磁鐵，作用是產(chǎn)生復(fù)位力。

當槳葉接觸到待監(jiān)測的流體時，會隨之運動；此時永磁體相對于干簧開關(guān)觸點的位置會發(fā)生變化，干簧開關(guān)的觸點會根據(jù)觸點類型（常開 / 常閉）實現(xiàn) “接通” 或 “斷開”。

一旦流體流動中斷，開關(guān)內(nèi)的槳葉便會恢復(fù)到初始位置。觸點的這種狀態(tài)變化主要用于輸出所需的流量信號。這類開關(guān)主要用于泵的保護 —— 當需要監(jiān)測特定管路內(nèi)空氣、液體或氣體的流動狀態(tài)時，即可借助流量開關(guān)實現(xiàn)。

三、工作原理

流量開關(guān)的工作原理主要取決于所監(jiān)測介質(zhì)的類型，其核心用途是監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)流體、空氣或氣體的壓力與流量。

要理解其工作機制，需先明確典型流量開關(guān)電路的核心組成部分。通常，多數(shù)流量開關(guān)配備有磁性觸發(fā)器或槳葉（作為初級裝置）。槳葉始終與電路相連，并置于流體流動的通道中。當氣體或流體流過時，槳葉會發(fā)生轉(zhuǎn)動，并將信號傳輸至傳感器等次級裝置；傳感器接收信號后，會將其轉(zhuǎn)換為可讀取的格式并傳遞給變送器，最終由變送器完成流量數(shù)據(jù)的測量。

當流體流量達到開關(guān)的預(yù)設(shè)閾值時，開關(guān)可實現(xiàn)電路的 “接通” 或 “斷開”，進而控制泵的啟動 / 停止，或觸發(fā)警報。流量開關(guān)可配置為 “常開（NO）” 或 “常閉（NC）” 兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)即開關(guān)的默認狀態(tài)：處于常開狀態(tài)時，電路為斷開（OFF）；處于常閉狀態(tài)時，電路為接通（ON）。

四、流量開關(guān)的類型

流量開關(guān)主要分為四類：氣體流量開關(guān)、液體流量開關(guān)、體積流量開關(guān)和速度流量開關(guān)，具體介紹如下：

1. 液體流量開關(guān)

這類開關(guān)用于測量水、化學(xué)試劑、漿液和潤滑油等液體的流量，廣泛應(yīng)用于多個工業(yè)領(lǐng)域。處理液態(tài)介質(zhì)的自動化工業(yè)系統(tǒng)，通常依賴此類開關(guān)確保流體流量處于安全、最優(yōu)的范圍。

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2. 氣體流量開關(guān)

氣體流量開關(guān)主要用于測量氣體的流速，既可以是單純的傳感器，也可以是帶顯示功能的傳感系統(tǒng)。其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)是待測量的流量范圍。該類開關(guān)內(nèi)置旋轉(zhuǎn)葉片，通過葉片測量流過開關(guān)的流體量；當流量達到預(yù)設(shè)值時，葉片會觸發(fā)一組觸點，使電路閉合。此外，氣體流量開關(guān)也可用于測量空氣和蒸汽的流量，常見于暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)，其采用的技術(shù)類型差異較大。

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3. 體積流量開關(guān)

體積流量開關(guān)用于測量液體或氣體的流量，測量依據(jù)是單位時間內(nèi)流體的體積。也就是說，這類開關(guān)以 “單位時間內(nèi)的體積” 為單位，測量流動流體的體積流量或總量。通常，體積流量可用于描述和測量泵送速度。

4. 速度流量開關(guān)

速度流量開關(guān)主要用于測量流動介質(zhì)的流速，測量單位通常為 “速度” 或 “每分鐘英尺數(shù)”（ft/min）。

其他常見類型的流量開關(guān)

根據(jù)實際需求，市場上還存在多種其他類型的流量開關(guān)，具體如下：

（1）槳葉式（或擋板式）流量開關(guān)

內(nèi)置槳葉（或擋板）裝置的流量開關(guān)稱為槳葉式流量開關(guān)。這類開關(guān)中，槳葉與平面相連，通過鉸鏈固定，且槳葉朝向流體流動方向。槳葉末端裝有永磁體，在流體流道外部、永磁體正上方設(shè)有干簧觸點。槳葉式流量開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類化工行業(yè)，用于監(jiān)測管道內(nèi)的液體流量，其主要特點包括：性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)堅固、設(shè)計緊湊、使用壽命長。

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（2）膜片式流量開關(guān)

膜片式流量開關(guān)與差壓（DP）開關(guān)類似，但核心區(qū)別在于：膜片式開關(guān)內(nèi)部設(shè)有一個通道，允許液體在進出口之間的過渡區(qū)域流動。液體在開關(guān)殼體內(nèi)流動時，通常會沿 “之字形” 路徑行進；這種設(shè)計會導(dǎo)致液體流過開關(guān)時產(chǎn)生明顯的壓力降。

（3）梭閥式流量開關(guān)

梭閥式流量開關(guān)的工作原理基于流體對圓盤的流速或差壓產(chǎn)生的驅(qū)動力。開關(guān)底部裝有一個梭體，圓盤上方裝有一塊磁鐵；梭體上部（如主軸）的運動需克服重力作用。當液體流量增加到觸發(fā)區(qū)間時，梭體會發(fā)生位移；位移后的梭體會通過磁力控制開關(guān)閥桿內(nèi)的干簧開關(guān)；當液體流量減小時，梭體則會復(fù)位。

（4）固態(tài)流量開關(guān)（或熱式流量開關(guān)）

這類開關(guān)基于熱傳遞原理工作。以熱擴散式流量開關(guān)（一種常見的固態(tài)流量開關(guān)）為例，其內(nèi)置兩個溫度傳感器：一個用于測量開關(guān)所處介質(zhì)的溫度，另一個則靠近固定加熱元件布置。當介質(zhì)流速增加時，會帶走加熱元件的更多熱量，導(dǎo)致受熱傳感器溫度降低 —— 流體流速越高，降溫效果越明顯。兩個傳感器之間的溫差變化可反映流體流量是否超過可調(diào)閾值；當流體流速降低時，降溫效果減弱，溫差則會增大。

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（5）活塞式流量開關(guān)

活塞式流量開關(guān)的殼體內(nèi)、流體流動路徑上裝有一塊永磁體。當液體流動產(chǎn)生的差壓推動活塞位移時，活塞會通過磁力觸發(fā)閥體內(nèi)密封的干簧開關(guān)?；钊牡撞恐睆娇赏ㄟ^調(diào)整旁通間隙精確設(shè)定觸發(fā)點；干簧開關(guān)被觸發(fā)后，可用于控制指示器、遠程警報器，或集成到自動化系統(tǒng)的控制回路中。

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五、流量開關(guān)電路圖

下圖為流量開關(guān)控制電路的示意圖，該電路用于控制流體流動。如前所述，流量開關(guān)可安裝在管道內(nèi)：當流體或空氣沖擊開關(guān)的槳葉（開關(guān)的組成部分）時，開關(guān)會被激活，進而實現(xiàn)一組電觸點的 “接通” 或 “斷開”。這些觸點通常與電機啟動線圈、指示燈或繼電器相連。一般來說，流量開關(guān)同時具備常開（NO）和常閉（NC）兩種電觸點。

在上述流量開關(guān)電路圖中，當流體 / 空氣流量足夠大，使開關(guān)觸點閉合時，線圈 “M” 會通電，進而啟動電機。此處的流量開關(guān)應(yīng)用于單相電路：當有液體流動時，電機啟動；當液體流動中斷時，電機停止工作。電路中的過載加熱器用于保護電機，防止過電流損壞。

六、流量開關(guān)與防拆開關(guān)的區(qū)別

流量開關(guān)與防拆開關(guān)的主要區(qū)別如下表所示：

七、優(yōu)缺點

1. 優(yōu)點

• 流量開關(guān)是判斷流量的高可靠性設(shè)備；

• 兼具準確性、通用性和經(jīng)濟性；

• 測量精度較高。

2. 缺點

• 介質(zhì)中混入氣體可能導(dǎo)致測量誤差；

• 對低電導(dǎo)率介質(zhì)適應(yīng)性差；

• 安裝成本較高，且需要定期維護；

• 易被水基液體銹蝕；

• 設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

• 零點穩(wěn)定性差；

• 無法測量低密度流體。

八、應(yīng)用場景

流量開關(guān)的主要應(yīng)用場景包括：

• 用于流量檢測與判斷；

• 在流體流動檢測和風扇轉(zhuǎn)速測量中發(fā)揮關(guān)鍵作用；

• 保護集中供暖系統(tǒng)中的加熱元件 —— 只有當風機產(chǎn)生的氣流被檢測到后，加熱元件才會啟動（避免無氣流時加熱元件干燒）；

• 應(yīng)用于泵保護、安全噴淋噴嘴監(jiān)測、油井系統(tǒng)測試、安全閥監(jiān)測及排水管路流量監(jiān)測；

• 用于工業(yè)加工系統(tǒng)中流體流量的監(jiān)測與控制；

• 用于泵的分級控制、泵 / 閥故障檢測、流量保護及流動 / 堵塞狀態(tài)檢測；

• 常用于儲罐系統(tǒng)和蓄水池，以維持儲罐內(nèi)介質(zhì)處于指定液位；

• 大型流量開關(guān)可用于大型商用建筑的暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)。

九、如何安裝流量開關(guān)？

流量開關(guān)通常安裝在工業(yè)應(yīng)用的管道系統(tǒng)中，其外形多為圓柱形或矩形，設(shè)備兩側(cè)各設(shè)有一個接口。這些接口便于將開關(guān)安裝到任意管道系統(tǒng)中，且需分別連接兩條輸送不同液體的管道 —— 這樣當兩種液體同時到達管道末端時，可通過流量開關(guān)檢測哪種液體先到達。檢測原理基于流體粘度（稠度）的差異：當兩種液體同時到達時，電流會通過其中一個接口，而無法通過另一個接口；據(jù)此可判斷先到達的液體，并根據(jù)需求（是否需要兩種液體同時到達）控制其通斷。

十、流量開關(guān)可檢測哪些類型的流體？

流量開關(guān)可檢測各類液體，無論是水這類透明液體，還是含沙濁液這類不透明（渾濁）液體，均在其檢測范圍內(nèi)。

綜上，以上就是關(guān)于流量開關(guān)的概述、工作原理及應(yīng)用的全部內(nèi)容。流量開關(guān)用于監(jiān)測通道內(nèi)的流體流動，并向系統(tǒng)中的其他設(shè)備（如泵）發(fā)送觸發(fā)信號。選擇流量開關(guān)時，需考慮多個參數(shù)，包括介質(zhì)類型、管道直徑、介質(zhì)溫度范圍和工作壓力等。流量開關(guān)廣泛應(yīng)用于送風系統(tǒng)、管道式供暖系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)及混合 / 添加系統(tǒng)等場景。

此內(nèi)容僅供參考，具體請聯(lián)系鏨科NOIKE工作人員詳詢。