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什么是流量开关:工作原理及其应用 全解读

时间:2025-10-15 10:10:03 点击:0

在工业系统中,为安全控制流体流动,监测流量至关重要。因此,流量监测与控制在所有工业加工过程中都是必不可少的环节。这里的 “流量” 指的是气体、液体和蒸汽在整个加工系统中的流动情况。流量测量主要用于计算单位时间内特定横截面区域中流体工艺介质的体积。本文将概述流量开关的相关知识、工作原理及应用场景。

一、什么是流量开关?

流量开关是一种机械开关,用于监测管道、回路或系统内的流量和液体压力,也被称为 “流量传感器” 或 “流量指示器”。其核心功能是持续监测单位时间内液体、气体或蒸汽的流量,从而实现对总流量的连续监控。流量开关的符号如下所示:

流量开关符号(原文标注 “Flow Switch Symbol”,此处对应流量开关的标准电气符号,通常为一个带有箭头的矩形框,箭头方向代表流体流动方向,框内或旁侧标注 “FS” 以标识流量开关)

二、结构组成

流量开关主要由桨叶系统、永磁体、干簧触点和第二个磁铁构成。

1. 桨叶系统

管道内的流体流动会推动开关的桨叶,使其沿流体流动方向运动。激活桨叶所需的流体流量主要取决于管道的尺寸。

2. 永磁体

桨叶顶部装有一块永磁体,用于触发干簧开关,从而提供一个无电位输出信号。

3. 干簧触点

在流体流道外部、永磁体的正上方,设有一个干簧触点。

4. 第二个磁铁

第二个磁铁为异极性磁铁,作用是产生复位力。

当桨叶接触到待监测的流体时,会随之运动;此时永磁体相对于干簧开关触点的位置会发生变化,干簧开关的触点会根据触点类型(常开 / 常闭)实现 “接通” 或 “断开”。

一旦流体流动中断,开关内的桨叶便会恢复到初始位置。触点的这种状态变化主要用于输出所需的流量信号。这类开关主要用于泵的保护 —— 当需要监测特定管路内空气、液体或气体的流动状态时,即可借助流量开关实现。

三、工作原理

流量开关的工作原理主要取决于所监测介质的类型,其核心用途是监测系统内流体、空气或气体的压力与流量。

要理解其工作机制,需先明确典型流量开关电路的核心组成部分。通常,多数流量开关配备有磁性触发器或桨叶(作为初级装置)。桨叶始终与电路相连,并置于流体流动的通道中。当气体或流体流过时,桨叶会发生转动,并将信号传输至传感器等次级装置;传感器接收信号后,会将其转换为可读取的格式并传递给变送器,最终由变送器完成流量数据的测量。

当流体流量达到开关的预设阈值时,开关可实现电路的 “接通” 或 “断开”,进而控制泵的启动 / 停止,或触发警报。流量开关可配置为 “常开(NO)” 或 “常闭(NC)” 两种状态,这两种状态即开关的默认状态:处于常开状态时,电路为断开(OFF);处于常闭状态时,电路为接通(ON)。

四、流量开关的类型

流量开关主要分为四类:气体流量开关、液体流量开关、体积流量开关和速度流量开关,具体介绍如下:

1. 液体流量开关

这类开关用于测量水、化学试剂、浆液和润滑油等液体的流量,广泛应用于多个工业领域。处理液态介质的自动化工业系统,通常依赖此类开关确保流体流量处于安全、最优的范围。

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2. 气体流量开关

气体流量开关主要用于测量气体的流速,既可以是单纯的传感器,也可以是带显示功能的传感系统。其关键技术参数是待测量的流量范围。该类开关内置旋转叶片,通过叶片测量流过开关的流体量;当流量达到预设值时,叶片会触发一组触点,使电路闭合。此外,气体流量开关也可用于测量空气和蒸汽的流量,常见于暖通空调(HVAC)系统,其采用的技术类型差异较大。

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3. 体积流量开关

体积流量开关用于测量液体或气体的流量,测量依据是单位时间内流体的体积。也就是说,这类开关以 “单位时间内的体积” 为单位,测量流动流体的体积流量或总量。通常,体积流量可用于描述和测量泵送速度。

4. 速度流量开关

速度流量开关主要用于测量流动介质的流速,测量单位通常为 “速度” 或 “每分钟英尺数”(ft/min)。

其他常见类型的流量开关

根据实际需求,市场上还存在多种其他类型的流量开关,具体如下:

(1)桨叶式(或挡板式)流量开关

内置桨叶(或挡板)装置的流量开关称为桨叶式流量开关。这类开关中,桨叶与平面相连,通过铰链固定,且桨叶朝向流体流动方向。桨叶末端装有永磁体,在流体流道外部、永磁体正上方设有干簧触点。桨叶式流量开关广泛应用于各类化工行业,用于监测管道内的液体流量,其主要特点包括:性能稳定、结构坚固、设计紧凑、使用寿命长。

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(2)膜片式流量开关

膜片式流量开关与差压(DP)开关类似,但核心区别在于:膜片式开关内部设有一个通道,允许液体在进出口之间的过渡区域流动。液体在开关壳体内流动时,通常会沿 “之字形” 路径行进;这种设计会导致液体流过开关时产生明显的压力降。

(3)梭阀式流量开关

梭阀式流量开关的工作原理基于流体对圆盘的流速或差压产生的驱动力。开关底部装有一个梭体,圆盘上方装有一块磁铁;梭体上部(如主轴)的运动需克服重力作用。当液体流量增加到触发区间时,梭体会发生位移;位移后的梭体会通过磁力控制开关阀杆内的干簧开关;当液体流量减小时,梭体则会复位。

(4)固态流量开关(或热式流量开关)

这类开关基于热传递原理工作。以热扩散式流量开关(一种常见的固态流量开关)为例,其内置两个温度传感器:一个用于测量开关所处介质的温度,另一个则靠近固定加热元件布置。当介质流速增加时,会带走加热元件的更多热量,导致受热传感器温度降低 —— 流体流速越高,降温效果越明显。两个传感器之间的温差变化可反映流体流量是否超过可调阈值;当流体流速降低时,降温效果减弱,温差则会增大。

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(5)活塞式流量开关

活塞式流量开关的壳体内、流体流动路径上装有一块永磁体。当液体流动产生的差压推动活塞位移时,活塞会通过磁力触发阀体内密封的干簧开关。活塞的底部直径可通过调整旁通间隙精确设定触发点;干簧开关被触发后,可用于控制指示器、远程警报器,或集成到自动化系统的控制回路中。

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五、流量开关电路图

下图为流量开关控制电路的示意图,该电路用于控制流体流动。如前所述,流量开关可安装在管道内:当流体或空气冲击开关的桨叶(开关的组成部分)时,开关会被激活,进而实现一组电触点的 “接通” 或 “断开”。这些触点通常与电机启动线圈、指示灯或继电器相连。一般来说,流量开关同时具备常开(NO)和常闭(NC)两种电触点。

在上述流量开关电路图中,当流体 / 空气流量足够大,使开关触点闭合时,线圈 “M” 会通电,进而启动电机。此处的流量开关应用于单相电路:当有液体流动时,电机启动;当液体流动中断时,电机停止工作。电路中的过载加热器用于保护电机,防止过电流损坏。

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六、流量开关与防拆开关的区别

流量开关与防拆开关的主要区别如下表所示:

对比维度流量开关(Flow Switch)防拆开关(Tamper Switch)
别称流量指示器(Flow Indicator)监控开关(Supervisory Switch)
核心功能检测并监测液体、气体、蒸汽等工艺介质的流量检测喷淋阀是否被部分或完全关闭
重量约 569 克约 2 磅(1 磅≈453.6 克,即约 907.2 克)
结构组成由带铰链或弹簧的桨叶构成由触发装置(通常为杠杆或电缆)及初始定位结构构成

七、优缺点

1. 优点

  • 流量开关是判断流量的高可靠性设备;

  • 兼具准确性、通用性和经济性;

  • 测量精度较高。

2. 缺点

  • 介质中混入气体可能导致测量误差;

  • 对低电导率介质适应性差;

  • 安装成本较高,且需要定期维护;

  • 易被水基液体锈蚀;

  • 设计结构复杂;

  • 零点稳定性差;

  • 无法测量低密度流体。

八、应用场景

流量开关的主要应用场景包括:

  • 用于流量检测与判断;

  • 在流体流动检测和风扇转速测量中发挥关键作用;

  • 保护集中供暖系统中的加热元件 —— 只有当风机产生的气流被检测到后,加热元件才会启动(避免无气流时加热元件干烧);

  • 应用于泵保护、安全喷淋喷嘴监测、油井系统测试、安全阀监测及排水管路流量监测;

  • 用于工业加工系统中流体流量的监测与控制;

  • 用于泵的分级控制、泵 / 阀故障检测、流量保护及流动 / 堵塞状态检测;

  • 常用于储罐系统和蓄水池,以维持储罐内介质处于指定液位;

  • 大型流量开关可用于大型商用建筑的暖通空调(HVAC)系统。

九、如何安装流量开关?

流量开关通常安装在工业应用的管道系统中,其外形多为圆柱形或矩形,设备两侧各设有一个接口。这些接口便于将开关安装到任意管道系统中,且需分别连接两条输送不同液体的管道 —— 这样当两种液体同时到达管道末端时,可通过流量开关检测哪种液体先到达。检测原理基于流体粘度(稠度)的差异:当两种液体同时到达时,电流会通过其中一个接口,而无法通过另一个接口;据此可判断先到达的液体,并根据需求(是否需要两种液体同时到达)控制其通断。

十、流量开关可检测哪些类型的流体?

流量开关可检测各类液体,无论是水这类透明液体,还是含沙浊液这类不透明(浑浊)液体,均在其检测范围内。

综上,以上就是关于流量开关的概述、工作原理及应用的全部内容。流量开关用于监测通道内的流体流动,并向系统中的其他设备(如泵)发送触发信号。选择流量开关时,需考虑多个参数,包括介质类型、管道直径、介质温度范围和工作压力等。流量开关广泛应用于送风系统、管道式供暖系统、水处理系统及混合 / 添加系统等场景。

此内容仅供参考,具体请联系錾科NOIKE工作人员详询。