什么是流量開(kāi)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(dòng)，監(jiān)測(cè)流量至關(guān)重要。因此，流量監(jiān)測(cè)與控制在所有工業(yè)加工過(guò)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(gè)加工系統(tǒng)中的流動(dòng)情況。流量測(cè)量主要用于計(jì)算單位時(shí)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(kāi)關(guān)的相關(guān)知識(shí)、工作原理及應(yīng)用場(chǎng)景。

一、什么是流量開(kāi)關(guān)？

流量開(kāi)關(guān)是一種機(jī)械開(kāi)關(guān)，用于監(jiān)測(cè)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(cè)單位時(shí)間內(nèi)液體、氣體或蒸汽的流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總流量的連續(xù)監(jiān)控。流量開(kāi)關(guān)的符號(hào)如下所示：

流量開(kāi)關(guān)符號(hào)（原文標(biāo)注 “Flow Switch Symbol”，此處對(duì)應(yīng)流量開(kāi)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)電氣符號(hào)，通常為一個(gè)帶有箭頭的矩形框，箭頭方向代表流體流動(dòng)方向，框內(nèi)或旁側(cè)標(biāo)注 “FS” 以標(biāo)識(shí)流量開(kāi)關(guān)）

二、結(jié)構(gòu)組成

流量開(kāi)關(guān)主要由槳葉系統(tǒng)、永磁體、干簧觸點(diǎn)和第二個(gè)磁鐵構(gòu)成。

1. 槳葉系統(tǒng)

管道內(nèi)的流體流動(dòng)會(huì)推動(dòng)開(kāi)關(guān)的槳葉，使其沿流體流動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。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(kāi)關(guān)，從而提供一個(gè)無(wú)電位輸出信號(hào)。

3. 干簧觸點(diǎn)

在流體流道外部、永磁體的正上方，設(shè)有一個(gè)干簧觸點(diǎn)。

4. 第二個(gè)磁鐵

第二個(gè)磁鐵為異極性磁鐵，作用是產(chǎn)生復(fù)位力。

當(dāng)槳葉接觸到待監(jiān)測(cè)的流體時(shí)，會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)；此時(shí)永磁體相對(duì)于干簧開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的位置會(huì)發(fā)生變化，干簧開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)會(huì)根據(jù)觸點(diǎn)類(lèi)型（常開(kāi) / 常閉）實(shí)現(xiàn) “接通” 或 “斷開(kāi)”。

一旦流體流動(dòng)中斷，開(kāi)關(guān)內(nèi)的槳葉便會(huì)恢復(fù)到初始位置。觸點(diǎn)的這種狀態(tài)變化主要用于輸出所需的流量信號(hào)。這類(lèi)開(kāi)關(guān)主要用于泵的保護(hù) —— 當(dāng)需要監(jiān)測(cè)特定管路內(nèi)空氣、液體或氣體的流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，即可借助流量開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。

三、工作原理

流量開(kāi)關(guān)的工作原理主要取決于所監(jiān)測(cè)介質(zhì)的類(lèi)型，其核心用途是監(jiān)測(cè)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(jī)制，需先明確典型流量開(kāi)關(guān)電路的核心組成部分。通常，多數(shù)流量開(kāi)關(guān)配備有磁性觸發(fā)器或槳葉（作為初級(jí)裝置）。槳葉始終與電路相連，并置于流體流動(dòng)的通道中。當(dāng)氣體或流體流過(guò)時(shí)，槳葉會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并將信號(hào)傳輸至傳感器等次級(jí)裝置；傳感器接收信號(hào)后，會(huì)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(cè)量。

當(dāng)流體流量達(dá)到開(kāi)關(guān)的預(yù)設(shè)閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)電路的 “接通” 或 “斷開(kāi)”，進(jìn)而控制泵的啟動(dòng) / 停止，或觸發(fā)警報(bào)。流量開(kāi)關(guān)可配置為 “常開(kāi)（NO）” 或 “常閉（NC）” 兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)即開(kāi)關(guān)的默認(rèn)狀態(tài)：處于常開(kāi)狀態(tài)時(shí)，電路為斷開(kāi)（OFF）；處于常閉狀態(tài)時(shí)，電路為接通（ON）。

四、流量開(kāi)關(guān)的類(lèi)型

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

1. 液體流量開(kāi)關(guān)

這類(lèi)開(kāi)關(guān)用于測(cè)量水、化學(xué)試劑、漿液和潤(rùn)滑油等液體的流量，廣泛應(yīng)用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。處理液態(tài)介質(zhì)的自動(dòng)化工業(yè)系統(tǒng)，通常依賴此類(lèi)開(kāi)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(kāi)關(guān)

氣體流量開(kāi)關(guān)主要用于測(cè)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(cè)量的流量范圍。該類(lèi)開(kāi)關(guān)內(nèi)置旋轉(zhuǎn)葉片，通過(guò)葉片測(cè)量流過(guò)開(kāi)關(guān)的流體量；當(dāng)流量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，葉片會(huì)觸發(fā)一組觸點(diǎn)，使電路閉合。此外，氣體流量開(kāi)關(guān)也可用于測(cè)量空氣和蒸汽的流量，常見(jiàn)于暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)，其采用的技術(shù)類(lèi)型差異較大。

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3. 體積流量開(kāi)關(guān)

體積流量開(kāi)關(guān)用于測(cè)量液體或氣體的流量，測(cè)量依據(jù)是單位時(shí)間內(nèi)流體的體積。也就是說(shuō)，這類(lèi)開(kāi)關(guān)以 “單位時(shí)間內(nèi)的體積” 為單位，測(cè)量流動(dòng)流體的體積流量或總量。通常，體積流量可用于描述和測(cè)量泵送速度。

4. 速度流量開(kāi)關(guān)

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

其他常見(jiàn)類(lèi)型的流量開(kāi)關(guān)

根據(jù)實(shí)際需求，市場(chǎng)上還存在多種其他類(lèi)型的流量開(kāi)關(guān)，具體如下：

（1）槳葉式（或擋板式）流量開(kāi)關(guān)

內(nèi)置槳葉（或擋板）裝置的流量開(kāi)關(guān)稱為槳葉式流量開(kāi)關(guān)。這類(lèi)開(kāi)關(guān)中，槳葉與平面相連，通過(guò)鉸鏈固定，且槳葉朝向流體流動(dòng)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(diǎn)。槳葉式流量開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)化工行業(yè)，用于監(jiān)測(cè)管道內(nèi)的液體流量，其主要特點(diǎn)包括：性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、設(shè)計(jì)緊湊、使用壽命長(zhǎng)。

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（2）膜片式流量開(kāi)關(guān)

膜片式流量開(kāi)關(guān)與差壓（DP）開(kāi)關(guān)類(lèi)似，但核心區(qū)別在于：膜片式開(kāi)關(guān)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)通道，允許液體在進(jìn)出口之間的過(guò)渡區(qū)域流動(dòng)。液體在開(kāi)關(guān)殼體內(nèi)流動(dòng)時(shí)，通常會(huì)沿 “之字形” 路徑行進(jìn)；這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致液體流過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生明顯的壓力降。

（3）梭閥式流量開(kāi)關(guān)

梭閥式流量開(kāi)關(guān)的工作原理基于流體對(duì)圓盤(pán)的流速或差壓產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力。開(kāi)關(guān)底部裝有一個(gè)梭體，圓盤(pán)上方裝有一塊磁鐵；梭體上部（如主軸）的運(yùn)動(dòng)需克服重力作用。當(dāng)液體流量增加到觸發(fā)區(qū)間時(shí)，梭體會(huì)發(fā)生位移；位移后的梭體會(huì)通過(guò)磁力控制開(kāi)關(guān)閥桿內(nèi)的干簧開(kāi)關(guān)；當(dāng)液體流量減小時(shí)，梭體則會(huì)復(fù)位。

（4）固態(tài)流量開(kāi)關(guān)（或熱式流量開(kāi)關(guān)）

這類(lèi)開(kāi)關(guān)基于熱傳遞原理工作。以熱擴(kuò)散式流量開(kāi)關(guān)（一種常見(jiàn)的固態(tài)流量開(kāi)關(guān)）為例，其內(nèi)置兩個(gè)溫度傳感器：一個(gè)用于測(cè)量開(kāi)關(guān)所處介質(zhì)的溫度，另一個(gè)則靠近固定加熱元件布置。當(dāng)介質(zhì)流速增加時(shí)，會(huì)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(gè)傳感器之間的溫差變化可反映流體流量是否超過(guò)可調(diào)閾值；當(dāng)流體流速降低時(shí)，降溫效果減弱，溫差則會(huì)增大。

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（5）活塞式流量開(kāi)關(guān)

活塞式流量開(kāi)關(guān)的殼體內(nèi)、流體流動(dòng)路徑上裝有一塊永磁體。當(dāng)液體流動(dòng)產(chǎn)生的差壓推動(dòng)活塞位移時(shí)，活塞會(huì)通過(guò)磁力觸發(fā)閥體內(nèi)密封的干簧開(kāi)關(guān)?；钊牡撞恐睆娇赏ㄟ^(guò)調(diào)整旁通間隙精確設(shè)定觸發(fā)點(diǎn)；干簧開(kāi)關(guān)被觸發(fā)后，可用于控制指示器、遠(yuǎn)程警報(bào)器，或集成到自動(dòng)化系統(tǒng)的控制回路中。

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五、流量開(kāi)關(guān)電路圖

下圖為流量開(kāi)關(guān)控制電路的示意圖，該電路用于控制流體流動(dòng)。如前所述，流量開(kāi)關(guān)可安裝在管道內(nèi)：當(dāng)流體或空氣沖擊開(kāi)關(guān)的槳葉（開(kāi)關(guān)的組成部分）時(shí)，開(kāi)關(guān)會(huì)被激活，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一組電觸點(diǎn)的 “接通” 或 “斷開(kāi)”。這些觸點(diǎn)通常與電機(jī)啟動(dòng)線圈、指示燈或繼電器相連。一般來(lái)說(shuō)，流量開(kāi)關(guān)同時(shí)具備常開(kāi)（NO）和常閉（NC）兩種電觸點(diǎn)。

在上述流量開(kāi)關(guān)電路圖中，當(dāng)流體 / 空氣流量足夠大，使開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)，線圈 “M” 會(huì)通電，進(jìn)而啟動(dòng)電機(jī)。此處的流量開(kāi)關(guān)應(yīng)用于單相電路：當(dāng)有液體流動(dòng)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)液體流動(dòng)中斷時(shí)，電機(jī)停止工作。電路中的過(guò)載加熱器用于保護(hù)電機(jī)，防止過(guò)電流損壞。

六、流量開(kāi)關(guān)與防拆開(kāi)關(guān)的區(qū)別

流量開(kāi)關(guān)與防拆開(kāi)關(guān)的主要區(qū)別如下表所示：

七、優(yōu)缺點(diǎn)

1. 優(yōu)點(diǎn)

• 流量開(kāi)關(guān)是判斷流量的高可靠性設(shè)備；

• 兼具準(zhǔn)確性、通用性和經(jīng)濟(jì)性；

• 測(cè)量精度較高。

2. 缺點(diǎn)

• 介質(zhì)中混入氣體可能導(dǎo)致測(cè)量誤差；

• 對(duì)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(hù)；

• 易被水基液體銹蝕；

• 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

• 零點(diǎn)穩(wěn)定性差；

• 無(wú)法測(cè)量低密度流體。

八、應(yīng)用場(chǎng)景

流量開(kāi)關(guān)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：

• 用于流量檢測(cè)與判斷；

• 在流體流動(dòng)檢測(cè)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速測(cè)量中發(fā)揮關(guān)鍵作用；

• 保護(hù)集中供暖系統(tǒng)中的加熱元件 —— 只有當(dāng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流被檢測(cè)到后，加熱元件才會(huì)啟動(dòng)（避免無(wú)氣流時(shí)加熱元件干燒）；

• 應(yīng)用于泵保護(hù)、安全噴淋?chē)娮毂O(jiān)測(cè)、油井系統(tǒng)測(cè)試、安全閥監(jiān)測(cè)及排水管路流量監(jiān)測(cè)；

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

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

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

• 大型流量開(kāi)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(kāi)關(guān)？

流量開(kāi)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(gè)接口。這些接口便于將開(kāi)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(dāng)兩種液體同時(shí)到達(dá)管道末端時(shí)，可通過(guò)流量開(kāi)關(guān)檢測(cè)哪種液體先到達(dá)。檢測(cè)原理基于流體粘度（稠度）的差異：當(dāng)兩種液體同時(shí)到達(dá)時(shí)，電流會(huì)通過(guò)其中一個(gè)接口，而無(wú)法通過(guò)另一個(gè)接口；據(jù)此可判斷先到達(dá)的液體，并根據(jù)需求（是否需要兩種液體同時(shí)到達(dá)）控制其通斷。

十、流量開(kāi)關(guān)可檢測(cè)哪些類(lèi)型的流體？

流量開(kāi)關(guān)可檢測(cè)各類(lèi)液體，無(wú)論是水這類(lèi)透明液體，還是含沙濁液這類(lèi)不透明（渾濁）液體，均在其檢測(cè)范圍內(nèi)。

綜上，以上就是關(guān)于流量開(kāi)關(guān)的概述、工作原理及應(yīng)用的全部?jī)?nèi)容。流量開(kāi)關(guān)用于監(jiān)測(cè)通道內(nèi)的流體流動(dòng)，并向系統(tǒng)中的其他設(shè)備（如泵）發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。選擇流量開(kāi)關(guān)時(shí)，需考慮多個(gè)參數(shù)，包括介質(zhì)類(lèi)型、管道直徑、介質(zhì)溫度范圍和工作壓力等。流量開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于送風(fēng)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(chǎng)景。

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