Датчик контроля наличия пламени

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для контроля наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.
Известно устройство контроля наличия факела горелки (патент РФ №238969, МПК F23N5/08, опубл. 10.05.2010, бюл. № 13), состоящее из фотоэлектрического датчика, системы обработки сигнала датчика, усилителя полезного сигнала, каналов фиксации розжига и погасания факела горелки, имеющих каждый в своем составе сумматор с двумя входами, элемент «слежение-запоминание» и аналого-дискретный преобразователь.
Недостатком данной системы является недостаточная надежность определения наличия пламени из-за применения для этой цели только оптического способа.
Известен датчик погасания пламени (патент РФ №135083, МПК F23N5/00, опубл. 23.11.2013, бюл. № 33), состоящий из приемника излучения, цепи интегрирования, цепи задержки и подсчета импульсов, электронного ключа, цепи установки темнового тока, узла сравнения и балансировки, генератора стабильного тока, входного каскад датчика, осуществляющего самобалансировку по мере старения фотоприемника и уменьшения коэффициента пропускания оптических узлов. Входной каскад устройства может быть выполнен на основе микромощного операционного усилителя, не оказывающего влияния на формирование тока в цепи питания датчика, переключение микромощного операционного усилителя происходит за счет неодинакового времени заряда емкостей, подключенных к инвертируемому и неинвертируемому входу, датчик запитан по двухпроводной схеме от измерительного модуля распределенной системы управления 24В, выходной сигнал датчика фиксирован на уровне 5 мА и задается генератором стабильного тока, датчик полностью залит компаундом, выполнен в виде цилиндрического модуля и помещен в тубус, цилиндрический модуль может содержать один, два, три или четыре датчика, датчики цилиндрического модуля соединены параллельно, одновременно производится простая самодиагностика канала измерения, регистрация отказа датчиков, контроль наличия факела, определение стабильности горения, а также выходной сигнал модуля может быть токовым — пассивным.
Недостатком данной системы является недостаточная надежность определения наличия пламени из-за применения для этой цели только оптического способа.
Известно устройство контроля пламени (патент РФ №2319900, МПК F23N5/08, опубл. 20.03.2008, бюл. № 8), которое содержит фотоприемник, подключенный к входу преобразователя сигнала фотоприемника в частоту, выход которого через линию связи соединен с первым входом канала обработки сигнала, выходом связанного с исполнительным органом, и первым устройством сигнализации. Устройство содержит также частотный компаратор, вход которого подключен к выходу преобразователя сигнала фотодиода в частоту через линию связи, а выход соединен с входом реле времени, выходом связанного со вторым устройством сигнализации. Кроме того, устройство содержит светодиод, оптически связанный с фотоприемником, генератор электрических импульсов, выход которого соединен со светодиодом.
Недостатком данной системы является недостаточная надежность определения наличия пламени из-за применения для этой цели только оптического способа.
Известен датчик селективного контроля факела горелки энергетических и водогрейных котлов модели УДФ-01/МИ (патент РФ №63908, МПК F23N5/00, опубл. 10.16.2007, бюл. № 16), состоящий из несущего корпуса, оптической системы, кожуха для пылебрызгозащиты оптической системы, платы фотоприемника, обеспечивающей прием и преобразование инфракрасного излучения факела требуемого диапазона излучения и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала, блока питания и платы обработки сигнала, обеспечивающей выделение высокочастотных пульсаций факела при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на световые индикаторы, автоподстройку параметров датчика для реализации его всережимности, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе, причем плата фотоприемника и сам фотоприемник, плата обработки сигнала и блок питания смонтированы в несущем корпусе, с установленными на нем разъемами для подключения к сети, выдачи выходных сигналов и подключения к пульту, с установленными на кожухе световыми индикаторами для сигнализации о работе датчика.
Недостатком данного устройства является значительная сложность и недостаточная надежность из-за использования только оптического способа определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.
Наиболее близким к полезной модели является датчик контроля наличия пламени (патент РФ №186367, МПК F23N5/08, опубл. 16.01.2019, бюл. № 2), содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блок питания, плату и блок обработки сигнала и блок световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, к входу которого подключен ионизационный датчик, а к выходу - блок обработки сигнала.
Недостатком данного устройства является значительная сложность и недостаточная надежность из-за большой вероятности ложных срабатываний оптического датчика от нагретых стенок и элементов газового котла, и также имеется большая вероятность срабатывания ионизационного датчика при отсутствии пламени при высокой влажности воздуха в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании датчика пламени, сочетающего в себе звуковой и ионизационный принципы работы для достижения повышенной надежности определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе (в топке котла).
Технический результат – повышение надёжности определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.
Технический результат достигается за счет того, что датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус со смонтированными в нем блоком питания, блоком обработки сигнала, блоком световых индикаторов, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамической трубе и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, к входу которого подключены электроды ионизационного датчика, а его выход подключен ко второму входу блока обработки сигнала, при этом датчик контроля наличия пламени дополнительно содержит микрофон, усилитель, перестраиваемый полосовой фильтр, выделяющий полосу звуковых частот, которая несет информацию о наличии пламени, и усилитель-формирователь сигнала, с выхода которого сигнал подается на первый вход блока обработки сигнала.
Сущность предлагаемого датчика контроля наличия пламени заключается в определении наличия пламени одновременно двумя методами – звуковым и ионизационным, с сопоставлением полученных результатов, что позволит повысить надёжность определения наличия пламени, и, соответственно, повысить безопасность работы тепловых установок на газообразном или жидком топливе.
Особенностью данного технического решения является совмещение звукового и ионизационного датчиков в одной конструкции, а также осуществление совместной обработки сигналов с датчиков одним блоком обработки сигнала.
На чертеже изображена структурная схема датчика контроля наличия пламени, содержащая несущий корпус 1, микрофон 2, усилитель 3, перестраиваемый полосовой фильтр 4, выделяющий полосу звуковых частот, которая несет информацию о наличии пламени, усилитель-формирователь сигнала 5,  с выхода которого сигнал подается на первый вход блока обработки сигнала 6, керамической трубы 7, в стенках которой находятся электроды ионизационного датчика пламени 8, усилитель-формирователь сигнала 9, к входу которого подключены электроды 8 ионизационного датчика, а выходной сигнал усилителя-формирователя сигнала 9 подан на второй вход блока обработки сигнала 6, который обеспечивает формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на блок световых индикаторов 10, автоподстройку параметров датчика, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе. Микрофон 2, усилитель 3, перестраиваемый полосовой фильтр 4, усилители-формирователи сигнала 5 и 9, блок обработки сигнала 6, блок питания 11 смонтированы в несущем корпусе 1. На несущем корпусе 1 установлены разъем 12 для подключения к электросети, и разъем 13 для выдачи выходных сигналов, а также блок световых индикаторов 10 для сигнализации о работе датчиков и результатах самодиагностики.
Датчик контроля наличия пламени работает следующим образом.
При наличии пламени возникают звуковые волны, которые проходят через керамическую трубу 7 и поступают на микрофон 2, где происходит преобразование звуковых волн в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на вход перестраиваемого полосового фильтра 4, где происходит выделение полосы частот, несущей информацию о наличии пламени. С выхода перестраиваемого полосового фильтра 4 сигнал подается на усилитель-формирователь сигнала 5, с выхода которого сигнал поступает в блок обработки сигнала 6, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени.
Также при наличии пламени усилитель-формирователь сигнала 9 формирует напряжение между электродами 8 ионизационного датчика, под воздействием которого и при наличии пламени между ними течет электрический ток, являющийся признаком наличия пламени. Сигнал с платы усилителя-формирователя сигнала 9 также поступает в блок обработки сигнала 6, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени.
Блок обработки сигнала 6 формирует выходной сигнал наличия пламени и сигнал на блок световых индикаторов 10 только при наличии сигналов от звукового и ионизационного датчиков. При отсутствии сигнала о наличии пламени от любого из датчиков, блок обработки сигнала 6 выдает сигнал отсутствия пламени. Блок обработки сигнала 6 также проводит самодиагностику с выводом состояния датчиков на блок световых индикаторов 10.
Таким образом, датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус со смонтированными в нем микрофоном, усилителем, перестраиваемым полосовым фильтром, усилителем-формирователем сигнала, блоком питания, блоком обработки сигнала, блоком световых индикаторов, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамической трубе и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, обеспечивает повышенную надежность определения наличия пламени, что повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.