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 со 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 оптический принципы работы для достижения повышенной надежности определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе (в топке котла).
Технический результат – повышение надежности определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.
Технический результат достигается за счет того, что датчик контроля наличия пламени содержит несущий корпус со смонтированными в нем платой фотоприемника, блоком питания, блоком обработки сигнала и блоком световых индикаторов, при этом фотоприемник размещен в трубе, закрепленной на несущем корпусе, 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.
Сущность предлагаемого датчика контроля наличия пламени заключается в определении наличия пламени одновременно двумя методами – звуковым и оптическим, с сопоставлением полученных результатов, что позволит повысить надежность определения наличия пламени, и, соответственно, повысить безопасность работы тепловых установок на газообразном или жидком топливе.
Особенностью данного технического решения является совмещение звукового и оптического 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, трубы 7, внутри которой находится фотоприемник 8, сигнал от которого подается на плату 9 фотоприемника 8, обеспечивающую совместно с фотоприемником 8 преобразование пульсаций излучения пламени в электрический сигнал, и обеспечивающую выделение пульсаций пламени при работающей горелке, и передачу выходного преобразованного сигнала в блок 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, и блок питания 11. Микрофон 2, усилитель 3, перестраиваемый полосовой фильтр 4, усилитель-формирователь сигнала 5, блок обработки сигнала 6, плата 9 фотоприемника 8, блок питания 11 смонтированы в несущем корпусе 1. На несущем корпусе 1 также 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.
При наличии пламени световое излучение поступает на фотоприемник 8, сигнал от него поступает на плату 9 фотоприемника 8, где происходит выделение пульсаций пламени при работающей горелке, и которые являются признаком наличия пламени. Далее сигнал с платы обработки сигнала 9 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 оптического 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 с смонтированными в нем микрофоном, усилителем, перестраиваемым полосовым фильтром, усилителем-формирователем сигнала, блоком питания, блоком обработки сигнала, блоком световых индикаторов, платой фотоприемника, и фотоприемником, установленным в трубе, прикрепленной к несущему корпусу, обеспечивает повышенную надежность определения наличия пламени, что повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.