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 и отсутствия резервирования электропитания.
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, а также из-за отсутствия резервирования электропитания.
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, а также из-за отсутствия резервирования электропитания.
Наиболее близким к полезной модели является датчик контроля наличия пламени (патент РФ №186367, МПК F23N5/08, опубл. 10.01.2019, бюл. № 2), состоящий из несущего корпуса, оптической системы, кожуха для пылебрызгозащиты оптической системы, блока обработки сигнала, платы фотоприемника, обеспечивающей прием и преобразование инфракрасного излучения факела в электрический сигнал, блока питания, платы обработки сигнала, на которую поступает сигнал с платы фотоприемника, обеспечивающей выделение высокочастотных пульсаций пламени при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала, блока световых индикаторов, разъема для подключения к электросети, разъема для выдачи выходных сигналов, блока световых индикаторов, ионизационного датчика и усилителя-формирователя сигнала.
Недостатком данного датчика контроля наличия пламени является недостаточная надежность определения наличия пламени в условиях нарушения электропитания.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке конструкции устройства, обеспечивающего бесперебойную работу датчика контроля наличия пламени в условиях исчезновения напряжения электросети.
Технический результат – повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке и повышение безопасности тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.
Технический результат достигается за счет того, что датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блоком питания, платой и блоком обработки сигнала, усилителем-формирователем сигнала и блоком световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, при этом дополнительно снабжен аккумулятором, установленным в несущем корпусе и подключенным к блоку питания.
Сущность предлагаемого датчика контроля наличия пламени заключается во введении в конструкцию датчика независимого источника электропитания – аккумулятора, что позволит обеспечить работоспособность датчика контроля наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе (в топке котла), при исчезновении питающего напряжения электросети. Наличие аккумулятора создает резервный источник питания, позволяющий датчику контролировать наличие пламени и при перебоях в работе электросети.
На фигуре изображена структурная схема датчика контроля наличия пламени, содержащая несущий корпус 1, оптическую систему 2, кожух для пылебрызгозащиты оптической системы 3, блок обработки сигнала 4, плату фотоприемника 5, обеспечивающую прием и преобразование инфракрасного излучения факела в электрический сигнал, блок питания 6, подключенный к нему аккумулятор 7, плату обработки сигнала 8, на которую поступает сигнал с платы фотоприемника 5, и обеспечивающую выделение высокочастотных пульсаций пламени при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала 4, который обеспечивает формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на блок световых индикаторов 9, автоподстройку параметров датчика, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе.
Плата фотоприемника 5, блок питания 6, аккумулятор 7, плата обработки сигнала 8, смонтированы в несущем корпусе 1. На несущем корпусе 1 установлены разъем 10 для подключения к электросети, и разъем 11 для выдачи выходных сигналов, а также блок световых индикаторов 9 для сигнализации о работе датчиков и результатах самодиагностики, ионизационный датчик 12, электроды которого расположены в керамическом стержне 13, усилитель-формирователь сигнала 14, к входу которого подключен ионизационный датчик 12, а выходной сигнал усилителя-формирователя сигнала 14 подан на вход блока обработки сигнала 4.
Датчик контроля наличия пламени работает следующим образом.
При наличии пламени излучение, проходя через оптическую систему 2, поступает на плату фотоприемника 5, где происходит его преобразование в электрический аналоговый сигнал, который затем подается на плату обработки сигнала 8, в которой при работающей горелке происходит выделение высокочастотных пульсаций пламени, и которые являются признаком наличия пламени. Далее сигнал с платы обработки сигнала 8 поступает в блок обработки сигнала 4, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени.
Также при наличии пламени усилитель-формирователь сигнала 14 формирует напряжение между электродами 12 ионизационного датчика, под воздействием которого и при наличии пламени между ними течет электрический ток, являющийся признаком наличия пламени. Сигнал с платы усилителя-формирователя сигнала 14 также поступает в блок обработки сигнала 4, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени.
Блок обработки сигнала 4 формирует выходной сигнал наличия пламени и сигнал на световой индикатор только при наличии сигналов от оптического и ионизационного датчиков. При отсутствии сигнала о наличии пламени от любого из датчиков, блок обработки сигнала 4 выдает сигнал отсутствия пламени. Блок обработки сигнала 4 также проводит самодиагностику с выводом состояния датчиков на блок световых индикаторов 9.
При наличии напряжения в электросети все блоки датчика контроля наличия пламени питаются от блока питания 6, запитанного через разъем 10 для подключения к электросети. Аккумулятор 7 при наличии напряжения в электросети поддерживается в заряженном состоянии. При отсутствии напряжения в электросети блок питания 6 работает от аккумулятора 7, формируя напряжение питания необходимого уровня для всех блоков датчика контроля наличия пламени. Это обеспечивает возможность бесперебойной работы датчика, то есть обеспечивает повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке и значительно повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.
После восстановления напряжения в электросети аккумулятор 7 заряжается от источника питания через блок питания 6 и поддерживается в заряженном состоянии до следующей чрезвычайной ситуации.
Таким образом, датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блоком питания и аккумулятором, платой и блоком обработки сигнала, усилителем-формирователем сигнала и блоком световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, обеспечивает повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке, что значительно повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.