Датчик ионизации пламени схема: Контроль пламени газовых приборов. Электронные схемы Кравцова Виталия. Авторская страница изобретателя.

Содержание

Контроль пламени газовых приборов. Электронные схемы Кравцова Виталия. Авторская страница изобретателя.

Устройства контроля погасания горелки для газовых приборов.

Газовое оборудование значительно улучшает качество нашей жизни — это возможность приготовить пищу и обогреть жильё, но газ требует к себе повышенного внимания. При случайном погасании пламени конфорки газовой плиты или горелки отопительного котла — а это может случиться, когда конфорку заливает кипящая жидкость из кастрюли или пламя задуло сквозняком — газ может заполнить помещение и достаточно небольшой искры, чтобы случился взрыв. Этого не случится, если ваши газовые приборы оборудованы системой безопасности Gas Control, которая состоит из термоэлектрического датчика, располагаемого в пламени горелки и защитного электромагнитного клапана. При наличии пламени на горелке термоэлектрический датчик, а попросту термопара, вырабатывает небольшое напряжение, которое подаётся на катушку электромагнитного клапана и обеспечивает его удержание в открытом положении. При погасании пламени термопара остывает, ток прекращается и клапан отпускает, перекрывая газ. Некоторые модели газового оборудования содержат схемы автоматического повторного розжига горелки при её погасании, но после нескольких попыток такие схемы автоматически отключаются, т.к. такой авторозжиг может повлечь большие неприятности. Если газовая плита не оснащена заводской системой безопасности — изготовить её в домашних условиях вряд ли удастся. Можно только оснастить её системой контроля пламени с выдачей предупредительной сигнализации.

Для контроля пламени в котлах промышленных котельных чаще всего используют инфракрасные или ультрафиолетовые фотодатчики и ионизационные контрольные электроды. Хотя схема с использованием фотодатчика наиболее универсальна (контролирует горение любых видов топлива), она мало подходит для «домашнего» применения, т.к. электрическая схема достаточна сложна. Фотодатчик не должен реагировать на иные источники излучения, кроме пламени горелки и чувствительность его не должна меняться от температуры и прямой засветки от посторонних источников. Чтобы этого не случилось, в схеме используется глубокая АРУ, стабилизация рабочей точки фотодатчика, а также низкочастотный полосовой фильтр, пропускающий только пульсации сигнала, формируемые языками пламени. Для самостоятельного изготовления гораздо лучше подходит ионизационный метод. Он широко используется в промышленных котельных, работающих на газе. Устройство представляет собой контрольный электрод из нихромовой проволоки диаметром 2 … 3 мм, закреплённый на изолирующей подставке из керамики или фторопласта, недалеко от горелки. Кончик электрода должен находиться в верхней трети языка пламени, но не должен касаться дна кастрюль. На контрольный электрод подаётся абсолютно безопасный, очень слабый сигнал переменного тока напряжением 220 В. При горении газового пламени происходит ионизация частиц газа и в зоне контрольного электрода , когда на нём положительная полуволна напряжения, тяжёлые положительно заряженные частицы опускаются к горелке, а электроны устремляются к электроду. В цепи протекает очень слабый электрический ток . При отрицательной полуволне тока в цепи нет. Из-за несимметричности токов на контрольном электроде возникает слабый отрицательный потенциал напряжением 3 … 8 В, который усиливается усилителем на полевом транзисторе и используется для сигнализации наличия пламени. Схема одного из устройств приведено на рисунке:

На основе этой схемы можно построить различные устройства контроля пламени и автоматической отсечки газа. Если в схему добавить триггер — можно автоматизировать запуск схемы сигнализации погасания пламени при первом его появлении . Добавив в схему таймер, можно автоматизировать начало отсчёта времени приготовления продукта или периодически включать напоминающий звуковой сигнал для забывчивых людей. Автор разрабатывал множество подобных устройств, но ввиду их относительной сложности они не здесь приводятся .

Вернуться в начало темы:

1. Схема электрического поджига с симистором.

2. Схемы электроподжига с тиристором.

3. Вариант схемы электроподжига на тиристоре .

4. Схема электроподжига с использованием p-n-p транзистора.

5. Схема электроподжига с использованием динистора.

Уважаемые посетители!
Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение.

Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного,
а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять
Вам больше внимания.

ВНИМАНИЕ!

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Тогда Вам сюда…

Датчик контроля пламени своими руками

Индикатор наличия пламени, совмещенный с запалом на одном электроде (10+)

Датчик пламени и искровой запал на одном электроде

Для газовой горелки мне понадобилась система искрового воспламенения и индикатор наличия огня. Причем очень хотелось, чтобы для работы обоих устройств использовался один и тот же электрод, помещенный в пламя.

При разработке схемы возникли следующие трудности. Во-первых, газ горит без серьезного свечения. Так что применять фоторезистор не удается. Остановился на использовании эффекта односторонней проводимости плазмы (факел горелки — и есть самая настоящая плазма). Для определения наличия этого эффекта, а соответственно, наличия пламени, необходимо поместить в огонь электрод. Электрод нужен и для искрового разряда запала. Есть соблазн использовать один и тот же электрод. Но,

во-вторых, прямой подход с переключением одного электрода от искрового трансформатора к датчику не работает, так как найти переключатель, способный выдержать несколько десятков киловольт в режиме запала, не пробить их на датчик, мне не удалось.

Так что пришлось пойти несколько окольным путем. Датчик огня подключаю последовательно с катушкой зажигания. Во время запала датчик замыкаю накоротко. После переключения в режим контроля замыкающие контакты размыкаются. Напряжение для контроля пламени на электрод подается через катушку зажигания. Однако, при ее не очень высокой индуктивности, она не мешает прохождению электрического тока частотой 50 Гц от сети.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Принципиальная схема индикатора горения с запалом на одном электроде

Трансформатор Tr1 — обеспечивает гальваническую развязку от сети механизма запала. Намотан на Ш-образном сердечнике из трансформаторного железа 20 х 20 мм проводом 0.5 мм, каждая обмотка составляет 250 витков. Между обмотками нужно проложить три слоя трансформаторной бумаги. И вообще при изготовлении трансформатора обеспечить надежную изоляцию одной обмотки и ее выводов от другой обмотки и ее выводов.

Трансформатор Tr2 — обычная катушка зажигания от классики.

Трансформаторы Tr3, Tr4 — покупные. 220 — 15 вольт. 1.5 Вт. Tr3 трансформирует 220 вольт в 15, а Tr4 — 15 обратно в 220 для подачи напряжения на электрод датчика. С помощью такого включения получено напряжение 15 вольт для питания схемы датчика и 220 вольт, гальванически развязанное от сети для подачи на электрод.

Мост M1 — диодный мост на 220 вольт, средний ток 100 мА, импульсный до 3 А. Этот мост можно собрать из диодов, например HER 208.

Тиристор VS1 — КУ201М, КУ201Н, КУ202М, КУ202Н, или аналогичный на напряжение выше 400 вольт, средний ток 100 мА, импульсный до 3 А.

Резистор R1 — 10 кОм, Резистор R2 — 50 Ом. Возможно, потребуется подобрать резистор R1 для получения хорошей жирной искры.

Конденсатор C2 — 1 мкФ 400 вольт.

Конденсатор C1 — 1 мкФ 400 вольт. Резистор R3 — 100 Ом 2 Вт. Эти элементы введены в схему для снижения помех, создаваемых запалом в сети.

Резистор R10 — 2 МОм. Он служит для разрядки конденсаторов после выключения питания на запале.

Конденсатор C3 — 0.1 мкФ 400 вольт. Конденсатор C4 — 0.01 мкФ 400 вольт.

Резисторы R4, R5 — 2 МОм

Конденсатор C5 — 1 мкФ 400 вольт.

Диоды VD1, VD2 — HER208. Диод VD3 — маломощный детекторный, например, КД510. Диоды VD2 и VD3 защищают эмиттерный переход транзистора от скачков напряжения обратной полярности, которые бывают на C5 до 400 вольт.

Транзисторы VT1, VT2 — КТ502, КТ503 соответственно приведенной на схеме проводимости.

Диод VD6 — маломощный детекторный, например, КД510. Он защищает транзистор VT1 от напряжения обратной полярности между коллектором и эмиттером, которое возникает при выключении питания за счет заряда на конденсаторе C6.

Резисторы R6, R7 — 10 кОм. Конденсатор C6 — электролитический 50 мкФ, 16 вольт.

Резистор R8 — 1 кОм. Светодиод VD4 — светодиод. По его свечению мы видим наличие пламени. Последовательно с ним можно включить светодиод оптрона, который, в свою очередь, будет управлять какими-либо устройствами в случае погасания пламени, например, закрывать газ. Обратите внимание, светодиод горит, когда есть пламя.

Стабилитрон VD5 — 12 вольт 1 Вт.

Конденсатор C7 — 1000 мкФ, 16 вольт. Конденсатор C8 — 1000 мкФ, 25 вольт. Резистор R9 — 300 Ом.

Выключатель S1, S2 — Сдвоенный выключатель. Его контакты одновременно замыкаются и размыкаются.

К точкам (A) и (B) подводится напряжение от сети.

Точка (C) соединяется с запальным электродом высоковольтным проводом, например, от автомобильной системы зажигания.

Точка (D) соединяется с корпусом горелки.

Сборка и наладка

В схеме есть элементы, находящиеся под высоким напряжением. Некоторые элементы схемы гальванически связаны с сетью. При сборке и монтаже обеспечьте безопасность себя и последующих пользователей устройства от электрического удара.

Односторонняя проводимость плазмы — эффект очень странный. Мне до конца не понятна его физическая природа. Используя это устройство на разных горелках, я заметил, что на некоторых плазма проводит ток от электрода к корпусу, а на некоторых — наоборот. Однако, односторонняя проводимость присутствует все равно. При наладке устройства, возможно, придется поменять полярность подключения датчика. Для этого отсоединяем точку (D) от корпуса горелки, разрываем соединение в точке (E), катушку зажигания подсоединяем к точке (D), вторую сторону разрыва в точке (E) соединяем с корпусом горелки.

Датчик защищен от обрыва соединения с горелкой и электродом запала.

Работает он так. Замыкаем переключатель. Появляется искра. При этом датчик пламени отключен. Открываем газ. После возгорания размыкаем переключатель. Через секунду загорится светодиод, который свидетельствует о наличии пламени.

Внимание. На электроде всегда присутствует высокое напряжение, при поджиге — несколько десятков киловольт, при контроле пламени — 220 вольт. Хотя цепи гальванически развязаны от сети, и прикосновение к корпусу горелки совершенно безопасно, прикосновение одновременно к корпусу и электроду приведет к удару электрическим током.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Можно ли последовательно стабилитрону VD5 включить транзисторный оптрон АОТ 110 Б для управления электромагнитным клапаном подачи газа, или надо ставить еще промежуточное реле типа РЕС 10 Читать ответ.

Как связаться с автором статьи? Понятно, что сайт для самоделкиных, но я с электрикой не дружу, а устройство поджига на 12 вольт очень нужно. Требуется воплотить изделие в металле за соответствующее вознаграждение Читать ответ.

Возможно ли в качестве разделительного трансформатора использовать промышленный трансформатор типа ТАН 8 127/220? Или проблема в том, что вторичная обмотка должна обеспечивать ток 4-6 А для обмотки катушки зажигания? Читать ответ.

Детектор, датчик, обнаружитель скрытой проводки, разрывов, обрывов. Сх.
Схема прибора для обнаружения скрытой проводки и ее разрывов для самостоятельног.

Интегральный аналог конденсатора большой емкости. Умножитель, имитатор.
Умножитель емкости. Имитатор большого конденсатора на интегральной микросхеме.

Датчик уровня жидкости. Реле. Автоматическое включение / выключение на.
Автомат наполнения емкости с водой включает и выключает насос в зависимости от у.

Дифференциальный усилитель, усилительный каскад — схемы. Усиление разн.
Схемы и характеристики дифференциальных усилителей на дискретных элементах и на .

Тепловые агрегаты, работающие на природном газе (печи, котлы, стенды нагрева и т.п.) должны оборудоваться системой контроля наличия пламени. В процессе работы тепловых агрегатов возможны ситуации, при которой пламя горелки (факел) потухнет, но газ будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата и окружающую среду и при наличии искры или открытого огня возможно воспламенение этого газа и даже взрыв. Наиболее часто потухание пламени происходит из-за отрыва факела.

Наличие пламени контролируют либо с помощью ионизационного электрода, либо с помощью фотодатчика. Как правило, с помощью ионизационного электрода контролируют горение запальника, который, в свою очередь, в случае необходимости воспламенит основную горелку. Фотодатчиками контролируют пламя основной горелки. Фотодатчик для контроля пламени запальника не применяют ввиду малого размера пламени запальника. Применение ионизационного электрода для контроля пламени основной горелки не рационально, так как электрод, помещенный в пламя основной горелки будет быстро обгорать.

Фотодатчики различаются по чувствительности к различной длине волны светового потока. Одни фотодатчики реагируют только на видимый и инфракрасный спектр светового потока от горящего пламени, другие воспринимают только его ультрафиолетовую составляющую. Самым распространенным фотодатчиком, реагирующим на видимую составляющую светового потока, является датчик ФДЧ.

Световой поток воспринимается фоторезистором датчика, и после усиления преобразуется либо в выходной сигнал 0-10В, пропорциональный освещенности, либо подается на обмотку реле, контакты которого замыкаются, если освещенность превышает установленный порог. Тип выходного сигнала — сигнал 0-10В или контакты реле — определяется модификацией ФДЧ. Фотодатчик ФДЧ обычно работает с вторичным прибором Ф34. Вторичный прибор обеспечивает питание ФДЧ напряжением +27В, на нем также выставляются пороги срабатывания в том случае, если используется ФДЧ с токовым выходом. Кроме того, в зависимости от модификации, Ф34 может контролировать сигнал от ионизационного электрода запальной горелки, управлять розжигом и работой горелки с помощью встроенных реле.

К недостаткам фотодатчиков видимого света можно отнести то, что они реагируют на любой источник света — солнечный свет, свет фонарика, световое излучение нагретых элементов конструкции, футеровки сталеразливочных ковшей и т.п. Это ограничивает их применение, например в стендах нагрева, так как ложные срабатывания от светящейся разогретой футеровки ковшей блокируют работу автоматики (ошибка «ложное пламя»). Наиболее широко ФДЧ применяются на печах сушки песка, ферросплавов и т.п. — там где температура нагрева редко превышает 300-400°С, а значит отсутствует свечение разогретых элементов конструкции печи.

Отличительной особенностью ультрафиолетовых фотодатчиков (УФД), например UVS-1 фирмы Kromschroeder, является то, что они реагируют только на ультрафиолетовую составляющую светового потока, излучаемого пламенем горелки. В световом потоке от разогретых тел, элементов конструкций печей, футеровки ковшей ультрафиолетовая составляющая мала. Поэтому к посторонней засветке датчик «равнодушен», как и к солнечному свету.

Основой этого датчика является вакуумная лампа — электронный фотоумножитель. Как правило, питаются эти датчики напряжением 220В и имеют токовый выходной сигнал, который меняется от 0 до нескольких десятков микроампер. К недостаткам ультрафиолетовых датчиков можно отнести то, что вакуумная лампа фотоумножителя имеет ограниченный срок службы. Через пару лет эксплуатации лампа теряет свою эмиссионную способность и датчик перестает работать. Сигнал с УФД передается на автомат горения серии IFS, функции которого аналогичны функциям Ф34.

Фотодатчики должны иметь, так сказать, визуальный контакт с пламенем горелки, поэтому они расположенны в непосредственной близости от него. Как правило, они распологаются со стороны горелки под углом 20-30° к ее оси. Из-за этого они подвержены сильному нагреву тепловым излучением от стенок агрегата и радиационному нагреву через визирное окно. Для зашиты фотодатчика от перегрева применяют защитные стекла и принудительный обдув. Защитные стекла производятся из жаропрочного кварцевого стекла и устанавливаются на некотором удалении перед визирным окном фотодатчика. Обдув датчика осуществляется либо вентиляторным воздухом (если горелка установки работает на вентиляторном воздухе), либо сжатым воздухом пониженного давления. Подаваемый объем воздуха осуществляет охлаждение фотодатчика не только за счет процессов теплоотдачи, но и из-за того, что вокруг него создается область повышенного давления, которая как бы отталкивает горячий воздух, не давая ему контактировать с датчиком.

Контроль наличия пламени запальника в большинстве случаев осуществляется ионизационным электродом. Принцип контроля пламени по ионизации основан на том, что при сжигании газа образуется множество свободных электронов и ионов. Эти частицы «притягиваются» к ионизационному электроду и вызывают протекание тока ионизации величиной в десятки микроампер. Ионизационный электрод соединяется с входом прибора контроля наличия ионизации (автоматом горения). Если при горении пламени запальника образуется достаточное количество свободных электронов и отрицательных ионов, то в автомате горения срабатывает пороговое устройство разрешающее работу (или розжиг) основной горелки. В случае если интенсивность ионизации падает ниже определенного уровня, то основная горелка отключается даже в том случае, если она работала нормально. На размещенном ниже видео показано, как благодаря нагреву воздуха между обкладками конденсатора (в нашем случае одна обкладка это контрольный электрод, другая обкладка — корпус запальника) в цепи начинает протекать электрический ток.

Основными причинами пропадания ионизации являются отсутствие требуемого соотношения газ-воздух запальника, загрязнение или обгорание ионизационного (контрольного) электрода. Еще одной причиной пропадания сигнала ионизации может являться уменьшение сопротивления между ионизационным электродом и корпусом запальника, которое чаще всего происходит из-за оседания токопроводящей пыли на запальное устройство.

Автомат горения часто выполняет не только функцию контроля наличия пламени — на нем строиться вся автоматика управления розжигом горелки, как, например, это реализовано в автомате горения ASL50P фирмы Hegwein.

Как правило, ионизационный электрод размещается вдоль оси запальной горелки, конец электрода должен находиться в «корне» пламени запальника. В некоторых запальных устройствах ионизационный электрод выполняет функцию запального электрода. В этом случае на него в течении фиксированного времени подается высокое напряжение с запального трансформатора для поджига запальника. После того как поджиг запальника произведен контрольный электрод переходит в режим контроля ионизации – цепи поджига отключаются и электрод соединяется с входом автомата горения. В этом случае возможна еще одна причина пропадания сигнала ионизации, связанная с обрывом во вторичной обмотке трансформатора. Но искра в этом случае может все равно нормально генерироваться, поэтому данную неисправность иногда трудно определить.

Большое значение для стабильной работы запального устройства имеет правильно выставленное соотношение газ-воздух. В большинстве случаев требуемые значения давления газа и воздуха приводятся изготовителем в паспорте запальной горелки. Не смотря на то, что говоря «соотношение газ-воздух» в большинстве случаев имеют в виду их объемное соотношение (один объем газа на десять объемов воздуха), но настраивают запальник, да и горелку, впрочем, тоже, по давлению, так как это сделать намного проще и дешевле. Для этого конструкцией запальника предусмотрено подключение контрольного манометра к газовому и воздушному тракту в определенных местах.

Ионизационный электрод крепиться к корпусу запальника через керамическую изолирующую втулку и соединяется с входом автомата горения экранированным одножильным кабелем. Если ионизационный электрод используется еще и в качестве запального, то с запальным трансформатором он соединяется специальным высоковольтным кабелем, например, ПВ-1. Изолирующая втулка изготавливается из керамики с большим содержанием Al2O3, которая характеризуется высокой механической прочностью, температурной стойкостью и электрической прочностью до 18 кВ . Ионизационный электрод изготавливается канталя — металлического сплава устойчивого к высоким температурам и электрохимической коррозии

Установки постоянно работающие при температурах свыше 800°С (мартеновские печи, например) могут и не оснащаться системами контроля наличия факела. Это связано с тем, что температура воспламенения газа находиться в пределах 645 – 750°С. Таким образом, в случае отрыва факела исходящий из сопла горелки газ воспламениться от разогретой кладки внутреннего пространства теплового агрегата. Очень часто перед соплом горелки выкладывают специальный горелочный камень – он воспламеняет поток газа и стабилизирует горение.

Для повышения надежности работы и уменьшения количества остановов установки из-за пропадания ионизации можно сделать контроль наличия пламени не постоянным, осуществляя его по схеме «ИЛИ». В этом случае, если установка прогрелась до температур свыше 750°С и сигнал ионизации с запальной горелки по какой то причине пропал, то основная горелка все равно продолжит работу.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».

Так как в промышленности сейчас очень широко используются топки для создания разного рода материала, то очень важно следить за ее стабильной работой. Чтобы обеспечить это требование, нужно использовать датчик контроля пламени. Контролировать наличие позволяет определенный набор датчиков, основное предназначение которого – это обеспечение безопасной работы разного рода установок, сжигающих твердое, жидкое или газообразное топливо.

Описание прибора

Кроме того, что датчики контроля пламени занимаются обеспечением безопасной работы топки, они также принимают участие и при розжиге огня. Этот этап может осуществляться в автоматическом или же полуавтоматическом режиме. Во время работы в этом же режиме они следят за тем, чтобы топливо сгорало с соблюдением всех требуемых условий и защиты. Другими словами, постоянное функционирование, надежность, а также безопасность работы топочных печей полностью зависят от правильной и безотказной работы датчиков контроля пламени.

Методы контроля

На сегодняшний день разнообразие датчиков позволяет применять различные методы контроля. К примеру, чтобы контролировать процесс сжигания топлива, находящегося в жидком или газообразном состоянии, можно использовать методы прямого и косвенного контроля. К первому методу можно отнести такие способы, как ультразвуковой или же ионизационный. Что касается второго метода, то в данном случае датчики реле-контроля пламени будут контролировать немного другие величины – давление, разрежение и т.д. На основе полученных данных система будет делать вывод о том, подходит ли пламя под заданные критерии.

К примеру, в газовых нагревателях небольшого размера, а также в отопительных котлах отечественного образца используются приборы, которые основаны на фотоэлектрическом, ионизационном или же термометрическом методе контроля пламени.

Фотоэлектрический метод

На сегодняшний день наиболее часто применяется именно фотоэлектрический способ контроля. В таком случае приборы контроля пламени, в данном случае это фотодатчики, фиксируют степень видимого и невидимого излучения пламени. Другими словами, аппаратура фиксирует оптические свойства.

Что касается самих приборов, то они реагируют на изменение интенсивности поступаемого потока света, которое выделяет пламя. Датчики контроля пламени, в данном случае фотодатчики, будут отличаться друг от друга по такому параметру, как длина волны, получаемой от пламени. Очень важно учитывать данное свойство при выборе прибора, так как характеристика спектрального типа пламени сильно отличается в зависимости от того, какой тип топлива сжигается в топке. Во время сгорания топлива существует три спектра, в котором формируется излучение – это инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый. Длина волны может быть от 0,8 до 800 мкм, если говорить об инфракрасном излучении. Видимая же волна может быть от 0,4 до 0,8 мкм. Что касается ультрафиолетового излучения, то в данном случае волна может иметь длину 0,28 – 0,04 мкм. Естественно, что в зависимости от выбранного спектра, фотодатчики также бывают инфракрасными, ультрафиолетовыми или датчиками светимости.

Однако у них есть серьезный недостаток, который кроется в том, что у приборов слишком низкий параметр селективности. Это особенно заметно, если котел обладает тремя или более горелками. В таком случае велик шанс возникновения ошибочного сигнала, что может привести к аварийным последствиям.

Метод ионизации

Вторым по популярности является метод ионизации. В данном случае основа метода – это наблюдение за электрическими свойствами пламени. Датчики контроля пламени в таком случае называют датчиками ионизации, а принцип их работы основан на том, что они фиксируют электрические характеристики пламени.

У данного метода есть довольно сильное преимущество, которое заключается в том, что метод практически не имеет инерции. Другими словами, если пламя гаснет, то процесс ионизации огня пропадает моментально, что позволяет автоматической системе тут же прекратить подачу газа к горелкам.

Надежность устройств

Надежность – это основное требование к данным приборам. Для того чтобы достичь максимальной эффективности работы, необходимо не только правильно подобрать оборудование, но еще и правильно его установить. В данном случае важно не только выбрать правильный метод монтажа, но и место крепления. Естественно, что любой тип датчиков обладает своими преимуществами и недостатками, однако если неверно выбрать место установки, к примеру, то вероятность возникновения ложного сигнала сильно увеличивается.

Если подвести итог, то можно сказать, что для максимальной надежности системы, а также для того, чтобы максимально сократить количество остановок котла по причине возникновения ошибочного сигнала, необходимо устанавливать несколько типов датчиков, которые будут использовать абсолютно разные методы контроля пламени. В таком случае надежность общей системы будет достаточно высокой.

Комбинированное устройство

Необходимость в максимальной надежности привела к тому, что были изобретены комбинированные датчики-реле контроля пламени Archives, к примеру. Основное отличие от обычного прибора в том, что устройство использует два принципиально разных метода регистрации – ионизационный и оптический.

Что касается работы оптической части, то в данном случае она выделяет и усиливает переменный сигнал, который характеризует протекающий процесс горения. Во время горения горелки пламя нестабильно и пульсирует, данные фиксируются встроенным фотодатчиком. Зафиксированный сигнал передается на микроконтроллер. Второй же датчик ионизационного типа, который может получать сигнал только при условии, что существует зона электропроводности между электродами. Данная зона может существовать лишь при наличии пламени.

Таким образом, получается, что устройство оперирует двумя разными способами контроля пламени.

Датчики маркировки СЛ-90

На сегодняшний день один из довольно универсальных фотодатчиков, который может регистрировать инфракрасное излучение пламени – это датчик-реле контроля пламени СЛ-90. Данное устройство обладает микропроцессором. В качестве основного рабочего элемента, то есть приемника излучения, выступает полупроводниковый инфракрасный диод.

Элементная база данного оборудования подобрана таким образом, чтобы устройство могло нормально функционировать при температуре от –40 до +80 градусов по Цельсию. Если использовать специальный охлаждающий фланец, то эксплуатировать датчик можно при температуре до +100 градусов по Цельсию.

Что касается выходного сигнала датчика контроля пламени СЛ-90-1Е, то это не только светодиодная индикация, но и контакты реле «сухого» типа. Максимальная коммутационная мощность данных контактов составляет 100 Вт. Наличие этих двух выходных систем позволяет использовать приспособление этого типа практически в любой системе управления автоматического типа.

Контроль горелки

Достаточно распространенными датчиками контроля пламени горелки стали приборы LAE 10, LFE10. Что касается первого прибора, то он применяется в системах, где используется жидкое топливо. Второй датчик более универсален и может применяться не только с жидким топливом, но и с газообразным.

Чаще всего оба эти устройства применяются в таких системах, как двойная система контроля горелок. Может успешно применяться в системах жидкотопливных воздуходувных газовых горелок.

Отличительной особенностью данных устройств стало то, что можно устанавливать их в любом положении, а также крепить непосредственно к самой горелке, на пульте управления или же на распределительном щите. При монтаже этих устройств очень важно правильно уложить электрические кабели, чтобы сигнал доходил до приемника без потерь или же искажений. Чтобы этого достичь, нужно укладывать кабели от этой системы отдельно от других электрических линий. Также нужно использовать отдельный кабель для этих датчиков контроля.

принцип работы ионизационного электрода и контроля пламени горелки

На чтение 2 мин Просмотров 13.2к. Опубликовано 15.08.2018

Во время использования любого теплового оборудования, работающего на природном горючем, всегда нужно крепко помнить о высоком риске воспламенения или даже взрыва этого природного горючего вещества.

Такая беда может произойти в ситуациях, при которых может потухнуть огонь или факела по какой-либо причине. Если газовая смесь будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата или внешнее пространство вокруг него, будет достаточно одной искры открытого огня для того, чтобы произошел пожар или даже взрыв.

Самой частой причиной подобных случаев является отрыв пламени с последующим затуханием. Это происходит при его смещении от выхода в направлении потока газовой смеси. В итоге топка заполняется газом, что приводит к хлопку или взрыву. Причина отрыва – превышение скорости потока смеси над скоростью распространения огня.

Контролируем пламя

Контроль наличия открытого огня производится с помощью ионизационного . Принцип контроля пламени с помощью данного процесса основан на классическом физическом явлении.

Электрическая схема подключения ионизационного электрода.

При горении газа происходит образование огромного количества свободно заряженных частиц – электронов со знаком минус и ионов со знаком плюс. Они притягиваются и двигаются к ионизационному электроду и формируют ток ионизации небольшой силы – буквально несколько микроампер.

ионизации соединяется с автоматом горения, который снабжен чутким пороговым устройством. Оно срабатывает при образовании достаточного количества заряженных электронов и ионов – разрешает . Если же поток ионизации снижается и достигает минимального порога, горелка мгновенно отключается.

Ионизационный электрод контроля пламени устроен довольно просто: он состоит из керамического корпуса и помещенного в него стержня. Главный элемент – специализированный высоковольтный кабель с разъемами для крепления.

Чтобы устройство работало правильно и долго, нужно первым делом точно соблюдать соотношение воздуха и горючей смеси. Второе условие успеха – содержание устройства в полной чистоте.

Как работает датчик газового пламени в современных водогрейных котлах и газовых плитах?

Всем, наверное, интересно узнать, каким образом работает газовая защитная автоматика…
Нет, вернее не так… Кому-то, думаю, интересно узнать, как работает современная газовая защитная автоматика…
Впрочем, даже если это и никому не интересно, то мне понадобилось узнать этот вопрос, что бы отремонтировать систему росжига собственого отопительного газового котла.

Итак, если вы всё ещё тут:
Принцип работы датчика газового пламени основанный на несимметричной проводимости.

Пояснения к вопросу.
В некоторых котлах работающих на газе используется в качестве датчика пламени электрод помещенный в пламя. На этот электрод через конденсатор порядка нанофарад подается фаза. Когда электрод находится в пламени, то участок «корпус горелки-пламя-электрод» обладает несимметричной проводимостью.
Из-за этого на электроде появляется постоянная составляющая которая отфильтровывается и служит сигналом о наличии пламени.

Вопрос.
Почему появляется нессиметричная проводимость?

Вот пример схемы.

Уточню вопрос.
Я понимаю, что плазма проводит ток.
Не понимаю как появляется диодный эффект?
Какие физические законы тут действуют?
Вот если студенту изучающему плазму, нарисовать эту схему и задать вопрос:
«При работе котла на электроде появится «плюс» или «минус» постоянной составляющей?»
Как он получит ответ?

Всё просто. При сгорании углеводородов продукты неполного сгорания — сажа (С) , СО и водород. При ионизации все они дают положительные ионы. Отрицательные ионы — только кислорода, которого у электрода — в зоне неполного сгорания — мало.
Кроме того ионы водорода — протоны намного подвижнее тяжёлых ионов.
Т. е. основными носителями во в целом квазинейтральной плазме оказываются ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ протоны.
Так что положительная полярность на электроде замыкается на корпус благодаря транспорту протонов, а отрицательная — благодаря гораздо худшему переносу кислорода.
Свободные электроны же как носители в плотной (типа 1 атмосферы) плазме далеко не улетают.

Та что факел действительно действует как диод в прямом направлении.

спасибо https://otvet.mail.ru/question/16682714

Соотвественно, если вы хотите сделать имитатор работы датчика пламени без самого пламени, то вам всего-лишь необходимо подключить любой силовой диод между корпусом и сигнальным входом схема датчика газового пламени андом к этому сигнальному входу.

Электрод ионизации и контроля пламени Chaffoteaux Еlexia 20 CF|FF, Elexia Comfort 24 CF|FF, Elexia Comfort 28 CF|FF и Nect

Магазин европейских запчастей для газовых котлов и колонок.

Инструкции и схемы помогут разобраться в эксплуатации, определить неисправность и правильно выбрать запчасть для ремонта Вашего газового оборудования. Купить запчасть, деталь для ремонта газового котла возможно в любом населенном пункте Российской Федерации:

Осуществляем доставку запчасти к газовым котлам в следующие города: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Нижний Новгород, Самара, Омск, Казань, Челябинск, Ростов-на-Дону, Уфа, Волгоград, Пермь, Красноярск, Воронеж, Саратов, Краснодар, Тольятти, Ижевск, Ульяновск, Барнаул, Владивосток, Ярославль, Иркутск, Тюмень, Махачкала, Хабаровск, Новокузнецк, Оренбург, Кемерово, Рязань, Томск, Астрахань, Пенза, Набережные Челны, Липецк,Тула, Киров, Чебоксары, Калининград, Брянск, Курск, Иваново, Магнитогорск, Улан-Удэ, Тверь, Ставрополь, Нижний Тагил, Белгород, Архангельск, Владимир, Сочи, Симферополь, Севастополь и в другие города России и их районные центры.

Доставка газкомплект оборудования по городам России осуществляется наиболее удобными курьерскими службами по указанному Вами адресу. Отправляем теплозапчасть транспортными компаниями: «КиТ»; «Деловые линии»; «Логистическая компания ПЭК»; ТК «Энергия»; «DPD»; «CDEK»; «Почта России» и любым другим удобным для Вас способом. Также доставка осуществляется автобусом (через водителя по 100% предоплате) с автовокзала.

Форма оплаты:
— Наложенный платеж транспортной, курьерской службой;
— Оплата на платежную карту Visa, MasterCard, МиР;
— Оплата электронными деньгами Qiwi кошелёк и др.;

ВНИМАНИЕ! В нашей компании установлены следующие правила — в первую очередь обрабатываются заказы, что оформлены через корзину сайта, остальные по телефону или по почте по мере возможности. Если на сайте нет необходимого товара, в комментариях укажите нужный код. Ждем Вашего заказа. Спасибо.

Сайт несет информационный характер и не является публичной офертой!

Lamborghini артикул 04032190 (Электрод контроля пламени горелки EM 3-6) в Lamborghini-RUS.ru (915) 481-31-32

Купить запчасть Lamborghini артикул 04032190 (Электрод контроля пламени горелки EM 3-6) Вы можете в в Lamborghini-RUS.ru тел. (499) 519-03-79, моб. (915) 481-31-32 , являющейся официальным диллером компании Lamborghini Calor S.p.A. в РФ. Обращаем Ваше внимание, что запчасти к котельному оборудованию надлежащего качества не подлежат возврату или обмену. Поэтому для корректного подбора артикула запчасти Lamborghini мы настоятельно рекомендуем Вам связаться с нашими специалистами, которые подберут запчасть по разрывной схеме котла (горелки). Необходимую Вам запчасть Ламборджини 04032190 (Электрод ионизации) Вы можете оплатить как наличными в нашем офисе-складе, так и безналичным расчетом, перечиcлив деньги на наш расчетный счет. Сопроводительные документы на запчасти Ламборгини (кассовые чеки, счета-фактуры, накладные ТОРГ-12, договора) всегда предоставляются покупателям в полном объеме.

Уважаемые Пользователи!

Убедительная просьба НЕ ОСУЩЕСТВЛЯТЬ каких-либо действий по оплате товара, а также услуг по его доставке, до телефонного разговора со специалистом ООО «БСП» в ходе которого будет окончательно определены артикул и срок поставки (в случае отсутствия на складе), а так же выбрана транспортная компания, которая будет осуществлять доставку и приблизительно определена стоимость услуг транспортной компании. «

Звоните нам по телефонам: (499) 519-03-69, моб. (915) 481-31-32 и наши специалисты ответят на все Ваши вопросы!
Так же, Вы можете воспользоваться нашей формой обратной связи Консультация нашего специалиста!

Датчик контроля пламени: устройство и принцип работы

Описание прибора

Методы контроля

Фотоэлектрический метод

Метод ионизации

Надежность устройств

Комбинированное устройство

Таким образом, получается, что устройство оперирует двумя разными способами контроля пламени.

Датчики маркировки СЛ-90

Контроль горелки

Ионизация пламенем — обзор

16.2 Газовая хроматография с детектором пламенной ионизации

Газовая хроматография с детектором пламенной ионизации (GC-FID) (Christie, 2003; Christie and Han, 2012; Eder, 1995; Delmonte and Rader, 2007; Tyburczy) et al., 2013) долгое время был отраслевым стандартом для разделения сложных метиловых эфиров ЖК (FAME) и определения состава ЖК для пищевых жиров и масел и пищевых липидных матриц. Разделение FAME методом ГХ осуществляется на основе длины цепи FA, количества двойных связей и их геометрических конфигураций цис, — и / или транс, (Mossoba and Kramer, 2009).Хроматографические разделения оптимизированы для температуры термостата (т.е. изотермические или температурные программы), скорости потока и природы (H ₂ или He) газа-носителя, а также типа и длины стационарной фазы капиллярной колонки для ГХ. В продаже имеется ряд капиллярных колонок для ГХ с различной длиной, внутренним диаметром и составом, а также толщиной неподвижной жидкой фазы (Christie, 2003). Полярные стационарные фазы, такие как цианопропилполисилоксан (CPS), обычно используются для разделения большинства позиционных и геометрических изомеров FAME и доступны как SP-2560 (Supelco, Bellefonte, PA, США) и CP-Sil 88 (Agilent J&W, Санта). Клара, Калифорния, США).Подробная информация о применении GC-FID для разделения FAME доступна в онлайн-библиотеке AOCS Lipid Library (2016) и Cyberlipid Center (2016).

Условия разделения для нескольких официальных методов ГХ, которые были разработаны и оптимизированы для конкретных пищевых матриц, приведены в таблице 16.1. Для зерновых продуктов с общим содержанием жира от 0,5% до 13% общего жира AOAC 996.01 (2012d) подходит для определения общих и насыщенных FAME, тогда как количественное определение мононенасыщенных FAME показывает большую вариабельность из-за частичного соэлюирования C18: 0, C18: 1 и C18: 2 пики FAME.Официальный метод 996.06 (2012c) AOAC был утвержден для определения общего содержания, насыщенных и цис--ненасыщенных МЭЖК, полученных из пищевых продуктов. Определение общего количества транс -FAME также может быть достигнуто путем интегрирования общей площади пиков, элюирующих между цис -9 18: 1 и цис -9, цис -12 18: 2 (т. Е. Линолевая кислота , C18: 2 n -6). Модификации хроматографических условий, особенно температурной программы ГХ, были предложены Rozema et al.(2008) для повышения точности официального метода AOAC 996.06 (2012c) для определения общего количества транс -FAME. AOCS Ce 1h-05 (2013a) используется для определения насыщенных и цис-— и транс--ненасыщенных FAME в пищевых жирах и маслах из растительных и нежвачных источников, включая сырые, рафинированные, а также частично и полностью гидрогенизированные масла. Данные о точности, опубликованные для официального метода AOCS Ce 1h-05 (2013a), показали, что количественное определение общего количества транс -FAME неудовлетворительно при концентрациях ниже 1% общих транс -FAME (в процентах от общего жира; Таблица 16.2). AOCS Ce 1j-07 (2013d) используется для анализа МЭЖК, экстрагированных из широкого спектра пищевых матриц, включая молочные продукты и продукты жвачных животных.

Таблица 16.1. GC-FID Официальные методы определения FAME

Метод	Применимые матрицы	Колонка ГХ	Температурная программа	Газ-носитель
AOAC 996.01	Зерновые и зерновые продукты	Плавленая колонка , 30 м × 0.25 мм ID; Rtx-2330	120 ° C в течение 4 минут, линейное изменение температуры 5 ° C минимум ^-1 до 230 ° C, выдержка в течение 5 минут	He
AOAC 996.06	Foods	Колонка CPS с плавленым кварцем, 100 м × 0,25 мм ID, пленка 0,2 мкм; SP-2560	100 ° C в течение 4 минут, линейное изменение температуры 3 ° C минимум ^-1 до 240 ° C, выдержка в течение 15 минут	He
AOAC 2012,13	Молочные продукты, детские смеси, взрослые / формула питания для детей	Колонка CPS с плавленым кремнеземом, 100 м × 0.Внутренний диаметр 25 мм, пленка 0,2 мкм; SP-2560, CP-Sil 88	60 ° C в течение 5 мин, линейное изменение при 15 ° C минимум ⁻¹ до 165 ° C, выдержка в течение 1 минуты, линейное изменение при 2 ° C минимум ^-1 до 225 ° C, выдержка 20 мин.	He или H ₂
AOCS Ce 1h-05	Пищевые жиры и масла из растительных и нежвачных источников	Колонка CPS с плавленым кремнеземом, 100 м × 0,25 мм ВД, 0,2 мкм фильм; SP-2560, CP-Sil 88	Изотермический при 180 ° C в течение 65 минут	He или H ₂
AOCS Ce 1i-07	Судовые и другие масла, содержащие длинноцепочечные PUFA	плавленый диоксид кремния Колонка ПЭГ, 30 м × 0.25 мм ID; Suplecowax-10, FAMEWAX, HP-INNOwax, CP-WAX, Carbowax-20M, Omegawax 320	170 ° C, нарастание при 1 ° C мин. ^-1 до 225 ° C, используется окончательная выдержка при 225 ° C для очень длинноцепочечных FAME (& gt; C25: 0)	He или H ₂
AOCS Ce 1j-07	Экстрагированные жиры	Колонка CPS с плавленым кварцем, 100 м × 0,25 мм ВД, 0,2 мкм фильм; SP-2560, CP-Sil 88	Изотермический при 180 ° C в течение 32 мин, нарастание при 20 ° C мин. ^-1 до 215 ° C, выдержка в течение 31.25 мин.	He или H ₂

По материалам Srigley and Mossoba, 2016. Современные аналитические методы анализа пищевых липидов в анализе пищевых продуктов: инновационные аналитические инструменты для оценки безопасности и качества. Scrivener Publishing, Беверли, Массачусетс.

Таблица 16.2. Многолабораторные совместные данные из метода AOCS Ce 1h-05 для определения транс- FA в пищевых жирах и маслах с использованием GC-FID

Какао-масло

Образец	Всего транс- FA (% от общего FA)	RSD _R (%) ^a	Horrat ^b
Овощной жир	45.01	4,55	2,02
Масло канолы	26,55	2,45	1,00
Масло канолы	26,27	2,97	1,21
Маргариновое масло	11,68	0,79
Сало гидрированное	1,00	21,64	5,41
Сало	0,90	21,70	5.34
Подсолнечное масло	0,17	60,34	11,50
Кокосовое масло	0,11	14,80	2,65
Кокосовое масло	0,10	35,88	6,3407
0,06	69,66	11,40

В соответствии с официальным методом AOCS Ce 1j-07, 100-метровая колонка SP-2560 CPS использовалась для определения общего, насыщенного и транс — и цис — содержание ненасыщенных FAME в липидных экстрактах из 32 типичных фаст-фудов (Tyburczy et al., 2012). Кроме того, с использованием 200-метровой колонки с высокополярной ионной жидкостью SLB-IL111 можно также определить отдельные позиционные изомеры моно- транс -18: 1, 18: 2 и 18: 3. В обеих колонках было определено, что общее содержание транс--жира в этих экстрактах быстрого питания составляет от 0,1 до 3,1 г на порцию.

Официальный метод AOAC 2012.13 (AOAC International, 2012b) был одобрен для определения общего содержания жиров и ЖК (насыщенных, мононенасыщенных, полиненасыщенных и транс -ЖК) в молочных продуктах, детских смесях и смесях для взрослых / детей.AOAC 2012.13 использует программу линейных температур для оптимизации разрешения изомеров цис — и транс -18: 1, а также для элюирования элюции эйкозапентаеновой кислоты (EPA; C20: 5 n -3) и докозагексаеновой кислоты (DHA). ; C22: 6 n -3), длинноцепочечные ПНЖК омега-3 (Golay and Dong, 2015). Количественное определение моно- транс -изомеров C18: 2 и C18: 3 также может быть достигнуто с помощью этого метода.

AOCS Ce 1i-07 (2013c) используется для анализа FAME, полученного из морских масел, включая рыбий жир, концентраты рыбьего жира, обычно продаваемые как этиловые эфиры FA, и масла водорослей.Поскольку он рекомендует использовать 30-метровую колонку с полиэтиленгликолем (PEG), он не способен разделять отдельные геометрические изомеры FAME и, следовательно, может привести к завышению оценки EPA и DHA в дезодорированных морских нефтепродуктах (Fournier et al., 2006 ; Fournier et al., 2007). Santercole et al. (2012) предложили дополнительную процедуру ГХ-ПИД с использованием 30-метровой колонки Supelcowax-10 и двух различных температурных программ элюирования с 100-метровой колонкой SP-2560 для повышения разрешения геометрических изомеров FAME.Также можно использовать AOAC 991.39 (2012a), AOCS Ce 1b-89 (2013b) и другие методы, например, рекомендованный в Добровольной монографии Глобальной организации по EPA и DHA Omega-3 (GOED) (2015). для определения МЭЖК, полученных из морских масел.

Используя колонку с ионной жидкостью SLB-IL111 200 м, GC-FID успешно провела недавнее исследование 46 коммерчески доступных добавок омега-3 морских масел (Srigley and Rader, 2014). Помимо разделения, идентификации (на основе справочного материала) и количественного определения FAMEs EPA и DHA, в общей сложности было определено 73 компонента FAME, включая насыщенные, мононенасыщенные и n -6, n -4, n -3 и n -1 полиненасыщенные МЭЖК.Впервые геометрические транс -изомеры EPA и DHA FAME были разделены с помощью этой колонки. Точность этого количественного определения GC-FID была подтверждена путем оценки стандартного эталонного материала (SRM) 3275 жирных кислот Омега-3 и Омега-6 в рыбьем жире, доступного в Национальном институте стандартов и технологий (NIST, Гейтерсбург, Мэриленд, США). ). Концентрации EPA и DHA, полученные с помощью GC-FID, соответствовали их соответствующим заявленным значениям на этикетке более чем в 80% исследованных продуктов.На этикетках одной четверти (24%) этих добавок омега-3 отмечалось квалифицированное утверждение FDA о пригодности для здоровья EPA и DHA и о снижении риска ишемической болезни сердца.

Методики GC-FID отнимают много времени и требуют специальных знаний для точной интерпретации и количественной оценки профилей FA. Поэтому возник интерес к разработке новых аналитических инструментов для быстрого определения состава ЖК в чистых (не разведенных в каком-либо растворителе и недериватизированных) пищевых жирах и маслах и экстрагированных липидах с использованием передовых спектроскопических приборов и инструментов для анализа хемометрических данных.

Детектор пламенной ионизации — обзор

Детектор пламенной ионизации

ПИД был разработан в 1958 году Маквильямом и Дьюаром в Австралии и почти одновременно Харли, Нелл и Преториус в Южной Африке и быстро стал предпочтительным детектором в коммерческом оборудовании. . Как ионизационный детектор, FID легко реагирует на соединения, содержащие углерод и водород, и, в меньшей степени, на некоторые соединения, содержащие только углерод. Не реагирует на воду, воздух и большинство газов-носителей.Благодаря широкому применению и относительной простоте эксплуатации, это, вероятно, самый распространенный детектор в системах газового хроматографа. ПИД реагирует быстро и может быть сконструирован с небольшим внутренним объемом, что делает его особенно подходящим для капиллярной ГХ.

Реакция ПИД возникает из-за того, что образец сгорает в богатой топливом смеси и выделяет ионы. В том же процессе производятся электроны. Либо ионы, либо электроны собираются на электроде и производят небольшой ток. Поскольку в отсутствие образца практически нет ионов, базовая линия является стабильной, а ток легко преобразуется в напряжение и усиливается для получения сигнала.Отклик на большинство углеводородов составляет около 0,015 C g ^-1 углерода.

Как показано на рисунке 1, наиболее часто используемая конфигурация имеет наконечник форсунки примерно на 200 В относительно собирающего электрода. Для использования с капиллярными колонками используется меньший наконечник струи (внутренний диаметр 0,3 мм, а не 0,5 мм, используемый в конфигурациях насадочных колонок), чтобы повысить чувствительность детектора. Капиллярная колонка обычно вводится через наконечник, а затем несколько сантиметров отламываются и выбрасываются.В идеале колонка должна располагаться на расстоянии 1-2 мм от наконечника сопла, и выходящий поток из колонки входит в детектор и смешивается с водородом (топливом) и подпиточным газом без чрезмерного контакта с металлическими поверхностями. Эта смесь сгорает в избытке воздуха, и органические компоненты разлагаются на ионы. Ионно-химический состав диффузионного пламени изучен с помощью масс-спектрометрии. Похоже, что конечным положительным носителем заряда является H ₃ O ⁺ (или его кластеры с молекулами воды), возникающие в результате реакций переноса заряда от первоначально образованных ионов (в основном CHO ⁺).Таким образом, детектор часто упоминается как обеспечивающий «равный отклик на углерод».

Рис. 1. Схема пламенно-ионизационного детектора в разрезе.

Эта реакция на углеводороды позволяет количественно определять смеси, например, из проб нефти, без обязательной идентификации каждого из присутствующих компонентов по отдельности. В случае соединений, отличных от углеводородов, реакция снижается, если присутствуют частично окисленные атомы углерода. Это требует внесения поправок, если соединения содержат, например, кислород, азот или галогены.Либо чистые соединения образца, либо соединения аналогичной структуры используются для определения соответствующих факторов отклика. В качестве альтернативы, концепция эффективного углеродного числа была обновлена, чтобы предоставить модель для количественной оценки компонентов в сложной органической смеси, если их можно отнести к общим категориям функциональных групп.

При использовании узких капиллярных колонок для ПИД обычно требуется подпиточный газ для максимальной чувствительности. Более широкие (530 мкм) колонки могут работать при более высокой скорости потока газа-носителя и часто могут использоваться без дополнительного подпиточного газа.Для большинства операций общий расход (колонка + подпитка) будет 20–60 мл мин. ^–1. Расход топлива и воздуха поддерживается близкими к рекомендованным производителем — часто 30–40 мл мин. ^–1 для водородного топлива и примерно в 10 раз выше для воздуха. В этих условиях минимально определяемое количество (МДА) органических соединений составляет примерно 10–100 пг, в зависимости от структуры. Кроме того, реакция обычно линейна от MDA до концентрации, примерно в 10 ⁷ раз большей.(Этот более высокий предел часто превышает нагрузочную способность капиллярных колонок с узким проходом.) Потоки в детектор можно регулировать, используя стандартные образцы, содержащие интересующие компоненты, для получения максимального отклика.

Вода — продукт процесса горения, в котором образуются ионы. Таким образом, детектор в сборе должен быть горячим, чтобы предотвратить конденсацию. Удобно, чтобы температура детектора была на 20–50 ° выше, чем температура верхней колонки, но ни в коем случае не ниже 150 ° C.Затем водяной пар вместе с другими газами сгорания уносится из корпуса детектора. В большинстве приборов после стабилизации теплового окружения детектора колебания температуры незначительны и легко переносятся.

FID часто называют «щадящим» детектором, поскольку приемлемые результаты получаются даже тогда, когда потоки газа и другие условия не оптимизированы. Тем не менее необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать дрейфа базовой линии, потери чувствительности и появления ложных пиков.Важно убедиться, что используемые газы не содержат углеводородных примесей. Для этого доступны фильтры. Само пламя довольно маленькое и невидимое, поэтому проверка наличия водяного пара — лучший способ убедиться, что зажигание пламени было успешным. Это можно сделать, удерживая холодное зеркало над выходным отверстием детектора и наблюдая за конденсацией водяного пара. Ухудшение характеристик правильно работающего ПИД часто является результатом использования хлорированных растворителей.Частицы сажи и присутствие HCl в конечном итоге приводят к завышенным и зашумленным базовым значениям. Сопло жиклера и коллекторный электрод, возможно, придется очистить или, в случае сильной коррозии, заменить. Некоторый выброс может наблюдаться, если части полиимидного покрытия прожигают конец капиллярной колонки.

ПИД чувствителен к массовому расходу, что означает, что площадь отклика для соединения не изменяется при изменении расхода. Для количественной работы должны быть получены соответствующие коэффициенты отклика, особенно если используется режим раздельного впрыска.При правильной настройке FID может реагировать примерно на 20 пг каждого компонента, элюируемого из капиллярной колонки с высоким разрешением.

Детектор ионизации пламени (FID) Принцип

Существует несколько различных конструкций детекторов для хроматографов технологических газов. Двумя наиболее распространенными являются детектор пламенной ионизации (FID) и детектор теплопроводности (TCD). Другие типы детекторов включают пламенный фотометрический детектор (FPD), фотоионизационный детектор (PID), азотно-фосфорный детектор (NPD) и детектор электронного захвата (ECD).Все детекторы хроматографа используют некоторую физическую разницу между растворенными веществами и самим газом-носителем, который действует как газообразный растворитель, так что детектор может обнаруживать прохождение молекул растворенного вещества (компонентов газа пробы) между молекулами-носителями.

Также читайте: Вопросы и ответы по детекторам газового хроматографа

Детекторы ионизации пламени

Детекторы ионизации пламени работают по принципу высвобождения ионов при сгорании пробы.Здесь предполагается, что соединения образца будут ионизироваться внутри пламени, тогда как газ-носитель — нет. Постоянное пламя (обычно питаемое газообразным водородом, который производит незначительные ионы при сгорании) служит для ионизации любых молекул газа, выходящих из колонки хроматографа, которые не являются газом-носителем. Обычными газами-носителями, используемыми с датчиками FID, являются гелий и азот, которые также производят незначительные ионы в пламени. Молекулы образца, сталкивающиеся с пламенем, ионизируются, в результате чего пламя становится более электропроводным, чем это было с водородом и газом-носителем.Эта проводимость заставляет цепь детектора реагировать измеряемым электрическим сигналом.

Здесь показана упрощенная схема FID:

Молекулы углеводородов легко ионизируются во время горения, что делает датчик FID хорошо подходящим для ГХ-анализа в нефтехимической промышленности, где состав углеводородов является наиболее распространенной формой аналитических измерений. Следует, однако, отметить, что не все углеродсодержащие соединения значительно ионизируются в пламени.Примеры неионизирующих органических соединений включают монооксид углерода, диоксид углерода и сероуглерод. Другие газы, представляющие общепромышленный интерес, такие как вода, сероводород, диоксид серы и аммиак, также не ионизируются в пламени и, следовательно, не обнаруживаются с помощью FID.

Также читайте: Принцип GC

% PDF-1.6 % 1 0 объект > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать 2014-04-07T14: 12: 29 + 02: 00Canon DR-9050C TWAIN2014-04-08T10: 25: 48 + 02: 002014-04-08T10: 25: 48 + 02: 00Adobe Acrobat 10.1.9 Подключаемый модуль захвата бумаги / pdfuuid: b14429ae-fc71-40eb-872e-910bef065c8fuid: c5565f1f-638d-4789-9015-08e8416048b4 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > / XObject> >> / Аннотации [68 0 R 69 0 R 70 0 R] / Родитель 5 0 R / MediaBox [0 0 595 842] >> эндобдж 14 0 объект > >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 16 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 17 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 18 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 19 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 20 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 21 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 22 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 23 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 24 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 25 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 26 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 27 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 28 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 29 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 30 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 31 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 32 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 33 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 34 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 35 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 36 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 37 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 38 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 39 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 40 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 41 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 42 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 43 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 44 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 45 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 46 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 47 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 48 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 49 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 50 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 51 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 52 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 53 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 54 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 55 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 56 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 57 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 58 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 59 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 60 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 61 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 62 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 63 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 64 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> >> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 65 0 объект > транслировать xXKFn9fHHewlr6`! rJJ6% * RrK6m`dЀj h ~ h-> g ~ zzXV [+ i & M: tӚЃi ޫ | fo> o-4qiuM! _ |||% | («ѠN» s1b * 1FV | נ EbDs ^ B [ )Является AxI / `N + X` + j_Kw! BH6″ (! M7 {= q / \ ŝ \ c; 5l ۞- o-bżnŌ @ DJqwER! * — vu3zX] 3 \ I9 ߱ | 52 ϔFwhRB] kamZDԭJ} $ — WL ܉ YLHO9axMH [#zz! / Jgǟ / oDYsmǒwY gk7OuN> ^ # KrMW J ~! Ƣ3 ؾ ZmWk ܑ sc` Jdt.wVhW = et% 5UIL1) YEer =} & Ԫh9 $ HL] ͽc.q \ I =; ʋʛ! x | 102Xсм. ۄ Q X3

% PDF-1.4 % 284 0 объект > эндобдж xref 284 60 0000000016 00000 н. 0000001551 00000 н. 0000001646 00000 н. 0000002315 00000 н. 0000002991 00000 н. 0000003249 00000 н. 0000004484 00000 н. 0000004736 00000 н. 0000005961 00000 н. 0000006207 00000 н. 0000007437 00000 н. 0000007460 00000 п. 0000009526 00000 н. 0000009774 00000 н. 0000010997 00000 п. 0000011020 00000 н. 0000012832 00000 п. 0000012855 00000 п. 0000014688 00000 п. 0000014711 00000 п. 0000016629 00000 п. 0000016871 00000 п. 0000018090 00000 п. 0000018344 00000 п. 0000019573 00000 п. 0000019596 00000 п. 0000021379 00000 п. 0000022605 00000 п. 0000022854 00000 п. 0000022877 00000 п. 0000024783 00000 п. 0000024806 00000 п. 0000026651 00000 п. 0000026674 00000 п. 0000028388 00000 п. 0000028409 00000 п. 0000028749 00000 п. 0000028770 00000 п. 0000029091 00000 п. 0000029112 00000 п. 0000029431 00000 п. 0000029453 00000 п. 0000029941 00000 н. 0000029962 00000 н. 0000030269 00000 п. 0000030290 00000 п. 0000030608 00000 п. 0000030629 00000 п. 0000030987 00000 п. 0000031008 00000 п. 0000031326 00000 п. 0000031348 00000 п. 0000032356 00000 п. 0000032377 00000 п. 0000032707 00000 п. 0000032728 00000 п. 0000033034 00000 п. 0000033055 00000 п. 0000001797 00000 н. 0000002293 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 285 0 объект > эндобдж 286 0 объект > / Кодировка> >> / DA (/ Helv 0 Tf 0 г) >> эндобдж 342 0 объект > транслировать Hb«d«ge`2c [դ G \ VT; / BƱ # -% ڝ.Ѐœ] B ,] * `$ 0Aw2p (rȰ? T ݠ% Ð K (X; JJ O52 = p% 3UXf / W! ZyB «gSB’IJMJ @ (4 i» | c) dp8DFP) J.JJi8m.f ޿ @ 9; u2p> WazH; 0U.Y] dL = — / 0Lc` a | aJ «Нью-Йорк LV% 䊞 {= \ ftr00k2 b

Автономный пламенно-ионизационный детектор для контроля выбросов

DIN EN 12619: 2013-4: Emissionen aus stationären Quellen — Bestimmung der Massenkonzentration des gesamten gasförmigen organisch gebundenen Kohlenstoffs — Kontinuierliches Verfahren mit dem Детектор пламени, доступный по адресу: https://www.beuth.de/de/norm/din-en-12619/154950673, последний доступ: 18 января 2019 г.

DIN EN 15267-3: 2008-03: Luftbeschaffenheit — Zertifizierung von automatischen Messeinrichtungen — Часть 3: Mindestanforderungen und Prüfprozeduren für automatische Messeinrichtungen zur Überwachung von Emissionen aus stationären Quellen, доступно по адресу: https://www.beuth.de/de/norm/din-en-15267-3/100747778, последний доступ: 18 января 2019 г.

Förster, J., Kuipers, W., Koch, C., Lenz, C., Ziesche, S., and Jurkow, D .: Миниатюрный детектор ионизации пламени для взрывозащиты гражданского назначения Канализационные сети, сенсорные системы и программное обеспечение, S-CUBE, Springer, https: // doi.org / 10.1007 / 978-3-319-61563-9_14, 2017a.

Ферстер, Дж., Койперс, В., Кох, К., Ленц, К., Цише, С., и Юрков, D .: Миниатюрный детектор ионизации пламени, применимый в полевом устройстве, Труды Micro Fluidic Handling Systems, EEMCS Университета Твенте, 27–30, 2017b.

Хилл, Х. Х. и Макминн, Д. Г. Детекторы для капиллярной хроматографии, Химический анализ, 153, 7–22, 1992.

Холм, Т .: Аспекты механизма пламенно-ионизационного детектора, J.Chromatogr. А, 842, 221–227, 1999.

IEC 60079-29-2: 2015: Детекторы газа. Выбор, установка, использование и обслуживание детекторов горючих газов и кислорода, доступно по адресу: https://webstore.iec.ch/publication/21961, последний доступ: 18 января 2019.

Койперс, У. Дж .: Проектирование, изготовление и определение характеристик МЭМС на основе Противоточный детектор ионизации пламени, Doktor Hut Verlag, Мюнхен, 2011 г.

Kuipers, W. J. и Müller, J .: Характеристика микроэлектромеханические системы на основе противоточной пламенной ионизации детектор, J.Chromatogr. А, 1218, 1891–1898, 2011.

Ленц, К., Нойберт, Х., Цише, С., Ферстер, Дж., Кох, К., Койперс, В., и Дейлманн, Д.: Развитие и характеристика миниатюрного пламени. Детектор ионизации в керамической многослойной технологии для полевых применений, Инженер-технолог., 168, 1378–1381, 2016.

Сканьон, Дж. Т. и Уиллис, Д. Э .: Расчет детектора ионизации пламени. Коэффициенты относительного отклика с использованием концепции эффективного углеродного числа, J. Chromatogr. Sci., 23, 333–340, 1985.

Стернберг, Дж. К., Галлавей, В. С., Джонс, Д. Т. Л .: Механизм отклик пламенно-ионизационных детекторов, Газовая хроматография, Academic Press, Нью-Йорк, 231–268, 1962.

Патент США на датчик соотношения топлива и воздуха (FAR) для сжигания с использованием пламенно-ионизационного зонда на основе Фурье Патент (Патент №10,732,147, выданный 4 августа 2020 г.)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ 1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к способу определения отношения количества топлива к воздуху (FAR) в горелке нагревательного устройства с использованием одного датчика.Более конкретно, это изобретение относится к использованию характеристики в частотной области изменяющихся во времени изменений FAR.

В системах сгорания общего объема, в частности, в камерах сгорания в печах, работающих на углеводородном топливе, котлах, водонагревателях, существует потребность в мониторинге и точном управлении FAR процесса сгорания, поскольку FAR является критическим параметром сгорания. эффективность, низкие выбросы газов и нестабильность пламени в системах сжигания с предварительно приготовленной обедненной смесью, например, в печах, котлах, системах выработки электроэнергии и т. д., в которых используются системы сжигания с принудительной подачей воздуха, работающие на природном газе или других углеводородах. Еще более конкретно, рассматриваемая система сжигания, продемонстрированная в этом раскрытии, представляет собой систему нагрева горячей воды по запросу, работающую на природном газе. Из-за вариаций в составе природного газа из-за вариаций местоположения и временной изменчивости природного газа, оптимальная эффективность камеры сгорания и низкие выбросы газообразных загрязняющих веществ не всегда гарантируются при использовании разомкнутого (обычно механически фиксированного заданного значения) управления дроссельной заслонкой FAR.Целью настоящего изобретения является разработка надежного встроенного датчика соотношения топлива и воздуха, который может измерять локальную дальность дальнего действия внутри камеры сгорания с использованием существующего оборудования или минимума проникновений нового электродного зонда в камеру сгорания. Используя существующий пламенно-ионизационный зонд, уже установленный в существующей горелке, можно получить новое средство извлечения FAR как монотонной функции на бедной или богатой топливом стороне стехиометрии сгорания без дополнительных затрат на новый датчик. или перепроектирование камеры сгорания.Это позволяет использовать его в качестве модифицированного датчика в существующих системах путем добавления новой электроники вне камеры сгорания. Цель состоит в том, чтобы обеспечить линейный сигнал, пропорциональный FAR в системе управления с обратной связью с обратной связью. Кроме того, целью настоящего изобретения является обеспечение сигнала с высоким отношением сигнал / шум (SNR), который пропорционален FAR в пламени в широком диапазоне рабочих условий и различных видов углеводородного топлива, таких как природный газ, пропан, метан или даже бутан.

2. Уровень техники

Трудно точно измерить отношение FAR в реальном пламени, горящем в суровых условиях камеры сгорания с ограниченным доступом для датчиков и зондов. Высокие температуры, термоциклирование, загрязнение сажей, изменения в составе топлива и постоянно меняющиеся схемы использования горячей воды по запросу — все это создает почти непреодолимое препятствие, которое в течение многих лет не находило удовлетворительного решения, которое было бы надежным и экономичным. эффективный и простой в использовании для промышленного или бытового применения.Возможно, самая сложная характеристика проблемы, которую необходимо решить, заключается в определении количества, которое можно измерить, и количества, которое пропорционально FAR в пламени, без необходимости добавления нового типа датчика или проникновения новых датчиков в существующая система. Добавление нового сенсорного оборудования в камеру сгорания требует значительных модификаций и значительных затрат на реконструкцию. Кроме того, переоснащение существующего оборудования, связанного с механическим сжиганием, повлияет на производство и повлечет за собой большие капитальные затраты на оборудование.И наоборот, небольшие изменения или модификации в электронике устройства, которое уже используется для измерения наличия пламени по соображениям безопасности, например пламенно-ионизационного зонда в водонагревателе по запросу, может быть значительно дороже. эффективно и быстро.

Предыдущие попытки измерить FAR внутри пламени были выполнены много раз и с использованием множества различных методов, начиная от оптических, например, оптического поглощения молекул углеводородов на линии прямой видимости 3.Длина волны гелий-неонового лазера 39 микрометров (Girard et al., 2001 и Nguyen et al. 2002), перестраиваемая диодная лазерная спектроскопия (TDLS) (Silver et al. 2002), спонтанное лазерное комбинационное рассеяние света (Kojima and Nguyen, 2008), индуцированное лазером флуоресценция (Allen et al., 1986) и т. д. Все эти методы требуют оптического доступа, сложны, дороги и ограничиваются исследовательскими горелками в университетах или крупных лабораториях. Измерения стехиометрии горения в зоне после пламени могут быть легко выполнены с использованием отбора проб экстрактивного газа для измерения O2, CO2 и CO с использованием комбинации электрохимических ячеек и / или методов недисперсионного инфракрасного поглощения (NDIR), которые выполняются в промышленных или коммунальных предприятиях. котлы, или просто электрохимические датчики O2, которые обычно используются в автомобильных двигателях.Можно найти многочисленные примеры измерений зондов экстрактивного всасывания в газах после сгорания, которые здесь не приводятся. Ранее уже проводились работы по использованию зонда с пассивной ионизацией пламени в качестве датчика FAR в камере сгорания или пламени, где ток ионизации пламени пассивно измерялся как функция фиксированного смещения напряжения постоянного тока. К ним относятся работы: Andersson (2002), Kiefer et al. (2012), Филипек (2013), Ким (2103) и Наслунд (2014). Совсем недавно работа Pirovano et al.(2017). указали, что активная модуляция смещения напряжения путем применения импульсной функции и измерение времени затухания результирующего сигнала ионизационного датчика пламени обеспечит средство измерения FAR в пламени. Однако ни одно из вышеперечисленных исследований не показывает осуществимый способ надежного измерения FAR в промышленной горелке с закрытой камерой с достаточной детализацией, чтобы показать, что измерение является линейным и монотонным.

Системы предшествующего уровня техники, в которых используются оптические методы, являются сложными и дорогостоящими, и их нельзя сделать надежными или рентабельными для использования в системе, ориентированной на прибор.За исключением работы Girard et al. (2001), где частота дискретизации кГц была получена с использованием оптического абсорбционного зонда очень малого объема, методы предшествующего уровня техники, в которых используются экстракционный газ, кислород после сжигания или методы отбора проб CO2, требуют нескольких минут для отбора проб и не позволяют измерять FAR на месте в пламя достаточно быстро для активной обратной связи и системы управления. За исключением метода, описанного в публикации европейского патента EP3124866 от Pirovano, методы предшествующего уровня техники, в которых используются токи ионизации пламени, как правило, не показали надежного и надежного метода измерения FAR пламени, который можно было бы использовать в не- исследования коммерческой техники.Метод, описанный в Pirovano, показывает, что сигнал ионизации пламени при возбуждении внешним электрическим импульсом (кратковременная ступенчатая функция в положительном и отрицательном направлении), наложенным на электрод датчика ионизации пламени, создает сигнал ионизации пламени с экспоненциальным временем затухания. константы (в положительном и отрицательном направлениях), которые могут быть связаны с FAR в пламени в широком диапазоне рабочих условий. Однако Пировано не раскрывает, на каких частотах или абсолютных постоянных времени используются.Кроме того, недостатком необходимости извлекать постоянную времени затухания является то, что на нее могут влиять изменения в емкостях кабеля или электродов системы, либо емкости системы могут быть настолько большими, что преодолевают очень короткие временные константы времени затухания, которые должны быть разрешается для извлечения информации о газовой фазе, которая пропорциональна времени жизни электрически заряженных ионов при столкновительном снятии возбуждения (порядка от 1 нс до 10 нс или примерно от 1 ГГц до 100 МГц в соответствии с газокинетической теорией для количества столкновений при температурах пламени. ).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предусмотрен существующий электрод датчика ионизации пламени внутри камеры сгорания, который подключен к стандартной схеме обнаружения пламени, в которой используется повышающий изолирующий трансформатор для подачи множества возбуждений. сигналов на электрическую цепь, состоящую из пламенно-ионизационного электрода, заземляющего электрода и схемы обнаружения пламени с электродами, расположенными в пламенной плазме.Схема обнаружения пламени модифицирована для приема внешнего генератора сигналов, который обеспечивает, по крайней мере, два сигнала возбуждения на двух разных частотах. Эти формы волн возбуждения индуцируют напряжение на электродах датчика, которые в присутствии пламени пламени проводят электрический ток через зазор между электродом и землей. Этот электрический ток, протекающий через токочувствительный электрод, обнаруживается, усиливается и подается на аналого-цифровой преобразователь. Затем оцифрованный сигнал обрабатывается в частотной области с использованием стандартных методов быстрого преобразования Фурье (БПФ).Результирующие частотные компоненты Фурье, соответствующие различным комбинациям частот возбуждения и их гармоник, затем обрабатываются в алгоритме, который использует тот факт, что гармоники четного порядка суммарной частоты и разностной частоты частот возбуждения создают сигнал, который монотонно зависит от ДАЛЬНИЙ. Было обнаружено, что этот сигнал не зависит от состава дымовых газов относительно партнеров гашения при столкновении, которые могут изменять значение сигнала ионизации пламени, когда не учитываются.Было замечено, что когда используются компоненты Фурье разностной частоты и суммарной частоты из исходных двух частот возбуждения, результирующий сигнал оказывается монотонным и не зависит от других факторов, таких как объемная скорость пламени или тип столкновительного коллайдера, поскольку оба влияют на ионизацию пламени. сигнал на двух разных частотах одинаково, следовательно, является синфазным и естественным образом вычитается из производного сигнала, используемого для определения FAR.

В одном варианте осуществления настоящая сенсорная система включает в себя вторичный отдельный электрод для обнаружения модулированного тока ионизации пламени.В другом варианте осуществления можно использовать множество (> 2) пламенно-ионизационных электродов для пространственного усреднения изменений внутри камеры сгорания. В еще одном варианте осуществления на две частоты возбуждения могут влиять 3 или более частот возбуждения. И, тем не менее, в другом варианте осуществления частоты возбуждения могут иметь форму волны другого типа и не ограничиваться синусоидальной формой (квадрат, треугольник и т. Д.).

Целью настоящего изобретения является обеспечение измерения на месте изменяющегося во времени отношения топлива к воздуху (FAR) пламени внутри камеры сгорания во время работы.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение измерения FAR как функции времени для целей мониторинга исправности камеры сгорания и / или систем управления с обратной связью с обратной связью камеры сгорания. Использование сигнала, который монотонно изменяется в диапазоне FAR, встречающегося в камере сгорания, достаточно для того, чтобы система могла управлять FAR активным образом.

Несмотря на то, что может быть много вариантов осуществления настоящего изобретения, каждый вариант осуществления может соответствовать одному или нескольким из перечисленных выше объектов в любой комбинации.Не предполагается, что каждый вариант осуществления обязательно будет соответствовать каждой цели. Таким образом, в общих чертах обрисовав в общих чертах более важные особенности настоящего изобретения, чтобы можно было лучше понять его подробное описание и чтобы можно было лучше оценить настоящий вклад в данную область техники, существуют, конечно, дополнительные признаки настоящего изобретения. это будет описано здесь и будет составлять часть предмета данного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для того, чтобы способ, которым были достигнуты перечисленные выше и другие преимущества и цели изобретения, более конкретное описание изобретения, кратко описанное выше, будет представлено со ссылкой на его конкретные варианты осуществления. которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.Понимая, что эти чертежи изображают только типичные варианты осуществления изобретения и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, изобретение будет описано и объяснено с дополнительной конкретностью и подробностями с использованием сопроводительных чертежей, на которых:

ФИГ. . 1 представляет собой блок-схему частотного метода Фурье для определения отношения топлива к воздуху в системе сгорания с использованием пламенно-ионизационного зонда.

РИС. 2 показан пример БПФ с возбуждением 1 кГц и 5 кГц (обратите внимание на отсутствие четных гармоник в случае отсутствия пламени).

РИС. 3 показан пример БПФ с возбуждением 1 кГц и 5 кГц в пламени пропан-воздух с коэффициентом эквивалентности 0,78 (обратите внимание на появление четных гармоник).

РИС. 4 изображает изменение членов БПФ четного порядка как функцию отношения эквивалентности пламени в пламени пропан-воздух с возбуждением 1 кГц и 5 кГц, демонстрируя линейное изменение усредненных гармоник четного порядка с коэффициентом эквивалентности.

РИС. 5 показан пример БПФ с возбуждением 1 кГц и 5 кГц в пламени природный газ-воздух с 0.75, обратите внимание на сходство с пламенем пропан-воздух и появление гармоник четного порядка.

РИС. 6 показан пример БПФ с возбуждением 1 кГц и 5 кГц в пламени природного газа-воздуха с выключенным пламенем, обратите внимание на отсутствие гармоник четного порядка.

РИС. 7 изображает изменение всех компонентов БПФ от 1 кГц до 11 кГц в зависимости от отношения эквивалентности в пламени природного газа и воздуха. Каждая кривая представляет собой изменение одного частотного компонента Фурье от БПФ в диапазоне от 1 кГц до 11 кГц (с шагом 1 кГц).

РИС. 8 изображает изменение компонентов БПФ, соответствующих сумме и разности частот между возбуждением от 1 кГц до 5 кГц в пламени природного газа и воздуха.

РИС. 9 — блок-схема системы.

РИС. 10 изображает изменение сигнала разностной частоты в производственной горелке для возбуждения 3 кГц и 5 кГц.

РИС. 11 изображает изменение сигнала разностной частоты в производственной горелке для возбуждения 150 Гц и 1200 Гц.

РИС. 12 изображает изменение сигнала разностной частоты в производственной горелке для возбуждения 620 Гц и 1020 Гц.

РИС. 13 изображает изменение сигнала разностной частоты как функцию phi в производственной горелке для различных частот возбуждения.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

2 — генератор функций

4 — усилитель напряжения

6 — цепь обнаружения пламени

8 — точка ответвления

10 — сигнал

плата контроллера

14 — повышающий изолирующий трансформатор

16 — первичные обмотки

18 — вторичные обмотки

20 — пластины сердечника из магнитной стали

22 11 — пламенно-ионизационный зонд 24 —кончик зонда

26 —кончик заземляющего электрода

28 —Заземляющий электрод

30 —резистор

32 —пленочный конденсатор

34 —предварительный усилитель 36 —аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)

38 —Процессор БПФ

40 —коэф. icients

42 — алгоритм последующей обработки

44 — коэффициент эквивалентности

46 — зона пламени

48 — горелка

50 — шаг

52359 903 54 —step

58 —step

ОСОБЕННЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемый на месте датчик соотношения топлива и воздуха (FAR) использует пламенно-ионизационный зонд на основе Фурье, который работает в акустической частотной области и является Это возможно с помощью метода смешения и обнаружения частот, при котором плазма пламени выступает в качестве «детекторного» элемента, который генерирует составляющие гармонических искажений четного порядка, которые возникают в результате смешения волн двух или более частот возбуждения.Используя частотно-чувствительное обнаружение в пространстве Фурье, большие источники шума на уровнях постоянного тока до 100 Гц эффективно подавляются для более высоких отношений сигнал / шум. Компоненты разностной частоты и суммарной частоты частот возбуждения, также иногда известные как интермодуляционные искажения (IMD), очень линейны и пропорциональны соотношению топлива и воздуха (FAR), также известному как отношение эквивалентности (Phi). Турбулентность в камере сгорания, которая в противном случае «вымыла бы» обычные изменения в сигнале ионизации пламени на уровне постоянного тока, по-видимому, не вызывает проблемы с контрастом или линейностью сигнала, если смотреть на генерацию разности частот между частотами возбуждения.

Устойчивый сигнал, пропорциональный FAR, может быть получен с помощью существующего набора электродов, уже установленных в большинстве систем сгорания, которые имеют электрод датчика ионизации пламени. Предлагаемая сенсорная система вырабатывает сигнал с высоким отношением сигнал / шум, близкий к реальному времени (около 0,5 секунды) и подходящий для управления с обратной связью по замкнутому контуру. Полученная в результате система контроля пламени с замкнутым контуром обеспечивает надежную, чистую и эффективную работу горелки на более широком диапазоне видов топлива и автоматически самонастраивается с учетом изменений механического износа системы сгорания.Кроме того, активное управление может позволить системе сгорания переключаться с низкой на высокую и с высокой на низкую интенсивность горения с минимальной степенью нестабильности горения из-за акустических процессов. Система может быть реализована экономически эффективным способом путем добавления процессора цифровых сигналов (DSP), интегральной схемы (IC) операционного усилителя высокого напряжения и аналого-цифрового преобразователя / цифро-аналогового преобразователя (ADC / DAC). ) Интегральные схемы в существующую материнскую плату контроллера горения через промежуточную плату переходной части вспомогательной схемы или отдельную плату датчика FAR меньшего размера, которая монтируется снаружи.

Использование нескольких частот возбуждения и обнаружение смешивания разностных частот сигнала, возникающего из-за генерируемого пламенем гармонического искажения второго порядка, и его связи с FAR — это новая критически важная концепция.

Данные испытаний представлены на фиг. С 3 по 14, но не включая фиг. 10. Источники погрешности обсуждаются в других разделах настоящего документа и в основном возникают из-за изменений скорости плазмы в зоне пламени. Поскольку интенсивность горения и турбулентность резко изменяют скорость в камере сгорания, важно, чтобы сигнал ионизации пламени разности частот не был подвержен ошибкам скорости.

В одном варианте осуществления предлагаемая новая система датчика пламени выдает сигнал, который линейно пропорционален FAR с добротностью 0,999 на стороне работы с обедненным топливом, а отношение сигнал / шум и динамический диапазон кажутся избыточными. 22 дБ, с повторяемостью лучше 2% от полной шкалы (при переходе между различными коэффициентами эквивалентности в диапазоне от 0,74 до 0,89 и возврате к ранее установленному значению, измеренному с помощью расположенного ниже по потоку анализатора газообразных выбросов сгорания).Время отклика находится в диапазоне от 0,5 секунды до 5 секунд в зависимости от уровня усреднения по времени, с указанным выше отношением сигнал / шум и повторяемость для выборок БПФ из 4 k точек с частотой дискретизации данных 44 кГц обеспечивает постоянную времени отклика 2,8 секунды.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Термин «примерно» используется в данном документе для обозначения приблизительно, приблизительно, около или в области. Когда термин «примерно» используется в сочетании с числовым диапазоном, он изменяет этот диапазон, расширяя границы выше и ниже указанных числовых значений.В общем, термин «примерно» используется здесь для изменения числового значения выше и ниже указанного значения с отклонением в 20 процентов вверх или вниз (больше или меньше).

Настоящее изобретение служит для обеспечения измерения в реальном времени отношения топлива к воздуху для управления сгоранием с обратной связью в системе сгорания с предварительным смешиванием или горелке, сначала устанавливая взаимосвязь между амплитудой интермодуляционных искажений и отношением количества топлива к воздуху (FAR ) топливовоздушной системы сгорания, имеющей камеру сгорания.В изобретении используются методы спектрального детектирования Фурье путем амплитудной модуляции электрического тока, который используется для возбуждения зонда ионизационного датчика обнаружения пламени, а частотные характеристики принимаются периферийной электроникой и программным обеспечением быстрого преобразования Фурье (БПФ), расположенным за пределами зоны горения, для того, чтобы для выполнения измерения FAR.

РИС. 1 показана блок-схема существующей сенсорной системы FAR. Ключевые компоненты и функции следующие. Функциональный генератор 2 генерирует синусоидальные волны на множестве частот (F 1 , F 2 , F 3 и т. Д.). Эти многократные синусоидальные волны затем подаются в усилитель среднего напряжения 4 (до +/- 50 В от пика до пика), имеющий выход, который затем подается на повышающий изолирующий трансформатор 14 с первичной обмоткой 16 , вторичные обмотки 18 и пластина 20 магнитного стального сердечника для повышения синусоидального сигнала возбуждения с высоким импедансом. Затем гальванически развязанный сигнал возбуждения от вторичных обмоток трансформатора 18 передается через резистор считывания тока 300 кОм на пламенно-ионизационный зонд 22 .Каждый из наконечника 24 зонда 34 и наконечника 26 заземляющего электрода 28 расположен в зоне пламени 46 (пламя плазмы), связанной с горелкой 48 . Когда присутствует пламя, ионы, окружающие электроды, проводят электрический ток в одном направлении, эффективно выступая в качестве диода, зависящего от свойств пламени, между электродами 22 и 28 . Это заставляет постоянный ток (DC) течь через резистор считывания тока, замыкая петлю через вторичные обмотки индуктора 18 .Этот ток, наконец, измеряется схемой операционного усилителя компаратора низкого напряжения в схеме обнаружения пламени 6 . Схема обнаружения пламени 6, подает окончательный сигнал 10 на главную плату контроллера системы сгорания 12 алгоритм работы и управления, указывающий, что пламя горит и активно. Во время нормальной работы схемы обнаружения пламени 6 точка отвода 8 , расположенная перед резистором считывания тока, обеспечивает узел считывания (указывается в вольтах) для системы FAR, сначала пропуская сигнал через пленочный конденсатор емкостью 1 мкФ. 32 в переменный ток подает сигнал на вход предусилителя 34 цифрового аудиоинтерфейса.Резистор 30 500 кОм сразу после разделительного конденсатора 32 используется для ограничения тока сигнала, тем самым уменьшая эффект добавления диагностики FAR в обычную работу существующей системы датчика пламени. Оцифрованный выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя (АЦП) затем подается в блок обработки БПФ, например компьютер или специализированный процессор цифровых сигналов в реальном времени 38 (DSP). Коэффициенты БПФ , 40, извлекаются и затем передаются в алгоритм постобработки 42 , который затем используется для определения FAR или отношения эквивалентности 44 .

Система датчиков FAR, показанная на фиг. 1 реализован за счет использования трех дополнительных электронных подсистем: (1) возбуждающего генератора 2 и усилителя 4 , который обеспечивает множество программируемых синусоидальных волн на разных частотах; (2) предварительный усилитель 34 и ADC 36 для считывания результирующего сигнала ионизации пламени, модулированного переменным током, и разрешения его обработки; (3) DSP 38 , способный выполнять быстрое быстрое преобразование Фурье (БПФ) оцифрованного сигнала.Результирующие коэффициенты 40 БПФ затем обрабатываются в алгоритме 42 , который затем выдает значение сигнала 44 , которое линейно пропорционально FAR. В процессе работы генератор возбуждения должен быть настроен на несколько частот (выбранных стратегически) для получения линейного и надежного сигнала, который можно использовать для определения FAR в реальном времени. Обычно две частоты, такие как 3 кГц и 5 кГц, генерируются и подаются в усилитель, способный генерировать синусоидальные волны с пиковым напряжением до 50 В с низким уровнем искажений.Затем этот сигнал подается на первичную обмотку повышающего изолирующего трансформатора 14 цепи датчика пламени. Поскольку трансформаторы обладают свойством вызывать гармонические искажения нечетного порядка, БПФ результирующего сигнала ионизации пламени без наличия пламени показывает гармоники нечетного порядка в дополнение к частотам возбуждения, показанным на фиг. 2. При наличии пламени, в этом случае, исследовательское плоское пламя пропан-воздух, поддерживаемое на пористой керамической матрице, затем создает компоненты гармонических искажений четного порядка, как показано на фиг.3. На фиг. 4, если все коэффициенты БПФ гармоники четного порядка нормализованы суммой амплитуд частот возбуждения, а затем сложены и нанесены на график как функция FAR (Phi), следует отметить, что существует линейное изменение на как на обедненной, так и на богатой топливом стороне с максимумом при стехиометрическом значении Phi = 1. По изменению наклона можно определить, работает ли горелка в обедненной или богатой топливом зоне.

РИС. 5 показывает спектр, аналогичный спектру, показанному на фиг.3, но для пламени природного газа над той же горелкой с пористой керамической матрицей, демонстрируя наличие составляющих гармонических искажений четного порядка при наличии пламени. ИНЖИР. 6 показана та же система, что и на фиг. 5, но с выключенным пламенем, так что теперь есть только компоненты гармонических искажений нечетного порядка. Ясно, что наличие компонент четного порядка и их амплитуда связаны с наличием пламени, но более того, фиг. 7 показывает, что соотношение монотонно меняется либо на бедной топливом стороне, либо на богатой топливом стороне пламени.На фиг. 7 каждая кривая представляет одну составляющую Фурье в диапазоне от 1 кГц до 11 кГц (с шагом 1 кГц) и построена как функция от коэффициента эквивалентности пламени Phi для случая частот возбуждения 1 кГц и 5 кГц, приложенных к пламени. ионизационный электрод. Если требуется увеличение контрастности или повышение чувствительности результирующих коэффициентов БПФ по отношению к FAR, можно посмотреть на разностные частоты и суммарные частоты между 5 кГц и 1 кГц (4 кГц и 6 кГц), и если взять их сумму, можно получить улучшенную чувствительность сигнала в зависимости от FAR.На фиг. 8 кривые представляют разность (4 кГц) и сумму (6 кГц) компонентов Фурье и их комбинированное значение, нормированное на сумму амплитуд двух частот возбуждения. Этап нормализации обеспечивает средства учета изменений амплитуды частоты возбуждения как функции времени. В случаях, когда амплитуды сигнала возбуждения являются постоянными или фиксированными с высоким уровнем стабильности, этап нормализации может не потребоваться. Согласно фиг. 8, его можно обобщить на фиг.9 шаги, необходимые для генерации сигнала, показанного на фиг. 8. Вкратце, этапы, показанные на фиг. 9, включают в себя: (а) генерацию двух частотных составляющих возбуждения предпочтительно с нечетными значениями (например, примерно 1 кГц и примерно 5 кГц, или примерно 3 кГц и примерно 5 кГц), так что их сумма или разность представляет собой гармонику четного порядка, которая затем легко обнаруживаемый в присутствии гармонического шума нечетного порядка и усиление составного сигнала двойной частоты возбуждения с помощью высоковольтного операционного усилителя 4 , показанного на фиг.1 для достижения сигнала от примерно +/- 20 В до примерно +/- 50 В и подачи сигнала в первичные обмотки пламенно-ионизационного детектора в области пламени камеры сгорания, как на этапе 50 ; (b) после измерения сигнала ионизации пламени с модуляцией переменного тока от датчика 22 (см. фиг.1), вычисление частотных составляющих Фурье 40 (см. фиг.1) с использованием процессора FFT 38 , как на этапе 52 ; (c) в алгоритме постобработки 42 (см. ФИГ.1), вычитая фоновый сигнал отсутствия пламени для каждой компоненты Фурье, как на этапе 54 ; затем (d) нормализацию на сумму амплитуд компонент Фурье частот возбуждения F 1 и F 2 , как показано на этапе 56 ; и (e) взятие объединенной суммы амплитуд составляющих Фурье на составляющих разностной частоты и составляющей суммарной частоты составляющих частоты возбуждения, как показано на этапе 58 . Затем это дает значение, которое линейно пропорционально FAR или Phi, которое представляет выход 44 (см. Фиг.1) сенсорной системы. В одном варианте осуществления этап 56 не выполняется, если амплитуды частот возбуждения F 1 и F 2 являются постоянными или постоянными, пример чего показан на фиг. 13.

Вышеупомянутые функциональные этапы и процессы хорошо работают в исследовательской горелке со стабильным плоским пламенем в лаборатории, использующей пропан и природный газ. Эксперименты, проведенные с использованием метана высокой чистоты, также привели к аналогичным измерениям. Обратите внимание, что для всех лабораторных экспериментов с плоской пористой керамической горелкой в качестве электрода считывающего датчика использовался отдельный электрод, обеспечиваемый искровым зажигателем, который был напрямую подключен к предусилителю АЦП без каких-либо дополнительных компонентов.Однако для производственной горелки это не могло быть использовано, поскольку электрод искрового воспламенителя был необходим для зажигания пламени и подключен к высоковольтной искровой системе, которая могла бы разрушить чувствительную электронику БПФ, если бы она была соединена на одном и том же электроде. Таким образом, для измерений этой сенсорной системы в производственной горелке, считывание БПФ должно было быть подключено к точке электрического отвода 8 , как показано на фиг. 1, а затем снабжен пленочным конденсатором 1 мкФ и резистором 500 кОм для изоляции цепи обнаружения пламени от электроники обнаружения FAR, которая в противном случае помешала бы току ионизации пламени постоянного тока, необходимому для работы процессов автоматического защитного отключения горелки.В производственной горелке с электродом обнаружения пламени, также служащим в качестве чувствительного электрода FAR, на очень чувствительный предусилитель АЦП подается большой электрический шум от материнской платы контроллера горения и шум от электросети (при 60 Гц в США). Ед. изм. Кроме того, производственная горелка закрытая и сильно турбулентная, в отличие от ламинарного потока, как в лабораторной факельной горелке с пористой керамической матрицей. Основным результатом использования электрода датчика FAR в этой конфигурации было то, что ранее явно изменяющиеся сигналы на суммарной и разностной частотах теперь погребены в большем количестве шумов и довольно инвариантны к изменениям рабочих характеристик горелки, таких как FAR или скорость горения.Частично это вызвано тем фактом, что сигнал ионизации пламени зависит не только от концентрации ионов и заряженных частиц в пламени, но также от их скорости (из-за турбулентного движения) и среды их гашения. То есть заряженные частицы иногда нейтрализуются посредством энергичных химических реакций с другими частицами.

При наличии турбулентности было обнаружено, что изменение FAR все еще может быть извлечено из спектральных данных БПФ. Было замечено, что четкая линейная и монотонная взаимосвязь между FAR и сигналом, возникающим из сигнала составной разностной частоты между 5 кГц и 3 кГц (т.е.е., 5 кГц-3 кГц = 2 кГц) и 300 Гц, что дает частоту считывания 1700 Гц. Сигнал 300 Гц является результатом 5-й гармоники очень сильного сетевого шума переменного тока 60 Гц, содержащегося в сигнале. ИНЖИР. 10 показано изменение этого сигнала при считывании при 1700 Гц. Каждая из кривых при наклонном (кривые 1 , 2 , 6 ) и номинальном (кривые 3 , 5 ) настройках практически ложится друг на друга, что демонстрирует превосходную повторяемость измерения. техника.Следует отметить, что случай сильного воспламенения с высоким содержанием топлива (или след 4 ) также продемонстрировал отличную повторяемость. На фиг. 10 следует отметить, что из графика 7 следует отметить, что при более высоком значении настройки двигателя нагнетателя (т. Е. Незначительном отклонении от номинального значения, приводящем к повышенной бедности топлива) кривая смещается немного выше номинальных кривых. Для данных, представленных на фиг. 10, соотношение между FAR и амплитудой сигнала представляет собой монотонный отрицательный наклон, поскольку увеличение FAR эквивалентно уменьшающемуся сигналу.При использовании линейной аппроксимации методом наименьших квадратов в сравнении с FAR (анализатором газа дожигания) результирующий разностный сигнал показывает почти идеально линейный наклон. Испытание было повторено с изменением частоты возбуждения на два других режима: 150 Гц / 1200 Гц и 620 Гц / 1020 Гц (случай низкочастотного возбуждения и случай возбуждения умеренной частоты), чтобы исследовать эффекты использования других частот и чтобы выяснить, был ли полученный сигнал по-прежнему монотонным и / или линейным.ИНЖИР. 11 показан результат возбуждения 150/1200 Гц в сочетании с существующим шумовым возбуждением сети 60 Гц с частотой считывания 1050 Гц (то есть 1200 Гц минус 150 Гц). ИНЖИР. 12 показывает результат теста, по существу тот же, что использовался для получения фиг. 11, но вместо этого с частотой возбуждения 620 Гц / 1020 Гц с частотой считывания 400 Гц (т. Е. 1020 Гц минус 620 Гц).

Результаты всех трех различных схем возбуждения и считывания представлены на фиг. 13. Подгонка методом наименьших квадратов проводится через каждую из двух схем прямой разности частот (150 Гц / 1200 Гц и 620 Гц / 1020 Гц).Подгонка методом наименьших квадратов проводится через третий случай, в котором использовалась комбинация трех частот возбуждения (60 Гц / 3 кГц / 5 кГц). Следует отметить, что кривая хорошо представляет точки данных с отрицательным наклоном. Все коэффициенты согласия лучше 0,99 и фактически 0,999 в двух из трех случаев. Это указывает на то, что поведение является линейным для двух частот возбуждения и квадратичным для частот тройного возбуждения (5 кГц минус 2 кГц, минус 300 Гц).Генерация 5-й гармоники в трансформаторе от сети 60 Гц, присутствующей в трансформаторе, вызывает сильную составляющую 300 Гц, которая затем вычитается из разности частот двух основных частот возбуждения. В одном варианте осуществления квадратичное поведение может быть аппроксимировано линейной функцией на стороне обеднения топлива с достаточной точностью для использования в замкнутой системе управления сгоранием. В случае нелинейной зависимости выходного сигнала от FAR, пока зависимость является монотонной, ее можно использовать в качестве сигнала для управления с обратной связью с обратной связью.Однако всегда предпочтительнее линейный сигнал, если он доступен. Как должны понимать специалисты в области управления и промышленной автоматизации, существует множество примеров, когда сигналы, используемые для управления, могут быть нелинейными (например, температурная зависимость термисторов и т. Д.), Нелинейность кривых, используемых для управления не проблематичны при условии, что они монотонны.

Хотя настоящее изобретение выполняется с помощью установки, показанной на фиг. 1, альтернативные варианты осуществления могут включать использование отдельного электрода, который не зависит от электрода системы обнаружения пламени и т. Д.В альтернативных вариантах осуществления можно также использовать множество электродов, установленных в камере, для пространственного усреднения сигнала ионизации пламени. Еще один вариант осуществления может иметь более трех частот возбуждения и может использовать более двух отдельных схем возбуждения / обнаружения на суммарной или разностной частоте. В другом альтернативном варианте осуществления могут использоваться несинусоидальные формы волны возбуждения (например, треугольник, квадрат и т.д.).

Описание пламенно-ионизационного тока разрабатывалось и уточнялось на протяжении многих лет.В настоящее время существует три основных модели, которые, по всей видимости, используются технологами сжигания. К ним относится модель, представленная Калкоте (1963), которая считает важные процессы переноса заряда и требует, чтобы заряженные частицы физически касались электродов, модель Рейнмана, показанная Саитцко и др. (1996), в котором утверждается, что ток можно обнаружить, если заряд движется внутри электрического поля, создаваемого электродами, и что заряженным частицам не обязательно касаться электродов; и модель Йошиямы и Томиты (2000), которая утверждает, что электрический ток на двух электродах должен быть одинаковым и ограничен гораздо более медленными положительными ионами в пламени.В этом случае измерения тока ионизации пламени пропорциональны плотности ионов или электронов, в зависимости от того, на какую полярность смотреть. Основные представляющие интерес химические ионы пламени, которые указывают на процесс горения, — это ионы HCO +, Ch4O + и h4O +, которые приблизительно линейно связаны с коэффициентом эквивалентности на стороне обедненного топлива (Migoun et al. 2009). Связь между током ионизации пламени и свойствами пламени, как описано Calcote (1963), показывает зависимость от скорости или движения частиц, и это делает определение FAR проблематичным, если условия потока не могут быть отделены от измерения.Ток ионизации пламени является функцией напряжения смещения, пространственного положения электрода, локальной скорости плазмы, которые зависят от времени из-за турбулентных потоков и объемного движения.

Генерация разности или суммарной частоты тока ионизации пламени указывает на частотный процесс смешения электрических волн, который происходит из-за интермодуляционных искажений (IMD), которые генерируются в самой плазменной среде пламени в результате нелинейного взаимодействия два или более электрических поля, вызванных разными частотами возбуждения.Физическое проявление интермодуляционных искажений аналогично существованию переменного диодного перехода, который создается в присутствии пламени. Этот процесс выпрямления генерирует гармонические составляющие четного порядка, и из наблюдаемого отклика коэффициентов Фурье либо разностных, либо суммарных частотных составляющих, кажется, что амплитуда результирующего сигнала интермодуляционных искажений монотонно пропорциональна концентрации ионов. Одним из возможных объяснений независимости сигнала от турбулентного перемешивания является то, что сигналы, генерируемые каждой частотой, имеют синфазное изменение скорости ионов в плазме.Эти изменения обычно вызывают изменения в результирующем сигнале ионизации пламени. Однако, поскольку они идентичны (общий режим) двум или более частотам возбуждения, они подавляются посредством процесса смешивания волн разностной частоты, который генерирует гармонические искажения четного порядка. Таким образом, отслеживая амплитуду интермодуляционных искажений между различными частотами возбуждения связанных компонент Фурье четного порядка, генерируемых посредством сигнала пламенной ионизации, получается сигнал, пропорциональный FAR, который не подвержен влиянию синфазных вариаций.Например, если частоты возбуждения составляют 5 кГц, 3 кГц и 300 Гц, разностная частота 5 кГц – 3 кГц – 300 Гц составляет 1700 Гц. В качестве альтернативы, если частоты возбуждения составляют 5 кГц и 1 кГц, разностная частота составляет 2 кГц, а суммарная частота составляет 6 кГц и т. Д. Следует отметить, что нет необходимости использовать разностную частоту для вычитания общей -модовый шум. Пока существует интермодуляция между двумя или более частотами, эффект удаления вариаций синфазного режима, по-видимому, проявляется при определенных комбинациях кросс-модуляции.

В одном варианте осуществления в генераторе синусоидальной волны используется высоковольтный монолитный операционный усилитель IC для усилителя частоты возбуждения, такой как прецизионный операционный усилитель Analog Devices® ADA 4700-1 +/- 50 В, цифровой сигнальный процессор Texas Instruments® TMS320C5525 для Обработка БПФ и реализация алгоритма, а также генерация частоты посредством прямого цифрового синтеза (DDS) для функций возбуждения синусоидальной волны. Если эта реализация DSP недостаточно мощна, используйте версию с более высокой мощностью, более высоким разрешением и точностью воспроизведения, такую как ИС цифрового медиапроцессора Texas Instruments® DM3725 с микропроцессором ARM® 1 ГГц, обычно используемым для распознавания голоса в реальном времени и потоковой передачи данных, как используется в Устройства Amazon® Dot / Echo (Alexa).Периферийными к микросхемам DSP будут микросхемы АЦП и ЦАП, а также вспомогательные схемы для приема и генерации аналоговых сигналов от / к датчику пламени.

Для генерации частот возбуждения требуется генератор синусоидальной функции с низким уровнем искажений, способный генерировать синусоидальные волны с частотами в диапазоне от 50 Гц до 50 кГц, и он должен обеспечивать выходное напряжение до +/- 50 В (пиковое значение). до пика при нагрузке с высоким импедансом (например, не менее 27 кОм). Результирующий сигнал считывается предварительным усилителем и АЦП, который выдает сигнал с разрешением не менее 16 бит и частотой дискретизации не менее 44.1 кГц. Устройство, обеспечивающее обработку БПФ, может быть аппаратным, например микросхемой DSP, или через программное обеспечение в компьютерной программе, работающей на компьютере или другом встроенном микропроцессоре. Интерпретация и преобразование коэффициентов БПФ в значение, представляющее FAR, затем выполняется в простой программе в основном алгоритме управления горением материнской платы контроллера главной горелки со встроенным микропроцессором. На периферии этих основных электронных компонентов находятся датчики ионизации пламени, установленные в зоне пламени, схема обнаружения пламени и контроллер потока горения, который может принимать пропорциональный сигнал обратной связи для осуществления активного управления расходом топлива с обратной связью.

Надежность электродов, электроники и т. Д. Может зависеть от образования сажи на электродах датчика пламени. Поскольку сигнал, создаваемый этим методом, устраняет синфазные различия между двумя разными частотами возбуждения, образование сажи или другие изменения, влияющие на электрическую проводимость электродов, не являются проблемой. Работа регулятора горения критически зависит от того, всегда ли датчик пламени работает надежно. В противном случае система обнаружения пламени не допустит наличия допустимого состояния зажигания или, наоборот, не сможет указать системе автоматически перекрыть поток топлива, если пламя погаснет само.

Подробное описание относится к прилагаемым чертежам, которые показывают в качестве иллюстрации конкретные аспекты и варианты осуществления, в которых могут быть применены на практике раскрытые в настоящее время варианты осуществления. Эти варианты осуществления описаны достаточно подробно, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники реализовать аспекты настоящего изобретения. Могут использоваться другие варианты осуществления, и могут быть внесены изменения без выхода за рамки раскрытых вариантов осуществления. Различные варианты осуществления могут быть объединены с одним или несколькими другими вариантами осуществления, чтобы сформировать новые варианты осуществления.Поэтому подробное описание не следует воспринимать в ограничивающем смысле, и объем настоящего изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения с полным объемом эквивалентов, на которые они могут иметь право. Специалистам в данной области техники будет понятно, что любая компоновка, рассчитанная для достижения той же цели, может быть заменена конкретными показанными вариантами осуществления. Это приложение предназначено для охвата любых адаптаций или изменений вариантов осуществления настоящего изобретения.Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено для иллюстрации, а не ограничения, и что фразеология или терминология, используемые здесь, предназначены для описания, а не ограничения.

Контроль пламени газовых приборов. Электронные схемы Кравцова Виталия. Авторская страница изобретателя.

Датчик контроля пламени своими руками

Принципиальная схема индикатора горения с запалом на одном электроде

Сборка и наладка

Описание прибора

Методы контроля

Фотоэлектрический метод

Метод ионизации

Надежность устройств

Комбинированное устройство

Датчики маркировки СЛ-90

Контроль горелки

принцип работы ионизационного электрода и контроля пламени горелки

Контролируем пламя

Как работает датчик газового пламени в современных водогрейных котлах и газовых плитах?

Электрод ионизации и контроля пламени Chaffoteaux Еlexia 20 CF|FF, Elexia Comfort 24 CF|FF, Elexia Comfort 28 CF|FF и Nect

Lamborghini артикул 04032190 (Электрод контроля пламени горелки EM 3-6) в Lamborghini-RUS.ru (915) 481-31-32

Датчик контроля пламени: устройство и принцип работы

Описание прибора

Методы контроля

Фотоэлектрический метод

Метод ионизации

Надежность устройств

Комбинированное устройство

Датчики маркировки СЛ-90

Контроль горелки

Ионизация пламенем — обзор

16.2 Газовая хроматография с детектором пламенной ионизации

Детектор пламенной ионизации — обзор

Детектор пламенной ионизации

Детектор ионизации пламени (FID) Принцип

Автономный пламенно-ионизационный детектор для контроля выбросов

Оставить комментарийОтменить комментарий