CN103003633A - 点火器火花状态指示器 - Google Patents

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Abstract

描述一种点火器火花指示器(100)，其监测在位于火花棒(23)附近的火焰棒(25)内的RF信号。来自火焰棒(25)的信号被处理，以提供指示电弧何时发生的波形。还向火焰探测设备提供飞弧何时发生的指示。火焰检验装置(60)仅在不产生飞弧时操作，使得火焰探测装置(60)不将飞弧与火焰弄混，从而减少错误的肯定确定。

Description

点火器火花状态指示器
技术领域
本发明致力于用于更准确地指示在燃料点火器中是否正产生火花和火焰的系统。
背景技术
在典型的气体和轻油燃料用途燃烧器中，气体/油由点火器上的引燃火焰(pilot flame)来点燃。点火器必须起动该引燃火焰。因此，它由连接到高压变压器的火花棒(spark rod)形成火花。变压器提供高压电力(大约8kV)给邻近接地金属外壳的火花棒。电力导致在火花棒和外壳(接地)之间形成电弧(火花)。当点火器首次接通时，该电弧发生预定时间(典型地10秒)。在现有技术装置中，不存在飞弧真实发生的外部验证。
点火器还具有位于小燃料源、火花棒和外壳附近的火焰棒(flame rod)。火花棒形成飞弧，其点燃来自小燃料源的燃料，从而形成引燃火焰。引燃火焰跨越火焰棒和外壳之间的区域。因为火导电，所以这导致电流从火焰棒通过火焰流至外壳。
该电流由外部安装的电子装置监测。电子装置和火焰棒被称为火焰检验装置。火焰检验装置分析从火焰棒到外壳的电流，以确定引燃火焰的存在。
来自高压变压器的电弧有时干扰点火器火焰检验装置，从而导致其在电弧发生时错误地指示火焰。
当点火器没有正确地点燃引燃火焰时，诊断该问题的技术人员将通常从锅炉移除点火器，并且在没有燃料的情况下激活它，以可视地确定是否产生电弧。这花费时间和努力。
目前，存在着对自动地确定点火器是否正产生飞弧且更准确地确定引燃火焰是否正产生的装置的需求。
发明内容
本发明可体现为点火器诊断装置100，其用于探测在被激励火花棒23和外壳11之间的飞弧的存在。它采用火焰棒25，其用于感测由火花棒23在被激励时辐射的电磁(EM)信号。
感测装置50联接到火焰棒25，并且接收来自火焰棒25的EM信号且处理EM信号以形成火花指示信号。
用户接口90适于向用户提供输出。
逻辑单元60联接至用户接口90。逻辑单元60适于接收来自感测装置50的火花指示信号，从而基于火花指示信号的强度来确定飞弧是否发生。逻辑单元60提供该信息至用户接口90而导致输出被显示给用户。
火花指示信号由低压时段所分开的多个周期性波瓣(lobes)组成，并且逻辑单元60监测在火花指示信号中的低压时段并测量波瓣之间的间距，以指示火花产生设备的“健康状况”。
本发明还可体现为点火器诊断装置100，其用于更准确地确定引燃火焰是否存在。
它包括：火焰棒25，其用于在火花棒23被激励时感测由火花棒23辐射的电磁(EM)信号；
感测装置50，其联接至火焰棒25，用于接收来自火焰棒25的EM信号并处理EM信号以形成火花指示信号；
逻辑单元60，其适于接收来自感测装置50的火花指示信号，基于火花指示信号的强度来确定飞弧是否正发生，并且提供指示飞弧何时存在的逻辑信号；以及
联接至逻辑单元60的火焰检验装置70，其适于接收来自逻辑单元60的逻辑信号，并且仅在逻辑信号指示没有飞弧发生时测试引燃火焰。
发明目的
本发明的一个目的是提供准确地确定点火器是否正产生火花的系统。
本发明的另一目的是向火焰探测器指示目前正产生电弧。
本发明的另一目的是帮助火焰探测器更准确地确定目前是否存在燃烧的引燃火焰。
本发明的另一目的是指示火花设备何时存在问题。
本发明的另一目的是预测火花设备的失效。
附图说明
通过参考附图，对于本领域技术人员而言，本发明可被更好地理解，并且其众多目的和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是其外壳被移除的与本发明兼容的管式点火器的透视图。
图2是其外壳被移除的与本发明兼容的管式点火器的从不同角度观察的透视图。
图3是与本发明兼容的管式点火器的局部剖视图。
图4是根据本发明用于处理从火焰棒接收的信号的电路的一个实施例的一般元件的示意框图。
图5是图4的电路在测试点“A”处监测的波形的图示。
图6是图4的电路在测试点“B”处监测的波形的图示。
图7是图4的电路在测试点“C”处监测的波形的图示。
图8是图7所示波形的一部分的放大图。
图9是与本发明兼容的侧点火器(side ignitor)在其安装于锅炉内时将呈现的截面正视图。
具体实施方式
图1是其外壳被移除的与本发明兼容的管式点火器10的透视图。
图2是其外壳被移除的与本发明兼容的管式点火器10的从不同角度观察的透视图。
图3是与本发明兼容的管式点火器10的局部剖视图。
以下描述参考图1、图2和图3而做出。管式点火器10具有细长外壳11，其具有内端13和外端12，内端13经过锅炉的燃烧室的内侧，外端12在燃烧室的外侧延伸。
外端12具有延伸出到外部设备的火焰棒缆线35和火花棒缆线33。在内部，火花棒缆线33连接至导电火花棒23。火花棒23从火花棒缆线33延伸至内端13。它与外壳11平行但不接触地延伸。外壳11电连接至地面。在火花棒23和外壳11之间存在预定间隙。
高压电源3优选地以交流电的形式通过火花棒缆线33向火花棒23提供电力。这导致在火花棒23和外壳11的内端13之间的脉动飞弧。该飞弧产生高频电磁辐射且在附近导体中感应出电流。
火焰棒25被包封在外壳11内且延伸至管式点火器10的内端13。它定位在燃料管40和火花棒23的端部之间。这允许火焰棒25在引燃火焰燃烧时浸没于引燃火焰中。
火焰棒25连接到火焰棒缆线35，火焰棒缆线35最终连接至探测引燃火焰的存在的火焰检验装置。
现在还参考图4，一种类型的火焰检验装置70测量穿过火焰的电流。火焰检验装置70在火焰棒25和外壳(接地)之间施加电压差。因为引燃火焰(火)导电，所以在燃料管40和外壳11之间的引燃火焰形成允许电流从火焰棒通过引燃火焰流至外壳11的电路。这典型地为大约30伏。该电流由火焰检验装置70测量。电流的存在指示引燃火焰存在。相反，电流的不存在指示引燃火焰不存在。
本发明人发现，火焰棒25可充当天线以及起作用而提供通过引燃火焰的电流。还确定了，由火花棒23产生的飞弧形成火焰棒25所感测到的高频RF“邻信道干扰(splatter)”辐射。特性AC脉冲由火焰棒25感测。因此确定，由火焰棒25感测的信号可被监测，以指示火花棒23何时形成飞弧。该信号还指示正产生火花。这种信息还可用来确定火花棒和关联电源何时未适当地起作用。它还可用来导致火焰检验装置仅在未产生飞弧时感测火焰，且因此更准确地探测火焰。
本发明的理论是：监测由火焰棒25感测的电信号，在感测的信号中滤出DC和低频，对信号整流，滤出高频并将信号数字化。这留下低频包络(envelope)信号，其为所使用AC电流的频率的两倍(100 Hz或120 Hz)。当探测到该信号时，火花棒23正在飞弧。
火花棒23的飞弧形成电流，该电流可被火焰检验装置70误认为源自火焰且不正确地在火焰不存在时指示其存在。这是错误肯定。因此，本发明的感测装置50必须与火焰检验装置70通信以指示飞弧何时发生。
火焰检验装置60必须仅在火花棒不操作时测试火焰，以探测是否存在火焰。
这消除了由于飞弧的无意探测以及将飞弧与引燃火焰的存在弄混而发生的干扰和错误肯定。这导致更准确的火焰检验装置。
图4示出根据本发明用于感测飞弧何时发生的感测装置50的一个实施例的一般元件的示意框图。来自火焰棒25的信号通过火焰棒缆线35接收且被提供给高通滤波器51。高通滤波器51采用接地的电容器C1和电阻器R1，其将阻滞在由火焰棒25上的火焰冲击导致的信号中的较低频率。高通滤波器51使归因于飞弧辐射“邻信道干扰”的较高频率信号经过。一个这样的信号为图5中示出的。
经过滤的信号穿过整流器D1，该整流器D1将信号整流以翻转负波瓣而使它们均为正。该信号在图6中示出。
经整流的信号被提供给低通滤波器55。该实施例中的低通滤波器55采用电阻器R2和电容器C2，其阻滞高频飞弧信号以产生包络信号。包络信号具有为AC电源所产生的频率的两倍的频率。该信号在图7中示出。
模数转换器57接收模拟包络信号并将其数字化，以形成近似于图7的模拟包络信号的一组数字样本。这可处于一系列测量振幅值或者此类数据的方框或表格的形式。
逻辑单元60感测由A/D转换器55提供的数字化信号。逻辑单元60可为带有其自身微处理器的独立装置，或者为具有运行若干不同程序且执行若干不同功能的微处理器的计算装置80的一部分。一个实施例将数字化信号的振幅与最小振幅作比较，例如图7和图8的a2。
逻辑单元60然后监测数字化信号以识别周期性峰值处的信号是否超过带有正常频率的阈值。该频率应当为由火花电源(图1、图2的3)提供给火花棒(图1、图2的23)的信号的频率的两倍。如果这样，则正产生飞弧。如果不是，则没有正产生飞弧。
逻辑单元60从感测装置50接收信号，并且计算飞弧是否正产生的信息。该信息从逻辑单元60提供给火焰检验装置70。火焰检验装置70在该实施例中被修改，以在逻辑单元60的输出指示没有飞弧正产生时操作。当逻辑单元60指示飞弧正进行时，它不被允许操作。
在备选实施例中，火焰检验装置70被允许一直操作，但是，在逻辑单元60指示飞弧正进行时指示火焰存在的读数被忽视。
图5是图4的电路在测试点“A”处监测的波形的图示。此处，高频信号具有带有跟随AC输入频率的频率的包络。
图6是图4的电路在测试点“B”处监测的波形的图示。此处，图5的信号已被整流，从而将信号波瓣翻转到正侧。
图7是图4的电路在测试点“C”处监测的波形的图示。此处，所得信号仅为经整流的AC输入频率的包络。归因于飞弧的高频信号已被滤出。
图8是图7所示波形的一部分的放大图。
这是经整流波形的包络的时间对振幅曲线图。当波形包络减少振幅(输入电压)时，在时间t1处到达曲线下降至零振幅的点。
类似地，由于电压由电源3提供给火花棒23，在从时间t2到恰好在t3前的时间的时段期间，不存在可测量的振幅响应。仅在时间t3处，飞弧开始且快速地增加其振幅，直到其跟随正常波形包络。
已经确定，电源3、火花棒23、火花棒缆线33以及在这些单元之间的其余连接的健康状况可由t1和t3之间的距离确定。
失效的概率不仅可由这些距离确定，而且可由这些距离如何随时间变化来确定。
现在参考图4和图8，可选地，逻辑单元60测量图8中示出的振幅和时间。它然后将这些测量与预定阈值或最佳测量作比较，以确定系统的健康状况。基于与阈值的偏差，用户可确定系统的“健康状况”如何。
而且，如果逻辑单元60能够存储历史数据，则可确定随时间的变化，并且可做出系统将何时失效的预测。这在这些点火器的维护和修理方面将非常有用。
图9示出管式点火器10的变型。这是侧点火器。所有部件具有与先前已描述的带有相同标号的那些部件相同的功能。外壳21不同，因为其预期安装在锅炉的侧壁中。另外，采用火花塞24来代替火花棒23。这归因于使它难以接近外壳的不同几何形状。因此，火花塞24具有正极和负极两者，它们由间隙间隔开以形成火花，类似于普通汽车中的火花塞。
应当强调，本发明的上述实施例，尤其是任何“优选的”实施例，仅仅是实施方式的可能示例，仅仅为了清楚地理解本发明的原理而陈述。在实质上不脱离本发明的精神和原理的情况下，可对本发明的上述(多个)实施例做出许多变型和修改。所有此类修改和变型预期在此被包括在该公开和本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种点火器诊断装置，用于探测在被激励火花棒和外壳之间的飞弧的存在，包括：
火焰棒，其用于感测由所述火花棒在被激励时辐射的电磁(EM)信号；
感测装置，其联接至所述火焰棒，用于接收来自所述火焰棒的EM信号并处理所述EM信号以形成火花指示信号；
用户接口，其适于向用户提供输出；以及
逻辑单元，其联接至所述用户接口，所述逻辑单元适于接收来自所述感测装置的火花指示信号，基于所述火花指示信号的强度来确定飞弧是否正发生，并且将该信息提供给所述用户接口而导致输出被显示给所述用户。
2.根据权利要求1所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述感测装置包括：
高通滤波器，其用于将低频从来自所述火焰棒的EM信号阻滞出，以及
整流器D1，其联接至所述高通滤波器的输出，用于将来自所述高通滤波器的信号整流。
3.根据权利要求2所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述感测装置还包括：
低通滤波器，其联接至所述整流器D1的输出，用于形成模拟火花指示信号。
4.根据权利要求3所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述感测装置还包括模数转换器(A/D)，其联接至所述低通滤波器的输出，用于将所述模拟火花指示信号转换成所述火花指示信号。
5.根据权利要求4所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述火花指示信号由低压时段所分开的多个周期性波瓣组成，并且
所述逻辑单元监测在所述火花指示信号中的低压时段并测量波瓣之间的间距。
6.根据权利要求5所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述逻辑单元监测在所述火花指示信号中的低压时段，并且采用所述监测的时段来指示相对于理论最大火花产生的实际火花产生。
7.根据权利要求5所述的点火器诊断装置，其特征在于，逻辑单元适于存储过去的火花指示信号并将所述过去的火花指示信号与最近的火花指示信号作比较，以计算火花性能的变化率。
8.一种用于更准确地确定引燃火焰是否存在的点火器诊断装置，包括：
火焰棒，其用于感测由火花棒在被激励时辐射的电磁(EM)信号；
感测装置，其联接至所述火焰棒，用于接收来自所述火焰棒的EM信号并处理所述EM信号以形成火花指示信号；
逻辑单元，其适于接收来自所述感测装置的火花指示信号，基于所述火花指示信号的强度来确定飞弧是否正发生，并且提供指示飞弧何时发生的逻辑信号；以及
火焰检验装置，其联接至所述逻辑单元，适于接收来自所述逻辑单元的逻辑信号，并且仅在所述逻辑信号指示飞弧没有发生时测试引燃火焰。
9.根据权利要求8所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述感测装置包括：
高通滤波器，其用于将低频从来自所述火焰棒的EM信号阻滞出。
10.根据权利要求9所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述感测装置还包括：
整流器D1，其联接至所述高通滤波器的输出，用于将来自所述高通滤波器的信号整流。
11.根据权利要求10所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述感测装置还包括：
低通滤波器，其联接至所述整流器D1的输出，用于形成模拟火花指示信号；
根据权利要求4所述的点火器诊断装置，其中，所述感测装置还包括模数转换器(A/D)，其联接至所述低通滤波器的输出，用于将所述模拟火花指示信号转换成所述火花指示信号。
12.根据权利要求11所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述火花指示信号由低压时段所分开的多个周期性波瓣组成，并且
所述逻辑单元监测在所述火花指示信号中的低压时段并测量波瓣之间的间距。
13.根据权利要求12所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述逻辑单元测量波瓣之间的间距，以指示相对于理论最大火花产生的实际火花产生。
14.根据权利要求12所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述逻辑单元还适于存储过去的火花指示信号并将所述过去的火花指示信号与最近的火花指示信号作比较，以计算火花性能的变化率。
15.根据权利要求14所述的点火器诊断装置，其特征在于，所述逻辑单元还适于使用所述火花性能的变化率来预测所述装置的失效。
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