CN112305055A - 一种燃气具的燃烧工况控制装置及控制方法 - Google Patents

一种燃气具的燃烧工况控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气具的燃烧工况控制方法和装置，其中所述控制装置包括：脉冲发生模块，用于产生第一脉冲信号以在燃气火焰中激励火焰离子电流；检波模块，用于检测火焰离子电流并产生具有直流分量的第二脉冲信号；过零检测模块，用于检测第二脉冲信号的过零点，并产生第三脉冲信号，第三脉冲信号的脉宽等于与第二脉冲信号的正周期；处理模块，用于根据第三脉冲信号的脉宽确定燃气具的燃烧工况并控制燃气具的工作状态；实施本发明可以避免使用复杂的模数转换方案，降低了电路的成本，同时提高燃烧效率，减少不完全燃烧。

Description

一种燃气具的燃烧工况控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及燃气具技术领域，尤其是燃气具的燃烧工况控制装置及控制方法。
背景技术
在燃气热水器的使用过程中，外界的风压可以改变燃烧工况，当工况偏离太多，将导致燃气热水器熄火或不完全燃烧，可能造成安全事故。目前检测燃烧工况常常使用风压开关，但风压开关往往只能检测外界风压太大或者风机不转这两种情形，对于工况偏离引起的不完全燃烧工况的情形则无能为力。不完全燃烧工况下，燃气具将产生大量的一氧化碳，如果排不出去，会引发安全事故。另一种燃烧工况的检测方案是采用检测针探测燃气火焰的离子电流，但现有的离子火焰检测方案主要通过开关量判断着火或熄火，难以判断不完全燃烧的工况。如果采用模数转换器采集离子电流的方式，当燃烧工况变化时，变化范围较大，需要采用动态范围较大的运放，导致检测电路非常复杂。同时由于燃气火焰离子电流取决于探针与火焰的相对位置和燃烧工况，而且由于不同的燃气具结构不同，导致探针与火焰的相对位置不同，燃烧工况也不尽相同，因此离子电流检测结果与燃烧工况的关系存在离散性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单、通用性强的燃气具的燃烧工况控制装置。
本发明的另一目的是提供一种燃气具的燃烧工况控制方法。
本发明采用的技术方案是：
一种燃气具的燃烧工况控制装置，包括：，
脉冲发生模块，用于产生第一脉冲信号以在燃气火焰中激励火焰离子电流；
检波模块，用于检测火焰离子电流并产生具有直流分量的第二脉冲信号；
过零检测模块，用于检测第二脉冲信号的过零点，并产生第三脉冲信号，第三脉冲信号的脉宽等于与第二脉冲信号的正周期；
处理模块，用于根据第三脉冲信号的脉宽判断燃气具的燃烧工况并控制燃气具的工作状态。
优选的，所述脉冲发生模块包括第一二极管、变压器和第一电容；第一二极管负极与变压器的初级的第一端连接，第一二极管的正极与变压器的初级的第二端连接，变压器的初级的第二端作为输入端接受一个方波信号，第一电容跨接于变压器的初级的第一端与地之间，变压器的次级作为所述第一脉冲信号的输出端。
优选的，所述装置还包括点火器，点火器与所述变压器的次级耦接。
优选的，还包括晶闸管，晶闸管的控制端接受点火信号，晶闸管的受控端跨接于所述变压器初级的第二端与地之间。
优选的，所述检波模块包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极与第二二极管的负极相连，第一二极管的负极与第二二极管的正极相连。
优选的，所述检波模块还包括第二电容，第二电容与所述第一二极管并联。
优选的，所述装置还包括热效率检测模块，用于检测燃气具的热效率，。
优选的，所述第一脉冲信号为正弦波交流信号。
优选的，所述第一脉冲信号的幅值介于70-100V之间。
本发明采用的另一个技术方案是：
一种基于所述燃气具的燃烧工况控制装置的燃气具的燃烧工况控制方法，包括：
S1、初始化风机转速和比例阀开度；
S2、检测第三脉冲信号的脉宽；
S3、根据脉宽确定燃烧工况；
S4、当燃烧工况偏离预定阈值，调整燃气具的风机转速。
进一步的，S4包括：遍历风机转速以探测使得燃烧工况达到最佳燃烧工况的最佳风机转速。
进一步的，S4还包括：检测燃气具热效率，判断燃气具热效率是否与理论值，若否，则提高风机的转速，若是则减小风机转速。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明利用检波模块检测火焰离子电流并产生具有直流分量的第二脉冲信号，然后采用过零检测模块检测第二脉冲信号的过零点，并产生第三脉冲信号，并检测第三脉冲信号的脉宽从而确定燃气具的燃烧工况，从而避免使用复杂的模数转换方案，降低了电路的成本，同时避免了使用模数转换方案受结构影响的弊端，提高了检测结果的准确性和可靠性，改善了燃烧工况可以提高燃烧效率，减少不完全燃烧。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种燃气具的燃烧工况控制装置的电路图；
图2是本发明实施例2提供的一种燃气具的燃烧工况控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
实施例1
图1是本发明实施例1提供的一种燃气具的燃烧工况控制装置的电路图。如图1所示，燃气具的燃烧工况控制装置包括：脉冲发生模块1，用于产生第一脉冲信号以在燃气火焰中激励火焰离子电流；检波模块2，用于检测火焰离子电流并产生具有直流分量的第二脉冲信号；过零检测模块3，用于检测第二脉冲信号的过零点，并产生第三脉冲信号，第三脉冲信号的脉宽等于与第二脉冲信号的正周期；处理模块4，用于根据第三脉冲信号的脉宽判断燃气具的燃烧工况并控制燃气具的工作状态。
这样，检波模块2检测由脉冲发生模块1产生的第一脉冲信号激励的火焰离子电流并产生具有直流分量的第二脉冲信号，然后过零检测模块3检测第二脉冲信号的过零点，并产生第三脉冲信号，处理模块4根据第三脉冲信号的宽度判断燃气具的燃烧工况，并根据燃烧工况控制燃气具的风机转速、比例阀开度等参数以控制燃气具的工作状态，从而达到控制燃气具的燃烧工况的目的，以使燃气具的燃烧工况达到最佳，进而降低能耗，避免不充分燃烧，并且可以避免使用复杂的模数转换方案，降低了电路的成本，同时避免了使用模数转换方案受结构影响的弊端，提高了检测结果的准确性和可靠性。
在本实施例中，所述脉冲发生模块1包括第一二极管D1、变压器T和第一电容C1；第一二极管D1负极与变压器T的初级的第一端连接，第一二极管D1的正极与变压器T的初级的第二端连接，变压器T的初级的第二端作为输入端接受一个方波脉冲信号，第一电容C1跨接于变压器T的初级的第一端与地之间，变压器T的次级作为所述第一脉冲信号的输出端。当变压器T的初级的第二端输入方波脉冲信号时，可以在变压器T的次级产生第一脉冲信号。在本实施例中，所述第一脉冲信号为正弦波交流信号。所述第一脉冲信号的幅值介于70-100V之间。在另一些实施例中，脉冲发生模块也可以利用运算放大器通过自激振荡产生第一脉冲信号。在一些实施例中，方波信号可以由处理模块4产生。在本实施例中，所述装置还包括点火器，点火器与所述变压器T的次级耦接。脉冲发生模块就可以跟燃气具的点火电路复用变压器等器件，从而节省电路成本。
在本实施例中，所述检波模块2包括第二二极管D2和第三二极管D3。第二二极管D2的正极与第三二极管D3的负极相连，第二二极管D2的负极与第三二极管D3的正极相连。第二二极管D2的负极与脉冲发生模块1的输出端(即变压器T的次级的第二端)连接。第三二极管D3的正极接地，第三二极管D3的负极与打火地连接。
在本实施例中，过零检测模块3包括集成运放U2和第一电阻R1，集成运放U2和第一电阻R1构成过零检测器。集成运放U2的反向输入端作为过零检测模块3的输入端与检波模块2的第二二极管D2的正极与连接。集成运放U2的正向输入端接地，输出端与控制模块的输入端口连接。第一电阻R1跨接于电源与集成运放U2的输出端之间。
这样变压器T、点火器、燃气火焰、检波模块2构成火焰离子电流的回路，由于火焰是单项导电的，在第一脉冲信号的激励下，产生了非对称的交变离子电流，即在第一脉冲信号的正半周，火焰相当于正向导通，当燃烧工况越好，空气与燃气的混合比例越合理，燃烧越充分，则离子电流越大，而在第一脉冲信号的负半周，火焰相当于反向截止，火焰离子电流方向相反，并且电流较小。因此正常燃烧工况下，第一脉冲信号的正半周的离子电流大于负半周的离子电流。并且两者相差越大，表明燃烧工况越好。相当于火焰在第一脉冲信号作用下产生了一个非对称的交变离子电流。检波模块2对该信号进行检波，得到带有直流偏置的低频分量，从而产生带有直流偏置的第二脉冲信号。直流偏置越大，表明燃烧工况越好。具体来说，由于二极管的限幅作用，将产生一个小于二极管正向压降的交流信号，同时，由于第二二极管D2和第三二极管D3存在结电容，交变离子电流分别在其正负半周对该电容进行充放电，由于在燃气充分燃烧的条件下，正半周离子电流大于负半周，因此在结电容两端产生直流分量，即直流偏置，从而产生第二脉冲信号。容易知道，当燃烧工况越好，则正负半周离子电流差距越大，则直流偏置越大。过零检测模块3检测第二脉冲信号的过零点，产生脉宽与第二脉冲信号的正半周相同的第三脉冲信号，容易知道，直流偏置越大，则第二脉冲信号的正半周越长，则第三脉冲信号的脉宽越长，因此第三脉冲信号的脉宽取决于燃烧工况，燃烧工况越好，则脉宽越宽，即空比越大。控制模块通过检测第三脉冲信号的脉宽就能了解燃烧工况。当脉宽低于预设的阈值时，控制模块可以调整燃气具的工作状态以便改善燃烧工况。在本实施例中，控制模块可以控制风机转速、比例阀开度等方式控制燃气具燃烧区域的空气与燃气的混合比例，从而调节燃气具的燃烧工况。比如，提高风机转速，可以增加空气的供应，避免燃烧过程中因为缺氧导致燃烧不充分，从而改善燃烧工况。
需要说明的是，当无火时，火焰离子电流的正负半周电流相同，因此结电容两端就不存在直流分量，从而导致第二脉冲信号的直流偏置为零，即正负半周周期相等，第三脉冲信号的脉宽与第一脉冲信号的正半周相等。因此当脉宽等于第一脉冲信号的正半周的长度时，则可知燃气具处于熄火状态。
由于离子电流动态范围较大，直接利用AD转换测量信号的幅值可能导致电路比较幅值，而且会受到探针与火焰之间的距离的影响。而本发明则通过检波、过零检测的方式将燃烧工况转化为容易测量的方波脉宽，从而降低了电路复杂程度，同时不受探针与火焰之间的距离的影响。
在一些实施例中，所述检波模块2还可以包括第二电容C2，第二电容C2与所述第二二极管D2并联。第二电容C2可以代替结电容，用于产生第二脉冲信号的直流偏置。
在本实施例中，还包括晶闸管U1，晶闸管U1的控制端接受点火信号，晶闸管U1的受控端跨接于所述变压器T初级的第二端与地之间。在一些实施例中，点火信号可以由处理模块4产生。这样可以通过控制晶闸管U1的导通和关闭，从而控制脉冲发生模块的工作状态。
在本实施例中，所述装置还包括热效率检测模块(未示出)，用于检测燃气具的热效率，所述处理模块4根据燃烧工况和热效率控制燃气具的工作状态。具体的，对于燃气热水器，可以通过检测热水率判断热效率。
实施例2
图2是本发明实施例2提供的一种燃气具的燃烧工况控制方法的流程图。如图2所示，基于所述燃气具的燃烧工况控制装置的燃气具的燃烧工况控制方法，包括：
S1、初始化风机转速和比例阀开度；
S2、检测第三脉冲信号的脉宽；
S3、根据脉宽确定燃烧工况；
S4、当燃烧工况偏离预定阈值，调整燃气具的风机转速。
具体的步骤S4中，当S3步骤确定的燃烧工况不是最佳时，可以增加或降低风机转速，以改善燃烧工况。
在本实施例中，S4还可以包括：遍历风机转速以探测使得燃烧工况达到最佳燃烧工况的最佳风机转速。
在本实施例中，，S4还可以包括：检测燃气具热效率，判断燃气具热效率是否与理论值，若否，则提高风机的转速，若是则减小风机转速。
本发明通过检测第三脉冲信号的脉宽从而确定燃气具的燃烧工况，从而避免使用复杂的模数转换方案，降低了电路的成本，同时避免了使用模数转换方案受结构影响的弊端，提高了检测结果的准确性和可靠性，同时通过控制风机转速等方式改善燃烧工况，提高燃烧效率，减少不完全燃烧。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，包括：
脉冲发生模块，用于产生第一脉冲信号以在燃气火焰中激励火焰离子电流；
检波模块，用于检测火焰离子电流并产生具有直流分量的第二脉冲信号；
过零检测模块，用于检测第二脉冲信号的过零点，并产生第三脉冲信号，第三脉冲信号的脉宽等于与第二脉冲信号的正周期；
处理模块，用于根据第三脉冲信号的脉宽判断燃气具的燃烧工况并控制燃气具的工作状态。
2.根据权利要求1所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述脉冲发生模块包括第一二极管、变压器和第一电容；第一二极管负极与变压器的初级的第一端连接，第一二极管的正极与变压器的初级的第二端连接，变压器的初级的第二端作为输入端接受一个方波信号，第一电容跨接于变压器的初级的第一端与地之间，变压器的次级作为所述第一脉冲信号的输出端。
3.根据权利要求2所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述脉冲发生模块还包括点火器，点火器与所述变压器的次级耦接。
4.根据权利要求3所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述脉冲发生模块还包括晶闸管，晶闸管的控制端接受点火信号，晶闸管的受控端跨接于所述变压器初级的第二端与地之间。
5.根据权利要求1-4任一所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述检波模块包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极与第二二极管的负极相连，第一二极管的负极与第二二极管的正极相连。
6.根据权利要求5所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述检波模块还包括第二电容，第二电容与所述第一二极管并联。
7.根据权利要求1所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，其还包括热效率检测模块，用于检测燃气具的热效率，所述处理模块根据燃烧工况和热效率控制燃气具的工作状态。
8.根据权利要求1所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述第一脉冲信号为正弦波交流信号。
9.根据权利要求1所述的燃气具的燃烧工况控制装置，其特征在于，所述第一脉冲信号的幅值介于70-100V之间。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的燃气具的燃烧工况控制装置的燃气具的燃烧工况控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、初始化风机转速和比例阀开度；
S2、利用所述的燃气具的燃烧工况控制装置检测燃气具的燃烧工况；
S3、当燃烧工况偏离预定阈值，调整燃气具的风机转速。
11.根据权利要求10所述的燃气具的燃烧工况控制方法，其特征在于，S3包括：遍历风机转速以探测使得燃烧工况达到最佳燃烧工况的最佳风机转速。
12.根据权利要求10所述的燃气具的燃烧工况控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
S4、判断燃气具热效率是否处于预设范围，若否，则遍历风机转速以探测所述最佳风机转速。
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