RU200323U1

RU200323U1 - Flame control sensor

Info

Publication number: RU200323U1
Application number: RU2020117083U
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Нефедьев; Артем Александрович Коноваленко
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2020-10-16

Abstract

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для контроля наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе. Технический результат достигается за счет того, что датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блоком питания, платой и блоком обработки сигнала, усилителем-формирователем сигнала и блоком световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, при этом дополнительно снабжен аккумулятором, установленным в несущем корпусе и подключенным к блоку питания. Технический результат – повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке и повышение безопасности тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе. 1 ил.The utility model relates to power engineering and can be used to control the presence of a flame in a heat installation operating on gaseous or liquid fuel. The technical result is achieved due to the fact that a flame control sensor containing a carrier body with a photodetector board mounted in it, a power supply, a board and a signal processing unit, an amplifier-shaping signal and a block of light indicators, an optical system with a housing for dust-splash protection, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic rod, while additionally equipped with a battery installed in a carrier body and connected to a power supply. EFFECT: increased reliability of operation of a flame presence sensor in a thermal installation and increased safety of thermal installations operating on gaseous or liquid fuel. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для контроля наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.The utility model relates to power engineering and can be used to control the presence of a flame in a thermal installation operating on gaseous or liquid fuel.

Известно устройство контроля наличия факела горелки (патент РФ №238969, МПК F23N5/08, опубл. 10.05.2010, бюл. № 13), состоящее из фотоэлектрического датчика, системы обработки сигнала датчика, усилителя полезного сигнала, каналов фиксации розжига и погасания факела горелки, имеющих каждый в своем составе сумматор с двумя входами, элемент «слежение-запоминание» и аналого-дискретный преобразователь.Known device for monitoring the presence of a torch torch (RF patent No. 238969, IPC F23N5 / 08, publ. 05/10/2010, bull. No. 13), consisting of a photoelectric sensor, a sensor signal processing system, a useful signal amplifier, channels for fixing ignition and extinction of the torch , each having an adder with two inputs, a tracking-memorizing element and an analog-discrete converter.

Недостатком данной системы является недостаточная надежность определения наличия пламени из-за применения для этой цели только оптического способа и отсутствия резервирования электропитания.The disadvantage of this system is the lack of reliability in determining the presence of a flame due to the use for this purpose only of the optical method and the lack of power supply redundancy.

Известен датчик погасания пламени (патент РФ №135083, МПК F23N5/00, опубл. 23.11.2013, бюл. № 33), состоящий из приемника излучения, цепи интегрирования, цепи задержки и подсчета импульсов, электронного ключа, цепи установки темнового тока, узла сравнения и балансировки, генератора стабильного тока, входного каскад датчика, осуществляющего самобалансировку по мере старения фотоприемника и уменьшения коэффициента пропускания оптических узлов. Входной каскад устройства может быть выполнен на основе микромощного операционного усилителя, не оказывающего влияния на формирование тока в цепи питания датчика, переключение микромощного операционного усилителя происходит за счет неодинакового времени заряда емкостей, подключенных к инвертируемому и неинвертируемому входу, датчик запитан по двухпроводной схеме от измерительного модуля распределенной системы управления 24В, выходной сигнал датчика фиксирован на уровне 5 мА и задается генератором стабильного тока, датчик полностью залит компаундом, выполнен в виде цилиндрического модуля и помещен в тубус, цилиндрический модуль может содержать один, два, три или четыре датчика, датчики цилиндрического модуля соединены параллельно, одновременно производится простая самодиагностика канала измерения, регистрация отказа датчиков, контроль наличия факела, определение стабильности горения, а также выходной сигнал модуля может быть токовым — пассивным.Known flame extinguishing sensor (RF patent No. 135083, IPC F23N5 / 00, publ. 23.11.2013, bull. No. 33), consisting of a radiation receiver, an integration circuit, a delay circuit and pulse counting, an electronic key, a dark current setting circuit, a node comparison and balancing, a stable current generator, an input stage of the sensor, which self-balances as the photodetector ages and the transmittance of the optical units decreases. The input stage of the device can be made on the basis of a micropower operational amplifier, which does not affect the formation of current in the sensor supply circuit, the switching of the micropower operational amplifier occurs due to the unequal charging time of the capacitors connected to the inverted and non-inverted input, the sensor is powered by a two-wire circuit from the measuring module distributed control system 24V, the output signal of the sensor is fixed at 5 mA and is set by a stable current generator, the sensor is completely filled with compound, made in the form of a cylindrical module and placed in a tube, the cylindrical module can contain one, two, three or four sensors, sensors of the cylindrical module connected in parallel, at the same time simple self-diagnosis of the measurement channel is performed, registration of sensor failure, flame presence control, determination of combustion stability, and the output signal of the module can be current - passive.

Недостатком данной системы является недостаточная надежность определения наличия пламени из-за применения для этой цели только оптического способа, а также из-за отсутствия резервирования электропитания.The disadvantage of this system is the insufficient reliability of determining the presence of a flame due to the use for this purpose only of the optical method, as well as due to the lack of power supply redundancy.

Известен датчик селективного контроля факела горелки энергетических и водогрейных котлов модели УДФ-01/МИ (патент РФ №63908, МПК F23N5/00, опубл. 10.16.2007, бюл. № 16), состоящий из несущего корпуса, оптической системы, кожуха для пылебрызгозащиты оптической системы, платы фотоприемника, обеспечивающей прием и преобразование инфракрасного излучения факела требуемого диапазона излучения и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала, блока питания и платы обработки сигнала, обеспечивающей выделение высокочастотных пульсаций факела при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на световые индикаторы, автоподстройку параметров датчика для реализации его всережимности, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе, причем плата фотоприемника и сам фотоприемник, плата обработки сигнала и блок питания смонтированы в несущем корпусе, с установленными на нем разъемами для подключения к сети, выдачи выходных сигналов и подключения к пульту, с установленными на кожухе световыми индикаторами для сигнализации о работе датчика.Known sensor for selective control of the torch of power and hot water boilers model UDF-01 / MI (RF patent No. 63908, IPC F23N5 / 00, publ. 10.16.2007, bull. No. 16), consisting of a supporting body, an optical system, a casing for dust-splash protection optical system, photodetector board, which provides reception and conversion of infrared radiation of the torch of the required radiation range and transmission of the converted output signal to the signal processing unit, power supply unit and signal processing board, which ensures the selection of high-frequency pulsations of the torch when the burner is operating and not operating in the operating frequency range, forming a sign of the presence and absence of a torch, self-diagnostics with the output of the sensor state to light indicators, automatic adjustment of the sensor parameters to implement its all-mode, saving the sensor parameters on a non-volatile memory device in the event of a power failure and malfunctions, and the photodetector board and the photodetector itself, the signal processing board The ala and the power supply unit are mounted in a carrier case, with connectors installed on it for connecting to the network, issuing output signals and connecting to the console, with indicator lights installed on the casing to signal the operation of the sensor.

Недостатком данного устройства является значительная сложность и недостаточная надежность из-за использования только оптического способа определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе, а также из-за отсутствия резервирования электропитания. The disadvantage of this device is significant complexity and insufficient reliability due to the use of only an optical method for detecting the presence of a flame in a thermal installation operating on gaseous or liquid fuel, as well as due to the lack of power supply redundancy.

Наиболее близким к полезной модели является датчик контроля наличия пламени (патент РФ №186367, МПК F23N5/08, опубл. 10.01.2019, бюл. № 2), состоящий из несущего корпуса, оптической системы, кожуха для пылебрызгозащиты оптической системы, блока обработки сигнала, платы фотоприемника, обеспечивающей прием и преобразование инфракрасного излучения факела в электрический сигнал, блока питания, платы обработки сигнала, на которую поступает сигнал с платы фотоприемника, обеспечивающей выделение высокочастотных пульсаций пламени при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала, блока световых индикаторов, разъема для подключения к электросети, разъема для выдачи выходных сигналов, блока световых индикаторов, ионизационного датчика и усилителя-формирователя сигнала.The closest to the useful model is a flame control sensor (RF patent No. 186367, IPC F23N5 / 08, publ. 01/10/2019, bulletin No. 2), consisting of a supporting body, an optical system, a housing for dust-splash protection of an optical system, a signal processing unit , a photodetector board that receives and converts the infrared radiation of the torch into an electrical signal, a power supply, a signal processing board, which receives a signal from the photodetector board, which provides the allocation of high-frequency flame pulsations when the burner is working and not working in the operating frequency range, and the output converted signal to the signal processing unit, the light indicator unit, the socket for connecting to the mains, the connector for the output signals, the light indicator unit, the ionization sensor and the signal conditioning amplifier.

Недостатком данного датчика контроля наличия пламени является недостаточная надежность определения наличия пламени в условиях нарушения электропитания.The disadvantage of this flame control sensor is the insufficient reliability of detecting the presence of a flame in conditions of power failure.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке конструкции устройства, обеспечивающего бесперебойную работу датчика контроля наличия пламени в условиях исчезновения напряжения электросети.The problem to be solved by the claimed utility model is to develop the design of a device that ensures the uninterrupted operation of the flame control sensor under conditions of power failure.

Технический результат – повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке и повышение безопасности тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.EFFECT: increased reliability of operation of a flame presence sensor in a thermal installation and increased safety of thermal installations operating on gaseous or liquid fuel.

Технический результат достигается за счет того, что датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блоком питания, платой и блоком обработки сигнала, усилителем-формирователем сигнала и блоком световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, при этом дополнительно снабжен аккумулятором, установленным в несущем корпусе и подключенным к блоку питания.The technical result is achieved due to the fact that a flame control sensor containing a supporting body with a photodetector board mounted in it, a power supply, a board and a signal processing unit, an amplifier-shaping signal and a block of light indicators, an optical system with a dust-splash protection casing, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic rod, while additionally equipped with a battery installed in a carrier body and connected to a power supply.

Сущность предлагаемого датчика контроля наличия пламени заключается во введении в конструкцию датчика независимого источника электропитания – аккумулятора, что позволит обеспечить работоспособность датчика контроля наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе (в топке котла), при исчезновении питающего напряжения электросети. Наличие аккумулятора создает резервный источник питания, позволяющий датчику контролировать наличие пламени и при перебоях в работе электросети.The essence of the proposed flame control sensor is the introduction of an independent power source - a battery - into the sensor design, which will ensure the operability of the flame control sensor in a heating installation operating on gaseous or liquid fuel (in the boiler furnace), when the power supply voltage disappears. The presence of a battery creates a back-up power source that allows the detector to monitor the presence of a flame even in the event of a power outage.

На фигуре изображена структурная схема датчика контроля наличия пламени, содержащая несущий корпус 1, оптическую систему 2, кожух для пылебрызгозащиты оптической системы 3, блок обработки сигнала 4, плату фотоприемника 5, обеспечивающую прием и преобразование инфракрасного излучения факела в электрический сигнал, блок питания 6, подключенный к нему аккумулятор 7, плату обработки сигнала 8, на которую поступает сигнал с платы фотоприемника 5, и обеспечивающую выделение высокочастотных пульсаций пламени при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала 4, который обеспечивает формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на блок световых индикаторов 9, автоподстройку параметров датчика, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе. The figure shows a structural diagram of a flame control sensor containing a carrier body 1, an optical system 2, a casing for dust-and-splash protection of an optical system 3, a signal processing unit 4, a photodetector board 5, which provides reception and conversion of infrared radiation from a torch into an electrical signal, a power supply unit 6, a battery 7 connected to it, a signal processing board 8, which receives a signal from the photodetector board 5, and provides the allocation of high-frequency pulsations of the flame when the burner is operating and not operating in the operating frequency range, and the transfer of the output converted signal to the signal processing unit 4, which provides formation of a sign of the presence and absence of a torch, self-diagnostics with the output of the sensor state to the block of light indicators 9, auto-tuning of the sensor parameters, saving the sensor parameters on a non-volatile memory device in the event of a power failure and malfunctions.

Плата фотоприемника 5, блок питания 6, аккумулятор 7, плата обработки сигнала 8, смонтированы в несущем корпусе 1. На несущем корпусе 1 установлены разъем 10 для подключения к электросети, и разъем 11 для выдачи выходных сигналов, а также блок световых индикаторов 9 для сигнализации о работе датчиков и результатах самодиагностики, ионизационный датчик 12, электроды которого расположены в керамическом стержне 13, усилитель-формирователь сигнала 14, к входу которого подключен ионизационный датчик 12, а выходной сигнал усилителя-формирователя сигнала 14 подан на вход блока обработки сигнала 4.Photodetector board 5, power supply 6, battery 7, signal processing board 8, are mounted in the carrier body 1. The carrier body 1 has a connector 10 for connecting to the mains, and a connector 11 for outputting output signals, as well as a block of light indicators 9 for signaling on the operation of the sensors and the results of self-diagnostics, the ionization sensor 12, the electrodes of which are located in the ceramic rod 13, the signal shaping amplifier 14, to the input of which the ionization sensor 12 is connected, and the output signal of the signal shaping amplifier 14 is fed to the input of the signal processing unit 4.

Датчик контроля наличия пламени работает следующим образом. The flame detector works as follows.

При наличии пламени излучение, проходя через оптическую систему 2, поступает на плату фотоприемника 5, где происходит его преобразование в электрический аналоговый сигнал, который затем подается на плату обработки сигнала 8, в которой при работающей горелке происходит выделение высокочастотных пульсаций пламени, и которые являются признаком наличия пламени. Далее сигнал с платы обработки сигнала 8 поступает в блок обработки сигнала 4, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени. In the presence of a flame, radiation, passing through the optical system 2, enters the photodetector board 5, where it is converted into an electrical analog signal, which is then fed to the signal processing board 8, in which, when the burner is operating, high-frequency flame pulsations are released, and which are a sign presence of a flame. Further, the signal from the signal processing board 8 enters the signal processing unit 4, where it is analyzed, and a sign of the presence or absence of a flame is formed.

Также при наличии пламени усилитель-формирователь сигнала 14 формирует напряжение между электродами 12 ионизационного датчика, под воздействием которого и при наличии пламени между ними течет электрический ток, являющийся признаком наличия пламени. Сигнал с платы усилителя-формирователя сигнала 14 также поступает в блок обработки сигнала 4, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени. Also, in the presence of a flame, the signal driver 14 generates a voltage between the electrodes 12 of the ionization sensor, under the influence of which and in the presence of a flame, an electric current flows between them, which is a sign of the presence of a flame. The signal from the signal amplifier board 14 is also fed to the signal processing unit 4, where it is analyzed, and a sign of the presence or absence of a flame is formed.

Блок обработки сигнала 4 формирует выходной сигнал наличия пламени и сигнал на световой индикатор только при наличии сигналов от оптического и ионизационного датчиков. При отсутствии сигнала о наличии пламени от любого из датчиков, блок обработки сигнала 4 выдает сигнал отсутствия пламени. Блок обработки сигнала 4 также проводит самодиагностику с выводом состояния датчиков на блок световых индикаторов 9.Signal processing unit 4 generates an output signal of the presence of a flame and a signal to the light indicator only in the presence of signals from the optical and ionization sensors. In the absence of a signal about the presence of a flame from any of the sensors, the signal processing unit 4 issues a signal of no flame. The signal processing unit 4 also conducts self-diagnostics with the output of the state of the sensors to the unit of light indicators 9.

При наличии напряжения в электросети все блоки датчика контроля наличия пламени питаются от блока питания 6, запитанного через разъем 10 для подключения к электросети. Аккумулятор 7 при наличии напряжения в электросети поддерживается в заряженном состоянии. При отсутствии напряжения в электросети блок питания 6 работает от аккумулятора 7, формируя напряжение питания необходимого уровня для всех блоков датчика контроля наличия пламени. Это обеспечивает возможность бесперебойной работы датчика, то есть обеспечивает повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке и значительно повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе. In the presence of voltage in the mains, all the units of the flame control sensor are powered from the power supply 6, powered through the socket 10 for connecting to the mains. Battery 7 is maintained in a charged state in the presence of mains voltage. In the absence of voltage in the mains power supply unit 6 operates from battery 7, forming a supply voltage of the required level for all units of the flame control sensor. This provides the possibility of uninterrupted operation of the sensor, that is, it increases the reliability of the flame presence sensor in a heating installation and significantly increases the safety of heating installations operating on gaseous or liquid fuel.

После восстановления напряжения в электросети аккумулятор 7 заряжается от источника питания через блок питания 6 и поддерживается в заряженном состоянии до следующей чрезвычайной ситуации.After the mains voltage is restored, the battery 7 is charged from the power source through the power supply 6 and is kept charged until the next emergency.

Таким образом, датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блоком питания и аккумулятором, платой и блоком обработки сигнала, усилителем-формирователем сигнала и блоком световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, обеспечивает повышение надежности работы датчика наличия пламени в тепловой установке, что значительно повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.Thus, a flame control sensor containing a supporting body with a photodetector board, a power supply and a battery, a board and a signal processing unit, a signal conditioning amplifier and a block of light indicators, an optical system with a dust-splash protection housing, an ionization sensor with electrodes, installed in a ceramic rod, provides an increase in the reliability of the flame detector in a heating installation, which significantly increases the safety of heating installations operating on gaseous or liquid fuels.

Claims

A flame control sensor containing a supporting body with a photodetector board, a power supply, a board and a signal processing unit, a signal conditioning amplifier and a block of light indicators, an optical system with a dust-splash protection cover, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic rod, characterized in that the flame detector is additionally equipped with an accumulator installed in the supporting body and connected to the power supply.