RU205148U1

RU205148U1 - Flame control sensor

Info

Publication number: RU205148U1
Application number: RU2020138138U
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Нефедьев; Артем Александрович Коноваленко
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-06-29

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 содержит несущий корпус со смонтированными в нем блоком питания, блоком обработки сигнала, блоком световых индикаторов, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, к входу которого подключен ионизационный датчик, а его выход подключен к блоку обработки сигнала, микрофон, усилитель, перестраиваемый полосовой фильтр, выделяющий полосу звуковых частот, которая несет информацию о наличии пламени и усилитель-формирователь сигнала.Технический результат – повышение надёжности определения 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 heating installation operating on gaseous or liquid fuel. The technical result is achieved due to the fact that the flame control sensor contains a supporting body with a power supply unit, a signal processing unit mounted in it, a block of light indicators, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic rod and an amplifier-shaping signal installed in a carrier case, to the input of which an ionization sensor is connected, and its output is connected to a signal processing unit, a microphone, an amplifier, a tunable bandpass filter that selects a band of sound frequency, which carries information about the presence of a flame and an amplifier-shaping signal. The technical result is to increase the reliability of detecting the presence of a flame in a thermal installation operating on gaseous or liquid fuel.

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 is a device for monitoring the presence of a torch of a burner (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 torch , each having an adder with two inputs, a tracking-memorizing element and an analog-to-digital converter.

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

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.A 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-invertible inputs, the sensor is powered by a two-wire circuit from the measuring module distributed control system 24V, the sensor output signal 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, cylindrical module sensors 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.

Известно устройство контроля пламени (патент РФ №2319900, МПК F23N5/08, опубл. 20.03.2008, бюл. № 8), которое содержит фотоприемник, подключенный к входу преобразователя сигнала фотоприемника в частоту, выход которого через линию связи соединен с первым входом канала обработки сигнала, выходом связанного с исполнительным органом, и первым устройством сигнализации. Устройство содержит также частотный компаратор, вход которого подключен к выходу преобразователя сигнала фотодиода в частоту через линию связи, а выход соединен с входом реле времени, выходом связанного со вторым устройством сигнализации. Кроме того, устройство содержит светодиод, оптически связанный с фотоприемником, генератор электрических импульсов, выход которого соединен со светодиодом.There is a known flame control device (RF patent No. 2319900, IPC F23N5 / 08, publ. 03/20/2008, bulletin No. 8), which contains a photodetector connected to the input of the photodetector signal converter into a frequency, the output of which is connected through a communication line to the first channel input processing the signal, the output associated with the actuator, and the first signaling device. The device also contains a frequency comparator, the input of which is connected to the output of the photodiode-to-frequency signal converter through the communication line, and the output is connected to the input of the time relay, the output connected to the second signaling device. In addition, the device contains a light-emitting diode, optically connected to a photodetector, an electric pulse generator, the output of which is connected to the light-emitting diode.

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 the burner 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 output converted signal to the signal processing unit, power supply unit and signal processing board, which provides the selection of high-frequency pulsations of the torch when the burner is operating and not operating in the operating frequency range, the formation a sign of the presence and absence of a torch, self-diagnostics with the output of the sensor state on the 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, moreover, 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. The disadvantage of this device is significant complexity and insufficient reliability due to the use of only an optical method for determining the presence of a flame in a thermal installation operating on gaseous or liquid fuel.

Наиболее близким к полезной модели является датчик контроля наличия пламени (патент РФ №186367, МПК F23N5/08, опубл. 16.01.2019, бюл. № 2), содержащий несущий корпус с смонтированными в нем платой фотоприемника, блок питания, плату и блок обработки сигнала и блок световых индикаторов, оптическую систему с кожухом для пылебрызгозащиты, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамическом стержне, и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, к входу которого подключен ионизационный датчик, а к выходу - блок обработки сигнала.The closest to the useful model is a flame control sensor (RF patent No. 186367, IPC F23N5 / 08, publ. 01/16/2019, bul. No. 2), containing a supporting body with a photodetector board mounted in it, a power supply, a board and a processing unit 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, and a signal conditioning amplifier installed in a carrier housing, to the input of which an ionization sensor is connected, and to the output - a signal processing unit.

Недостатком данного устройства является значительная сложность и недостаточная надежность из-за большой вероятности ложных срабатываний оптического датчика от нагретых стенок и элементов газового котла, и также имеется большая вероятность срабатывания ионизационного датчика при отсутствии пламени при высокой влажности воздуха в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе. The disadvantage of this device is the significant complexity and insufficient reliability due to the high probability of false alarms of the optical sensor from the heated walls and elements of the gas boiler, and there is also a high probability of the ionization sensor being triggered in the absence of a flame at high air humidity in a thermal installation operating on gaseous or liquid fuel.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании датчика пламени, сочетающего в себе звуковой и ионизационный принципы работы для достижения повышенной надежности определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе (в топке котла).The problem to be solved by the claimed utility model is to create a flame sensor that combines sound and ionization principles of operation in order to achieve increased reliability in detecting the presence of a flame in a heat installation operating on gaseous or liquid fuel (in the boiler furnace).

Технический результат – повышение надёжности определения наличия пламени в тепловой установке, работающей на газообразном или жидком топливе.The technical result is to increase the reliability of determining the presence of a flame in a thermal installation operating on gaseous or liquid fuel.

Технический результат достигается за счет того, что датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус со смонтированными в нем блоком питания, блоком обработки сигнала, блоком световых индикаторов, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамической трубе и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, к входу которого подключены электроды ионизационного датчика, а его выход подключен ко второму входу блока обработки сигнала, при этом датчик контроля наличия пламени дополнительно содержит микрофон, усилитель, перестраиваемый полосовой фильтр, выделяющий полосу звуковых частот, которая несет информацию о наличии пламени, и усилитель-формирователь сигнала, с выхода которого сигнал подается на первый вход блока обработки сигнала. The technical result is achieved due to the fact that a flame control sensor containing a carrier body with a power supply unit mounted in it, a signal processing unit, a block of light indicators, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic tube and a signal conditioning amplifier installed in the carrier body, to the input of which the electrodes of the ionization sensor are connected, and its output is connected to the second input of the signal processing unit, while the flame control sensor additionally contains a microphone, an amplifier, a tunable bandpass filter that selects an audio frequency band that carries information about the presence of a flame, and an amplifier - a signal conditioner, from the output of which the signal is fed to the first input of the signal processing unit.

Сущность предлагаемого датчика контроля наличия пламени заключается в определении наличия пламени одновременно двумя методами – звуковым и ионизационным, с сопоставлением полученных результатов, что позволит повысить надёжность определения наличия пламени, и, соответственно, повысить безопасность работы тепловых установок на газообразном или жидком топливе.The essence of the proposed flame control sensor is to determine the presence of a flame simultaneously by two methods - sound and ionization, with a comparison of the results obtained, which will increase the reliability of detecting the presence of a flame, and, accordingly, increase the safety of operation of thermal installations using gaseous or liquid fuel.

Особенностью данного технического решения является совмещение звукового и ионизационного датчиков в одной конструкции, а также осуществление совместной обработки сигналов с датчиков одним блоком обработки сигнала.A feature of this technical solution is the combination of sound and ionization sensors in one design, as well as the implementation of joint processing of signals from the sensors by one signal processing unit.

На чертеже изображена структурная схема датчика контроля наличия пламени, содержащая несущий корпус 1, микрофон 2, усилитель 3, перестраиваемый полосовой фильтр 4, выделяющий полосу звуковых частот, которая несет информацию о наличии пламени, усилитель-формирователь сигнала 5, с выхода которого сигнал подается на первый вход блока обработки сигнала 6, керамической трубы 7, в стенках которой находятся электроды ионизационного датчика пламени 8, усилитель-формирователь сигнала 9, к входу которого подключены электроды 8 ионизационного датчика, а выходной сигнал усилителя-формирователя сигнала 9 подан на второй вход блока обработки сигнала 6, который обеспечивает формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на блок световых индикаторов 10, автоподстройку параметров датчика, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе. Микрофон 2, усилитель 3, перестраиваемый полосовой фильтр 4, усилители-формирователи сигнала 5 и 9, блок обработки сигнала 6, блок питания 11 смонтированы в несущем корпусе 1. На несущем корпусе 1 установлены разъем 12 для подключения к электросети, и разъем 13 для выдачи выходных сигналов, а также блок световых индикаторов 10 для сигнализации о работе датчиков и результатах самодиагностики.The drawing shows a block diagram of a flame control sensor containing a carrier body 1, a microphone 2, an amplifier 3, a tunable band-pass filter 4, which selects an audio frequency band that carries information about the presence of a flame, an amplifier-shaping signal 5, from the output of which the signal is fed to the first input of the signal processing unit 6, the ceramic tube 7, in the walls of which there are the electrodes of the ionization flame sensor 8, the signal shaping amplifier 9, to the input of which the electrodes 8 of the ionization sensor are connected, and the output signal of the signal shaping amplifier 9 is fed to the second input of the processing unit signal 6, which provides the 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 10, auto-tuning of the sensor parameters, saving the sensor parameters on the non-volatile memory in the event of power failure and malfunctions. Microphone 2, amplifier 3, tunable bandpass filter 4, signal conditioning amplifiers 5 and 9, signal processing unit 6, power supply 11 are mounted in the carrier body 1. The carrier body 1 has a connector 12 for connecting to the mains, and a connector 13 for output output signals, as well as a block of light indicators 10 for signaling the operation of sensors and the results of self-diagnostics.

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

При наличии пламени возникают звуковые волны, которые проходят через керамическую трубу 7 и поступают на микрофон 2, где происходит преобразование звуковых волн в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на вход перестраиваемого полосового фильтра 4, где происходит выделение полосы частот, несущей информацию о наличии пламени. С выхода перестраиваемого полосового фильтра 4 сигнал подается на усилитель-формирователь сигнала 5, с выхода которого сигнал поступает в блок обработки сигнала 6, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени. In the presence of a flame, sound waves arise, which pass through the ceramic tube 7 and enter the microphone 2, where the sound waves are converted into an electrical signal, which is amplified by the amplifier 3 and enters the input of the tunable bandpass filter 4, where a frequency band is selected that carries information about presence of a flame. From the output of the tunable band-pass filter 4, the signal is fed to the signal-shaping amplifier 5, from the output of which the signal enters the signal processing unit 6, where it is analyzed, and a sign of the presence or absence of a flame is formed.

Также при наличии пламени усилитель-формирователь сигнала 9 формирует напряжение между электродами 8 ионизационного датчика, под воздействием которого и при наличии пламени между ними течет электрический ток, являющийся признаком наличия пламени. Сигнал с платы усилителя-формирователя сигнала 9 также поступает в блок обработки сигнала 6, где происходит его анализ, и формируется признак наличия или отсутствия пламени. Also, in the presence of a flame, the amplifier-shaper of the signal 9 generates a voltage between the electrodes 8 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 board of the amplifier-shaping signal 9 also enters the signal processing unit 6, where it is analyzed, and a sign of the presence or absence of a flame is formed.

Блок обработки сигнала 6 формирует выходной сигнал наличия пламени и сигнал на блок световых индикаторов 10 только при наличии сигналов от звукового и ионизационного датчиков. При отсутствии сигнала о наличии пламени от любого из датчиков, блок обработки сигнала 6 выдает сигнал отсутствия пламени. Блок обработки сигнала 6 также проводит самодиагностику с выводом состояния датчиков на блок световых индикаторов 10.The signal processing unit 6 generates an output signal of the presence of a flame and a signal to the unit of light indicators 10 only in the presence of signals from the sound and ionization sensors. In the absence of a signal about the presence of a flame from any of the sensors, the signal processing unit 6 issues a signal of no flame. The signal processing unit 6 also conducts self-diagnostics with the output of the state of the sensors to the unit of light indicators 10.

Таким образом, датчик контроля наличия пламени, содержащий несущий корпус со смонтированными в нем микрофоном, усилителем, перестраиваемым полосовым фильтром, усилителем-формирователем сигнала, блоком питания, блоком обработки сигнала, блоком световых индикаторов, ионизационный датчик с электродами, установленными в керамической трубе и установленный в несущем корпусе усилитель-формирователь сигнала, обеспечивает повышенную надежность определения наличия пламени, что повышает безопасность тепловых установок, работающих на газообразном или жидком топливе.Thus, a flame control sensor containing a carrier housing with a microphone mounted in it, an amplifier, a tunable bandpass filter, a signal conditioning amplifier, a power supply, a signal processing unit, a block of light indicators, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic tube and installed in the carrier housing, the signal conditioning amplifier provides increased reliability of detecting the presence of a flame, which increases the safety of thermal installations operating on gaseous or liquid fuel.

Claims

A flame control sensor containing a carrier housing with a power supply unit, a signal processing unit, a block of light indicators mounted in it, an ionization sensor with electrodes installed in a ceramic tube and a signal conditioning amplifier installed in the carrier housing, to the input of which the electrodes of the ionization sensor are connected, and its output is connected to the second input of the signal processing unit, characterized in that the flame control sensor additionally contains a microphone, an amplifier, a tunable bandpass filter that selects an audio frequency band that carries information about the presence of a flame, and an amplifier-shaping signal, from the output of which the signal is fed to the first input of the signal processing unit.