RU2488043C1 - Adaptive device of burner flame monitoring - Google Patents

Adaptive device of burner flame monitoring Download PDF

Info

Publication number
RU2488043C1
RU2488043C1 RU2011154610/06A RU2011154610A RU2488043C1 RU 2488043 C1 RU2488043 C1 RU 2488043C1 RU 2011154610/06 A RU2011154610/06 A RU 2011154610/06A RU 2011154610 A RU2011154610 A RU 2011154610A RU 2488043 C1 RU2488043 C1 RU 2488043C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
input
analyzer
integrator
output
Prior art date
Application number
RU2011154610/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Андреев
Original Assignee
Александр Александрович Андреев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Александрович Андреев filed Critical Александр Александрович Андреев
Priority to RU2011154610/06A priority Critical patent/RU2488043C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488043C1 publication Critical patent/RU2488043C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: device comprising a photo diode, an amplifier-converter and an analyser is added with a circuit of normalisation of the analyser input signal. The normalisation circuit comprises an integrator. The amplifier-converter is made with the possibility of separation of a variable component in the photo diode signal, its strip amplification and single-sided limitation and fixed shift of the potential level of the input signal of the analyser, the normalisation circuit is made as capable of elimination of deviations of the time-average value of the input analyser signal from the normal signal.
EFFECT: invention increased reliability of selective monitoring of a single burner flare with expansion of the range of burnt fuel types.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для управления и регулирования процессов горения с применением приборов, чувствительных к тепловым изменениям и включающих светочувствительные элементы. Областью применения изобретения является автоматический контроль пламени в различных огнетехнических установках, а преимущественно - контроль пламени единичной горелки в камере сгорания (топке) энергетического или промышленного парогенератора (котла) с двумя и более горелками (в частности, при наличии боковых, а также встречно направленных горелок), особенно в случае попеременного сжигания различных видов топлива.The invention relates to devices for controlling and regulating combustion processes using devices sensitive to thermal changes and including photosensitive elements. The scope of the invention is the automatic control of the flame in various fire engineering installations, and mainly the control of the flame of a single burner in the combustion chamber (furnace) of an energy or industrial steam generator (boiler) with two or more burners (in particular, with side and counter-directed burners ), especially in the case of alternating combustion of various types of fuel.

Для защиты котла, а также автоматизации его пуска необходим селективный контроль как факта появления, так и факта погасания факела каждой единичной горелки. Такой контроль необходим для предотвращения взрывоопасных аварийных ситуаций вследствие поступления в камеру сгорания (через горелку без факела пламени) невоспламенившегося топлива.To protect the boiler, as well as to automate its start-up, selective control of both the fact of occurrence and the fact of the extinction of the torch of each individual burner is necessary. Such control is necessary to prevent explosive emergencies due to the flow of non-flammable fuel into the combustion chamber (through a burner without a flame).

Сложность выявления наличия (отсутствия) факела у контролируемой горелки обусловлена тем, что факел единичной горелки в топке не является точечным источником света, занимая значительный объем, факелы могут проникать друг в друга. Кроме того, в суммарном излучении топки присутствует вклад излучения ограничивающих ее поверхностей. Поэтому, в общем случае, при пропадании факела контролируемой горелки свечение, наблюдаемое в смотровой трубе, по которой излучение этой горелки направляют на светочувствительный элемент, не исчезает, а величина уменьшения этого свечения может быть незначительной.The difficulty in detecting the presence (absence) of a torch in a controlled burner is due to the fact that the torch of a single burner in the furnace is not a point source of light, occupying a significant amount, torches can penetrate each other. In addition, in the total radiation of the furnace there is a contribution from the radiation of the surfaces bounding it. Therefore, in the general case, when the torch of the controlled burner disappears, the luminescence observed in the sight pipe through which the radiation of this burner is directed to the photosensitive element does not disappear, and the magnitude of the decrease in this luminescence may be insignificant.

Применение различных видов сжигаемого топлива может, в общем случае, повлечь необходимость изменения соответствующих настроек каждого устройства контроля пламени (перед началом эксплуатации или в ее процессе) и даже - его замены.The use of various types of combustible fuel can, in the general case, entail the need to change the corresponding settings of each flame control device (before the start of operation or in its process) and even its replacement.

Известно устройство селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки (патент РФ 2121110, МПК6 F23N 5/08, опубл. 27.10.1998), содержащее последовательно соединенные фотоэлектрический датчик, схему преобразования выходного сигнала этого датчика, включающую усилитель, и канал обработки выходного сигнала схемы преобразования. Недостатками данного устройства являются значительная вероятность формирования ложного сигнала о наличии факела горелки из-за влияния излучения других горелок и стенок топки, а также - невозможность исключения влияния старения фотоприемника и изменения прозрачности его светового тракта, для работы которого дополнительно необходим спектральный фильтр.A device for the selective control of the flame of a burner in the combustion chamber of a fire-fighting installation (RF patent 2121110, IPC6 F23N 5/08, publ. 10/27/1998), containing a series-connected photoelectric sensor, a conversion circuit for the output signal of this sensor, including an amplifier, and an output signal processing channel conversion schemes. The disadvantages of this device are the significant likelihood of the formation of a false signal about the presence of a torch due to the influence of radiation from other burners and the walls of the furnace, as well as the inability to exclude the effects of aging of the photodetector and changes in the transparency of its light path, which additionally requires a spectral filter.

Известно устройство контроля наличия факела горелки (патент РФ 2388969, МПК6 F23N 5/08, опубл. 10.05.2010, бюл. №13), содержащее последовательно соединенные фотоэлектрический датчик, систему преобразования сигнала датчика, включающую усилитель, и каналы обработки выходного сигнала системы преобразования. Недостатком данного устройства является необходимость использования (для его работы) информации о состоянии запорной арматуры на линии подачи топлива к горелке. Это обуславливает существенное усложнение функциональной и электрической схем устройства.A device for controlling the presence of a torch burner (RF patent 2388969, IPC6 F23N 5/08, publ. 05/10/2010, bull. No. 13), containing a series-connected photoelectric sensor, a sensor signal conversion system including an amplifier, and processing channels of the output signal of the conversion system . The disadvantage of this device is the need to use (for its operation) information on the status of valves on the fuel supply line to the burner. This leads to a significant complication of the functional and electrical circuits of the device.

Известно устройство контроля пламени (патент РФ 2319900, МПК6 F23N 5/08, опубл. 20.03.2008, бюл. №8), содержащее последовательно соединенные фотоприемник (фотодиод), преобразователь сигнала фотоприемника и канал обработки выходного сигнала преобразователя (анализатор). Недостатком данного устройства является то, что среди известных дестабилизирующих факторов производят учет только старения фотоприемника и снижения прозрачности его светового тракта, причем не по фактическому изменению, а по принятой (нормативной) зависимости от продолжительности (времени) работы.A flame monitoring device is known (RF patent 2319900, IPC6 F23N 5/08, publ. March 20, 2008, bull. No. 8), comprising a photodetector (photodiode) connected in series, a photodetector signal converter and a converter output signal processing channel (analyzer). The disadvantage of this device is that among the known destabilizing factors, only the aging of the photodetector and the decrease in the transparency of its light path are taken into account, and not according to the actual change, but according to the accepted (normative) dependence on the duration (time) of operation.

Общим недостатком известных устройств контроля пламени является трудность оперативного контроля процесса розжига многогорелочного котла из-за необходимости ручной регулировки для получения оптимального уровня порога срабатывания у каждого устройства всех горелок котла (в частности, вследствие зависимости уровня сигнала от вида сжигаемого топлива), что требует значительного времени.A common drawback of the known flame control devices is the difficulty of operational control of the multi-burner boiler ignition process due to the need for manual adjustment to obtain the optimal level of the response threshold for each device of all boiler burners (in particular, due to the dependence of the signal level on the type of fuel burned), which requires considerable time .

Следует отметить, что возможность настройки устройства контроля пламени для работы в широком диапазоне светового потока, поступающего на фотодиод (т.е., для различных видов топлива), ограничена также немонотонностью нагрузочной характеристики фотодиодов (в частности, фотодиода ФД-256). С увеличением величины светового потока (от нулевого значения) выходной сигнал фотодиода при постоянной нагрузке сначала растет, а потом падает, при этом положение максимума выходного сигнала с увеличением нагрузки смещается в сторону меньших значений светового потока. Однако для правильного функционирования устройства контроля необходима положительная корреляция величин светового потока на фотодиод и выходного сигнала последнего (работа в пределах восходящего участка нагрузочной характеристики фотодиода).It should be noted that the ability to configure the flame control device for operation in a wide range of the light flux entering the photodiode (i.e., for different types of fuel) is also limited by the non-uniformity of the load characteristic of the photodiodes (in particular, the FD-256 photodiode). With an increase in the luminous flux (from zero), the output signal of the photodiode at a constant load first increases and then falls, while the position of the maximum of the output signal with an increase in load shifts to lower values of the luminous flux. However, for the correct functioning of the control device, a positive correlation of the luminous flux to the photodiode and the output signal of the latter is required (operation within the upstream portion of the load characteristic of the photodiode).

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности контроля пламени единичной горелки за счет увеличения селективности контроля при расширении диапазона видов сжигаемого топлива, а также - упрощении устройства за счет использования только светового сигнала без привлечения иной информации.The problem solved by the invention is to increase the reliability of the control flame of a single burner by increasing the selectivity of control while expanding the range of types of fuel burned, and also - simplifying the device by using only a light signal without involving other information.

При осуществлении изобретения могут быть получены, в частности, следующие технические результаты: во-первых, уменьшение оптимального уровня порога срабатывания устройства контроля; во-вторых, снижение влияния на достоверность выходного сигнала устройства контроля ресурсных изменений и режимных отклонений устройства и топки; в-третьих, исключение необходимости ручных регулировок и переключений в процессе эксплуатации устройства контроля; в-четвертых, повышение помехоустойчивости.In the implementation of the invention can be obtained, in particular, the following technical results: firstly, a decrease in the optimal threshold level of operation of the monitoring device; secondly, reducing the influence on the reliability of the output signal of the device for monitoring resource changes and operational deviations of the device and the furnace; thirdly, eliminating the need for manual adjustments and switching during operation of the control device; fourthly, increased noise immunity.

Как решение задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается адаптивное устройство контроля пламени горелки, содержащее последовательно соединенные фотодиод, усилитель-преобразователь и анализатор. В отличие от прототипа, предлагаемое устройство дополнительно снабжено схемой нормализации входного сигнала анализатора.As a solution to the problem, which allows achieving an effect with the indicated characteristics, an adaptive burner flame control device is proposed, which contains a series-connected photodiode, an amplifier-converter, and an analyzer. Unlike the prototype, the proposed device is additionally equipped with a circuit for normalizing the input signal of the analyzer.

Схема нормализации содержит интегратор, интегрирующий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а опорный вход - с выходом источника нормального сигнала, и присоединенный к выходу этого интегратора регулируемый элемент, выполненный с возможностью изменения его активного сопротивления под действием выходного сигнала указанного интегратора и присоединенный на входе усилителя-преобразователя с возможностью изменения его входного сопротивления.The normalization circuit contains an integrator, the integrating input of which is connected to the output of the amplifier-converter, and the reference input is connected to the output of the normal signal source, and an adjustable element connected to the output of this integrator is configured to change its active resistance under the action of the output signal of the specified integrator and connected to the input of the amplifier-converter with the ability to change its input resistance.

При этом усилитель-преобразователь выполнен с возможностью выделения переменной составляющей выходного сигнала фотодиода, ее полосового усиления и одностороннего ограничения и фиксированного сдвига потенциального уровня входного сигнала анализатора, а схема нормализации выполнена с возможностью устранения отклонений средней по времени величины входного сигнала анализатора от нормального сигнала.At the same time, the converter amplifier is capable of isolating the variable component of the output signal of the photodiode, its band gain and one-sided limitation and a fixed shift of the potential level of the analyzer input signal, and the normalization circuit is capable of eliminating the deviations of the average time value of the analyzer input signal from the normal signal.

Анализатор выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго интеграторов и компаратора. Опорный вход компаратора соединен с его выходом, опорный вход второго интегратора анализатора - с выходом источника нормального сигнала, а опорный вход первого интегратора анализатора - с выходом компаратора с возможностью формирования опорного сигнала, равным части выходного сигнала компаратора. Время интегрирования первого интегратора анализатора выполнено меньше, чем таковое второго интегратора анализатора, а время интегрирования последнего меньше, чем постоянная времени процесса приближения среднего по времени входного сигнала анализатора к нормальному сигналу.The analyzer is made in the form of series-connected first and second integrators and a comparator. The reference input of the comparator is connected to its output, the reference input of the second analyzer integrator is connected to the output of the normal signal source, and the reference input of the first analyzer integrator is connected to the output of the comparator with the possibility of generating a reference signal equal to a part of the output signal of the comparator. The integration time of the first analyzer integrator is less than that of the second analyzer integrator, and the integration time of the latter is less than the time constant of the process of approximating the analyzer's average input signal to a normal signal.

В частном исполнении регулируемый элемент с возможностью изменения его активного сопротивления может быть выполнен в виде n-p-n биполярного транзистора, эмиттер и коллектор которого соединены с входными выводами усилителя-преобразователя, а база соединена с выходом интегратора схемы нормализации.In a private version, an adjustable element with the possibility of changing its active resistance can be made in the form of an n-p-n bipolar transistor, the emitter and collector of which are connected to the input terminals of the amplifier-converter, and the base is connected to the output of the integrator of the normalization circuit.

Предлагаемое адаптивное устройство контроля пламени горелки (в частном исполнении) поясняется чертежами:The proposed adaptive device for monitoring the flame of a burner (in a private version) is illustrated by the drawings:

Фиг.1 - функциональная схема устройства контроля;Figure 1 is a functional diagram of a control device;

Фиг.2 - схематические эпюры сигнала фотодиода и выходного сигнала усилителя-преобразователя при адаптации после пропадания факела пламени;Figure 2 - schematic diagrams of the signal of the photodiode and the output signal of the amplifier-Converter during adaptation after the disappearance of the flame;

Фиг.3 - эпюры выходного сигнала интегратора схемы нормализации и среднего по времени выходного сигнала усилителя-преобразователя при адаптации после пропадания факела пламени (первая часть соответствует начальному интервалу времени, а вторая - промежуточному);Figure 3 - plot of the output signal of the integrator of the normalization circuit and the average time output signal of the amplifier-Converter during adaptation after the disappearance of the flame (the first part corresponds to the initial time interval, and the second to the intermediate);

Фиг.4 - эпюры сигналов на элементах анализатора при адаптации после пропадания факела пламени горелки (сплошная линия - обрабатываемый, сигнал, пунктирная линия - опорный сигнал, Е - напряжение питания).Figure 4 - plot signals on the elements of the analyzer during adaptation after the disappearance of the torch flame of the burner (solid line is the signal being processed, the dotted line is the reference signal, E is the supply voltage).

Адаптивное устройство контроля пламени горелки содержит последовательно соединенные фотодиод 1, усилитель-преобразователь 2 выходного сигнала фотодиода 1 и анализатор выходного сигнала усилителя-преобразователя 2. Выход фотодиода 1 соединен с входом усилителя-преобразователя 2, а выход последнего - с входом анализатора (таким образом, входной сигнал анализатора совпадает с выходным сигналом усилителя-преобразователя 2).The adaptive burner flame control device contains a series-connected photodiode 1, an amplifier-converter 2 of the output signal of the photodiode 1 and an analyzer of the output signal of the amplifier-converter 2. The output of the photodiode 1 is connected to the input of the amplifier-converter 2, and the output of the latter is connected to the input of the analyzer (thus the input signal of the analyzer coincides with the output signal of the amplifier-converter 2).

Усилитель-преобразователь 2 выполнен с возможностью выделения переменной составляющей сигнала фотодиода 1, ее полосового усиления (например, для случая попеременного сжигания газа и мазута в интервале 40…160 Гц) и одностороннего ограничения (в данном случае, целиком ее положительной области), а также сдвига потенциального уровня (в положительную область) выходного сигнала. В результате, средняя по времени величина входного сигнала анализатора прямо пропорциональна средней амплитуде пульсаций светового потока, поступающего на фотодиод 1, а зависимость входного сигнала анализатора от абсолютной величины светового потока на фотодиод 1, определяемой, в частности, видом сжигаемого топлива, исключена (в этом проявляется адаптивность характера устройства контроля).The amplifier-converter 2 is configured to isolate the variable component of the signal of photodiode 1, its band gain (for example, for the case of alternating combustion of gas and fuel oil in the range of 40 ... 160 Hz) and one-way restriction (in this case, its entire positive region), and shift of the potential level (in the positive region) of the output signal. As a result, the time-average value of the analyzer input signal is directly proportional to the average amplitude of the pulsations of the light flux arriving at photodiode 1, and the dependence of the analyzer input signal on the absolute value of the light flux to photodiode 1, determined, in particular, by the type of fuel burned, is excluded (in this the adaptability of the nature of the control device is manifested).

Схема нормализации содержит интегратор 3 и присоединенный к его выходу регулируемый элемент, выполненный с возможностью изменения его активного сопротивления под действием выходного сигнала интегратора 3 и присоединенный на входе усилителя-преобразователя 2 с возможностью изменения входного сопротивления последнего. Интегрирующий вход интегратора 3 соединен с выходом усилителя-преобразователя 2, а опорный вход - с выходом источника нормального сигнала (на фиг.1 не изображен). Целесообразно в качестве такого источника использовать элемент электрической схемы устройства контроля, постоянный потенциал которого принят за нулевой (например, потенциал общей шины блока питания, последний на фиг.1 не изображен). Указанный регулируемый элемент (на фиг.1 включен в состав усилителя-преобразователя 2) в данном случае выполнен в виде n-p-n биполярного транзистора, эмиттер и коллектор которого соединены с входными выводами усилителя-преобразователя 2 (соответственно, и выводами фотодиода 1), а база соединена с выходом интегратора 3 схемы нормализации. Указанный регулируемый элемент может быть также выполнен в виде полевого транзистора, соединенного истоком и стоком с указанными выходом и входом, а затвором - с выходом интегратора 3.The normalization circuit contains an integrator 3 and an adjustable element connected to its output, configured to change its active resistance under the action of the output signal of the integrator 3 and connected to the input of the amplifier-converter 2 with the possibility of changing the input resistance of the latter. The integrating input of the integrator 3 is connected to the output of the amplifier-converter 2, and the reference input is connected to the output of the normal signal source (not shown in Fig. 1). It is advisable to use an element of the electric circuit of the control device as a source, the constant potential of which is taken to be zero (for example, the potential of the common bus of the power supply, the latter is not shown in Fig. 1). The specified adjustable element (in FIG. 1 is included in the amplifier-converter 2) in this case is made in the form of npn bipolar transistor, the emitter and collector of which is connected to the input terminals of the amplifier-converter 2 (respectively, and the terminals of the photodiode 1), and the base is connected with the output of the integrator 3 normalization circuit. The specified adjustable element can also be made in the form of a field-effect transistor connected by a source and drain with the specified output and input, and a gate - with the output of the integrator 3.

Схема нормализации выполнена с возможностью устранения отклонений средней по времени величины входного сигнала анализатора от нормального сигнала, а в данном случае - с возможностью изменения входного сопротивления усилителя-преобразователя 2 и, соответственно, нагрузки фотодиода 1 таким образом, что знак указанного изменения противоположен знаку отклонения входного сигнала анализатора от нормального сигнала при сохранении положительной корреляции изменений светового потока на фотодиод 1 и сигнала последнего. Соединяя базу указанного биполярного транзистора с выходом интегратора 3 соответствующим образом (например, через последовательно соединенные резисторы, каждый из которых шунтирован диодом, для получения кусочно-линейного изменения напряжения на базе), можно выполнить постоянную времени апериодического процесса устранения отклонений и приближения к нормальному сигналу, мало зависящей от величины светового потока на фотодиод 1.The normalization circuit is designed to eliminate the deviations of the time-average value of the input signal of the analyzer from the normal signal, and in this case, to change the input resistance of the amplifier-converter 2 and, accordingly, the load of the photodiode 1 so that the sign of the indicated change is opposite to the sign of the deviation of the input the analyzer signal from the normal signal while maintaining a positive correlation of changes in the light flux to photodiode 1 and the signal of the latter. By connecting the base of the indicated bipolar transistor with the output of the integrator 3 in an appropriate manner (for example, through series-connected resistors, each of which is shunted by a diode, to obtain a piecewise linear change in the voltage at the base), it is possible to perform the time constant of the aperiodic process of eliminating deviations and approaching the normal signal, little dependent on the magnitude of the light flux to the photodiode 1.

В анализатор входят последовательно соединенные первый интегратор 4, второй интегратор 5 и компаратор 6. Каждый из этих элементов (в данном случае) выполнен на основе операционного усилителя (ОУ), неинвертирующий вход которого связан с опорным входом элемента. Выход усилителя-преобразователя 2 соединен с интегрирующим входом первого интегратора 4, соответствующим инвертирующему входу ОУ последнего. Выход первого интегратора 4 соединен с интегрирующим входом второго интегратора 5, соответствующим инвертирующему входу его ОУ. Выход второго интегратора 5 соединен с инвертирующим входом ОУ компаратора 6. Опорный вход первого интегратора 4 соединен с выходом компаратора 6 с возможностью формирования опорного сигнала, равным части выходного сигнала компаратора 6. Опорный вход второго интегратора 5 соединен с выходом источника нормального сигнала. Опорный вход компаратора 6 соединен с его выходом.The analyzer includes the first integrator 4, the second integrator 5 and the comparator 6 connected in series. Each of these elements (in this case) is based on an operational amplifier (op amp), the non-inverting input of which is connected to the reference input of the element. The output of the amplifier-converter 2 is connected to the integrating input of the first integrator 4, corresponding to the inverting input of the op-amp of the latter. The output of the first integrator 4 is connected to the integrating input of the second integrator 5, corresponding to the inverting input of its op-amp. The output of the second integrator 5 is connected to the inverting input of the op-amp of the comparator 6. The reference input of the first integrator 4 is connected to the output of the comparator 6 with the possibility of generating a reference signal equal to part of the output signal of the comparator 6. The reference input of the second integrator 5 is connected to the output of the normal signal source. The reference input of the comparator 6 is connected to its output.

Сигнал на опорном входе первого интегратора 4 определяет размер изменения пульсаций светового потока, падающего на фотодиод 1, после которого устройство начинает фиксацию этого события, формируя сигнал для системы безопасности. Первый интегратор 4 предназначен для быстрого выделения и фиксации факта значимого изменения величины светового потока на фотодиод 1. Второй интегратор 5 предназначен для фиксации того, что длительность указанного изменения превышает нормативный срок, который соответствует (согласно правилам безопасности) факту пропадания факела пламени горелки (в частности, для энергетических парогенераторов этот срок равен 2 сек). Указанная фиксация должна произойти до завершения адаптации входного сигнала анализатора к новому уровню светового потока. Для этого время интегрирования первого интегратора 4 анализатора выполнено меньшим, чем у второго интегратора 5 анализатора, а постоянная времени процесса приближения среднего по времени входного сигнала анализатора к нормальному сигналу - больше, чем время интегрирования второго интегратора 5 (иными словами, время интегрирования меньше, чем постоянная времени). Выходной сигнал компаратора 6 предназначен для управления информационными и исполнительными устройствами системы безопасности (на чертежах не показаны).The signal at the reference input of the first integrator 4 determines the size of the change in pulsations of the light flux incident on the photodiode 1, after which the device starts fixing this event, generating a signal for the security system. The first integrator 4 is designed to quickly isolate and record the fact of a significant change in the magnitude of the light flux to the photodiode 1. The second integrator 5 is designed to fix the fact that the duration of the specified change exceeds the standard period, which corresponds (according to safety rules) to the fact that the torch flame disappears (in particular , for energy steam generators, this period is 2 seconds). The indicated fixation must occur before the adaptation of the analyzer input signal to a new level of luminous flux is completed. For this, the integration time of the first analyzer integrator 4 is less than that of the second analyzer integrator 5, and the time constant of the process of approximating the analyzer’s average input signal to the normal signal is longer than the integration time of the second integrator 5 (in other words, the integration time is less than time constant). The output signal of the comparator 6 is designed to control information and executive devices of the security system (not shown in the drawings).

Требуемые для реализации признаков изобретения технические средства (как электрорадиоэлементы классической электроники, так и микросхемы микроэлектроники) известны из уровня техники (см., например, Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 464 с.: разд. 3.5.1, 5.2, 9.2; Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / Под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. - 496 с.: разд. 5.2, 5.3).The technical means required to implement the features of the invention (both electrical elements of classical electronics and microelectronics microcircuits) are known from the prior art (see, for example, Agakhanyan TM Integrated microcircuits: Textbook for universities. - M .: Energoatomizdat, 1984. - 464 p.: Section 3.5.1, 5.2, 9.2; Digital and analog integrated circuits: Reference book / Under the editorship of S.V. Yakubovsky. - M .: Radio and communications, 1990. - 496 p.: Section 5.2 , 5.3).

В процессе эксплуатации парогенератора устройство контроля пламени горелки функционирует следующим образом. При нормальной работе единичной горелки, на которую направлен фотодиод 1, средний по времени входной сигнал анализатора равен (вследствие адаптации устройства к состоянию топки в случае достаточно продолжительного непрерывного свечения факела пламени) нормальному сигналу (в данном случае, нулевому потенциалу). Площадь положительной области на эпюре этого сигнала равна площади отрицательной области (см. фиг.2). Выходной сигнал интегратора 3 схемы нормализации соответствует требуемым для этого состояния входному сопротивлению усилителя-преобразователя 2 и сопротивлению нагрузки фотодиода 1, а входной ток интегратора 3 равен нулю. За счет инвертирования входных сигналов в анализаторе выходной сигнал интегратора 4 совпадает с верхним уровнем, выходной сигнал интегратора 5 - с нижним уровнем, а выходной сигнал компаратора 6 - с верхним уровнем (см. фиг.4). Для системы безопасности такое состояние выхода анализатора соответствует факту наличия факела пламени контролируемой горелки.During operation of the steam generator, the burner flame control device operates as follows. During normal operation of a single burner, to which photodiode 1 is directed, the time-average input signal of the analyzer is equal to (due to the adaptation of the device to the state of the furnace in the case of a sufficiently long continuous glow of the flame) the normal signal (in this case, zero potential). The area of the positive area on the plot of this signal is equal to the area of the negative area (see figure 2). The output signal of the integrator 3 of the normalization circuit corresponds to the input resistance of the amplifier-converter 2 and the load resistance of the photodiode 1 required for this state, and the input current of the integrator 3 is zero. By inverting the input signals in the analyzer, the output signal of the integrator 4 coincides with the upper level, the output signal of the integrator 5 coincides with the lower level, and the output signal of the comparator 6 coincides with the upper level (see Fig. 4). For a safety system, such an analyzer output state corresponds to the fact of the presence of a flame of a controlled burner.

При пропадании (погасании) факела пламени указанной горелки величина светового потока, поступающего на фотодиод 1, а также величина пульсаций светового потока скачком падает, соответственно падает величина пульсаций сигнала фотодиода 1. За счет фиксированного сдвига выходного сигнала усилителя-преобразователя 2, площадь положительной области на эпюре входного сигнала анализатора становится больше площади отрицательной области (см. первую часть фиг.2), а средняя по времени величина этого сигнала вырастает. Выходной сигнал интегратора 3 схемы нормализации снижается (вследствие инвертирования входного сигнала и заряда емкости этого интегратора), с приближением к уровню, соответствующему новой величине светового потока (т.е., без свечения факела пламени контролируемой горелки). Снижение напряжения на биполярном транзисторе уменьшает его базовый ток и увеличивает его активное сопротивление. Это, в свою очередь, увеличивает входное сопротивление усилителя-преобразователя 2 и, соответственно, нагрузку фотодиода 1 (за счет ослабления их шунтирования), что ведет к увеличению пульсаций сигнала фотодиода 1. За счет указанного фиксированного сдвига соответствующее увеличение пульсаций выходного сигнала усилителя-преобразователя 2 влечет уменьшение средней по времени величины входного сигнала анализатора (см. вторую часть фиг.2) и постепенное устранение его отклонения от нормального сигнала, возникшего при пропадании факела. Постоянная времени этого апериодического (см. фиг.3) переходного процесса (например, из диапазона 10…20 с) не зависит от величины светового потока на фотодиод 1 (который зависит, в основном, от типа котла и вида сжигаемого топлива), а определяется только параметрами схемы нормализации (в этом также проявляются адаптивность характера устройства контроля).With the disappearance (extinction) of the flame of the specified burner, the magnitude of the light flux entering the photodiode 1, as well as the ripple of the light flux, jumps, respectively, the ripple of the signal of the photodiode 1 decreases. Due to the fixed shift of the output signal of the amplifier-converter 2, the area of the positive region by the diagram of the input signal of the analyzer becomes larger than the area of the negative region (see the first part of figure 2), and the average time value of this signal grows. The output signal of the integrator 3 of the normalization circuit is reduced (due to inversion of the input signal and the charge of the capacitance of this integrator), with approaching the level corresponding to the new value of the light flux (i.e., without glow of the flame of the controlled burner). Reducing the voltage on a bipolar transistor reduces its base current and increases its active resistance. This, in turn, increases the input resistance of the amplifier-converter 2 and, accordingly, the load of the photodiode 1 (due to the weakening of their shunting), which leads to an increase in the ripple of the signal of the photodiode 1. Due to the specified fixed shift, a corresponding increase in the ripple of the output signal of the amplifier-converter 2 entails a decrease in the time-average value of the input signal of the analyzer (see the second part of FIG. 2) and the gradual elimination of its deviation from the normal signal that occurred when the torch disappears. The time constant of this aperiodic (see Fig. 3) transient process (for example, from a range of 10 ... 20 s) does not depend on the luminous flux to photodiode 1 (which depends mainly on the type of boiler and type of fuel burned), but is determined only the parameters of the normalization scheme (this also shows the adaptability of the nature of the control device).

После превышения входным сигналом первого интегратора 4 опорного сигнала (порога срабатывания) выходной сигнал интегратора 4 быстро падает до нижнего уровня (см. фиг.4). После падения входного сигнала второго интегратора 5 ниже уровня нормального сигнала выходной сигнал интегратора 5 переходит на верхний уровень (в данном случае, за время 2 с). После превышения входным сигналом компаратора 6 его опорного сигнала выходной сигнал компаратора 6 переходит на нижний уровень. Для системы безопасности такое состояние выхода анализатора соответствует факту отсутствия факела пламени контролируемой горелки.After the input signal of the first integrator 4 of the reference signal (threshold), the output signal of the integrator 4 quickly drops to the lower level (see figure 4). After the input signal of the second integrator 5 falls below the level of the normal signal, the output signal of the integrator 5 goes to the upper level (in this case, within 2 s). After exceeding the input signal of the comparator 6 of its reference signal, the output signal of the comparator 6 goes to the lower level. For a safety system, such an analyzer output state corresponds to the fact that there is no flame of the controlled burner.

В ситуации появления факела пламени устройство работает аналогично, но с изменением знаков отклонений сигналов на противоположные.In a situation of the appearance of a flame, the device works similarly, but with a change in the signs of signal deviations to the opposite.

При этом пропадание или появление факела горелки выявляют путем анализа изменений величины выходного сигнала усилителя-преобразователя 2 в процессе адаптации устройства к текущим условиям (в частности, параметрам излучения топки).In this case, the disappearance or appearance of the torch of the burner is detected by analyzing changes in the output signal of the amplifier-converter 2 in the process of adapting the device to current conditions (in particular, the radiation parameters of the furnace).

В тех случаях, когда отклонение входного сигнала анализатора связано не с пропаданием факела пламени, а с ресурсными изменениями и режимными отклонениями, и, в общем случае, не превышает порога срабатывания его первого интегратора 4, происходит (за счет работы схемы нормализации) только адаптация устройства к изменившимся условиям эксплуатации. За счет адаптации (без ручных регулировок и переключений) происходит компенсация не только старения элементов устройства и уменьшения прозрачности оптического тракта, но и других дестабилизирующих факторов, влияющих на среднее значение входного сигнала анализатора: температуры окружающей среды, нестабильности электропитания и т.п.In cases where the deviation of the input signal of the analyzer is associated not with the loss of the flame, but with resource changes and operational deviations, and, in the general case, does not exceed the response threshold of its first integrator 4, only the device adapts (due to the normalization circuit) to changing operating conditions. Due to adaptation (without manual adjustments and switching), compensation is made not only for the aging of the elements of the device and for reducing the transparency of the optical path, but also for other destabilizing factors affecting the average value of the analyzer input signal: ambient temperature, power instability, etc.

Вследствие указанных адаптации и компенсации возможно уменьшение оптимального уровня порога срабатывания устройства контроля без увеличения вероятности формирования ложных сигналов для системы безопасности.Due to the above adaptation and compensation, it is possible to reduce the optimal threshold level of the monitoring device without increasing the likelihood of false signals for the security system.

По условиям эксплуатации энергетических и промышленных котлов устройство контроля пламени выполняют, как правило, в составе двух блоков, соединенных линией связи. Первый блок (датчик) включает фотодиод 1 и усилитель-преобразователь 2, а второй блок (вторичный прибор) включает элементы анализатора. Помехоустойчивость устройства контроля пламени к помехам, изменяющимся по закону переменного тока, которые могут возникнуть в достаточно протяженной (в общем случае) соединительной линии, обусловлена тем, что на выходы интеграторов 3, 4 и 5 знакопеременный сигнал не проходит из-за взаимного (в среднем) погашения положительной и отрицательной областей на эпюре такого сигнала (в отличие от того, что изменения сигнала, несущие полезную информацию, накапливаются интеграторами).According to the operating conditions of energy and industrial boilers, the flame control device is usually performed as a part of two units connected by a communication line. The first block (sensor) includes a photodiode 1 and an amplifier-converter 2, and the second block (secondary device) includes analyzer elements. The noise immunity of the flame control device to interference that varies according to the law of alternating current, which can occur in a fairly long (in general) connecting line, is due to the fact that the alternating signal does not pass to the outputs of the integrators 3, 4 and 5 due to the mutual (average ) the cancellation of the positive and negative areas on the plot of such a signal (in contrast to the fact that signal changes that carry useful information are accumulated by integrators).

Для работы устройства контроля не требуется никакой информации, дополнительной к той, которую несет сигнал фотодиода 1, что позволяет упростить конструкцию устройства.For the operation of the control device does not require any information additional to that which carries the signal of the photodiode 1, which allows to simplify the design of the device.

Claims (2)

1. Адаптивное устройство контроля пламени горелки, содержащее последовательно соединенные фотодиод, усилитель-преобразователь выходного сигнала фотодиода и анализатор выходного сигнала усилителя-преобразователя, отличающееся тем, что дополнительно снабжено схемой нормализации входного сигнала анализатора, схема нормализации содержит интегратор, интегрирующий вход которого соединен с выходом усилителя-преобразователя, а опорный вход - с выходом источника нормального сигнала, и присоединенный к выходу этого интегратора регулируемый элемент, выполненный с возможностью изменения его активного сопротивления под действием выходного сигнала указанного интегратора и присоединенный на входе усилителя-преобразователя с возможностью изменения его входного сопротивления, при этом усилитель-преобразователь выполнен с возможностью выделения переменной составляющей выходного сигнала фотодиода, ее полосового усиления и одностороннего ограничения и фиксированного сдвига потенциального уровня входного сигнала анализатора, а схема нормализации выполнена с возможностью устранения отклонений средней по времени величины входного сигнала анализатора от нормального сигнала, анализатор выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго интеграторов и компаратора, опорный вход компаратора соединен с его выходом, опорный вход второго интегратора анализатора - с выходом источника нормального сигнала, а опорный вход первого интегратора анализатора - с выходом компаратора с возможностью формирования опорного сигнала, равного части выходного сигнала компаратора, при этом время интегрирования первого интегратора анализатора выполнено меньше, чем таковое второго интегратора анализатора, а время интегрирования последнего меньше, чем постоянная времени процесса приближения среднего по времени входного сигнала анализатора к нормальному сигналу.1. Adaptive device for controlling the flame of the burner, containing a series-connected photodiode, an amplifier-converter of the output signal of the photodiode and an analyzer of the output signal of the amplifier-converter, characterized in that it is further provided with a normalization circuit for the input signal of the analyzer, the normalization circuit contains an integrator, the integrating input of which is connected to the output amplifier-converter, and the reference input with the output of the normal signal source, and connected to the output of this integrator are adjustable an element made with the possibility of changing its active resistance under the action of the output signal of the specified integrator and connected to the input of the amplifier-converter with the possibility of changing its input resistance, while the amplifier-converter is configured to isolate the variable component of the output signal of the photodiode, its band gain and one-way limitation and a fixed shift of the potential level of the input signal of the analyzer, and the normalization circuit is configured to the deviation of the average time deviation of the analyzer input signal from the normal signal, the analyzer is made in the form of series-connected first and second integrators and a comparator, the reference input of the comparator is connected to its output, the reference input of the second analyzer integrator is connected to the output of the normal signal source, and the reference input of the first analyzer integrator - with the output of the comparator with the possibility of generating a reference signal equal to a part of the output signal of the comparator, while the integration time of the first th integrator analyzer configured smaller than that of the second integrator analyzer, and last integration time less than the time constant approximation process medium on an input signal analyzer to normal time signal. 2. Адаптивное устройство контроля пламени горелки по п.1, отличающееся тем, что регулируемый элемент с возможностью изменения его активного сопротивления выполнен в виде n-p-n биполярного транзистора, эмиттер и коллектор которого соединены с входными выводами усилителя-преобразователя, а база соединена с выходом интегратора схемы нормализации. 2. The adaptive burner flame control device according to claim 1, characterized in that the adjustable element with the possibility of changing its active resistance is made in the form of an npn bipolar transistor, the emitter and collector of which are connected to the input terminals of the amplifier-converter, and the base is connected to the output of the circuit integrator normalization.
RU2011154610/06A 2011-12-27 2011-12-27 Adaptive device of burner flame monitoring RU2488043C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011154610/06A RU2488043C1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Adaptive device of burner flame monitoring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011154610/06A RU2488043C1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Adaptive device of burner flame monitoring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2488043C1 true RU2488043C1 (en) 2013-07-20

Family

ID=48791232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011154610/06A RU2488043C1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Adaptive device of burner flame monitoring

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488043C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0046587A1 (en) * 1980-08-27 1982-03-03 Honeywell Inc. Flame monitoring system
WO1992010705A1 (en) * 1990-12-13 1992-06-25 Allied-Signal Inc. Flame detector
RU2121110C1 (en) * 1996-09-26 1998-10-27 Барков Николай Александрович Device for selective check of flame of burner in combustion chamber of combustion unit
RU2282789C2 (en) * 2001-10-26 2006-08-27 Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Компания "Зиомар" Method of random testing of burner flame
RU2319900C1 (en) * 2006-05-10 2008-03-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Device for control of flame
RU2388969C1 (en) * 2008-12-15 2010-05-10 Открытое акционерное общество "Инженерный центр энергетики Урала-УРАЛВНИПИЭНЕРГОПРОМ, Уралсельэнергопроект, УралТЭП, УралОРГРЭС, УралВТИ, Уралэнергосетьпроект, Челябэнергосетьпроект" Device for monitoring of burner torch availability

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0046587A1 (en) * 1980-08-27 1982-03-03 Honeywell Inc. Flame monitoring system
WO1992010705A1 (en) * 1990-12-13 1992-06-25 Allied-Signal Inc. Flame detector
RU2121110C1 (en) * 1996-09-26 1998-10-27 Барков Николай Александрович Device for selective check of flame of burner in combustion chamber of combustion unit
RU2282789C2 (en) * 2001-10-26 2006-08-27 Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Компания "Зиомар" Method of random testing of burner flame
RU2319900C1 (en) * 2006-05-10 2008-03-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Device for control of flame
RU2388969C1 (en) * 2008-12-15 2010-05-10 Открытое акционерное общество "Инженерный центр энергетики Урала-УРАЛВНИПИЭНЕРГОПРОМ, Уралсельэнергопроект, УралТЭП, УралОРГРЭС, УралВТИ, Уралэнергосетьпроект, Челябэнергосетьпроект" Device for monitoring of burner torch availability

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7255285B2 (en) Blocked flue detection methods and systems
US6700495B2 (en) Flame monitor for an oil- and gas-operated burner
US6404342B1 (en) Flame detector using filtering of ultraviolet radiation flicker
RU2488043C1 (en) Adaptive device of burner flame monitoring
US6168419B1 (en) Flame monitor
RU186367U1 (en) FLAME PRESENCE SENSOR
EP3728950B1 (en) Device and method for the control and detection of the flame of a gas burner
RU2388969C1 (en) Device for monitoring of burner torch availability
CN104949151A (en) Flame detector, combustor and flame detecting method
KR101759217B1 (en) A air-fuel ratio control system using complex sensor and control method the therefore
RU135773U1 (en) SELECTIVE FLAME CONTROL DEVICE
JPH01245725A (en) Optical reception circuit
JP2511730B2 (en) Flame detector
US5775895A (en) Combustion-state detecting circuit of combustion apparatus
NL2030855B1 (en) Burner control system of or for a heating system and method for controlling a burner control system
RU2038574C1 (en) Flame detector
RU2115865C1 (en) Burner flame control device
US20230160571A1 (en) Control unit for detecting a flame in operation using flame monitors suitable for burners and flame monitoring system
JPS5716721A (en) Combustion detecting device for combustor
JPH02178517A (en) Device to control burner combustion
KR20190048362A (en) Device for preventing influxed noise by igniter in gas range
SU566074A1 (en) Method of automatically regulating the combustion process in the furnace of a boiler plant
SU1652755A1 (en) Flame automatic monitoring devices
RU8087U1 (en) BURNER FLAME CONTROL DEVICE
RU2121110C1 (en) Device for selective check of flame of burner in combustion chamber of combustion unit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161228