TWI458922B - 點火器火星狀態指示器 - Google Patents

Description

點火器火星狀態指示器

本發明係關於一種用於更精確地指示在一燃料點火器中是否正產生有一火星及一火焰的系統。

在一般以氣體及輕油為燃料的通用燃燒器中，氣體/油係由一點火器上之一引燃火焰點燃。該點火器必須點燃此引燃火焰。因此，其從連接至一高電壓變壓器之一點火棒產生一火星。該變壓器向鄰接於一接地金屬殼體之點火棒提供高電壓電力(約8 kV)。該電力致使該點火棒與殼體(接地)之間產生一電弧(火星)。在起初將該點火器開啟時此電弧會出現一段預定時間(通常係10秒)。在先前技術之器件中無法從外部確認電弧是否實際發生。

該點火器亦具有位於一小型燃料源、該點火棒及該殼體附近的一火焰棒。該點火棒產生電弧，該電弧點燃來自該小型燃料源之燃料形成引燃火焰。該引燃火焰會跨越該火焰棒與該殼體之間之區域。由於火係導電的，所以這會導致電流從該火焰棒通過該火焰流動至該殼體。

此電流受一外部安裝的電子器件監測。該電子器件及火焰棒被稱為一火焰查驗器。該火焰查驗器會分析從該火焰棒至該殼體之電流流動以判定一引燃火焰之存在。

來自高電壓變壓器之電弧有時會干擾該點火器之火焰查驗器從而造成在電弧點亮時錯誤地指示火焰。

當一點火器無法正確地點燃一引燃火焰時，診斷問題之技術人員通常會將該點燃器從鍋爐中移除並在沒有燃料之情況下啟動該點火器以目視判定是否有產生電弧。此係費時間及費精力的。

目前，需要一種可自動判定一點火器是否正產生電弧及更準確地判定是否有產生引燃火焰的器件。

本發明可具體表現為用於檢測一通電點火棒23與一殼體11之間之電弧存在的一點火器診斷器100。其利用一火焰棒25以感測在點火棒23通電時由該點火棒23輻射出的一電磁(EM)信號。

一感測器件50耦合至火焰棒25並接收來自火焰棒25之EM信號並處理該EM信號以產生一火星指示信號。

一使用者介面90經調適以向一使用者提供輸出。

一邏輯單元60耦合至該使用者介面90。邏輯單元60經調適以接收來自感測器件50之火星指示信號，基於該火星指示信號之強度判定是否發生電弧。邏輯單元60提供此資訊至使用者介面90以向該使用者顯示一輸出。

該火星指示信號包括有複數個由低電壓計時週期分隔的週期波瓣，且該邏輯單元60監測該火星指示信號中的該低電壓計時週期並測量波瓣之間的間距以指示該火星產生設備之「狀況」。

本發明亦可具體表現為用於更精確地判定是否存在一引燃火焰的一點火器診斷器100。

其包含用於感測在點火棒23通電時由點火棒23輻射出之一電磁(EM)信號的一火焰棒25；耦合至火焰棒25用於接收來自火焰棒25之EM信號並處理該EM信號以產生一火星指示信號的一感測器件50；經調適以接收來自感測器件50之火星指示信號的一邏輯單元60，其基於該火星指示信號之強度判定是否發生電弧並提供指示電弧正發生的一邏輯信號；及耦合至邏輯單元60之一火星查驗器件70，其係經調適以接收來自邏輯單元60之邏輯信號並僅在該邏輯信號指示電弧並未發生時才測試一引燃火焰。

本發明之一目的係提供一種精確判定一點火器是否正產生一火星的系統。

本發明之另一目的係向一火焰檢測器指示當前正產生一電弧。

本發明之另一目的係幫助一火焰檢測器更精確地判定當前是否有一引燃火焰在燃燒。

本發明之另一目的係在該等火星裝置存在問題時作出指示。

本發明之另一目的係預測該等火星裝置之失效。

熟習此項技術者藉由參考該等附圖可更好地瞭解本發明並將明白其數種目的及優點。

圖1係與本發明相容之一管狀點火器10之一透視圖，其中該管狀點火器之殼體已被移除。

圖2係與本發明相容之一管狀點火器10從一不同角度看去之一透視圖，其中該管狀點火器之殼體已被移除。

圖3係與本發明相容之一管狀點火器10之一部分剖視圖。

以下描述係參考圖1、圖2及圖3而做出。管狀點火器10具有一細長殼體11，該細長殼體11具有通過一鍋爐之一燃燒室之內部的一內端13及延伸於該燃燒室之外部的一外端12。

外端12具有一點火棒電纜33及向外延伸至外部設備的一火焰棒電纜35。點火棒電纜33在內部連接至一電導點火棒23。點火棒23自點火棒電纜33延伸至內端13。其平行於外殼11而延伸(但並不與外殼11接觸)。外殼11係電連接至接地。點火棒23與外殼11之間存在一預定間隙。

高電壓電力供應源3係通過點火棒電纜33提供電力(較佳以交流電的形式)並至點火棒23。此造成了點火棒23與殼體11之內端13之間之脈動電弧。此電弧會產生高頻電磁輻射並於附近之導體中誘發出電流。

一火焰棒25係封圍於外殼11內並延伸至管狀點火器10之內端13。其定位於燃料管40與點火棒23之末端之間。此允許當一引燃火焰燃燒時可讓火焰棒25完全處於該引燃火焰中。

火焰棒25係連接至一火焰棒電纜35，該火焰棒電纜35最終連接至可檢測引燃火焰存在的一火焰查驗器。

現亦參考圖4，一種火焰查驗器70測量通過一火焰之電流。火焰查驗器70在火焰棒25與外殼(接地)之間施加一電壓差。由於該引燃火焰(火)可導電，所以燃料管40與殼體11之間之引燃火焰可形成一電路，該電路允許電流自該火焰棒通過該引燃火焰流動至殼體11。此通常係約30伏特。此電流係經火焰查驗器70測量。電流流動之存在指示存在一引燃火焰。相反地，電流流動不存在則指示不存在一引燃火焰。

本發明之發明人發現火焰棒25可作為一天線以及用以提供通過該引燃火焰的電流。亦可判定由點火棒23產生之電弧可形成被火焰棒25感測到的高頻RF「鄰近頻道干擾」輻射。該特有的AC脈動可由火焰棒25感測到。因此，判定由火焰棒25感測之信號可被監測以指示點火棒23於何時形成電弧。此信號亦指示一火星正產生。此資訊亦可用以判定該點火棒及相關聯之電源於何時沒有恰當地起到作用。亦可用以致使該火焰查驗器只有在並未產生電弧時感測該火焰並由此更精確地檢測該火焰。

本發明之理念係監測由火焰棒25感測之電信號、過濾該感測信號中的DC及低頻、矯正該等信號、過濾掉高頻並數位化該信號。所留下之一低頻包絡信號係兩倍於所使用之AC電流之頻率(100 Hz.或120 Hz.)。當檢測到此信號時，點火棒23正在電弧放電。

點火棒23之電弧放電會形成可能被火焰查驗器70誤認為源自一火焰並錯誤地指示存在而實際上並不存在之一火焰的電流。此係一誤測。因此，本發明之感測器件50必須與火焰查驗器70通信以指示電弧於何時發生。

接著，火焰查驗器70必須僅僅在點火棒並未操作時進行測試以檢測是否存在火焰。

此消除了由於電弧之疏忽檢測而發生之干擾及誤測及將電弧與存在一引燃火焰混淆。此導致了一更精確的火焰查驗器。

圖4顯示用於根據本發明之一感測器件50之一實施例之通用元件之一示意性方塊圖，其中感測器件50係用於感測電弧於何時發生。來自火焰棒25之信號係通過火焰棒電纜35接收並提供至一高通濾波器51。高通濾波器51使用一電容器C1及連接至接地之一電阻器R1，其會阻斷由火焰棒25上之火焰衝擊造成之該信號中之低頻。由於該電弧輻射之「鄰近頻道干擾」，高通濾波器51可通過較高頻率的信號。一此種信號係顯示於圖5中。

經過濾之信號通過一整流器D1，該整流器D1可矯正該信號以反轉負波瓣以使其皆為正。此信號顯示於圖6中。

該經矯正信號被提供至一低通濾波器55。在此實施例中之低通濾波器55使用一電阻器R2及電容器C2，其阻斷高頻電弧信號以產生一包絡信號。該包絡信號具有之頻率係兩倍於由AC電源產生之頻率。該信號係顯示於圖7中。

一類比數位轉換器57接收該類比包絡信號並將其數位化以產生一組接近於圖7之類比包絡信號的數位樣本。此可能係呈現一系列經測量的振幅值或此等資料之一區塊或圖表的形式。

一邏輯單元60感測由A/D轉換器57提供之數位化信號。邏輯單元60可為帶有自身微處理器的一獨立器件，或可為具有一微處理器之一計算器件80之部分，該微處理器可執行若干不同程式並執行若干不同功能。一實施例將數位化信號之振幅與一最小振幅相比較，諸如圖7及圖8中之a₂ 。

然後，邏輯單元60會監測該數位化信號以辨別該信號是否處於週期峰值處，該週期峰值以一固定頻率超過臨限值。此頻率應為由點火電源(圖1、圖2中之3)提供至點火棒(圖1、圖2中之23)之信號頻率之兩倍。若為此，則正產生電弧。若並非如此，則並未產生電弧。

邏輯單元60可接收來自感測器件50之信號並計算是否有電弧產生之資訊。此資訊係從邏輯單元60提供至火焰查驗器70。在此實施例中火焰查驗器70係經更改以在邏輯單元60之輸出指示並未產生電弧時操作。在邏輯單元60指示電弧正在執行時，不允許其操作。

在一替代實施例中，始終允許火焰查驗器件70操作，但當邏輯邏輯單元60指示正執行電弧放電時應忽略指示存在火焰之讀數。

圖5係圖4之電路之測試點「A」處監測到之一波形之一示圖。此處，該高頻信號具有其頻率仿效AC輸入頻率的一包絡。

圖6係圖4之電路之測試點「B」處監測到之一波形之一示圖。此處，圖5之信號已經矯正並將該等信號波瓣反轉至正向。

圖7係圖4之電路之測試點「C」處監測到之一波形之一示圖。此處，所得信號僅僅係經矯正AC輸入頻率之包絡。由於該電弧該高頻信號已被過濾掉。

圖8係圖7中所示之波形之一部分之一放大圖。

此係該經矯正波形之包絡之一時間對振幅的測繪圖。隨著該波形包絡減小振幅(輸入電壓)，其達到時間t₁ 處的一點，在該點處該曲綫降至零振幅。

類似地，隨著電壓由電源3提供至點火棒23，在時間等於t₂ 至時間剛好在t₃ 之前之期間中不存在可測量的振幅回應。只有在時間等於t₃ 時，電弧才開始存在並快速地增加其振幅直到其依循正常波形包絡。

已判定電源3、點火棒23、點火棒電纜33及此等單元之間之連接之其餘部分之狀況可由t₁ 及t₃ 之間之距離決定。

失效之可能性可能不僅決定於此等距離而且決定於隨著時間的推移此等距離如何變化。

現參考圖4及圖8，邏輯單元60可選擇地測量圖8中所示之振幅及時間。接著，將此等測量值與預設臨限值或最佳測量值進行比較以決定該系統之狀況。基於與該等臨限值之偏差，吾人可決定該系統係處於何種「狀況」。

另外，若邏輯單元60能儲存歷史資料，則可判定隨時間的改變並關於該系統於何時會失效可作出預測。對於此等點火器之維護及修理這可能係非常有用的。

圖9顯示管狀點火器10之一變化型。這是一個側邊點火器。所有與先前已描述之具有相同參考數字之零件一樣的零件具有相同的功能。殼體21係不同的，這是由於其意欲安裝於一鍋爐之側壁中。另外，使用火星塞24替代了點火棒23。此係由於不同之幾何結構使其難以接近該殼體。因此，火星塞24具有相隔一定間隙之一正電極及一負電極兩者以形成一個類似於一普通汽車中的火星塞的火花。

應強調以上所述之本發明之諸實施例(尤其係任何「較佳」實施例)僅僅係可能實施方案之實例，僅僅提出以求清晰地理解本發明之原理。在大體不脫離本發明之精神及原理之情況下可對該(該等)以上所述之實施例進行許多改變及修改。文中所有此等修改及變化意欲包含於此揭示及本發明之範疇內。

3．．．電源

10．．．管狀點火器

11．．．外殼

12．．．外端

13．．．內端

21．．．殼體

23．．．點火棒

24．．．火星塞

25．．．火焰棒

33．．．點火棒電纜

35．．．火焰棒電纜

40．．．燃料管

50．．．感測器件

51．．．高通濾波器

55．．．低通濾波器

57．．．類比數位轉換器

60．．．邏輯單元

70．．．火焰查驗器

80．．．計算器件

90．．．使用者介面

圖1係與本發明相容之一管狀點火器之一透視圖，其中該管狀點火器之殼體已被移除。

圖2係與本發明相容之一管狀點火器從一不同角度看去之一透視圖，其中該管狀點火器之殼體已被移除。

圖3係與本發明相容之一管狀點火器之一部分剖視圖。

圖4係用於根據本發明之一電路之一實施例之通用元件之一示意性方塊圖，其中該電路係用於處理從該火焰棒接收之一信號。

圖5係圖4之電路之測試點「A」處監測到之一波形之一示圖。

圖6係圖4之電路之測試點「B」處監測到之一波形之一示圖。

圖7係圖4之電路之測試點「C」處監測到之一波形之一示圖。

圖8係圖7中所示之波形之一部分之一放大圖。

圖9係與本發明相容之一側邊點火器之一截面正視圖，如其呈現安裝於一鍋爐內之狀態。

3．．．電源

10．．．管狀點火器

12．．．外端

13．．．內端

23．．．點火棒

25．．．火焰棒

33．．．點火棒電纜

35．．．火焰棒電纜

40．．．燃料管

50．．．感測器件

Claims (15)

1. 一種用於偵測一經通電點火棒與一殼體之間之電弧之存在的點火器診斷器，其包括：一火焰棒，其用於感測當通電時由點火棒輻射出之一電磁(EM)信號；感測器件，其經由一火焰棒電纜耦合至該火焰棒用於接收來自該火焰棒之EM信號並處理該EM信號以產生一火星指示信號；一使用者介面，其係經調適以向一使用者提供輸出；及一邏輯單元，其耦合至該使用者介面，該邏輯單元經調適以接收來自該感測器件之火星指示信號，基於該火星指示信號之強度判定是否發生電弧並向該使用者介面提供一判定之結果以使得一輸出能向該使用者顯示。
2. 如請求項1之點火器診斷器，其中該感測器件包括：一高通濾波器，其用於阻斷來自該火焰棒之EM信號之低頻，及一整流器(D1)，其耦合至該高通濾波器之一輸出端用於矯正來自該高通濾波器之信號。
3. 如請求項2之點火器診斷器，其中該感測器件進一步包括：一低通濾波器，其耦合至整流器(D1)之一輸出端用於產生一類比的火星指示信號。
4. 如請求項3之點火器診斷器，其中該感測器件進一步包 括耦合至該低通濾波器之一輸出端的一類比數位轉換器(A/D)用於將該類比火星指示信號轉化為火星指示信號。
5. 如請求項4之點火器診斷器，其中該火星指示信號係包括有複數個由低電壓計時週期分隔的週期波瓣，及該邏輯單元監測該火星指示信號中的該等低電壓計時週期並測量波瓣之間之間距。
6. 如請求項5之點火器診斷器，其中該邏輯單元監測該火星指示信號中的該等低電壓計時週期並利用該等經監測之時間週期以相對於一理論上最大的火星產量指示實際火星產量。
7. 如請求項5之點火器診斷器，其中邏輯單元係經調適以儲存過去之火星指示信號並將過去之火星指示信號與近期火星指示信號相比較以計算出火星性能之一變化率。
8. 一種用於判定是否存在一引燃火焰之點火器診斷器，其包括：一火焰棒，其用於在該點火棒通電時感測由該點火棒輻射出之一電磁(EM)信號；感測器件，其經由一火焰棒電纜耦合至該火焰棒用於接收來自該火焰棒之EM信號並處理該EM信號以形成一火星指示信號；一邏輯單元，其經調適以接收來自該感測器件之火星指示信號，基於該火星指示信號之強度判定是否發生電弧並提供指示電弧於何時發生的一邏輯信號；及耦合至該邏輯單元之一火焰查驗器，其經調適以接收 來自該邏輯單元之邏輯信號並僅僅在該邏輯信號指示電弧並未發生時才測試一引燃火焰。
9. 如請求項8之點火器診斷器，其中該感測器件包括：一高通濾波器，其用於阻斷來自該火焰棒之EM信號之低頻。
10. 如請求項9之點火器診斷器，其中該感測器件進一步包括：一整流器(D1)，其耦合至該高通濾波器之一輸出端用於矯正來自該高通濾波器之信號。
11. 如請求項10之點火器診斷器，其中該感測器件進一步包括：一低通濾波器，其耦合至該整流器(D1)之一輸出端用於產生一類比火星指示信號；其中該感測器件進一步包括耦合至該低通濾波器之一輸出端的一類比數位轉換器(A/D)，該類比數位轉換器(A/D)用於將該類比火星指示信號轉化為火星指示信號。
12. 如請求項11之點火器診斷器，其中該火星指示信號係包括有複數個由低電壓計時週期分隔的週期波瓣，及該邏輯單元監測該火星指示信號中的低電壓計時週期並測量波瓣之間之間距。
13. 如請求項12之點火器診斷器，其中該邏輯單元監測波瓣之間之間距以指示相對於一理論最大的火星產量之實際火星產量。
14. 如請求項12之點火器診斷器，其中邏輯單元係經進一步 調適以儲存過去之火星指示信號並將過去之火星指示信號與近期火星指示信號相比較以計算出火星性能之一變化率。
15. 如請求項14之點火器診斷器，其中該邏輯單元係經進一步調適以使用火星性能之變化率以預測該器件之失效。