Как работают системы контроля пламени в газовых приборах. Какие бывают датчики пламени. Чем отличаются фотодатчики и ионизационные датчики. Как правильно выбрать и установить датчик пламени. Какие проблемы могут возникнуть при эксплуатации систем контроля пламени.
Важность контроля пламени в газовых приборах
Системы контроля пламени являются критически важным элементом безопасности для любых тепловых агрегатов, работающих на природном газе — печей, котлов, стендов нагрева и других подобных устройств. Основная задача таких систем — предотвратить опасную ситуацию, когда пламя горелки гаснет, но подача газа продолжается.
В отсутствие контроля пламени возможны следующие опасные последствия:
- Накопление несгоревшего газа в рабочем пространстве агрегата и окружающей среде
- Риск внезапного воспламенения или даже взрыва при появлении искры или открытого огня
- Нарушение технологического процесса из-за прекращения нагрева
- Экономические потери из-за бесполезного расхода газа
Наиболее частой причиной погасания пламени является так называемый «отрыв факела» — ситуация, когда пламя отрывается от горелки из-за нарушения оптимального соотношения газ-воздух или других факторов. Поэтому надежные системы контроля пламени — обязательный элемент любого газового оборудования.
Основные типы датчиков пламени
Для контроля наличия пламени в газовых приборах используются два основных типа датчиков:
- Фотодатчики (оптические)
- Ионизационные датчики
У каждого типа есть свои преимущества и недостатки, определяющие области их применения. Рассмотрим подробнее принципы работы и особенности каждого типа датчиков.
Фотодатчики пламени
Фотодатчики реагируют на световое излучение от пламени. Они бывают двух основных видов:
1. Датчики видимого и инфракрасного спектра
Наиболее распространенным представителем этого типа является датчик ФДЧ. Принцип его работы:
- Фоторезистор воспринимает световой поток от пламени
- Сигнал усиливается и преобразуется
- На выходе формируется либо аналоговый сигнал 0-10В, пропорциональный яркости пламени, либо дискретный сигнал от контактов реле при превышении заданного порога яркости
Датчик ФДЧ обычно работает в паре со вторичным прибором Ф34, который обеспечивает питание датчика, настройку порогов срабатывания и управление горелкой.
2. Ультрафиолетовые датчики
Примером такого датчика является UVS-1 от Kromschroeder. Особенности УФ-датчиков:
- Реагируют только на ультрафиолетовую составляющую излучения пламени
- Нечувствительны к видимому свету от посторонних источников
- В основе — вакуумная лампа (фотоумножитель)
- Питание 220В, выходной сигнал — ток до нескольких десятков микроампер
Преимущества и недостатки фотодатчиков
Основные плюсы фотодатчиков:
- Бесконтактный метод контроля пламени
- Возможность контроля пламени на расстоянии
- Высокая чувствительность и быстродействие
Недостатки фотодатчиков:
- Чувствительность к посторонним источникам света (для датчиков видимого спектра)
- Необходимость прямой видимости пламени
- Риск загрязнения оптической системы
- Ограниченный срок службы УФ-датчиков из-за деградации фотоумножителя
Особенности применения фотодатчиков пламени
При использовании фотодатчиков необходимо учитывать следующие факторы:
- Датчики должны иметь прямую «видимость» пламени горелки
- Обычно устанавливаются под углом 20-30° к оси горелки
- Требуют защиты от перегрева (защитные стекла, принудительный обдув)
- Для УФ-датчиков важно учитывать срок службы и планировать своевременную замену
Ионизационные датчики пламени
Ионизационные датчики используются преимущественно для контроля пламени запальников. Принцип работы основан на образовании свободных электронов и ионов при горении газа.
Как работает ионизационный датчик:
- В пламя помещается металлический электрод
- Свободные электроны и ионы создают слабый электрический ток (десятки микроампер)
- Ток регистрируется автоматом горения
- При достаточном уровне тока разрешается работа основной горелки
- При падении тока ниже порога горелка отключается
Преимущества и недостатки ионизационных датчиков
Основные плюсы ионизационных датчиков:
- Простота конструкции
- Низкая стоимость
- Нечувствительность к посторонним источникам света
- Возможность работы в условиях сильного фонового излучения
Недостатки ионизационных датчиков:
- Необходимость прямого контакта с пламенем
- Риск обгорания или загрязнения электрода
- Чувствительность к изменениям состава газовоздушной смеси
- Возможность ложных срабатываний при снижении сопротивления изоляции
Факторы, влияющие на работу ионизационных датчиков
Основные причины нарушения работы ионизационных датчиков:
- Нарушение оптимального соотношения газ-воздух в запальнике
- Загрязнение или обгорание ионизационного электрода
- Снижение сопротивления изоляции между электродом и корпусом запальника (например, из-за оседания токопроводящей пыли)
- Неправильное расположение электрода относительно пламени
Автоматы горения в системах контроля пламени
Автоматы горения — это электронные устройства, которые обрабатывают сигналы от датчиков пламени и управляют работой горелки. Основные функции автоматов горения:
- Питание датчиков пламени
- Обработка сигналов от датчиков
- Управление процессом розжига горелки
- Контроль безопасности работы горелки
- Отключение подачи газа при погасании пламени
Примеры автоматов горения:
- Ф34 — для работы с фотодатчиками ФДЧ
- IFS — для работы с ультрафиолетовыми датчиками
- ASL50P (Hegwein) — для работы с ионизационными датчиками
Выбор оптимальной системы контроля пламени
При выборе системы контроля пламени необходимо учитывать следующие факторы:
- Тип и мощность горелки
- Условия эксплуатации (температура, запыленность, вибрации)
- Требования к быстродействию системы
- Наличие посторонних источников света
- Возможность прямого доступа к пламени
- Экономические факторы (стоимость оборудования и обслуживания)
Оптимальный выбор зависит от конкретных условий применения:
- Для мощных промышленных горелок чаще используют фотодатчики
- Для бытовых газовых приборов и небольших горелок предпочтительны ионизационные датчики
- В условиях сильного фонового излучения (например, в металлургических печах) лучше работают УФ-датчики
Заключение
Системы контроля пламени — критически важный элемент безопасности газового оборудования. Правильный выбор типа датчика и автомата горения, а также их корректная установка и обслуживание позволяют обеспечить надежную и безопасную работу газовых приборов в различных условиях эксплуатации. При проектировании и эксплуатации газового оборудования необходимо уделять особое внимание этим системам, от которых напрямую зависит безопасность людей и сохранность оборудования.
Контроль — пламя — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Контроль — пламя
Cтраница 3
Группу горелок допускается оснащать одним устройством контроля пламени в случае, если наличие пламени горелки, оснащенной устройством контроля пламени, обеспечивает розжиг в других горелках группы. [31]
На рис. 140 дана схема блока
контроля пламени ПБКП, собранного на полупроводниках. [32]Таким образом, устройство автоматики безопасности осуществляет контроль пламени запальника, наличие тяги в дымоходе, давления газа, засоряемое. Однако в системе автоматики безопасности не предусмотрены устройства, позволяющие управлять процессом сжигания газа по заданным параметрам. [33]
На рис. 2.9 представлена электрическая схема блока контроля пламени ( БКП) Пламя-УМ, в основу которого также заложен датчик ИФ-1. БКП Пламя-УМ отличается от предыдущего наличием дополнительного усилителя тока для согласования с силовыми тиристорами, а также возможностью организации многоканального контроля. [34]
Примером реализации такого метода мояет служить устройство контроля пламени Пламя-2, показанное на рис. 2.5. Принцип действия блока контроля с фотодатчиком основан не эффекте изменения сопротивления фоторезистора при изменении освещенности пламени. [35]
В настоящее время завод МЗТА выпускает автомат контроля пламени типа АКП-П, предназначенный для сигнализации при погасании газового факела. Принцип работы автомата основан на детектирующем свойстве пламени. [36]
В это время происходит прогрев радиоламп в узле контроля пламени и подготовка схемы к пуску. Однако в этом случае контакты реле IP не могут оказать влияния на схему управления горением и зажиганием. [37]
Датчики освещения проверяются совместно с фотореле или прибором контроля пламени. [38]
Бытовые газовые плита ПГ4 — ВК оборудованы автоматикой контроля пламени горелок
и терморегулирования духового шкафа. Автоматика контроля пламени представляет собой систему термопар, устанавливаемых у вони пламени горелок датчика и связанных е электромагнитным клапаном, встроенным в кран горелки. На рис. 9.13 показан такой кран-клапан, рассчитанный на работу о двумя датчиками от двух горелок духового шкафа. Спай термопары ( рис. 9.14), устанавливаемой у горелки, возбуждает при нагреве ТЭДС, передаваемую электромагниту 2 ( рис. 9.13), который связан штоком е подпружиненным клапаном, перекрывающим вход в газовый кран. Далее в процессе работы горелки клапан электромагнитом удерживается открытым. При охлаждении спая термопары и снижении ТЭДС в случае погасания горелки пружина возвращает клапан в закрытое положение. [39]Прибор контроля погасания пламени данной конструкции может использоваться для контроля пламени косвенным путем: контролируется не наличие факела в топке котла, а температура поджигающей горки из кусков огнеупора, световой поток которой зависит от температуры нагрева. [41]
По истечении этого времени розжига реле КТ включает прибор контроля пламени, которьш контактом ( 11) — ( 12) включает реле промежуточное КЗ. Последнее размыкает свои контакты в цепи питания реле времени, трансформатора зажигания ТЗ, магнитного пускателя привода топливного насоса КМ2, лампочки HL3 Срыв факела. Пускатель КМ2 при этом остается во включенном состоянии, так как замкнуты контакты ( 14) — ( 13) прибора контроля пламени при освещении его фотодатчика пламенем топки. [42]
Для снижения влияния различных промышленных помех на работу прибора контроля пламени ЗЗУ провод, идущий от фотодатчика к усилителю, выполняется экранированным, а его экран заземляется. [43]
Для снижения влияния различных промышленных помех на работу прибора контроля пламени типа ЗЗУ провод от фотодатчика к усилителю выполняется экранированным и его экран заземляется. [44]
В системе комплексной автоматики для отопительных котлов был применен прибор контроля пламени ( рис. 138), работа которого основана на вентильном эффекте. [45]
Страницы: 1 2 3 4
Контроль пламени газовых приборов. Электронные схемы Кравцова Виталия. Авторская страница изобретателя.
Устройства контроля погасания горелки для газовых приборов. Газовое оборудование значительно улучшает качество нашей жизни — это возможность приготовить пищу и обогреть жильё, но газ требует к себе повышенного внимания. При случайном погасании пламени конфорки газовой плиты или горелки отопительного котла — а это может случиться, когда конфорку заливает кипящая жидкость из кастрюли или пламя задуло сквозняком — газ может заполнить помещение и достаточно небольшой искры, чтобы случился взрыв. Этого не случится, если ваши газовые приборы оборудованы системой безопасности Gas Control, которая состоит из термоэлектрического датчика, располагаемого в пламени горелки и защитного электромагнитного клапана. При наличии пламени на горелке термоэлектрический датчик, а попросту термопара, вырабатывает небольшое напряжение, которое подаётся на катушку электромагнитного клапана и обеспечивает его удержание в открытом положении. При погасании пламени термопара остывает, ток прекращается и клапан отпускает, перекрывая газ. Некоторые модели газового оборудования содержат схемы автоматического повторного розжига горелки при её погасании, но после нескольких попыток такие схемы автоматически отключаются, т.к. такой авторозжиг может повлечь большие неприятности. Если газовая плита не оснащена заводской системой безопасности — изготовить её в домашних условиях вряд ли удастся. Можно только оснастить её системой контроля пламени с выдачей предупредительной сигнализации. Для контроля пламени в котлах промышленных котельных чаще всего используют инфракрасные или ультрафиолетовые фотодатчики и ионизационные контрольные электроды. Хотя схема с использованием фотодатчика наиболее универсальна (контролирует горение любых видов топлива), она мало подходит для «домашнего» применения, т.к. электрическая схема достаточна сложна. Фотодатчик не должен реагировать на иные источники излучения, кроме пламени горелки и чувствительность его не должна меняться от температуры и прямой засветки от посторонних источников. Чтобы этого не случилось, в схеме используется глубокая АРУ, стабилизация рабочей точки фотодатчика, а также низкочастотный полосовой фильтр, пропускающий только пульсации сигнала, формируемые языками пламени. Для самостоятельного изготовления гораздо лучше подходит ионизационный метод. Он широко используется в промышленных котельных, работающих на газе. Устройство представляет собой контрольный электрод из нихромовой проволоки диаметром 2 … 3 мм, закреплённый на изолирующей подставке из керамики или фторопласта, недалеко от горелки. Кончик электрода должен находиться в верхней трети языка пламени, но не должен касаться дна кастрюль. На контрольный электрод подаётся абсолютно безопасный, очень слабый сигнал переменного тока напряжением 220 В. При горении газового пламени происходит ионизация частиц газа и в зоне контрольного электрода , когда на нём положительная полуволна напряжения, тяжёлые положительно заряженные частицы опускаются к горелке, а электроны устремляются к электроду. В цепи протекает очень слабый электрический ток . При отрицательной полуволне тока в цепи нет. Из-за несимметричности токов на контрольном электроде возникает слабый отрицательный потенциал напряжением 3 … 8 В, который усиливается усилителем на полевом транзисторе и используется для сигнализации наличия пламени. Схема одного из устройств приведено на рисунке:
На основе этой схемы можно построить различные устройства контроля пламени и автоматической отсечки газа. Если в схему добавить триггер — можно автоматизировать запуск схемы сигнализации погасания пламени при первом его появлении . Добавив в схему таймер, можно автоматизировать начало отсчёта времени приготовления продукта или периодически включать напоминающий звуковой сигнал для забывчивых людей. Автор разрабатывал множество подобных устройств, но ввиду их относительной сложности они не здесь приводятся . Вернуться в начало темы:
1. Схема электрического поджига с симистором. 2. Схемы электроподжига с тиристором. 3. Вариант схемы электроподжига на тиристоре . 4. Схема электроподжига с использованием p-n-p транзистора. 5. Схема электроподжига с использованием динистора.
|
Уважаемые посетители! Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение. Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного, а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять Вам больше внимания. ВНИМАНИЕ! Вам нужно разработать сложное электронное устройство? Тогда Вам сюда…
|
Датчик контроля пламени своими руками
Индикатор наличия пламени, совмещенный с запалом на одном электроде (10+)
Датчик пламени и искровой запал на одном электроде
Для газовой горелки мне понадобилась система искрового воспламенения и индикатор наличия огня. Причем очень хотелось, чтобы для работы обоих устройств использовался один и тот же электрод, помещенный в пламя.
При разработке схемы возникли следующие трудности. Во-первых, газ горит без серьезного свечения. Так что применять фоторезистор не удается. Остановился на использовании эффекта односторонней проводимости плазмы (факел горелки — и есть самая настоящая плазма). Для определения наличия этого эффекта, а соответственно, наличия пламени, необходимо поместить в огонь электрод. Электрод нужен и для искрового разряда запала. Есть соблазн использовать один и тот же электрод. Но, во-вторых, прямой подход с переключением одного электрода от искрового трансформатора к датчику не работает, так как найти переключатель, способный выдержать несколько десятков киловольт в режиме запала, не пробить их на датчик, мне не удалось.
Так что пришлось пойти несколько окольным путем. Датчик огня подключаю последовательно с катушкой зажигания. Во время запала датчик замыкаю накоротко. После переключения в режим контроля замыкающие контакты размыкаются. Напряжение для контроля пламени на электрод подается через катушку зажигания. Однако, при ее не очень высокой индуктивности, она не мешает прохождению электрического тока частотой 50 Гц от сети.
Вашему вниманию подборка материалов:
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Принципиальная схема индикатора горения с запалом на одном электроде
Трансформатор Tr1 — обеспечивает гальваническую развязку от сети механизма запала. Намотан на Ш-образном сердечнике из трансформаторного железа 20 х 20 мм проводом 0.5 мм, каждая обмотка составляет 250 витков. Между обмотками нужно проложить три слоя трансформаторной бумаги. И вообще при изготовлении трансформатора обеспечить надежную изоляцию одной обмотки и ее выводов от другой обмотки и ее выводов.
Трансформатор Tr2 — обычная катушка зажигания от классики.
Трансформаторы Tr3, Tr4 — покупные. 220 — 15 вольт. 1.5 Вт. Tr3 трансформирует 220 вольт в 15, а Tr4 — 15 обратно в 220 для подачи напряжения на электрод датчика. С помощью такого включения получено напряжение 15 вольт для питания схемы датчика и 220 вольт, гальванически развязанное от сети для подачи на электрод.
Мост M1 — диодный мост на 220 вольт, средний ток 100 мА, импульсный до 3 А. Этот мост можно собрать из диодов, например HER 208.
Тиристор VS1 — КУ201М, КУ201Н, КУ202М, КУ202Н, или аналогичный на напряжение выше 400 вольт, средний ток 100 мА, импульсный до 3 А.
Резистор R1 — 10 кОм, Резистор R2 — 50 Ом. Возможно, потребуется подобрать резистор R1 для получения хорошей жирной искры.
Конденсатор C2 — 1 мкФ 400 вольт.
Конденсатор C1 — 1 мкФ 400 вольт. Резистор R3 — 100 Ом 2 Вт. Эти элементы введены в схему для снижения помех, создаваемых запалом в сети.
Резистор R10 — 2 МОм. Он служит для разрядки конденсаторов после выключения питания на запале.
Конденсатор C3 — 0.1 мкФ 400 вольт. Конденсатор C4 — 0.01 мкФ 400 вольт.
Резисторы R4, R5 — 2 МОм
Конденсатор C5 — 1 мкФ 400 вольт.
Диоды VD1, VD2 — HER208. Диод VD3 — маломощный детекторный, например, КД510. Диоды VD2 и VD3 защищают эмиттерный переход транзистора от скачков напряжения обратной полярности, которые бывают на C5 до 400 вольт.
Транзисторы VT1, VT2 — КТ502, КТ503 соответственно приведенной на схеме проводимости.
Диод VD6 — маломощный детекторный, например, КД510. Он защищает транзистор VT1 от напряжения обратной полярности между коллектором и эмиттером, которое возникает при выключении питания за счет заряда на конденсаторе C6.
Резисторы R6, R7 — 10 кОм. Конденсатор C6 — электролитический 50 мкФ, 16 вольт.
Резистор R8 — 1 кОм. Светодиод VD4 — светодиод. По его свечению мы видим наличие пламени. Последовательно с ним можно включить светодиод оптрона, который, в свою очередь, будет управлять какими-либо устройствами в случае погасания пламени, например, закрывать газ. Обратите внимание, светодиод горит, когда есть пламя.
Стабилитрон VD5 — 12 вольт 1 Вт.
Конденсатор C7 — 1000 мкФ, 16 вольт. Конденсатор C8 — 1000 мкФ, 25 вольт. Резистор R9 — 300 Ом.
Выключатель S1, S2 — Сдвоенный выключатель. Его контакты одновременно замыкаются и размыкаются.
К точкам (A) и (B) подводится напряжение от сети.
Точка (C) соединяется с запальным электродом высоковольтным проводом, например, от автомобильной системы зажигания.
Точка (D) соединяется с корпусом горелки.
Сборка и наладка
В схеме есть элементы, находящиеся под высоким напряжением. Некоторые элементы схемы гальванически связаны с сетью. При сборке и монтаже обеспечьте безопасность себя и последующих пользователей устройства от электрического удара.
Односторонняя проводимость плазмы — эффект очень странный. Мне до конца не понятна его физическая природа. Используя это устройство на разных горелках, я заметил, что на некоторых плазма проводит ток от электрода к корпусу, а на некоторых — наоборот. Однако, односторонняя проводимость присутствует все равно. При наладке устройства, возможно, придется поменять полярность подключения датчика. Для этого отсоединяем точку (D) от корпуса горелки, разрываем соединение в точке (E), катушку зажигания подсоединяем к точке (D), вторую сторону разрыва в точке (E) соединяем с корпусом горелки.
Датчик защищен от обрыва соединения с горелкой и электродом запала.
Работает он так. Замыкаем переключатель. Появляется искра. При этом датчик пламени отключен. Открываем газ. После возгорания размыкаем переключатель. Через секунду загорится светодиод, который свидетельствует о наличии пламени.
Внимание. На электроде всегда присутствует высокое напряжение, при поджиге — несколько десятков киловольт, при контроле пламени — 220 вольт. Хотя цепи гальванически развязаны от сети, и прикосновение к корпусу горелки совершенно безопасно, прикосновение одновременно к корпусу и электроду приведет к удару электрическим током.
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Можно ли последовательно стабилитрону VD5 включить транзисторный оптрон АОТ 110 Б для управления электромагнитным клапаном подачи газа, или надо ставить еще промежуточное реле типа РЕС 10 Читать ответ.
Как связаться с автором статьи? Понятно, что сайт для самоделкиных, но я с электрикой не дружу, а устройство поджига на 12 вольт очень нужно. Требуется воплотить изделие в металле за соответствующее вознаграждение Читать ответ.
Возможно ли в качестве разделительного трансформатора использовать промышленный трансформатор типа ТАН 8 127/220? Или проблема в том, что вторичная обмотка должна обеспечивать ток 4-6 А для обмотки катушки зажигания? Читать ответ.
Детектор, датчик, обнаружитель скрытой проводки, разрывов, обрывов. Сх.
Схема прибора для обнаружения скрытой проводки и ее разрывов для самостоятельног.
Интегральный аналог конденсатора большой емкости. Умножитель, имитатор.
Умножитель емкости. Имитатор большого конденсатора на интегральной микросхеме.
Датчик уровня жидкости. Реле. Автоматическое включение / выключение на.
Автомат наполнения емкости с водой включает и выключает насос в зависимости от у.
Дифференциальный усилитель, усилительный каскад — схемы. Усиление разн.
Схемы и характеристики дифференциальных усилителей на дискретных элементах и на .
Тепловые агрегаты, работающие на природном газе (печи, котлы, стенды нагрева и т.п.) должны оборудоваться системой контроля наличия пламени. В процессе работы тепловых агрегатов возможны ситуации, при которой пламя горелки (факел) потухнет, но газ будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата и окружающую среду и при наличии искры или открытого огня возможно воспламенение этого газа и даже взрыв. Наиболее часто потухание пламени происходит из-за отрыва факела.
Наличие пламени контролируют либо с помощью ионизационного электрода, либо с помощью фотодатчика. Как правило, с помощью ионизационного электрода контролируют горение запальника, который, в свою очередь, в случае необходимости воспламенит основную горелку. Фотодатчиками контролируют пламя основной горелки. Фотодатчик для контроля пламени запальника не применяют ввиду малого размера пламени запальника. Применение ионизационного электрода для контроля пламени основной горелки не рационально, так как электрод, помещенный в пламя основной горелки будет быстро обгорать.
Фотодатчики различаются по чувствительности к различной длине волны светового потока. Одни фотодатчики реагируют только на видимый и инфракрасный спектр светового потока от горящего пламени, другие воспринимают только его ультрафиолетовую составляющую. Самым распространенным фотодатчиком, реагирующим на видимую составляющую светового потока, является датчик ФДЧ.
Световой поток воспринимается фоторезистором датчика, и после усиления преобразуется либо в выходной сигнал 0-10В, пропорциональный освещенности, либо подается на обмотку реле, контакты которого замыкаются, если освещенность превышает установленный порог. Тип выходного сигнала — сигнал 0-10В или контакты реле — определяется модификацией ФДЧ. Фотодатчик ФДЧ обычно работает с вторичным прибором Ф34. Вторичный прибор обеспечивает питание ФДЧ напряжением +27В, на нем также выставляются пороги срабатывания в том случае, если используется ФДЧ с токовым выходом. Кроме того, в зависимости от модификации, Ф34 может контролировать сигнал от ионизационного электрода запальной горелки, управлять розжигом и работой горелки с помощью встроенных реле.
К недостаткам фотодатчиков видимого света можно отнести то, что они реагируют на любой источник света — солнечный свет, свет фонарика, световое излучение нагретых элементов конструкции, футеровки сталеразливочных ковшей и т.п. Это ограничивает их применение, например в стендах нагрева, так как ложные срабатывания от светящейся разогретой футеровки ковшей блокируют работу автоматики (ошибка «ложное пламя»). Наиболее широко ФДЧ применяются на печах сушки песка, ферросплавов и т.п. — там где температура нагрева редко превышает 300-400°С, а значит отсутствует свечение разогретых элементов конструкции печи.
Отличительной особенностью ультрафиолетовых фотодатчиков (УФД), например UVS-1 фирмы Kromschroeder, является то, что они реагируют только на ультрафиолетовую составляющую светового потока, излучаемого пламенем горелки. В световом потоке от разогретых тел, элементов конструкций печей, футеровки ковшей ультрафиолетовая составляющая мала. Поэтому к посторонней засветке датчик «равнодушен», как и к солнечному свету.
Основой этого датчика является вакуумная лампа — электронный фотоумножитель. Как правило, питаются эти датчики напряжением 220В и имеют токовый выходной сигнал, который меняется от 0 до нескольких десятков микроампер. К недостаткам ультрафиолетовых датчиков можно отнести то, что вакуумная лампа фотоумножителя имеет ограниченный срок службы. Через пару лет эксплуатации лампа теряет свою эмиссионную способность и датчик перестает работать. Сигнал с УФД передается на автомат горения серии IFS, функции которого аналогичны функциям Ф34.
Фотодатчики должны иметь, так сказать, визуальный контакт с пламенем горелки, поэтому они расположенны в непосредственной близости от него. Как правило, они распологаются со стороны горелки под углом 20-30° к ее оси. Из-за этого они подвержены сильному нагреву тепловым излучением от стенок агрегата и радиационному нагреву через визирное окно. Для зашиты фотодатчика от перегрева применяют защитные стекла и принудительный обдув. Защитные стекла производятся из жаропрочного кварцевого стекла и устанавливаются на некотором удалении перед визирным окном фотодатчика. Обдув датчика осуществляется либо вентиляторным воздухом (если горелка установки работает на вентиляторном воздухе), либо сжатым воздухом пониженного давления. Подаваемый объем воздуха осуществляет охлаждение фотодатчика не только за счет процессов теплоотдачи, но и из-за того, что вокруг него создается область повышенного давления, которая как бы отталкивает горячий воздух, не давая ему контактировать с датчиком.
Контроль наличия пламени запальника в большинстве случаев осуществляется ионизационным электродом. Принцип контроля пламени по ионизации основан на том, что при сжигании газа образуется множество свободных электронов и ионов. Эти частицы «притягиваются» к ионизационному электроду и вызывают протекание тока ионизации величиной в десятки микроампер. Ионизационный электрод соединяется с входом прибора контроля наличия ионизации (автоматом горения). Если при горении пламени запальника образуется достаточное количество свободных электронов и отрицательных ионов, то в автомате горения срабатывает пороговое устройство разрешающее работу (или розжиг) основной горелки. В случае если интенсивность ионизации падает ниже определенного уровня, то основная горелка отключается даже в том случае, если она работала нормально. На размещенном ниже видео показано, как благодаря нагреву воздуха между обкладками конденсатора (в нашем случае одна обкладка это контрольный электрод, другая обкладка — корпус запальника) в цепи начинает протекать электрический ток.
Основными причинами пропадания ионизации являются отсутствие требуемого соотношения газ-воздух запальника, загрязнение или обгорание ионизационного (контрольного) электрода. Еще одной причиной пропадания сигнала ионизации может являться уменьшение сопротивления между ионизационным электродом и корпусом запальника, которое чаще всего происходит из-за оседания токопроводящей пыли на запальное устройство.
Автомат горения часто выполняет не только функцию контроля наличия пламени — на нем строиться вся автоматика управления розжигом горелки, как, например, это реализовано в автомате горения ASL50P фирмы Hegwein.
Как правило, ионизационный электрод размещается вдоль оси запальной горелки, конец электрода должен находиться в «корне» пламени запальника. В некоторых запальных устройствах ионизационный электрод выполняет функцию запального электрода. В этом случае на него в течении фиксированного времени подается высокое напряжение с запального трансформатора для поджига запальника. После того как поджиг запальника произведен контрольный электрод переходит в режим контроля ионизации – цепи поджига отключаются и электрод соединяется с входом автомата горения. В этом случае возможна еще одна причина пропадания сигнала ионизации, связанная с обрывом во вторичной обмотке трансформатора. Но искра в этом случае может все равно нормально генерироваться, поэтому данную неисправность иногда трудно определить.
Большое значение для стабильной работы запального устройства имеет правильно выставленное соотношение газ-воздух. В большинстве случаев требуемые значения давления газа и воздуха приводятся изготовителем в паспорте запальной горелки. Не смотря на то, что говоря «соотношение газ-воздух» в большинстве случаев имеют в виду их объемное соотношение (один объем газа на десять объемов воздуха), но настраивают запальник, да и горелку, впрочем, тоже, по давлению, так как это сделать намного проще и дешевле. Для этого конструкцией запальника предусмотрено подключение контрольного манометра к газовому и воздушному тракту в определенных местах.
Ионизационный электрод крепиться к корпусу запальника через керамическую изолирующую втулку и соединяется с входом автомата горения экранированным одножильным кабелем. Если ионизационный электрод используется еще и в качестве запального, то с запальным трансформатором он соединяется специальным высоковольтным кабелем, например, ПВ-1. Изолирующая втулка изготавливается из керамики с большим содержанием Al2O3, которая характеризуется высокой механической прочностью, температурной стойкостью и электрической прочностью до 18 кВ . Ионизационный электрод изготавливается канталя — металлического сплава устойчивого к высоким температурам и электрохимической коррозии
Установки постоянно работающие при температурах свыше 800°С (мартеновские печи, например) могут и не оснащаться системами контроля наличия факела. Это связано с тем, что температура воспламенения газа находиться в пределах 645 – 750°С. Таким образом, в случае отрыва факела исходящий из сопла горелки газ воспламениться от разогретой кладки внутреннего пространства теплового агрегата. Очень часто перед соплом горелки выкладывают специальный горелочный камень – он воспламеняет поток газа и стабилизирует горение.
Для повышения надежности работы и уменьшения количества остановов установки из-за пропадания ионизации можно сделать контроль наличия пламени не постоянным, осуществляя его по схеме «ИЛИ». В этом случае, если установка прогрелась до температур свыше 750°С и сигнал ионизации с запальной горелки по какой то причине пропал, то основная горелка все равно продолжит работу.
Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».
Так как в промышленности сейчас очень широко используются топки для создания разного рода материала, то очень важно следить за ее стабильной работой. Чтобы обеспечить это требование, нужно использовать датчик контроля пламени. Контролировать наличие позволяет определенный набор датчиков, основное предназначение которого – это обеспечение безопасной работы разного рода установок, сжигающих твердое, жидкое или газообразное топливо.
Описание прибора
Кроме того, что датчики контроля пламени занимаются обеспечением безопасной работы топки, они также принимают участие и при розжиге огня. Этот этап может осуществляться в автоматическом или же полуавтоматическом режиме. Во время работы в этом же режиме они следят за тем, чтобы топливо сгорало с соблюдением всех требуемых условий и защиты. Другими словами, постоянное функционирование, надежность, а также безопасность работы топочных печей полностью зависят от правильной и безотказной работы датчиков контроля пламени.
Методы контроля
На сегодняшний день разнообразие датчиков позволяет применять различные методы контроля. К примеру, чтобы контролировать процесс сжигания топлива, находящегося в жидком или газообразном состоянии, можно использовать методы прямого и косвенного контроля. К первому методу можно отнести такие способы, как ультразвуковой или же ионизационный. Что касается второго метода, то в данном случае датчики реле-контроля пламени будут контролировать немного другие величины – давление, разрежение и т.д. На основе полученных данных система будет делать вывод о том, подходит ли пламя под заданные критерии.
К примеру, в газовых нагревателях небольшого размера, а также в отопительных котлах отечественного образца используются приборы, которые основаны на фотоэлектрическом, ионизационном или же термометрическом методе контроля пламени.
Фотоэлектрический метод
На сегодняшний день наиболее часто применяется именно фотоэлектрический способ контроля. В таком случае приборы контроля пламени, в данном случае это фотодатчики, фиксируют степень видимого и невидимого излучения пламени. Другими словами, аппаратура фиксирует оптические свойства.
Что касается самих приборов, то они реагируют на изменение интенсивности поступаемого потока света, которое выделяет пламя. Датчики контроля пламени, в данном случае фотодатчики, будут отличаться друг от друга по такому параметру, как длина волны, получаемой от пламени. Очень важно учитывать данное свойство при выборе прибора, так как характеристика спектрального типа пламени сильно отличается в зависимости от того, какой тип топлива сжигается в топке. Во время сгорания топлива существует три спектра, в котором формируется излучение – это инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый. Длина волны может быть от 0,8 до 800 мкм, если говорить об инфракрасном излучении. Видимая же волна может быть от 0,4 до 0,8 мкм. Что касается ультрафиолетового излучения, то в данном случае волна может иметь длину 0,28 – 0,04 мкм. Естественно, что в зависимости от выбранного спектра, фотодатчики также бывают инфракрасными, ультрафиолетовыми или датчиками светимости.
Однако у них есть серьезный недостаток, который кроется в том, что у приборов слишком низкий параметр селективности. Это особенно заметно, если котел обладает тремя или более горелками. В таком случае велик шанс возникновения ошибочного сигнала, что может привести к аварийным последствиям.
Метод ионизации
Вторым по популярности является метод ионизации. В данном случае основа метода – это наблюдение за электрическими свойствами пламени. Датчики контроля пламени в таком случае называют датчиками ионизации, а принцип их работы основан на том, что они фиксируют электрические характеристики пламени.
У данного метода есть довольно сильное преимущество, которое заключается в том, что метод практически не имеет инерции. Другими словами, если пламя гаснет, то процесс ионизации огня пропадает моментально, что позволяет автоматической системе тут же прекратить подачу газа к горелкам.
Надежность устройств
Надежность – это основное требование к данным приборам. Для того чтобы достичь максимальной эффективности работы, необходимо не только правильно подобрать оборудование, но еще и правильно его установить. В данном случае важно не только выбрать правильный метод монтажа, но и место крепления. Естественно, что любой тип датчиков обладает своими преимуществами и недостатками, однако если неверно выбрать место установки, к примеру, то вероятность возникновения ложного сигнала сильно увеличивается.
Если подвести итог, то можно сказать, что для максимальной надежности системы, а также для того, чтобы максимально сократить количество остановок котла по причине возникновения ошибочного сигнала, необходимо устанавливать несколько типов датчиков, которые будут использовать абсолютно разные методы контроля пламени. В таком случае надежность общей системы будет достаточно высокой.
Комбинированное устройство
Необходимость в максимальной надежности привела к тому, что были изобретены комбинированные датчики-реле контроля пламени Archives, к примеру. Основное отличие от обычного прибора в том, что устройство использует два принципиально разных метода регистрации – ионизационный и оптический.
Что касается работы оптической части, то в данном случае она выделяет и усиливает переменный сигнал, который характеризует протекающий процесс горения. Во время горения горелки пламя нестабильно и пульсирует, данные фиксируются встроенным фотодатчиком. Зафиксированный сигнал передается на микроконтроллер. Второй же датчик ионизационного типа, который может получать сигнал только при условии, что существует зона электропроводности между электродами. Данная зона может существовать лишь при наличии пламени.
Таким образом, получается, что устройство оперирует двумя разными способами контроля пламени.
Датчики маркировки СЛ-90
На сегодняшний день один из довольно универсальных фотодатчиков, который может регистрировать инфракрасное излучение пламени – это датчик-реле контроля пламени СЛ-90. Данное устройство обладает микропроцессором. В качестве основного рабочего элемента, то есть приемника излучения, выступает полупроводниковый инфракрасный диод.
Элементная база данного оборудования подобрана таким образом, чтобы устройство могло нормально функционировать при температуре от –40 до +80 градусов по Цельсию. Если использовать специальный охлаждающий фланец, то эксплуатировать датчик можно при температуре до +100 градусов по Цельсию.
Что касается выходного сигнала датчика контроля пламени СЛ-90-1Е, то это не только светодиодная индикация, но и контакты реле «сухого» типа. Максимальная коммутационная мощность данных контактов составляет 100 Вт. Наличие этих двух выходных систем позволяет использовать приспособление этого типа практически в любой системе управления автоматического типа.
Контроль горелки
Достаточно распространенными датчиками контроля пламени горелки стали приборы LAE 10, LFE10. Что касается первого прибора, то он применяется в системах, где используется жидкое топливо. Второй датчик более универсален и может применяться не только с жидким топливом, но и с газообразным.
Чаще всего оба эти устройства применяются в таких системах, как двойная система контроля горелок. Может успешно применяться в системах жидкотопливных воздуходувных газовых горелок.
Отличительной особенностью данных устройств стало то, что можно устанавливать их в любом положении, а также крепить непосредственно к самой горелке, на пульте управления или же на распределительном щите. При монтаже этих устройств очень важно правильно уложить электрические кабели, чтобы сигнал доходил до приемника без потерь или же искажений. Чтобы этого достичь, нужно укладывать кабели от этой системы отдельно от других электрических линий. Также нужно использовать отдельный кабель для этих датчиков контроля.
Приборы контроля наличия пламени.
Методы контроля наличия пламени при сжигании в топках котлов газа и жидкого топлива можно подразделить на две разновидности: прямого и косвенного контроля. К методам прямого контроля относятся ультразвуковой, термометрический, ионизационный и наиболее часто применяемый фотоэлектрический. К методам косвенного контроля горения топлива можно отнести контроль за разрежением в топке, за давлением топлива в подающем трубопроводе, за давлением или перепадом его перед горелкой и контроль за наличием постоянного источника воспламенения.
В отечественных отопительных котлах, газовых калориферах и малых газовых нагревателях применяют приборы, которые основаны на ионизационном, фотоэлектрическом и термометрическом методах контроля. Ионизационный метод контроля основан на электрических процессах, возникающих и протекающих в пламени. К таким процессам можно отнести способность пламени проводить ток, выпрямлять переменный ток и возбуждать в электродах, помешенных в пламя, собственную э.д.с., а также периодическую пульсацию электрических колебаний в пламени, что во всех случаях обусловливается степенью ионизации пламени.
Фотоэлектрический метод контроля за горением жидкого топлива заключается в измерении степени видимого и невидимого излучения пламени фотодатчиками как с внешним, так и с внутренним фотоэффектом. Методы контроля наличия пламени нашли много конструктивных решений.
Термоэлектрический метод контроля. Устройство, основанное на термоэлектрическом методе контроля, состоит из термопары — датчика и электромагнитного клапана. Термопара помещена в зоне горения запальной горелки котла, а электромагнитный клапан установлен на газопроводе, по которому подается газ в запальную горелку.
Большое распространение получило устройство термоэлектрического контроля, разработанное институтом Мосгазпроект. Оно применяется в отопительных и пищеварочных котлах, газовых отопительных печах и емкостях водонагревателей. Принцип работы термоэлектрического устройства контроля пламени заключается в следующем. Запальная горелка действует постоянно, обеспечивая надежное зажигание и работу основных рабочих горелок. Газ на запальной горелке воспламеняется от термопары и обеспечивает защиту против отрыва пламени. Термопара вырабатывает э.д.с., за счет которой удерживается в открытом состоянии электромагнитный клапан.
При погасании пламени горелки температура термопары понизится настолько, что возбуждаемая ею э.д.с. будет недостаточна для удержания якоря в открытом положении, в результате чего клапан под действием пружины закроет поступление газа в запальник и горелку котла. Последующий розжиг котла может быть произведен только вручную после ликвидации причин, вызванных отключением подачи газа.
Ионизационный метод контроля. Ионизационный метод наличия пламени основан на использовании электрических свойств пламени. Устройства безопасности, основанные на этом методе, обладают преимуществом, состоящим в том, что они практически безынерционны,так как при погасании контролируемого пламени ионизационные процессы прекращаются, и это приводит практически к мгновенному отключению подачи газа в горелки котлоагрегата. Этот метод позволил разработать приборы контроля, основанные на электропроводности пламени, возникновении э.д.с. пламени, его вентильном эффекте и электрической пульсации. За рубежом уделяется наибольшее внимание методу контроля наличия пламени, основанному на вентильном эффекте.
В устройствах безопасности горения, где используется этот метод, не наблюдается ложного сигнала при замыкании в цепи датчиков.В системе комплексной автоматики для отопительных котлов был применен прибор контроля пламени, работа которого основана на вентильном эффекте. При наличии пламени переменное напряжение, приложенное между введенным в пламя электродом и корпусом горелки, выпрямляется.
При погасании пламени действие вентильного эффекта в межэлектродном переходе прекращается и управляющий сигнал на вход усилителя не поступает. Правая часть лампы запирается, реле обесточивается и дает команду на отключение газа. Аналогичное действие произойдет при замыкании электрода на корпус горелки.
Основным недостатком схемы прибора является то, что в ней открытое (рабочее) положение правой части триода обеспечивается закрытием левой его части. Метод контроля, использующий электрический потенциал пламени.Этот метод основан на введении в факел металлических электродов, которые дают разность потенциалов (э.д.с.), переменных по амплитуде, но постоянных по знаку. Величина э.д.с. пропорциональна разности температур между электродами и достигает 2 В. На этом принципе был создан прибор. Принцип работы прибора э.д.с. заключается в следующем при отсутствии пламени в анодных цепях лампы текут равные токи. Возникающий в обмотках реле Р1 и Р2 под действием тока магнитный поток равен нулю, так как обмотки поляризованного реле включены встречно. Якорь Реле в этом случае находится в положении, при котором цепь питания электромагнитного клапана-отсекателя разорвана, и газ в горелку не поступает. При появлении пламени возникает отрицательная э.д.с., которая подается на сетку левой части триода, что приводит к уменьшению тока в обмотке Р1. Под действием результирующего магнитного поля якорь реле изменит свое положение и, замкнув контакты, даст соответствующую команду. При погасании пламени или замыкании в цепи датчика э.д.с. исчезнет и схема придет в исходное положение.
Метод контроля, использующий электрическую пульсацию пламени. Для любого факела независимо от вида сжигаемого топлива и типа горелочного устройства характерным признаком является пульсация процессов, сопровождающих горение. К таким процессам относятся температура пламени, давление в камере сгорания, интенсивность излучения и ионизация факела пламени. Частота и амплитуда пульсаций зависят от скорости истечения газовоздушной смеси из горелки и условий перемешивания газа с воздухом. При неудовлетворительном перемешивании газа с воздухом горение сопровождается отдельными вспышками. Посредством чувствительного гальванометра можно замерить величину пульсации ионизационного тока. Это свойство пламени дает возможность обеспечить самоконтроль автоматики от опасного замыкания в цепи электродного датчика.
В схеме используется собственный пульсирующий потенциал, возникающий на электродах. При включении в цепь ионизационного датчика источника постоянного тока пульсацию на электродах можно усилить. В любом случае при замыканиях в цепи датчика, а также при погасании пламени подача управляющего сигнала на вход усилителя прекращается, и автоматика срабатывает на отключение газа. От сигнала постоянного тока данная схема не работает, так как на входе первого каскада включен конденсатор. Приборы контроля пламени этого типа, работающие на переменной составляющей электрического сигнала, очень чувствительны к помехам, частота колебания которых близка к частоте пульсации факела. Вследствие этого при установке таких приборов на объектах требуется обязательная экранировка входных цепей усилителя и линий связи, соединяющих электродный датчик с прибором.
назад к разделу «Статьи»
Устройство контроля пламени в топке ФАКЕЛ-012-01
Описание
Прибор осуществляет самоконтроль своего состояния по следующим параметрам:
1) Контроль каждого канала на исправность электронной схемы с периодичностью 0,3-0,5 сек, при неисправности одного из них, прибор продолжает работу по исправному каналу, сигнализируя о своем дефекте;
2) Контроль исправности светоприемника;
3) Контроль линий связи;
4) Контроль соответствия состояния контактов реле заданному;
5) Контроль температуры внутри датчика;
6) Контроль потускнения стекла или предупреждение о низкой интенсивности факела;
7) Контроль напряжения питания.
Прибор обладает повышенной надежностью при работе на повышенных температурах до +70°С длительно и до +75°С кратковременно до 2-3 часов.
Количество каналов | 2 независимых канала по двум независимым фотоприемникам, работают одновременно | |
Выходы | ||
1. | релейные сигналы 3 группы контактов | «Пламя»– реле «Отказ» – реле «Потускнение факела» – реле |
Напряжение внешних коммутируемых цепей, не более — для цепей переменного тока — для цепей постоянного тока | ≈220 В, 50Гц 30В / 2А | |
Регулировка порога срабатывания реле | 0-100% Свободно устанавливаемая | |
2. | аналоговый, отдельно по двум каналам, мА | 4-20 |
3. | коммуникационный протокол | RS-485 Modbus |
Диапазон длин волн, нм | 320-1100 – УФ 900 – 1700 – ИК | |
Время срабатывания, (при установке срабатывания = 0)не более — при появлении пламени, с — при погасании пламени, с | 1 2 | |
Угол обзора, град | 5-6 | |
Напряжение питания, В | от = 90 до =264 от ~120 до ~370 | |
Мощность при ~220В, не более ВА | 10 | |
Габариты прибора: ширина х высота х глубина, мм -сигнализатор -фотодатчик | 80х160х200 90х115х65 | |
Температура окружающего воздуха, °С сигнализатор фотодатчик — без использовании обдува прибора, °С — при использовании обдува прибора, °С | от -20 до +65 от -40 до +70 (+75 кратковременно) от -40 до +90 | |
Степень защиты по ГОСТ 14254–96 -сигнализатор -фотодатчик | IP40 IP65 | |
Масса, не более, кг -сигнализатор -фотодатчик | 3 1 |
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ
- Сигнализация погасания или потускнения факела;
- Отображение интенсивности факела горелки в % на цифровом индикаторе по каждому каналу;
- Предупредительная сигнализация о возможном погасании факела или засорении стекла;
- Самоконтроль состояния по нескольким параметрам и отображение конкретной неисправности;
- Индикация температуры внутри каждого датчика;
- Выходной аналоговый сигнал с сигнализатора от 4 до 20 мА;
- Работа по интерфейсу RS – 485 по протоколу MODBUS-RTU.
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ
ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ
ОБОЗНАЧЕНИЕ ПРИ ЗАКАЗЕ
Устройство контроля наличия факела в топке котла ФАКЕЛ-012-01
Приборы контроля пламени и управления розжигом Ф 34.2, Ф 34.3
Прибор контроля пламени и управления розжигом Ф34.2
Предназначен для применения в схемах контроля пламени и автоматического розжига горелочных устройств в топочных камерах стационарных котлов и печей. Прибор используется для независимого или последовательного розжига двух горелочных устройств. Он может работать с различными типами датчиков пламени:
– детектирующими (контрольные электроды типа КЭ).
– ультрафиолетовыми.
– частотными типа ФДЧ.
– другими типами преобразователей, формирующих выходной сигнал постоянного напряжения в диапазоне — 10…1.5В.
Ф34.2 выполняет следующие функции:
- преобразование по двум независимым каналам сигналов от различных датчиков пламени в выходные релейные сигналы контроля.
- последовательный розжиг первого и второго каналов.
- формирование трех выдержек времени для управления программой розжига по двум каналам.
- формирование импульсов тока для управления катушками зажигания запальников.
- управление клапанами подачи топлива к горелке.
- формирование напряжения постоянного и переменного тока для питания различных датчиков пламени.
Прибор контроля пламени Ф34.3
Предназначен для применения в схемах контроля пламени горелочных устройств в топочных камерах стационарных котлов и печей. Прибор имеет встроенную «схему голосования», которая применяется при работе трех датчиков на одну горелку в режиме «2 из 3». Он может работать с различными типами датчиков пламени:
– детектирующими (контрольные электроды типа КЭ)
– ультрафиолетовыми
– частотными типа ФДЧ
– другими типами преобразователей, формирующих выходной сигнал постоянного напряжения в диапазоне — 10…1.5В.
Ф34.3 выполняет следующие функции:
- преобразование по трем независимым каналам сигналов от датчиков пламени в выходные релейные сигналы контроля.
- формирование обобщенного сигнала о наличии пламени по схеме «2 из 3».
- сигнализация о неисправности каналов контроля (дублирование каналов).
- сигнализация о неисправности питания прибора.
- формирование напряжения постоянного и переменного тока для питания различных датчиков пламени.
Блок розжига и контроля пламени для газового проточного водонагревателя
После нескольких лет эксплуатации газовой колонки в ней вышел из строя электронный блок розжига и контроля пламени, который обеспечивает автоматическое зажигание газа в колонке при открывании крана горячей воды.
Наличие пламени контролирует датчик, реагирующий на изменение сопротивления газовоздушной среды, ионизированной пламенем.
Изучив принцип работы отказавшего блока, автор решил самостоятельно изготовить его замену. Однако учтите, что самостоятельное внесение изменений в конструкцию, во-первых, лишает вас гарантии производителя, а во-вторых, вся ответственность за возможные негативные последствия ложится на вас.
Поскольку всё, связанное с газом, требует повышенных мер безопасности, алгоритм работы отказавшего блока Sparker BK-175EN был в точности повторен.
Сама колонка (проточный водонагреватель Beretta серии Idrabagno) не подвергалась никаким изменениям и переналадкам. Все предохранительные и защитные механизмы, предусмотренные для колонки, продолжают выполнять свои функции, поэтому безопасность эксплуатации колонки ничуть не уменьшилась.
Единственное, что пришлось сделать, — иначе подключить провода к микропереключателю, срабатывающему при открытии воды. При работе со штатным блоком эти контакты должны быть разомкнуты, если кран горячей воды открыт, а напор воды достаточен для нормальной работы колонки, и замкнуты в противном случае.
На разработанный блок через этот микровыключатель было решено подавать напряжение питания, поэтому необходимо, чтобы при поступлении в колонку воды его контакты были замкнуты. Для этого достаточно перенести провод с нормально замкнутого контакта микровыключателя на нормально разомкнутый.
Ещё один защитный механизм — термопредохранитель, размыкающий свои контакты при превышении допустимой температуры нагретой воды. Он установлен на трубке, по которой отводится нагретая вода, и при её перегреве срабатывает и размыкает цепь питания блока. Третий защитный механизм — устройство контроля тяги, которая должна обеспечивать полное удаление продуктов сгорания.
Оно срабатывает от повышения температуры в дымоходе в случае недостаточной тяги и также размыкает цепь питания блока. Алгоритм работы блока розжига и контроля пламени Sparker BK-175EN описан в инструкции по эксплуатации колонки.
При открывании крана горячей воды и достаточном её напоре микровыключатель срабатывает и подаёт сигнал, по которому открывается газовый клапан запальника и начинается генерация искр, поджигающих в нём газ.
Как только этот газ загорелся, что определяется по резкому уменьшению электрического сопротивления газовоздушной смеси, блок подаёт сигнал открыть газовый клапан основной горелки.
Поступающий через него газ воспламеняется от горящего запальника. После этого запальник гаснет, так как блок розжига закрывает доступ газа в него.
Если с момента открывания крана горячей воды прошло 10 с, а газ в запальнике ещё не горит, блок перекрывает его подачу и прекращает генерацию искр.
Чтобы повторить цикл запуска, необходимо закрыть кран горячей воды и снова открыть его. В процессе работы колонки блок постоянно контролирует наличие пламени. Если оно погаснет, будет предпринята попытка повторно зажечь газ. Если через 10 с работа колонки не возобновится, блок перекроет подачу газа и прекратит генерацию искр, как описано выше.
По такому же алгоритму работает с 2012 г. и разработанный блок розжига и контроля пламени. Однако в его работу внесено усовершенствование. Дело в том, что пользуясь горячей водой из водопровода, кран горячей воды довольно часто открывают всего на несколько секунд.
Например, чтобы просто что-нибудь намочить или сполоснуть горячей водой. Но для получения горячей воды из газовой колонки открывание крана на З…4с ничего не даёт, поскольку в колонке успевает зажечься только запальник, а вода остаётся холодной. Чтобы избежать частых ложных зажиганий запальника, в блок введён узел задержки включения колонки. Экспериментально было определено, что она должна быть около 5…6 с.
Впрочем, если эта задержка не нужна, реализующий её узел можно просто исключить из устройства. Как это сделать, будет рассказано в конце статьи. Структурно предлагаемый блок розжига и контроля пламени состоит из устройства управления и устройства розжига.
Принципиальная схема
Схема устройства управления представлена на рис. 1, а схема соединения его с колонкой — на рис. 2, где SF1 — микровыключатель, срабатывающий при открытии крана горячей воды и наличии её в колонке, SF2 — термовыключатель, срабатывающий при превышении допустимой температуры воды, SF3 — термовыключатель системы контроля тяги.
На рис. 2 указан также цвет проводов, подходящих к контактам разъёма со стороны колонки. Газовыми клапанами колонки управляют логические элементы DD1.3 и DD1.4, сигналы которых усиливают соответственно транзисторы VT2 и VT3. Узел на элементе DD1.2 реагирует на сопротивление пламени, штатный датчик которого — электрод, расположенный в камере сгорания.
Через сопротивление связывающего его с блоком высокоомного провода, обозначенное на схеме Rnp, электрод соединён с нижним по схеме входом (выводом 12) логического элемента DD1.2. Этот же вход соединён с плюсом напряжения питания через резистор R5, который образует с сопротивлением пламени делитель напряжения.
В отсутствие пламени логические уровни напряжения высокие на обоих входах элемента DD1.2, следовательно, уровень напряжения на его выходе низкий. Когда пламя горит, его сопротивление намного меньше сопротивления резистора R5 и логический уровень напряжения на нижнем по схеме входе (выводе 12) элемента DD1.2 низкий, а на выходе — высокий.
Диоды VD1 и VD2 ограничивают амплитуду высоковольтных импульсов, которые могут быть наведены на датчик пламени происходящими вблизи него искровыми разрядами, поджигающими пламя.
Конденсатор C3 необходим для надёжного подавления возможных наводок на вход элемента DD1.2. Ёмкость этого конденсатора должна быть не менее 0,01 мкФ (определено экспериментально).
На логических элементах DD2.2 и DD2.3 собран «аварийный» триггер. При включении напряжения питания цепь R8C6 формирует импульс, устанавливающий триггер в состояние с высоким уровнем напряжения на выходе элемента DD2.3 и соединённом с ним нижнем по схеме (выводе 2) входе элемента DD1.1.
Цепь R1R4C1 после включения питания задерживает на 5…6 с установку высокого уровня на верхнем по схеме входе (выводе 1) элемента DD1.1, и всё это время уровень на его выходе остаётся низким.
Это задерживает на указанное время открывание транзистора VТ1 и подачу напряжения питания на эмиттеры транзисторов VТ2 и VT3, в течение которого газовые клапаны колонки остаются закрытыми, а обмотка реле К1 — обесточенной, что запрещает работу узла розжига. После выключения колонки конденсатор С1 разрядится через резистор R1, и узел задержки включения будет снова готов к работе.
Поскольку ёмкость конденсатора С1 невелика, он успевает разрядиться за 1…2 с. Принимать дополнительные меры для ускорения его разрядки не требуется.
Описанное выше состояние «аварийного» триггера сохраняется неизменным при нормальной работе колонки. Если триггер будет переключён в противоположное состояние, уровень на выходе элемента DD2.3 станет низким, а на выходе элемента DD1.1 высоким, что закроет транзистор VT1. Работа колонки будет заблокирована.
Рис. 1. Схема блока разжига.
На элементе DD2.1 выполнен узел, задающий предельную продолжительность поджигания пламени при включении колонки, а также время, по истечении которого будет зафиксировано его погасание в процессе работы.
Если пламя не зажглось в течение 10… 12 с после открывания крана горячей воды (через 5…6 с после начала розжига), он подаёт сигнал на «аварийный» триггер, блокирующий работу колонки.
Сразу после открытия крана горячей воды, т. е. при подаче напряжения питания на блок, пламени, естественно, нет. На выходе элемента DD1.2 — низкий уровень, а на выходе элемента DD1.3 — высокий. Через резистор R9 конденсатор С5 начинает заряжаться.
Если за 10…12 с пламя не зажглось, напряжение на этом конденсаторе достигнет логически высокого уровня и на выходе элемента DD2.1 уровень станет низким.
Это переключит «аварийный» триггер в состояние с низким уровнем на выходе элемента DD2.3. Поскольку этот выход соединён с нижним по схеме входом (выводом 2) элемента DD1.1, на выходе последнего будет установлен высокий уровень, что закроет транзистор VT1 и приведёт к выключению всех исполнительных механизмов колонки: клапана подачи газа, клапана запальника, а реле К1 отключит устройство розжига. Работа колонки будет заблокирована.
Если газ в работающей колонке погаснет, на выходе элемента DD1.2 немедленно будет установлен низкий уровень, на выходе элемента DD1.3 — высокий, а на выходе элемента DD1.4 — низкий. Транзистор VT2 закроется, закрывая клапан подачи основного газа, а VT3 откроется, подавая напряжение на клапан запальника и на обмотку реле К1.
Реле включит устройство розжига, т. е. блок попытается снова поджечь газ. Конденсатор С5 начнёт заряжаться через резистор R9. Если через 10…12 с пламя не появится, напряжение на конденсаторе С5 достигнет уровня переключения элемента DD2.1 и на выходе элемента DD2.3 будет установлен низкий уровень, что заблокирует работу колонки.
Рис. 2. Схема подключения к колонке.
Цепь VD3R2R3 необходима для быстрой разрядки конденсатора С5, чтобы этот узел задержки выключения колонки при погасании пламени был снова готов к работе через 1…2 с после закрывания воды. После отключения питания напряжение на катоде диода VD3 становится меньше напряжения на его аноде, поэтому диод открывается и конденсатор С5 быстро разряжается через резистор R3.
Схема устройства поджига газа
Схема устройства поджига газа приведена на рис. 3. При его разработке было проведено множество экспериментов, после которых стало понятно, что очень сложно сделать устройство, которое при питании напряжением 1,5 В (как отказавший блок) надёжно зажигает газ в колонке.
Рис. 3. Схема устройства поджига газа.
На первый взгляд, схем «электронных спичек», работающих даже от такого напряжения, существует множество. Но все они предназначены для поджигания газа человеком, который контролирует процесс, передвигая искрящие электроды вблизи конфорки газовой плиты, пока газ не вспыхнет.
В запальнике электрод зафиксирован, и его положение невозможно менять в процессе розжига, чтобы добиться воспламенения газа. Поэтому искра должна иметь достаточную энергию, чтобы всегда и гарантированно зажигать газ без всякого контроля со стороны человека.
Было решено питать устройство поджига от сети -230 В. Ведь трудно представить себе, что колонку установят в таком месте, где есть водопровод, но нет электросети. Испытывались многие варианты, например, на динисторе из [1] .
Но при низкой частоте новообразования и небольшой энергии искры газ воспламенялся лишь в 50…60 % случаев, что совершенно недостаточно.
Поэтому было решено остановиться на широко известном, неоднократно повторенном и всегда дающем наилучший результат устройстве с тринистором из [2] . Оно обеспечивает высокую частоту искрообразования и достаточную мощность искры. Газ вспыхивает всегда и сразу.
Безопасное питание от сети обеспечивается надёжной изоляцией между первичной и вторичной обмотками высоковольтного трансформатора. Кроме того, для управления устройством поджига применено электромагнитное реле, что обеспечивает изоляцию этого устройства от устройства управления.
Тем, кто сомневается в безопасности такого решения, хочу напомнить, что сетевое питание применено практически во всех газовых плитах с электрическим розжигом.
А теперь о совместной работе описанных выше узлов. При открывании крана горячей воды будут замкнуты контакты находящегося в колонке микровыключателя SF1, и на устройство управления поступит напряжение питания.
Благодаря цепи R8C6 «аварийный» триггер будет установлен в состояние, не препятствующее нормальной работе блока, т. е. с высоким уровнем на выходе элемента DD2.3.
Начнётся отсчёт выдержки узлами на элементах DD1.1 и DD2.1. По истечении 5…6 с элемент DD1.1 откроет транзистор VТ1, который соединит с источником питания эмиттеры транзисторов VТ2 и VT3.
Пока пламени нет, на выходе элемента DD1.2 установлен низкий уровень, соответственно на выходе элемента DD1.3 он высокий, а на выходе элемента DD1.4 низкий. Поэтому транзистор VТ2 закрыт, а с ним закрыт и клапан подачи основного газа. Однако транзистор VT3 открыт, поэтому напряжение поступает на обмотку реле К1 и клапан запальника.
Реле К1 своими контактами К1.1 замыкает цепь питания от сети -230 В устройства розжига, с которого высоковольтные импульсы поступают на штатный поджигающий электрод колонки, что вызывает серию искр, зажигающих газ в запальнике. Если газ в запальнике воспламенился, на выходе элемента DD1.2 появляется высокий уровень напряжения.
Соответственно уровни на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 сменяются противоположными. Поскольку на выходе элемента DD1.3 уровень становится низким, конденсатор С5 разряжается и «аварийный» триггер остаётся в состоянии, не влияющем не работу блока.
Транзистор VТ2 открывается и на клапан подачи основного газа поступает напряжение. Транзистор VT3 закрывается, отключая напряжение от обмоток реле К1 и клапана запальника. Но закроется этот транзистор с некоторой задержкой, которая необходима, чтобы после открытия клапана подачи основного газа запальник некоторое время продолжал гореть.
Экспериментально установлено, что при закрывании клапана запальника одновременно с открыванием основного клапана газ, поступающий в камеру сгорания, не успевает зажечься. Диод VD4 не позволяет конденсатору С7 слишком быстро разрядиться через выход элемента DD1.3.
Если газ по какой-либо причине не воспламенился, то через 10… 12 с после открывания крана горячей воды, т. е. через 5…6 с после открытия клапана запальника и подачи искры, конденсатор С5 зарядится до высокого логического уровня, который присутствует на выходе элемента DD1.3, если пламени нет.
На выходе элемента DD2.1 будет установлен низкий уровень, что переключит «аварийный» триггер в противоположное состояние, и низкий уровень с его выхода поступит на нижний по схеме вход (вывод 2) элемента DD1.1.
На выходе этого элемента будет установлен высокий уровень, что закроет транзистор VТ1. Клапан подачи газа, клапан запальника и реле К1 будут обесточены, и работа колонки заблокирована.
Высоким уровнем, появившимся на другом выходе триггера, будет открыт транзистор VТ4, что включит светодиод HL2, сигнализирующий об аварийной ситуации. В таком состоянии устройство останется, пока с него не будет снято напряжение питания.
Если по какой-либо причине пламя погаснет, низкий уровень на выходе элемента DD1.3 сменится высоким и конденсатор С5 начнёт заряжаться, отсчитывая выдержку 10… 12 с до полной блокировки колонки. При этом клапан подачи газа будет закрыт, а клапан запальника открыт и включён узел розжига.
Эти 10… 12 с блок будет пытаться зажечь газ, как и при открытии воды. Если произойдёт нормальное зажигание газа, конденсатор С5 опять разрядится и работа колонки продолжится в штатном режиме — пользователь даже не заметит перебоя. Если газ не воспламенится, произойдёт аварийное отключение колонки.
Некоторые детали для изготовления нового блока взяты из отказавшего блока BK-175EN. Это высоковольтный трансформатор Т1, разъём XS1, а также провода, идущие к поджигающему электроду и датчику пламени.
Эти провода имеют высокое погонное сопротивление для подавления помех, генерируемых при искрообразовании, надёжную изоляцию, устойчивую к высокой температуре, и специальные наконечники для подключения к поджигающему электроду и датчику пламени колонки.
Чтобы извлечь необходимые элементы из неисправного блока, нужно аккуратно разломать его оболочку. Поскольку компаунд, которым залит блок, прозрачен, все его детали хорошо видны.
Разъём нужно аккуратно выпилить вместе с частью платы, затем, прогревая паяльником компаунд, удалить его, после чего выпаять разъём. Конечно, если есть возможность, разъём можно просто приобрести в магазине.
Внешний вид высоковольтного трансформатора показан на рис. 4. Его размеры — приблизительно 28x25x22 мм. Он не составляет единое целое с блоком, поэтому извлечь его легче, чем разъём. Но если блок отказал именно в результате межвиткового пробоя в этом трансформаторе, использовать его не удастся.
Определить пробой можно по характерным внешним признакам либо после включения его в новый блок. В таком случае высоковольтный трансформатор придётся изготовить самостоятельно, например, по оекомендациям в И. 21.
Рис. 4. Внешний вид высоковольтного трансформатора.
Поскольку внутри колонки достаточно места, нет смысла стремиться сделать трансформатор маленьким. Можно использовать даже выходной трансформатор строчной развёртки телевизора. Это сэкономит время, да и надёжность будет выше.
В изготовленном мною блоке длительное время успешно работал, давая мощнейшую искру, именно трансформатор от чёрно-белого телевизора. Не забудьте, что первичная и вторичная обмотки должны быть надёжно изолированы одна от другой, поскольку трансформатор должен обеспечить изоляцию металлических частей колонки и водопроводных труб от электросети.
Нельзя, например, использовать катушки зажигания от автомобилей и мотоциклов, поскольку в них первичная и вторичная обмотки соединены, что категорически недопустимо.
Диоды серии КД 105 в устройстве розжига могут быть заменены другими с не меньшим допустимым обратным напряжением, например 1N4007. В качестве конденсатора С1 в нём рекомендуется использовать плёночный К73-17. Тринистор КУ202Н можно заменять другим из серий КУ201, КУ202.
Главное, чтобы допустимое для него напряжение в закрытом состоянии было не менее 300 В. Ток, потребляемый устройством розжига от сети, не превышает 30 мА. К деталям устройства управления особых требований нет. Вместо микросхем К561ЛА7 можно использовать функциональные аналоги серии К176 или импортные. Диоды — любые маломощные кремниевые.
Транзисторы должны быть с допустимым током коллектора не менее 100 мА и коэффициентом передачи тока базы не менее 100.
В качестве реле К1 я применил реле РЭС60 исполнения 032.21.183 (РС4.569. 435-04) с сопротивлением обмотки 36 Ом и током срабатывания 60 мА. Оно может быть заменено другим с аналогичными параметрами, например, реле РЭС15 исполнения РС4.591.002 с сопротивлением обмотки 136 Ом и током срабатывания 30 мА.
В последнем случае ограничительный резистор R15 не нужен. При выборе реле необходимо помнить, что оно должно иметь напряжение срабатывания не более 5 В, а допустимый ток коллектора транзистора VT3 должен быть больше рабочего тока этого реле.
Вместо электромагнитного реле можно применить симисторный оптрон МОС3023, МОС3063, МОС3083 или аналогичный с детектором нуля или без него. Для этого нужно катод светодиода HL3 отключить от точки соединения катода светодиода HL4 с резистором R17 и соединить его с анодом излучающего диода оптрона.
Катод излучающего диода подключают к резистору R15 вместо вывода обмотки реле, которое удаляют. Сопротивление этого резистора нужно увеличить до 560 Ом. При применении другого оптрона сопротивление R15, возможно, потребуется подобрать для его надёжного срабатывания.
Фотосимистор оптрона подключают вместо контактов реле К1.1 (см. рис.3). Этот фотосимистор способен коммутировать ток до 1 А, что значительно больше тока, потребляемого устройством розжига (30 мА).
Высокоомный резистор R5 в устройстве управления составлен из пяти соединённых последовательно резисторов сопротивлением по 10 МОм.
Светодиоды, типы которых указаны на схеме, можно заменять другими подходящего цвета и яркости свечения. Светодиоды HL1-HL4, а также сопутствующие им резисторы R10, R13, R14, R17 и транзистор VТ1 могут быть исключены из устройства управления без потери его работоспособности.
Но делать это не рекомендуется, поскольку при срабатывании защиты или неисправности блока светодиоды могут помочь определить причину неприятного события. Обмотка клапана запальника колонки имеет сопротивление 38 Ом и при работе в штатном блоке от гальванического элемента напряжением 1,5 В потребляет ток около 39 мА.
При питающем напряжении 5 В последовательно с ней должен быть включён ограничительный резистор R16. Обмотка клапана подачи основного газа имеет сопротивление 56 Ом и потребляет ток около 26 мА. Ей также необходим ограничительный резистор R18.
Детали и налаживание
Блок собран на монтажной плате, в одной части которой находятся элементы устройства управления, а в другой — элементы устройства розжига.
При желании плату можно поместить в подходящий корпус из диэлектрического материала, но это не обязательно. У меня плата закреплена внутри колонки и изолирована от её корпуса диэлектрической прокладкой.
К нижнему по схеме входу (выводу 12) элемента DD1.2 припаян штатный высокоомный провод, идущий от датчика пламени колонки. К «горячему” выводу обмотки II трансформатора Т1 припаян второй высокоомный провод, который идёт от запального электрода колонки.
Второй вывод обмотки II трансформатора Т1 соединён отдельным проводом с металлическим корпусом колонки в непосредственной близости от запального клапана. Оба идущих от обмотки II трансформатора провода лучше свить с шагом 2…3 см и не располагать рядом с проводом, идущим к датчику пламени, а тем более параллельно этому проводу.
Для питания блока использовано зарядное устройство от сотового телефона со стабилизированным выходным напряжением 5 В. С соблюдением полярности оно подключено к контактам отсека для гальванического элемента.
Налаживая блок, убедитесь прежде всего в работе устройства розжига. Для этого подайте на него переменное напряжение 230 В (желательно через разделительный трансформатор).
Обычно оно начинает работать сразу. При наличии серии мощных искр, следующих с частотой 50 Гц, испытание можно считать успешно законченным.
В некоторых случаях, если попался экземпляр тринистора с большим током открывания, потребуется уменьшить сопротивление резистора R2 либо подобрать экземпляр тринистора с меньшим током открывания. Поскольку устройство работает кратковременно, мощности резисторов R1 и R2 0,5 Вт вполне достаточно.
Затем переходите к проверке работы устройства управления. Подайте на него напряжение питания. Через 5…6 с должен включиться зелёный светодиод HL1, показывая, что напряжение питания поступило на транзисторы VТ2 и VT3. Одновременно со светодиодом HL1 должен включиться и жёлтый светодиод HL3, показывающий, что газовый клапан запальника открыт и происходит попытка розжига.
Если в течение следующих 5…6 с не предпринимать никаких действий, зелёный и жёлтый светодиоды HL1 и HL3 должны выключиться, а красный светодиод HL2 включиться, сигнализируя об аварии.
В таком состоянии устройство может оставаться сколь угодно долго. Чтобы выйти из него, необходимо выключить питание и через 2…3 с снова включить его, имитируя закрывание и последующее открывание крана горячей воды.
Цикл запуска начнётся заново. Теперь в течение 5…6 с после зажигания зелёного HL1 и жёлтого HL3 светодиодов необходимо соединить с общим проводом провод, идущий к датчику пламени, имитируя его появление.
При этом должен включиться синий светодиод HL4, сигнализируя о подаче основного газа, а через 1…2 с после этого выключиться жёлтый светодиод HL3. Это основной рабочий режим колонки.
Если после этого соединение входа датчика пламени с общим проводом будет разорвано, имитируя погасание пламени, синий светодиод HL4 должен выключиться, а жёлтый светодиод HL3 включиться, показывая, что происходит попытка разжечь погасшее пламя.
Если в течение 5…6 с снова соединить вход датчика пламени с общим проводом, синий светодиод HL4 включится, а через 1…2 с выключится жёлтый светодиод HL3. Устройство продолжит работать в основном режиме. В противном случае по истечении указанного времени включится красный светодиод HL2, все остальные светодиоды будут выключены, а устройство заблокировано.
В процессе налаживания может потребоваться корректировка длительности выдержек узлов на элементах DD1.1 и DD2.1. При этом не следует забывать, что резисторы R4 и R1, а также R9 и R6 образуют делители напряжения, задающие конечное напряжение зарядки конденсаторов С1 и С5.
Для нормальной работы сопротивление резисторов R1 и R6 должно быть приблизительно в 1,5 раза больше, чем сопротивление соответственно резисторов R4 и R9. Во избежание излишних трудностей с подборкой резисторов рекомендую устанавливать длительность выдержек только изменением ёмкости конденсаторов С1 и С5, не трогая резисторы.
Задержку закрывания клапана запальника и выключения устройства розжига корректируют изменением ёмкости конденсатора С7 — чем она больше, тем позже закроется клапан запальника после начала подачи основного газа.
Понятно, что с увеличением этой задержки основной газ поджигается надёжнее, но не имеет смысла увеличивать её свыше 1 …2 с. Убедившись, что всё работает, как описано, проверку можно считать оконченной.
Теперь можно подключить к блоку разъём газовой колонки и присоединить к нему провода, идущие от её датчика пламени, запального электрода и корпуса.
Не забудьте перенести оранжевый провод с нормально замкнутого контакта микропереключателя SF1, срабатывающего при открывании воды, на его нормально разомкнутый контакт.
Если решено исключить из устройства управления узел задержки включения колонки, конденсатор С1 и резисторы R1, R4 не устанавливают, а выход элемента DD2.2 (именно его, а не элемента DD2.3) соединяют с левым по схеме выводом резистора R7, отключив этот вывод от выхода элемента DD1.1.
Необходимо также уменьшить выдержку узла, задающего продолжительность розжига, с 10…12 с до 5…6 с. Для этого нужно уменьшить ёмкость конденсатора С5 приблизительно вдвое.
Диод VD3 и резисторы R2 и R3 теперь не нужны, так как конденсатор такой ёмкости достаточно быстро разряжается через резистор R6 и без них.
Теперь элемент DD1.1 остаётся свободным и вместе с DD2.4 таких элементов будет уже два. Их можно использовать, например, для организации звуковой сигнализации о погасании горелки. Если они остаются свободными, их входы необходимо соединить с общим проводом или линией питания микросхем DD1 и DD2.
А. Карпачев, г. Железногорск Курской обл. Р-12-17.
Литература:
- Нечаев И. Электронная «спичка». — Радио, 1992, № 1, с. 19-21.
- Харьяков В. Электронная «спичка» для газовой плиты. — Радио, 1994, № 5, с. 32, 33.
Как сделать детектор пламени | ПИК
Цель этого проекта — создать сигнализацию, которая сигнализирует о наличии пламени. Это достигается за счет трех основных компонентов:
- Модуль детектора пламени
- Схема контроллера
- Прошивка закодирована в главный контроллер
Схема контроллера проста, ядром схемы является PIC16F819. Переключатель используется для сброса / тестирования, зуммер для оповещения тех, кто находится поблизости, один зеленый светодиод, чтобы указать, что модуль работает правильно, и красный светодиод, чтобы указать, что датчик снимает показания с модуля пламени.Схема также имеет небольшую подсхему управления питанием, в которой для регулирования мощности используется микросхема 7805 в корпусе SOT-89.
Настоящее волшебство в этом проекте заключается в прошивке на PIC16F819. Сам код написан на XC8 и состоит всего из 100 строк, многие из которых являются пустыми пробелами, фигурными скобками или комментариями. При выполнении PIC проходит процедуры настройки, включая установку битов TRIS, отключение АЦП и настройку генератора. После этого PIC входит в бесконечный цикл, который проверяет модуль, чтобы определить, высокий или низкий уровень на выходе.Если низкий, то обнаружено пламя и срабатывает программа сигнализации. Эта процедура заставляет зуммер издавать звуковой сигнал бесконечно, пока кнопка тестирования не будет нажата и удерживается. Если пламя не обнаружено, программа заставляет мигать красный светодиод, чтобы указать, что проводятся измерения, а также проверяет, была ли нажата кнопка тестирования. Если да, то звучит зуммер, чтобы доказать, что устройство (или, по крайней мере, главная цепь) действительно работает.
Датчик пламени Pilot Light для Burning Man Art
Недавно я сконструировал датчик пламени для арт-проекта Мартина «Молтенстилмана» Монтесано «Три желания», который будет показан на Burning Man.
В качестве меры предосторожности в некоторых типах пожарных установок требуется использовать датчики на своих контрольных лампах. Если ветер сдувает пилот, газ должен автоматически отключаться, а другие клапаны, управляющие пропаном высокого давления, направленными на этот пилот, должны быть заблокированы от открытия.
В этой статье я хотел бы поделиться с вами подробностями о том, как я построил печатную плату для проекта Мартина, чтобы удовлетворить этим требованиям.
Эта Информация (веб-страница и соответствующие файлы аппаратного и программного обеспечения) предоставляется «как есть» и без каких-либо гарантий , явных или подразумеваемых, включая, но не ограничиваясь, подразумеваемые гарантии товарного состояния и пригодности для определенной цели.Ни при каких обстоятельствах PJRC.COM, LLC или Paul Stoffregen не несут ответственности за любые прямые, косвенные, случайные, особые, образцовые или косвенные убытки, возникшие каким-либо образом в результате использования этой Информации, даже если было сообщено о возможности такого ущерба. .
Надеюсь, вам будет интересна эта статья. Если вы все-таки воспользуетесь им, помните, что это то, что вы бесплатно нашли в Интернете. В конечном итоге вы несете ответственность за управление рисками любого проекта, который вы создаете, и принятие на себя ответственности за них.
Как почувствовать пламя
Есть как минимум 3 способа почувствовать огонь.
- Инфракрасный свет : Если вы ищете датчики пламени и Arduino, почти во всех учебных пособиях и недорогих продуктах используются простые ИК-диоды или фототранзисторы. Инфракрасный свет также исходит из многих других естественных и искусственных источников, что делает этот подход очень трудным для надежной реализации. Абсолютно последнее, что вам нужно в этом приложении, — это ложные показания, позволяющие течь пропану под высоким давлением!
- Нагрев / температура : Термопары и термобатареи обычно используются в водонагревателях и газовых каминах.Однако измерение температуры может быть довольно сложной задачей для наружного применения, подверженного воздействию ветра и сделанного из металлов, которые могут оставаться горячими в течение длительного времени.
- Электропроводность / Исправление пламени : В современных газовых печах используется этот высоконадежный метод. Газовое пламя является проводящим и действует как выпрямитель, подобно диоду. Предполагается, что эффект выпрямления связан с разницей в подвижности положительно ионизированных частиц (горящего топлива) и свободных электронов. Приложение напряжения к пламени может сдвинуть электроны гораздо сильнее, чем положительно заряженные ионы.Лучшее объяснение, которое я нашел, содержится в статье Андреаса Мёлльберга.
Мартин уже приобрел этот стержень датчика пламени (Rheem 62-23543-01), основываясь на том факте, что это датчик, используемый в обычной печи, что он имеет удобную L-образную форму, которая хорошо сочетается с дизайном пилотной лампы его искусства. , и что это всего 7 долларов. Таким образом, был выбран путь обнаружения выпрямления пламени…
Он также установил одну из пилотных ламп Three Wishes к регулятору и приспособлению, чтобы я мог забежать на задний двор из пропанового баллона моего барбекю!
С этим датчиком и испытательным оборудованием я начал с электроники, чтобы заставить ее работать.
Схема выпрямления пламени
Должен признаться, до этого проекта я даже не слышал о выпрямлении пламени. Читая статью Мёлльберга, стало ясно, что пламя действует как диод с последовательно включенным резистором очень большого номинала. Существует множество руководств для обучения техников-печников с хорошей информацией. Итак, основная идея состоит в том, чтобы приложить к пламени значительное переменное напряжение, а затем найти крошечный импульсный постоянный ток.
После пары неудачных попыток поисков было обнаружено несколько патентов.Я попробовал пару из них, в конечном итоге остановившись на US5439374, отчасти потому, что он позволяет получать фактические аналоговые показания (многие схемы представляют собой просто индикаторы пламени и отсутствия пламени), а отчасти потому, что срок его действия истек в 2013 году.
Основная идеяUS5439374 заключается в том, что ток может пройти только по двум путям, чтобы добраться до пламени, либо через конденсатор № 24, либо через резисторы и транзистор. Поскольку конденсаторы могут пропускать только переменный ток, если какой-либо чистый постоянный ток протекает через пламя, он также должен проходить через переход база-эмиттер транзистора.
Усиленная копия постоянного тока протекает через транзистор и диод, вызывая заряд конденсатора №50. Более высокая проводимость пламени постоянного тока заставляет этот конденсатор заряжаться быстрее.
Я построил на макете адаптацию схемы US5439374.
Большая часть этой схемы генерирует переменное напряжение, потому что она предназначена для работы от 12 вольт постоянного тока. Слева направо Teensy LC создает сигнал переменного тока, используя свой выход ЦАП. Он проходит через фильтр нижних частот, чтобы сгладить ступеньки, и усилитель с коэффициентом усиления 3, чтобы преобразовать его в сигнал от пика до пика 10 вольт.Усилитель использует пару транзисторов для буферизации своего выхода, который затем управляет небольшим трансформатором с соотношением примерно 1:11. В результате получается около 40 вольт переменного тока (среднеквадратичное значение) или около 112 вольт от пика до пика. Вместо того, чтобы использовать 50 или 60 Гц, как в печи, Teensy генерирует переменный ток 1 кГц, что обеспечивает более быстрое измерение и меньший трансформатор и конденсаторы.
Детали в верхнем правом углу макетной платы представляют собой схему US5439374. Я использовал транзистор 2N5087 и после некоторой игры установил конденсаторы 1 нФ и 10 нФ.На дальней правой стороне расположены резисторы 15M, 10M, 10M и диод, имитирующий пламя. Как вы можете представить, я пробовал много их комбинаций, и на этой фотографии провод проверяет, что происходит, когда выход замыкается на землю. Оказывается, схема US5439374 работает очень хорошо, достаточно хорошо измеряет сопротивление диода плюс 35 МОм.
Я добавил еще один транзистор NPN через конденсатор, который вы можете видеть справа внизу от трансформатора. Другая половина микросхемы двойного операционного усилителя включает этот транзистор, если напряжение конденсатора поднимается выше 3.3В. Оказывается, эта схема может постепенно заряжать конденсатор примерно до 20 вольт, поэтому это защищает аналоговый входной вывод Teensy на случай, если код не работает, и регулярно разряжает конденсатор, прежде чем он сможет накопить слишком большое напряжение.
Первое испытание огнем
Никакое количество тестов с резисторами и диодами не могло удовлетворить мои давнишние сомнения. Будет ли это действительно работать с настоящим огнем? Итак, пришло время провести первый тест с подключением макетной платы к настоящему пламени.
ПодошелМартин, и мы впервые запустили его с настоящим огнем. У Teensy была простая программа, измеряющая время в микросекундах, в течение которого конденсатор заряжается до 2 вольт.
Я рад сообщить, что пламя подало действительно сильный сигнал. Я провел много испытаний с резисторами от 10 до 35 МОм. Даже при очень низком газе, когда пламя почти не мерцало, мы получали показания (низкие числа) на серийном мониторе.
Когда схема заработала, пришло время превратить ее в полезную конструкцию для управления пилотным светом и другими клапанами.
Печатная плата
Я быстро спроектировал печатную плату со схемой обнаружения пламени, силовой МОП-транзистор для управления газовым клапаном пилотной лампы, реле для включения других клапанов, специальную схему таймера, которую я опишу более подробно в следующем разделе, и все остальное. обычное кондиционирование потребляемой мощности, которое вы ожидаете.
Поскольку время было на исходе, я заказал платы в Sunstone Circuits. У них очень быстрое обслуживание. Цены на быстрый разворот будут лучше, если вы выберете вариант без паяльной маски или шелкографии.Я заказал эти доски в среду на двухдневную очередь. Sunstone отправили на 1 день раньше, так что я получил их в пятницу! Спасибо, Sunstone. 🙂
Это была первая доска, которую я построил. Как видите, у него трансформатор меньшего размера. У меня было только 4 больших и лучших трансформатора, поэтому я хотел сначала попробовать этот.
К счастью, плата сработала. Без серьезных ошибок. Однако во время тестирования я обнаружил одну небольшую ошибку. Ограничивающий диод B130 имеет небольшой ток утечки.Этого недостаточно, чтобы включить соленоид, но он заставляет мультиметр измерять на выходе около 10 вольт (входной импеданс составляет около 10 МОм). На последних платах я добавил резистор 4,7 кОм, поэтому выходное напряжение в выключенном состоянии почти равно нулю. В остальной части информации в этом разделе добавлен дополнительный резистор 4,7 кОм.
Детали печатной платы:
1 Teensy LC 3 светодиода, зеленый 1 светодиод, красный 1 реле, RT424012, Mouser 655-RT424012 1 разъем клеммной колодки, 4 контакта, Phoenix 1755752, 277-1152-ND 1 разъем для клеммной колодки, 6 контактов, Phoenix 1755778, 277-1154-ND 1 разъем, 2-контактный прямоугольный разъем, Molex 22-05-3021 1 операционный усилитель LMC6482A, LMC6482AIMX 1 74VHC123 Dual One-shot, 74VHC123AMXCT-ND 1 LM2940IMPX-5.0 регулятор напряжения, LM2940IMPX-5.0 / NOPBCT-ND 1 трансформатор, аудио 1K: 8 Ом, Mouser / Xicon TU003, Mouser 42TU003-RC 2 IRFR5305 Mosfet, P-канал, IRFR5305PBFCT-ND 2 PNP-транзистора, 2N5087, TO-92, 2N5087-ND, 2N5087CS-ND 2 Резистор, 10 Ом, 1%, 0805 3 Резистор, 220 Ом, 1%, 0603 2 Резистор, 470 Ом, 1%, 0603 6 Резистор, 1К, 1%, 0603 1 резистор, 4,7 кОм, 1%, 0805 (добавить между выходными контактами газового соленоида) 8 Резистор, 10К, 1%, 0603 1 Резистор, 22К, 1%, 0603 2 Резистор, 47К, 1%, 0603 1 резистор, 100 кОм, 1%, 0603 2 Резистор, 220К, 1%, 0805 1 резистор, 470К, 1%, 0805 5 Резистор, 1 МОм, 1%, 0805 3 конденсатор, 4.7нФ, C0G, 0805, 1276-6729-1-ND 1 конденсатор, 1 нФ, 100 В, полиэфирная пленка, 493-3476-ND 1 конденсатор, 10 нФ, 50 В, полиэфирная пленка, 493-3455-ND 2 Конденсатор, 0,1 мкФ, 50 В, X7R, 0603 7 Конденсатор, 1 мкФ, 35 В, X7R, 0805 1 конденсатор, 100 мкФ, радиальный, диаметр 6,3 мм, 493-13394-ND 1 конденсатор, 100 мкФ, тантал 6,3 В 1 конденсатор, 470 мкФ, осевой, 4053PHCT-ND или 4054PHBK-ND 3 диода, двойной общий катод, MMBD4148, MMBD4148CCCT-ND, MMBD4148CC-TPMSCT-ND 1 диод, двойной общий катод Шоттки, BAT54C, BAT54C-FDICT-ND 1 диод, Шоттки, 1 А, 30 В, B130, B130-FDICT-ND 1 диод, стабилитрон, 12 В, 1SMB5927, 1SMB5927BT3GOSCT-ND 4 NPN транзистор, MMBT3904, MMBT3904FSCT-ND 1 транзистор PNP, MMBT3906, MMBT3906FSCT-ND 1 кнопка, 401-1426-1-ND (опция) 2 заголовка, 14 контактов 1 заголовок, 4 штифта (можно вырезать из более длинного заголовка) 2 розетки, 14 контактов 1 гнездо, 4 контакта (можно отрезать от более длинного гнезда, может потребоваться побритая сторона, чтобы соответствовать) 0 Разъем, 3-контактный прямоугольный разъем, Molex 22-05-3031 --- не используется 0 MAX3483 Приемопередатчик RS485 --- не используется
Если вы хотите изготовить некоторые из этих досок, я поделился дизайном на OSH Park.
Вот схема размещения деталей для сборки платы.
При первом обращении к этой плате, нужно протестировать довольно много оборудования. Сначала я применил питание 12 В без установленного Teensy, только чтобы проверить питание 5 В. Если что-то не так с входом питания, обнаружение этого на раннем этапе может спасти Teensy и большую часть других схем.
Я создал этот тестовый набросок оборудования, чтобы помочь проверить большую часть оборудования платы.Во время работы выход газового соленоида включается на 1/2 секунды, а затем выключается на 1 секунду. Лучше всего проверять время с помощью логического анализатора или осциллографа, но если схема таймера не работает, вероятными неисправностями будут отсутствие изменений или 3 быстрых импульса каждые 1,5 секунды.
Удерживание кнопки изменяет выход реле, чтобы можно было проверить другой таймер, реле и его транзистор и, конечно же, кнопку.
Тестовая программа также генерирует сигнал переменного тока 1,2 В (3.3 В (от пика до пика) на выводе ЦАП Teensy LC. Схема операционного усилителя должна увеличить его до 3,6 В переменного тока (10,3 В от пика до пика) на входе трансформатора. Трансформатор должен повышать его примерно до 40 вольт переменного тока (112 вольт от пика до пика на осциллографе). При проверке этих напряжений щупы осциллографа должны находиться в режиме 10X.
Последний тест для проверки цепи датчика пламени US5439374 был проведен с платой, запрограммированной с последним кодом. Он выводит результаты измерения пламени на последовательный монитор Arduino.Тестирование довольно просто провести с резисторами и диодами. Лучше всего использовать быстрый диод не Шоттки. Я использовал диод УФ1003-Т. Меньшие числа — более сильные уровни сигнала. Схема должна иметь возможность измерять не менее 25M последовательно с диодом, но без диода она не должна видеть никакого сигнала (высшее число напечатано).
Сборка и тестирование этих плат заняли большую часть выходных. Вот последние 4 доски.
Функции безопасности
Основная функция безопасности в проекте Мартина — это использование нормально закрытых электромагнитных клапанов и водопровода, рассчитанного на пропан высокого давления.Во всех режимах отказа необходимо избегать подачи питания на электромагнитные клапаны. Когда клапаны закрыты, пропан содержится.
Вместо того, чтобы позволить выводам Teensy напрямую управлять напряжением на вентилях, я добавил аппаратные таймеры с использованием микросхемы 74VHC123. Эта часть работает, по сути, так же, как и знакомая микросхема таймера 555, с компараторами напряжения и защелками установки-сброса. Но в отличие от 555, он предназначен для повторного запуска и имеет логику для запуска по истинному фронту. Их можно добавить к модели 555 дополнительными деталями, но каждый из них добавляет компромиссы в дизайне.74VHC123 сочетает обе функции в высоконадежном чипе.
Таймер включает свой выход, когда видит нарастающий фронт импульса запуска. Триггер края важен. Режимы отказа микроконтроллера обычно приводят к застреванию контактов в одном состоянии. Таймер не реагирует на то, что входной сигнал застревает в высоком или низком уровне. Только переход от низкого к высокому уровню начинает временной цикл.
На этом снимке экрана осциллографа показаны формы сигналов при запуске программы тестирования оборудования. Таймер поддерживает высокий уровень вывода на 0.25 секунд после запуска по нарастающему фронту. Тест дает 3 импульса, затем ждет. Форма волны после этого 3-го импульса проверяет сбой, при котором Teensy может выйти из строя, заблокироваться или иным образом выйти из строя. Аппаратный таймер автоматически отключает пропановый соленоидный клапан через 0,25 секунды без повторного импульса.
Код, который запускает Teensy, также реализует дополнительные функции безопасности. Главный из них — это подсчет хороших показаний пламени. Импульсы отправляются на таймер только в том случае, если все предыдущие 4 показания датчика показывают сигнал пламени.Хотя схема US5439374 работает очень надежно, эта дополнительная проверка предназначена для отключения газа в случае, когда проводятся только периодические измерения. Только когда будет видна стабильная картина хороших показаний пламени, можно запустить таймеры для включения выходов.
Код также измеряет время, пока нажата кнопка ручного пуска. Если эта кнопка вышла из строя (в нажатом состоянии) и индикатор не горит, мы не хотим включать газ. Используется 20-секундный лимит времени, который при запуске устанавливается равным 100 секундам.Ручной запуск работает только в том случае, если сначала будет замечено, что кнопка не нажата, чтобы сбросить это ограничение по времени, а затем можно держать газ включенным только в течение 20 секунд. Если какой-то неожиданный механический сбой приводит к падению предмета на кнопку, в худшем случае будет подача запального газа в течение 20 секунд.
Пыленепроницаемая конструкция
Любой, кто побывал на Burning Man, знает об ужасной пыли. Поэтому я начал разработку корпуса с этой кнопки со степенью защиты IP67, которая имеет настоящую резьбу и гайку (многие из них являются хлипкими, запрессовываемыми).
Это фото кнопки со страницы Digikey, и правда, мне немного любопытно, как им удается получить такие идеальные фотографии со всеми стоящими частями? Настоящие фотографы, должно быть, знают трюки…
Поскольку проект был завершен в сжатые сроки, я вырезал корпус из акриловых листов, которые у меня были под рукой. Вот крышка из тонкого материала, за счет глубины резьбы кнопки.
Некоторое время назад я купил образцы резинового материала, чтобы когда-нибудь попробовать сделать прокладки для водонепроницаемой коробки.Это был день…
Опять же, настоящий фотограф, вероятно, запечатлел бы это без такого большого размытия. Может быть со штативом? Может быть нет? У камеры большие проблемы с фокусировкой на черном листе.
Вот первая проверка прокладки против ранней попытки установки основания.
Один из многих маленьких уроков, которые я усвоил, заключается в том, что сжатая резина оказывает давление на пластик, достаточное, чтобы заставить его согнуться с этим тонким кусочком.В итоге я отказался от этой части и вырезал основы из более толстого материала, чтобы (надеюсь) избежать зазоров от изгиба основы.
Прокладка плотно прилегает к основанию, а печатную плату — к основанию, где подходят 2 разъема. Что касается крышек, я просто склеил их вместе с помощью обычного акрилового цемента, а затем применил силиконовый герметик по внутренним швам.
Вот 4 готовые крышки с установленными кнопками и последняя более толстая основа, готовая к сборке.
Я хотел бы помнить, что эта часть проекта прошла гладко, но правда в том, что в итоге я сделал несколько разных базовых дизайнов. Глупые ошибки. Вот и последняя проверка.
Еще одним важным моментом была высота этих противостояний. Боковые стенки сделаны примерно на 0,015 дюйма выше, чем общая высота стойки и печатной платы, поэтому резиновое уплотнение слегка сдавливается.
Вот окончательная сборка с винтами.Он немного стоит за столом, так как разъемы выступают снизу. Может быть, не самый обычный дизайн, но это было сделано довольно быстро.
Одна вещь, которую я подумал, но не сделал, — это купить специальные винты с уплотнительной головкой. Надеюсь, обычные винты подойдут. Думаю, мы скоро узнаем, выдержит ли этот дизайн пыль Playa Burning Man, хотя Мартин, вероятно, также установит их внутри коробки, которая предлагает еще один уровень защиты.
Вот список всех материалов, которые я использовал для изготовления этих корпусов.
1 клеммная колодка, 4 контакта, Phoenix 1757035, 277-1013-ND 1 клеммная колодка, 6 контактов, Phoenix 1757051, 277-1015-ND 1 кнопка, водонепроницаемый / пыленепроницаемый IP67, GPB556A05BR, CW158-ND 1 Корпус разъема, Molex 22-01-3027, WM2000-ND 2 Обжимной контакт разъема, Molex 08-50-0114, WM1114-ND 5 Акрил, вырезанный лазером, толщиной 0,212 1 Акрил, вырезанный лазером, толщиной 0,100 1 Резина, вырезанная лазером, толщиной 0,063 Стойка с шестигранной головкой 4, резьба 4-40, нейлон, 36-1902D-ND 4 Крепежный винт, 4-40, 1/4 дюйма 4 Крепежный винт, 4-40, 1/2 дюйма 2 # 26 провод 2 этикетки, прикрепленные к клеммным колодкам
Дизайн для лазерной резки был создан с помощью Corel Draw v6.Вы можете найти файл flame_sensor.cdr в этом репозитории Github для кода. Они были вырезаны лазером Epilog, у которого есть драйвер, который игнорирует более толстые линии при только векторной резке.
Последним дополнением стала печать этикеток для разъемов. Устранение неисправностей электроники в пустыне может быть неприятным. Надеюсь, это немного поможет.
Файл flame_sensor_labels.pdf для их печати также находится в репозитории Github.
Заключительное испытание огнем
Когда все было построено, мы провели еще один тест с реальным огнем, чтобы убедиться, что он действительно работает.На протяжении последней части этого проекта мне было довольно комфортно тестировать диод и резисторы, которые были очень последовательными и повторяемыми. Но тестирование с реальным пламенем — это весело.
Вот окончательно собранные единицы, по одному на каждое из Трех желаний, плюс запасной.
Я очень рад, что проект «Три желания» объединился. Надеюсь позже дополнить эту страницу фотографиями или ссылкой на проект. Фотографии с первого теста Three Wishes добавлены ниже.
Если вы действительно используете какую-либо из этих сведений в своих проектах, внимательно подумайте о безопасности и помните об отказе от ответственности, приведенном выше.
Тест-инсталляция «Три желания» (20 августа 2017 г.)
Фотографии «Три желания», сделанные Джейсоном Уитсоном, в штаб-квартире Молтенстилмана, 21 августа 2017 г.
Фото Джея Берда, в штаб-квартире Молтенстилмана, 21 августа 2017 г.
Фото ЯМаркуса ЛаКранца, на Burning Man 2017
Интерфейс датчика пламениArduino — рабочий, принципиальная схема, код
В этом проекте мы увидим, что такое датчик пламени, каковы компоненты датчика пламени, как подключить датчик пламени к Arduino и как работает интерфейс датчика пламени Arduino?
Введение
Датчики пламени, датчики дыма, пожарные извещатели и т. Д.являются частью защитного оборудования, которое помогает нам уберечь наши дома, офисы и магазины от пожаров.
Практически все современные дома, квартиры, торговые центры, кинозалы, театры, офисные здания и магазины оснащены подобными средствами защиты, а в некоторых регионах использование средств противопожарной безопасности является обязательным.
Коммерческие противопожарные устройства имеют много сложных схем. Если вы хотите реализовать приложение для самостоятельного обнаружения огня или пламени, этот проект может быть вам полезен.
Предупреждение: этот проект предназначен только для того, чтобы дать вам представление о том, как реализовать простой датчик пламени с использованием платформы Arduino, и мы не гарантируем его коммерческое применение.
Выходное видео
Ниже приводится видео выход проекта датчика пламени.
Краткое описание датчика пламени
Датчик пламени — это устройство, которое может использоваться для обнаружения источника огня или любых других источников яркого света. Есть несколько способов реализовать датчик пламени, но модуль, используемый в этом проекте, является датчиком, чувствительным к инфракрасному излучению.
На следующем изображении показан датчик пламени инфракрасного типа.
Данный датчик пламени основан на фототранзисторе YG1006 NPN. Черный объект на передней панели модуля — это фототранзистор.
Фототранзистор YG1006 выглядит как черный светодиод, но это трехконтактный NPN-транзистор, где длинный вывод — это эмиттер, а более короткий — коллектор (нет клеммы базы, поскольку свет, который он обнаруживает, будет пропускать ток ).
Этот фототранзистор покрыт черной эпоксидной смолой, что делает его чувствительным к инфракрасному излучению, а этот конкретный фототранзистор (YG1006) чувствителен к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 760 до 1100 нм.
Используя данный тип датчика пламени, вы можете обнаруживать инфракрасный свет на расстоянии до 100 см в пределах 60 градусов угла обнаружения.
Существует два типа реализации датчиков пламени, использующих фототранзистор YG1006: один — с аналоговым выходом и цифровым выходом, а другой — только с цифровым выходом.
Обе эти реализации требуют одинаковых компонентов, но разница в том, что один модуль (с аналоговым выходом) обеспечивает выход датчика как аналоговый выход.
Датчик пламени, который я использую в этом проекте, имеет только цифровой выход.
ПРИМЕЧАНИЕ: На принципиальной схеме датчика пламени я указал, где получить аналоговый выход, если в вашем модуле нет такой опции.
Компоненты модуля датчика пламени
На следующем изображении показаны все компоненты типичного модуля датчика пламени.
Принципиальная схема модуля датчика пламени
Если вы хотите узнать немного больше о модуле датчика пламени, то анализ его схемы, вероятно, вам поможет. На следующем изображении показана принципиальная схема датчика пламени.
Интерфейс датчика пламени Arduino
Независимо от того, используете ли вы какой-либо из датчиков пламени (с аналоговым выходом или без него), подключить его к Arduino (или любому другому микроконтроллеру) очень просто. Поскольку у меня нет аналогового выхода, я не буду вдаваться в подробности.
Сопрягая датчик пламени с Arduino, вы можете обнаруживать возгорание и активировать зуммер (простая и легкая реализация) или любые другие аварийные меры безопасности (например, активация спринклерной системы или перекрытие газовых клапанов и т. Д.).
Также читайте: ПРОСТОЕ ЦЕПИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
Принципиальная схема интерфейса датчика пламени Arduino
На следующем изображении показана принципиальная схема интерфейса датчика пламени Arduino.
Необходимые компоненты
- Arduino UNO [Купить]
- Датчик пламени
- 2N2222 Транзистор NPN (или BC548)
- Зуммер 5 В
- 1N4007 PN Соединительный диод
- Резистор 1 кОм
- Соединительные провода
- Макетная мини-плата
- Источник питания
Схемотехника
Датчик пламениимеет три контакта (некоторые могут иметь четыре контакта): VCC, GND и DO.Подключите VCC и GND к + 5V и GND источника питания (может быть подключен к + 5V Arduino). DO (сокращение от Digital Output) подключен к контакту 11 цифрового ввода / вывода Arduino.
Для индикации обнаружения пламени или пожара используется зуммер. Схема зуммера состоит из резистора 1 кОм, транзистора NPN (например, 2N2222 или BC548), зуммера 5 В и диода с PN переходом.
Зуммер управляется 12-контактным цифровым вводом / выводом Arduino UNO.
ПРИМЕЧАНИЕ: Цепь зуммера является мерой безопасности и не является обязательной.Вы можете подключить зуммер напрямую к Arduino.
Код
Код датчика пламени Arduino очень прост и показан ниже.
рабочая
Выполните необходимые подключения и загрузите код в Arduino UNO. Чтобы проверить работоспособность датчика пламени, поместите перед датчиком зажигалку или спичку.
В нормальных условиях выходной сигнал датчика пламени ВЫСОКИЙ. Когда датчик обнаруживает какое-либо возгорание, его выходной сигнал становится НИЗКИМ.
Arduino обнаруживает этот НИЗКИЙ сигнал на своем входном контакте и активирует зуммер.
ПРИМЕЧАНИЕ: Встроенный потенциометр 10 кОм можно использовать для регулировки чувствительности датчика.
Приложения
Датчики пламени— очень важные устройства для обнаружения пожара, и их можно использовать в различных приложениях / областях, например:
- Автомобиль или автомобиль
- Пожарные роботы
- Оборудование безопасности гаража
- Склады
Основы датчиков пламени
Все виды пламени имеют определенные общие характеристики, в том числе:
- Производство тепла
- Расширение газов
- Производство побочных продуктов сгорания
- Излучение света (инфракрасного или ультрафиолетового)
- Ионизация атмосферы в пламени и вокруг него
Системы обнаружения пламени были разработаны с учетом нескольких из этих характеристик.Устройство обнаружения вместе с подходящим механизмом контроля пламени выдает сигнал. Затем этот сигнал выдается в виде физического действия, которое позволяет системе продолжать работать в присутствии пламени или отключать систему упорядоченным образом в отсутствие пламени.
Многие устройства обнаружения пламени, разработанные для бытовых систем отопления, используют тепловое воздействие пламени (тепла) в качестве метода обнаружения. Для того, чтобы датчик нагрелся, требуется значительное время, а также такое же время, чтобы остыть при потере пламени.Время отклика этой системы при использовании на больших горелках может представлять опасный или неприемлемый риск.
Пламенные стержни зависят от способности пламени проводить ток при приложении к нему потенциала (пламенная ионизация). Стержни пламени обычно используются для обнаружения газового пламени. Масляное пламя не подходит для применения стержней пламени. Пламенные стержни имеют следующие преимущества:
- Быстрая реакция на пропадание пламени.
- Доказывает наличие пламени в точке возгорания.Благодаря гибкости размещения стержня пламени, пилотное пламя может быть проверено в точке пересечения с основным пламенем.
- По сути, это «отказоустойчивый». При возникновении нештатных ситуаций, таких как обрыв цепи, короткое замыкание и сопротивление утечке на землю, стержень пламени выйдет из строя «безопасно».
- Огнестойкие стержни могут долгое время выдерживать высокие температуры.
Оптические датчики пламени делятся на три группы в зависимости от того, в каком диапазоне общей полосы излучения они предназначены для обнаружения:
- Датчики видимого света
- Инфракрасные датчики
- Ультрафиолетовые датчики
Датчики видимого света обычно называют выпрямляющими фотоэлементами.Фотоэлементы работают по принципу выпрямления, когда переменное напряжение подается на клемму F (датчик пламени) и клемму G (заземление) первичного регулятора пламени. Задача датчика пламени — обеспечить прохождение тока, а также преобразовать переменный ток в постоянный, когда он обнаруживает наличие пламени.
Выпрямительный фотоэлемент имеет одно особое преимущество перед обычными не выпрямляющими оптическими датчиками пламени: система, которая защищена от ложного сигнала пламени из-за наличия короткого замыкания с высоким сопротивлением, выйдет из строя в безопасном режиме.
Фотоэлементыобычно используются только в коммерческих и промышленных масляных горелках, где требуется «отказоустойчивый» датчик. Правильно отрегулированное газовое пламя может не излучать достаточно света для работы фотоэлемента.
При применении выпрямляющих фотоэлементов действуют следующие правила:
- Фотоэлемент должен хорошо видеть пламя.
- Фотоэлемент должен быть защищен от света, испускаемого горячим огнеупором.
- Температура на фотоэлементе должна оставаться ниже 165 ° F.
- Для вывода пламени необходимо использовать соответствующий провод.
Инфракрасные датчики , в отличие от выпрямительных фотоэлементов, могут использоваться как с газовым, так и с масляным пламенем. Поскольку более 90% общего излучения пламени составляет инфракрасное излучение, эти детекторы получают достаточно излучения довольно высокой интенсивности и могут работать как с очень слабым, так и с очень горячим пламенем.
Требования к специальным приложениям для инфракрасных извещателей можно резюмировать следующим образом:
- Камера должна иметь хороший обзор пламени.
- Ячейка должна быть защищена от чрезмерно горячего огнеупора.
- Ячейка должна быть защищена от температур выше 125oF.
- Необходимо соблюдать правильные процедуры подключения проводов датчика пламени.
Ультрафиолетовые датчики зависят от способности сенсорной трубки реагировать на ультрафиолетовое излучение, а также остаются нечувствительными к излучению в инфракрасном или видимом спектрах света. Это делает их, безусловно, наиболее популярным выбором для современных промышленных газовых горелок.
Ультрафиолетовые трубки, однако, чувствительны к некоторым космическим, гамма- и рентгеновским излучениям, а также к источникам ультрафиолетового света, не связанным с пламенем. Примеры этих других источников включают огнеупорные поверхности выше 2500 ° F, искры от источников зажигания или сварки, различные типы освещения, яркие фонари, рентгеновские аппараты, конденсаторы высокого напряжения и многое другое.
Требования к применению УФ-детекторов можно резюмировать следующим образом:
- Детектор должен иметь беспрепятственный обзор первой трети обнаруживаемой оболочки пламени.
- Детектор не должен видеть искру зажигания.
- Извещатель необходимо защищать от чрезмерно высоких температур.
- Необходимо предъявить иск о правильной технике подключения проводов датчика пламени.
Одним из основных недостатков обычных ультрафиолетовых детекторов является то, что они не являются отказоустойчивыми. В редких случаях чувствительная трубка может подавать сигнал пламени, когда пламя отсутствует. Поэтому разумно проверять ложный сигнал пламени во время каждого цикла горелки.Перед началом цикла розжига стандартные УФ-датчики подходят для циклического включения горелки не реже одного раза в 24 часа.
Для тех процессов, при которых горелка редко включает цикл, доступны самопроверяющиеся УФ-сканеры, которые включают механизм колеблющегося затвора, который прерывает линию обзора детектора через определенные промежутки времени. Поскольку в системе управления горелкой есть электрическая схема, убедитесь, что пламя отсутствует во время «закрытого» цикла заслонки, не прерывая работу горелки.
В этой статье лишь кратко рассматриваются различные типы детекторов пламени, используемые сегодня в промышленности. С каждым типом извещателей пламени связано множество подводных камней. Пожалуйста, проконсультируйтесь с вашим представителем BDC, чтобы обсудить ваше приложение и то, какой метод определения пламени лучше всего соответствует вашим потребностям.
МодулиArduino — Датчик пламени
Краткое и простое руководство по использованию и изучению модуля датчика пламени с Arduino.
Необходимые материалы:
- Датчик пламени (модель с аналоговым выходом)
- Перемычки «папа-мама»
- Зажигалка или другой источник пламени для тестирования.
Шаг 1. Знакомство с вашим датчиком пламени:
Использование: Эти типы датчиков используются для обнаружения пожара на близком расстоянии и могут использоваться для мониторинга проектов или в качестве меры предосторожности для отключения / включения устройств.
Диапазон: Я обнаружил, что это устройство в основном имеет точность до 3 футов.
Как это работает: Датчик пламени очень чувствителен к длине волны ИК-излучения в диапазоне 760–1100 нм.
Аналоговый выход (A0): сигнал выходного напряжения в реальном времени на тепловом сопротивлении.
Цифровой выход (D0): Когда температура достигает определенного порогового значения, верхний и нижний пороговые значения выходного сигнала регулируются с помощью потенциометра.
Контакты:
VCC …… Положительный вход напряжения: 5 В для аналогового 3,3 В для цифрового.
A0 ………. Аналоговый выход
D0 ……… Цифровой выход
GND ….. Земля
Шаг 2: Тестирование и устранение неисправностей:
Тестирование : Чтобы проверить датчик пламени и убедиться, что он работает правильно, подключите VCC к источнику питания 5 В и заземлению.Переместите источник пламени на расстоянии одного фута от датчика Ir, и светодиод D0 должен загореться.
Поиск и устранение неисправностей :
Если индикатор D0 не загорается, проверьте следующее:
- Находится ли пламя на расстоянии 1 фута в пределах прямой видимости?
Если ни одно из перечисленных выше действий не приводит к включению светодиода D0, возможно, ваш датчик неисправен.
Шаг 3: Подключение к Arduino:
Чтобы подключить датчик пламени к Arduino, просто подключите следующее:
Датчик пламени…………… Arduino
VCC ………………………… . 5v
GND …………………………. GND
A0 …… ………………………. Аналог в 0
Шаг 4: Пример эскиза Arduino:
Следующий код отображает и считывает аналог значения, выдаваемые датчиком пламени (0-1024). Стандартный датчик пламени будет иметь следующую реакцию с этим кодом:
Если пламя удерживается в пределах 1,5 футов перед датчиком; «case 0» будет активирован, и « ** Close Fire ** » будет отправлено на серийный монитор.Если держать пламя на расстоянии от 1,5 до 3 футов перед датчиком; «case 1» будет активирован, и « ** Distant Fire ** » будет отправлено на серийный монитор. Если пламя перед датчиком не обнаружено; «case 2» будет активирован, и « No Fire » будет отправлено на монитор последовательного порта.
* Чтобы просмотреть результат, наведите монитор последовательного порта, например Putty, на вашу Arduino.
* Этот код постоянно обновляется, чтобы обеспечить обратную связь датчика пламени в реальном времени.
Пилотные стержни пламени | Джон Зинк Хэмворти Комбасшн
Испытание огневого стержня
Внимание!
С этим оборудованием можно использовать высокое напряжение, способное привести к смерти. Соблюдайте особую осторожность при обслуживании шкафов управления и компонентов с электрическим приводом. Тестирование должно выполняться только квалифицированным персоналом. Используйте необходимые СИЗ, включая защитные очки и кожаные перчатки.
Испытания проводились для установления процедуры устранения неисправностей пилотов с помощью стержней пламени.Пилотом-испытателем был ST-1SE-FR, который является одним из наших стандартных пилотов для технологических горелок. Пилот был испытан на природном газе при различных давлениях топлива и настройках воздушной заслонки.
ST-1SE-FR Пилот
Мы использовали сборку «Test Circuit», которая состоит из резистора на 820 000 Ом, соединенного последовательно с диодом 1N4004. Красный или положительный зажим — это конец диода, а черный или отрицательный зажим — конец резистора тестовой схемы. Тестовым измерителем был «МУЛЬТИМЕТР FLUKE 87 V True RMS».
Испытательная цепь
Стержни пилотного пламени работают в процессе ионизации / выпрямления, замыкая цепь. Когда питание включено, на стержень пламени всегда есть напряжение. В нашей релейной панели использовался небольшой трансформатор для увеличения напряжения со 120 В переменного тока до примерно 300 В переменного тока на стержне пламени. Это напряжение при выключенном пилоте и отсутствии пламени. Это напряжение измерялось прикосновением красного зонда (+) на измерителе FLUKE к удлинителю стержня пламени и черного зонда (-) к пилотной стойке для заземления.Важно отметить, что это напряжение является результатом переменного тока (AC).
Релейная панель
Напряжение на стержне пламени (В перем. Тока) / нет пламени / питание включено
Примечание:
В нашей системе использовался FIREYE «Усилитель выпрямления — Тип 72DRT1». Усилители различных типов могут иметь напряжения и токи, которые будут выше или ниже указанных в этой процедуре.
Затем испытательная цепь была соединена с помощью красного зажима на высоковольтном проводе с стержнем пламени и черного зажима с монтажной пластиной пилота.Испытательная схема имитирует схему выпрямления пламени для включения индикатора «Пламя горит» на панели реле.
Положительный вывод / Тестовая цепь
Отрицательный вывод / Тестовая цепь
Релейная панель / Включено пламя
Мы также подключили красный зажим к стержню пламени рядом с наконечником пилота и черный зажим к монтажной пластине пилота, и загорелся свет.
Следующим шагом было зажечь пилот при 5 фунтах на квадратный дюйм с воздушной заслонкой, открытой на 50%. Индикатор загорелся, и измеренное напряжение составило 193 В постоянного тока (В постоянного тока).
Подключение испытательных щупов для определения напряжения пламени
Напряжение на стержне пламени (В постоянного тока)
Ток в этой точке составлял 44 мкА (мкА). Для измерения тока измеритель FLUKE должен быть подключен последовательно красным проводом к проводу стержня пламени и черным проводом к удлинителю.
Ток на стержне пламени (мкА)
Управляющее давление было увеличено до 10 фунтов на кв. Дюйм, а напряжение увеличено со 170 до 240 В постоянного тока. Повышение давления до 14.5 фунтов на квадратный дюйм увеличили напряжение до 250 В постоянного тока.
На этом этапе мы снизили давление топлива до 5 фунтов на кв. Дюйм, а затем закрыли воздушную заслонку смесителя примерно до 25% (0,07–0,09 дюйма). Напряжение упало с постоянных 200 В постоянного тока до колебаний между 90 и 150 В постоянного тока.
При открытии воздушной заслонки смесителя на 100% напряжение повышается до 240 В постоянного тока.
Рекомендации и выводы
Давление пилотного топлива не оказало значительного влияния на напряжение, генерируемое в цепи.При работе на природном газе рекомендуемое давление составляет 7-15 фунтов на квадратный дюйм. Индикатор на панели реле продолжал гореть при давлении 1,5 фунта на квадратный дюйм.
Положение воздушной заслонки смесителя значительно снижает напряжение пламени. Воздушная дверь должна быть открыта от 50% до 100% для лучшего сигнала.
Во время нормальной работы стержень пламени должен генерировать напряжение от 220 до 250 В постоянного тока. Минимальное напряжение для надежного сигнала должно составлять 90 В постоянного тока. Сила тока должна составлять от 20 до 45 микроампер (мкА).Уровни тока менее 5 микроампер (мкА) могут вызвать срабатывание «пропадание пламени».
Процедура полевых испытаний
Чтобы убедиться, что проводка системы исправна, закройте пилотный топливный клапан. Затем подсоедините красный зажим на испытательной цепи к высоковольтному проводу на пилоте, а черный зажим — к монтажной пластине. Будьте предельно осторожны, так как система будет включена. На реле или панели должен загореться индикатор «Пламя горит».
Чтобы доказать, что стержень пламени работает, потребуется снять пилотный элемент с горелки.Закройте пилотный топливный клапан и снимите пилот. Убедитесь, что пилот заземлен. Подсоедините красный зажим на испытательной цепи к стержню пламени, а черный зажим к монтажной пластине. Должен загореться индикатор «Пламя горит». Если свет не загорается, проблема в стержне пламени, изоляторах или удлинительных стержнях. Будьте предельно осторожны, не касайтесь пилота или стержня пламени при включенном питании.
Осмотрите стержень пламени на предмет коррозии или отложений, которые могут помешать процессу ионизации.Накопление влаги на изоляторах и шатунах — частая проблема. Отключите питание перед очисткой или заменой пилота или деталей пилота.
Диагностика и решение проблем с горелками на нагревателях
Часто оператор нагревателя должен быть обучен использовать знания об оборудовании и технологической установке для выполнения регулировок, которые возвращают операции к требуемой производительности, желаемой руководством завода.
Важно, чтобы поиск и устранение неисправностей проводился систематическим и хорошо организованным образом.Эффективное и безопасное устранение неполадок включает четыре основных шага:
- Распознавание проблемы
- Наблюдение за признаками проблемы
- Определение решения проблемы
- Принятие корректирующих мер
Когда проблема обнаружена, необходимо оценить ее вероятное влияние на производимый процесс или продукт. Некоторые решения могут потребовать выключения обогревателя для решения проблемы.
После определения причины следует следовать стандартным процедурам для решения проблемы.Весь задействованный персонал должен знать о проблеме, запланированных корректирующих действиях, способах обеспечения безопасности, ожидаемых результатах и необходимых действиях, которые необходимо предпринять, если проблема усугубится или не будет решена.
QRA2M | C31045V | УФ-извещатель пламени SIEMENS, ВЫСОКАЯ чувствительность, с фланцем / ЗАЖИМОМ: Amazon.com: Industrial & Scientific
В настоящее время недоступен.
Мы не знаем, когда и появится ли этот товар в наличии.
- Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
- Детектор пламени высокой чувствительности
- Прерывистый режим работы
- Средний срок службы 10000 часов при 50 ° C
- Непосредственный монтаж на горелку, поставляется с фланцевым зажимом.
- Рейтинг IP40
Характеристики
Фирменное наименование | SIEMENS |
---|---|
Количество позиций | 1 |
Номер детали | QRA2M |
Код UNSPSC | 32000000 |