Датчик огня своими руками - VISTAGRUP.RU

Датчик огня своими руками

Датчик, индикатор горения, пламени, огня, факела. Поджиг, запал, искровой воспламенитель. Схема.

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.

Усилитель / Генератор синусоиды на тиристоре (динисторе, тринисторе, с.
Схемы усилителя и генератора синусоидального сигнала на тиристоре в нестандартно.

Фотореле. Автоматическое управление освещением. Световое реле. Автомат.
Автоматическое управление освещением. Включение вручную или при снижении освещен.

Датчик огня своими руками

Кравцова Виталия Николаевича.

Представленные конструкции уникальны

и разработаны только автором

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.

Читайте также  Как работает фонарь с датчиком движения?

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 .

Чипгуру

  • Форум
    • Правила форума
    • Правила для Редакторов
    • Правила конкурсов
    • Руководство барахольщика
    • Ликбез по форуму
      • Изменить цвет форума
      • Как вставлять фотографии
      • Как вставлять ссылки
      • Как вставлять видео
      • Как обозначить оффтоп
      • Как цитировать
      • Склеивание сообщений
      • Значки тем
      • Подписка на темы
      • Автоподписка на темы
    • БиБиКоды (BBCode)
    • Полигон для тренировок
  • Калькуляторы
    • Металла
    • Обороты, диаметр, скорость
    • Подбора гидроцилиндров
    • Развертки витка шнека
    • Расчёт треугольника
    • Теплотехнический
    • Усилия гибки
  • Каталоги
    • Подшипников
    • Универсально-сборные пр.
    • УСП-12
  • Справочники
    • Марки стали и сплавы
    • Открытая база ГОСТов
    • Применимость сталей
    • Справочник конструктора
    • Справочник ЧГ сталей
    • Сравнение материалов
    • Стандарты резьбы
  • Таблицы
    • Диаметров под резьбу
    • Конусов Морзе
    • Номеров модульных фрез
  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск
  • Наша команда

Датчик отсутствия пламени

Датчик отсутствия пламени

Сообщение #1 ROW » 04 фев 2018, 18:22

Arduino. Изучаем вместе

Сообщение #2 L0ki » 04 фев 2018, 18:47

ROW , вообще-то самый надежный датчик отрыва/погасания пламени
(это из моего многолетнего опыта КИП-овца) представляет собой следующее:

Простой электрод находящийся в факеле пламени горелки.
Контролируем факт того что в разной полярности у нас разное сопротивление на корпус.
То бишь такой датчик представляет из себя (при нахождении электрода в факеле пламени) хреноватенький «диод».

Такая система контроля нормального горения горелок была в еще советские времена на больших газовых котлах.
Там помниться девайс был на лампе 6Н6П, работал 24/7 месяцами.
только электрод (полоска тонкой нержавейки согнутая уголком) порой приходилось изредка менять — банально сгорал.

Arduino. Изучаем вместе

Сообщение #3 ROW » 04 фев 2018, 18:56

Arduino. Изучаем вместе

Сообщение #4 L0ki » 04 фев 2018, 19:17

Желательно жаростойкую нежу.
Или же если требуется «сделать и забыть» — то для домашнего бабингтона самым оптимальным наверное будет целиковый (175мм) вольфрамовый (WL-хх) электрод для сварочных TIG-горелок.

термопара — не будет.
— по причине того, что там все и так дико разогрето, и до остывания термопары ой как много времени может пройти.
а за это время может случится бдыщь!

Фотодатчик — то же самое. не надежно (топка раскаленная и нехило так светится)
— на фоторезисторах (в советское время) была автоматика на относительно «небольших» котлах.
Капризничала и глюкала постоянно. . По возможности я заменял её выше упомянутым блочком на 6Н6П.
(к тому же максимум спектральной чувствительности практически у всех фотоэлементов/фоторезисторов/фотодиодов/фототранзистров лежит в инфракрасной области спектра).

А вот датчик на несимметричной проводимости пламени
— срабатывает всегда практически мгновенно и при погасании, и при отрыве факела пламени от горелки.

Отправлено спустя 10 минут 36 секунд:
P.S.
любое пламя, помимо всего прочего, еще и является низкотемпературной плазмой (ионизированным газом то бишь).
Так что ток оно (хреноватенько) проводит.

В результате имеем «диод» одним из электродов которого и является электрод датчика (вторым корпус горелки).

Arduino. Изучаем вместе

Сообщение #5 РЕКЛАМА » 05 фев 2018, 00:28

Arduino. Изучаем вместе

Сообщение #6 L0ki » 05 фев 2018, 01:49

— дык разработчики сэкономили пару лишних юаней на мелких деталюшках.

Лично я бы делал подобный датчик следующим образом:
( не электронщикам далее читать бессмысленно )

На электрод датчика подаем не переменку от фазы сети, через высокоомный резистор (как у дедушки Ляо),
а меандр от генератора строго со скважностью 2 (т.е. после счетного триггера).
Аз ибо то безобразие что щас живет в сети
— синусоидой можно назвать весьма условно,
симметрия полуволн этих кракозябель — там тоже достаточно условная.

С датчика:
пассивный фильтр от ВЧ-наводок,
диодный ограничитель от перенапряжений (ну мало ли что туда может вдруг случайно попасть ).
высокоомный повторитель,
синхронный детектор (управляемый выше упомянутым «родным» генератором),
двух пороговый компаратор.

На выход блока датчика — релюху с н.з. контактами.

Элементная база вырисовывается примерно такой:
несколько 561-ых (либо CD4000xx) мелкосхемок, 555й таймер, несколько операционников (например что-то вроде TL082),
(ну и щепотка мелочевки).

В итоге получаем очень надежную систему, которая будет работать и от любого источника питания (хоть от акумов/батареек),
и срабатывать как по погасанию/отрыву пламени, так и по каким либо неисправностям самой схемы контроля.

ВотЪ как-то так.
(выше сказанного вполне достаточно для создания подобного датчика квалифицированным инженером).

Контроль наличия пламени

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.

Читайте также  Двухуровневый датчик удара регулировка

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».

Как работает датчик пламени Ардуино?

Сегодня на потребительском рынке предлагается большое количество различных готовых пожарных систем безопасности, которые практически все имеют стационарный набор функций и одинаковую логику действий в случае возникновения пожара. Зачастую этого вполне достаточно, чтобы гарантировать требуемый уровень пожарной безопасности, но бывают ситуации, когда нужно нетривиальное решение. В таком случае на помощь придут самодельные комплекты, которые способны реагировать на появление огня в той или иной зоне. Самостоятельно сделать такого рода систему можно, используя датчик пламени Ардуино.

Что собой представляет датчик огня Ардуино?

Датчики этого типа являются специальными устройствами, которые включают в свой состав фотодиод, который соединяется со входом компаратора, реализованного на микросхеме. Для возможности регулирования порога срабатывания чувствительного сенсора используется специальный подстроечный резистор. С его помощью можно настроить чувствительность датчика, чтобы он реагировал на пламя с минимальной яркостью – это позволит обеспечить выявление очагов возгорания на начальной стадии и избежать распространения огня на большие площади.

Датчики со светодиодом впоследствии соединяются с платформой Arduino, которая позволяет принимать сигналы, обрабатывать их и управлять внешними исполнительными устройствами.

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам, которыми владеет датчик огня Arduino, относятся:

  • возможность самостоятельно проектировать систему слежения за очагами возгорания;
  • простота создания и настройки;
  • доступность требуемых деталей и их невысокая стоимость;
  • возможность управления различными вешними устройствами;
  • поддержка масштабирования создаваемой системы;
  • низкое питающее напряжение датчика, безопасное для человека.

К недостаткам таких самодельных систем пожарной безопасности относится:

  • ограниченные функциональные возможности;
  • для создания таких систем нужно знать электронику и азы программирования микроконтроллеров;
  • ограниченная область чувствительности;
  • такого типа самодельные системы нельзя подключать к пультам слежения пожарной службы.

Какое комплектующие Arduino необходимо для датчика пламени?

Чтобы создать датчик пламени на основе «электронного конструктора» Arduino потребуется один из модулей Arduino, который реализован в виде программируемой платформы с открытым кодом.

Читайте также  Скрытые датчики движения для включения света

Также нужно иметь в наличии плату расширения, с помощью которой обеспечивается надежная коммутация между платформой Arduino и светодиодным датчиком, выполняющим роль чувствительного сенсора.

В зависимости от того, какие внешние устройства планируется подключать к модулю Ардуино, потребуется соответствующая связующая плата коммутации, которая обеспечит передачу сформированного микроконтроллером управляющего сигнала на внешние устройства.

Процесс создания датчика огня Ардуино

После того, как приобретены все необходимые компоненты, можно собирать датчик пламени Arduino.

Светодиодный сенсор может иметь 4 или 3 выхода, с помощью которых он будет подключаться к платформе Ардуино.

При использовании четырехконтактных сенсоров они будут иметь аналоговый выход, напряжение на котором будет соответствовать величине освещенности датчика излучением от пламени, контакт заземления, контакт подачи питания 5 В и цифровой выход сигнала с логическими уровнями. Если используется трехконтактное устройство, оно будет иметь следующие контакты – питание, заземление и аналоговый выход.

Модуль светодиодного сенсора впоследствии соединяется с помощью жгута проводников с модулями расширения Arduino. Их применение оправдывает себя при построении сложных многоуровневых схем на основе платформы Ардуино. В зависимости от используемой базовой платформы могут применяться платы Sensor Shield V4.0 for Arduino, Arduino Nano V3.0 Prototype Shield I/O Extension Board или MEGA Sensor Shield V2.0 Dedicated Sensor Expansion Board for Arduino.

Соединение датчика с платой расширения может производиться с помощью проводников со специальными наконечниками или посредством Troyka Shield.

Собранный таким образом датчик огня Ардуино готов фиксировать появление очага возгорания и передавать управляющий сигнал на внешние устройства. Это могут быть световые элементы, звуковые системы или исполнительные механизмы различного оборудования.

Как это работает?

Сенсор наличия открытого огня способен фиксировать появление пламени, которое излучает свет с длинной волны 760…1100 нм. Величина угла, в котором датчик может определить наличие пламени, составляет около 60º.

Когда на фотодиод попадает свет, величина напряжения, которое снимается с выхода, будет пропорциональна освещенности и обратно пропорциональна удаленности огня от сенсора. При удалении 0,2 м величина напряжения составляет около 4,8 В, а при расположении источника пламени на удалении 1 м напряжение будет равно 1 В. Величина питающего напряжения, с которым работает датчик на основе Андуино, оставляет 5 В.

Тестирование датчика пламени

Заключение

Используя специальные платформы Arduino, можно самостоятельно создавать высокоэффективные датчики, которые позволят контролировать появление пламени в определенной области и оповещать об этом или приводить в действие какие-либо исполнительные системы. Благодаря модульному решению всех блоков, работающих с платформой Ардуино, можно создавать самые различные конфигурации, которые позволят контролировать ситуацию на объектах разной сложности и с разной структурой.

Назначение и принцип работы ионизационного электрода

Ионизационный электрод контроля наличия и состояния пламени. Автоматическое отключение подачи газа при погасшем пламени горелки. Отслеживание состояния воздушно-газовой смеси и восстановление процесса горения. Совмещение в одном устройстве запальной и контрольной функций.

Ионизационные электроды используют в датчиках контроля пламени газовых горелок. Их главная задача — сигнализировать блоку управления о прекращении горения и необходимости перекрыть поступление газа.

Эти устройства применяют для контроля непрерывности пламени в промышленных печах, домашних котлах отопления, газовых колонках и кухонных плитах. Нередко их дублируют фотодатчиками и термопарами, но в самых простых тепловых аппаратах ионизационный электрод является единственным средством контроля за зажиганием газа и непрерывностью его горения.

Назначение, принцип работы и конструкция ионизационного электрода

Если в нагревательном устройстве по каким-то причинам пропадает пламя, то сразу же должна быть прекращена подача газа. В противном случае он достаточно быстро заполнит объем установки и помещение, что может привести к объемному взрыву от случайной искры.

Поэтому все нагревательные установки, работающие на природном газе, в обязательном порядке должны оснащаться системой слежения за наличием пламенем и блокировки подачи газа.

Ионизационные электроды контроля пламени обычно выполняют две функции: во время зажигания газа от запальника разрешают его подачу при наличии устойчивой искры, а при исчезновении пламени подают сигнал на отключение газа основной горелки.

Принцип работы

Принцип работы ионизационного электрода основан на физических свойствах пламени, которое по своей сути является низкотемпературной плазмой, т. е. средой, насыщенной свободными электронами и ионами и поэтому обладающей электропроводностью и чувствительностью к электромагнитным полям.

Обычно на него подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а корпус горелки и запальник присоединяются к отрицательному.

На рисунке ниже показан процесс возникновения тока между корпусом запальника и электродным стержнем, возвышающийся торец которого предназначен для контроля пламени основной горелки.

Процесс зажигания газа в нагревательной установке происходит в два этапа. На первом в запальник подается небольшое количество газа и включается электроискровое зажигание. При возникновении в запальнике устойчивого воспламенения происходит ионизация и начинает протекать постоянный ток в сотые доли миллиампер.

Устройство контроля электрода подает сигнал системе управления, открывается электроклапан, и происходит поджигание основного потока газа. С этого момента электрод формирует управляющий сигнал уже от ионизации его пламени.

Система управления настроена на определенный уровень ионизации, поэтому, если ее интенсивность снижается до заданного предела и ток в плазме падает, происходит отключение подачи газа и гашение пламени. После этого весь цикл с использованием запальника повторяется в автоматическом режиме до тех пор, пока процесс горения не станет устойчивым.

  • неправильная пропорция газовоздушной смеси, формируемой в запальнике;
  • нагар или загрязнение на ионизационном электроде;
  • недостаточная мощность потока пламени;
  • уменьшение сопротивления изоляции из-за накопления в запальнике токопроводящей пыли.

Одним из главных достоинств ионизационных электродов является мгновенная скорость срабатывания при погасании пламени. В отличие от них термопарные датчики формируют сигнал только через несколько секунд, которые им требуются для остывания.

Кроме того, ионизационные электроды недороги, т. к. имеют очень простую конструкцию: металлический стержень, изолирующая втулка и разъем. Также они очень просты в эксплуатации и обслуживании, которое заключается в очистке стержня от нагара.

К недостаткам датчиков ионизационного контроля можно отнести их ненадежность при работе с газовым топливом, содержащим большие доли водорода или окиси углерода. В этом случае в пламени генерируется недостаточное количество свободных ионов и электронов, что приводит к невозможности удержания стабильного тока. Кроме того, этот метод может оказаться непригодным при работе в условиях повышенной запыленности.

Конструктивные особенности

Вместе с тем температура в верхней части пламени при горении природного газа может достигать 1600 °C, поэтому контрольные электроды размещают в его корне, где температура ниже — от 800 до 900 °C.

Изолирующий цоколь ионизационного электрода, с помощью которого он монтируется на запальнике, представляет собой высокопрочную и жаростойкую керамическую втулку.

Ионизационный электрод может быть только контрольным, а может выполнять сразу две функции: запальную и контрольную. Во втором случае для зажигания пламени запальника на него подается высокое напряжение, формирующее искру.

Через несколько секунд оно отключается, происходит переключение на питание постоянным током и переход в контрольный режим. Если электрод выполняет только контрольную функцию, то его изоляция, разъем и кабель должны соответствовать требованиям низковольтной аппаратуры, эксплуатируемой при высоких температурах.

При использовании его в качестве запального сопротивление изоляции должно выдерживать на пробой напряжение 20 кВ, а подсоединение к блоку управления производиться высоковольтным кабелем.

При установке ионизационного электрода в корпус конкретной горелки необходимо применять изделие оптимальной длины. Слишком большой стержень будет перегреваться, деформироваться и быстрее покрываться нагаром.

В случае малой длины возможны ситуации, когда ионизационный поток будет прерываться при уходе пламени от конца электрода к другому краю корпуса горелки. В реальных условиях длину электрода обычно подбирают экспериментальным путем.

В бытовых газовых плитах для зажигания используют электроискровые запальные электроды, а для контроля за пламенем — термопарные датчики. А почему в бытовых устройствах не применяют ионизационные электроды в раздельном или совмещенном виде?

Ведь они дешевле термопар. Если вы знаете ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: