專利名稱：氣體燃燒器火焰導(dǎo)電檢測信號轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體燃燒器火焰導(dǎo)電檢測信號轉(zhuǎn)換電路，用于氣體燃燒設(shè)備安全檢測，屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域。
當(dāng)火焰存在時，火焰區(qū)的許多物理量要發(fā)生變化，如溫度的提高，火焰的光特性和火焰區(qū)導(dǎo)電特性等的改變，火焰檢測技術(shù)就是利用這種火焰區(qū)物理量的變化來檢測火焰的存在。由此出現(xiàn)了多種火焰檢測方法和火焰檢測傳感元件，如采用熱電偶，雙金屬元件(溫度傳感器)和光敏管等器件作為火焰檢測元件。
對工業(yè)上使用的燃?xì)馊紵鱽碚f，由于熱負(fù)荷大(10萬千卡/小時以上)，要求火焰檢測元件在不正常熄火時的幾秒鐘內(nèi)，發(fā)出有效信號。而常規(guī)的溫度傳感元件要在以分鐘計的時間長度內(nèi)才能作出反應(yīng)，且背景溫度(爐內(nèi))影響檢測的靈敏度，因此難以滿足要求。陳堯生等人在“大型鍋爐火焰監(jiān)測裝置”(《工業(yè)儀表與自動化裝置》1997年第6期P46～48)中討論了采用光敏元件在線檢測火焰的方法。采用光敏元件檢測火焰，如紫外火焰檢測，紅外火焰檢測等，都是利用火焰溫度和火焰輻射峰值波長之間的關(guān)系，檢測特定輻射峰值波長和其強度來檢測火焰，從原理上，反應(yīng)時間短，能滿足要求，但仍然有背景干擾信號，存在信號弱，信號處理復(fù)雜，成本高的問題。對于只要檢測火焰有無的火焰檢測要求來說，既不經(jīng)濟(jì)又不實用。
火焰導(dǎo)電檢測是利用氣體燃燒火焰使燃燒介質(zhì)離子化這一特性。電離在火焰中產(chǎn)生自由電子，使火焰具有導(dǎo)電性。這種方法把一根金屬電極插入火焰中，在外加電壓的作用下，檢測在噴嘴和火焰的電流。翟成等人在“火焰檢測原理及應(yīng)用”(《河北省科學(xué)院學(xué)報》第16卷第1期，1999年2月，P8～9)中討論了這種方法。他們直接采用220V電壓，使得檢測系統(tǒng)本身不安全；其次采用分立元器件，使得電路復(fù)雜，可靠性下降；最主要的沒有為自動化的燃燒器控制系統(tǒng)提供安全的接口。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是在判斷火焰導(dǎo)電信號的性質(zhì)和火焰不同部位的火焰導(dǎo)電信號的差別的基礎(chǔ)上，設(shè)計合理可靠的信號轉(zhuǎn)換電路，把火焰導(dǎo)電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У目刂菩盘枴?br> 實驗表明，不同強度、形狀的火焰，其離子化程度不同，火焰導(dǎo)電的能力也不一樣?；鹧嬖谌紵^程中不斷的波動，其不同時刻和不同位置的電阻值都不同，火焰電阻不是連續(xù)變量而是離散變量，但是從火焰根部到火焰頭部火焰區(qū)不同位置的火焰電阻的平均值變化不大，火焰導(dǎo)電檢測對火焰棒的放置位置要求不高。但火焰電阻的阻值較大，為10M級。火焰導(dǎo)電電流很小，如果在火焰和噴頭之間加20V電壓，流經(jīng)火焰的電流約為0.2～1μA，不能直接用這種微弱的火焰電流來驅(qū)動控制器，同時由于燃燒火焰在不斷波動，火焰電阻是隨機波動的，火焰的電流信號也是波動的。為了使測量出來的火焰電阻成為有效的控制信號，必須對火焰導(dǎo)電信號進(jìn)行處理。
本發(fā)明設(shè)計的火焰導(dǎo)電信號轉(zhuǎn)換電路中，采用一個信號處理的集成電路芯片，將火焰棒檢測到的火焰電阻Rf并接一個積分變換電容，并采用一個大電阻和火焰電阻Rf組成電壓分配電路，把弱小的火焰電阻信號轉(zhuǎn)化成電壓變化信號，接到集成電路芯片的輸入端。由信號處理集成電路對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)一步處理。集成電路芯片的輸出端可并接一個電阻及發(fā)光二極管作信號指示，輸出電壓作為開關(guān)量供給后續(xù)的控制電路。
本發(fā)明采用火焰棒檢測火焰電阻，由于火焰檢測信號對位置不敏感，火焰棒的安裝方便、靈活，可以直接裝在燃燒器的噴頭上，也可以裝在陶瓷絕緣套內(nèi)，采用固定夾固定在噴頭上。本發(fā)明設(shè)計的火焰導(dǎo)電信號轉(zhuǎn)換電路，簡單可靠，把火焰燃燒時波動的火焰電阻轉(zhuǎn)換為電平信號，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強，不受光磁影響，為設(shè)計自動化的燃?xì)馊紵鞯目刂齐娐诽峁┝丝煽康慕涌凇?br>

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具體實施例方式圖1為本發(fā)明檢測火焰電阻的火焰棒安裝位置示意圖。如圖所示，在火焰噴頭一側(cè)有一個略向火焰傾斜的固定夾1，由固定夾1夾住套有火焰棒3的陶瓷絕緣套2?；鹧姘舻囊活^伸向火焰，另一頭引出接信號轉(zhuǎn)換電路。
圖2為本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換電路圖。
如圖所示，本發(fā)明的信號處理電路中，采用了一個信號處理的集成電路芯片TA7555，火焰棒檢測到的火焰電阻Rf并接一個積分變換電容C1，并與電阻R1組成電壓分配電路，把火焰電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號V1，接到信號處理集成電路TA7555芯片的輸入端。集成電路芯片7555的輸出端并接一個電阻R2及發(fā)光二極管1D(作信號指示)，輸出電壓V2作為開關(guān)量供給后續(xù)的控制電路。電路中，a端引出接火焰棒，b端引出接燃燒器機箱。
本發(fā)明選用的信號處理電路TA7555是一個典型的閥值控制電路，當(dāng)V1的電壓低于1/3Vcc(4V)時，V2輸出高電平，當(dāng)V1電壓升高時，只要不超過2/3Vcc(8V)，V2輸出不變(高電平)，只有V1的電壓高于2/3Vcc，V2輸出低電平。隨后V1電壓下降，只要V1不低于1/3Vcc(4V)，V2輸出不變(低電平)。
R1和火焰電阻Rf組成電壓分配電路，當(dāng)沒有火焰時，ab間斷路，即Rf無窮大，R1的電壓降等于供給電壓0，V1等于Vcc；有火焰時，R1的電壓降等于R1/(R1+Rf)，V1等于Rf/(R1+Rf)Vcc。取R1大于2Rf，沒火焰時，V1等于12V，V2輸出低電平0；有火焰時，V1小于1/3Vcc(4V)，V2輸出高電平12V。
電容C1對V1進(jìn)行積分變換。由于火焰電阻是波動的，燃燒時，轉(zhuǎn)化后的電壓V1是一個隨機變化的量，會造成控制電路誤動作。電容C1對V1進(jìn)行積分，輸出后的V1值變成連續(xù)的物理量Rf/(R1+Rf)，Rf為單位時間內(nèi)火焰電阻的平均值。
當(dāng)電路通電時，沒有火焰時，ab間斷路，C1通過R1充電，V1＝Vcc(1-et/RC)，V1由0開始上升，V2的輸出高電平；經(jīng)過ln3R1C1，V1等于2/3Vcc，V2輸出反轉(zhuǎn)為低電平。發(fā)光二極管1D閃亮一下，然后熄滅。取R1為60M，ln3R1C1約為0.6秒。
當(dāng)燃燒器燃燒時，火焰電阻出現(xiàn)，只要平均火焰電阻小于30M，V1的電壓小于1/3Vcc，V2由低電平反轉(zhuǎn)為高電平，在正常燃燒時，V1的電壓小于1/3Vcc，V2的電壓一直保持高電平不變，發(fā)光二極管1D一直發(fā)光；一旦火焰熄滅，火焰電阻消失，C1充電，電壓升高，V2經(jīng)過大約0.5秒，就由高電平反轉(zhuǎn)為低電平，發(fā)光極管1D也熄滅。
由于信號處理芯片TA7555的輸出電流很大，V2可直接驅(qū)動繼電器等元件，或作為開關(guān)量直接供給后續(xù)的控制電路。
權(quán)利要求
1.一種氣體燃燒器火焰導(dǎo)電檢測信號轉(zhuǎn)換電路，其特征在于火焰棒檢測到的火焰電阻Rf并接一個電容C1，并與電阻R1組成電壓分配電路，把火焰電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號V1，接到信號處理集成電路TA7555芯片的輸入端，芯片7555的輸出端并接一個電阻R2及發(fā)光二極管1D，輸出電壓V2作為開關(guān)量供給后續(xù)的控制電路。
全文摘要
一種氣體燃燒器火焰導(dǎo)電檢測信號轉(zhuǎn)換電路,將火焰棒檢測到的火焰電阻R
文檔編號F23D14/72GK1349069SQ01132328
公開日2002年5月15日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者于赟, 季誠昌, 李建國 申請人:上海交通大學(xué)