Датчик пламени горелки принцип действия

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.

Использование

Перечисленные конструкции применяются не только в газовых котлах. Их используют также в металлургическом производстве для контроля за зоной плавления металла, в котлах, работающих на всех видах топлива. Это также относится и к упомянутому выше датчику пламени ДП1.

Область применения фотоэлектрических элементов определяется спектральной характеристикой. Так нагретые металлы имеют максимум излучения в инфракрасном диапазоне, а в пламени газа присутствует большая доля ультрафиолетовых лучей.

В бытовых газовых котлах наиболее часто используются ионизационные датчики, так как они имеют малые габариты, простую конструкцию и низкую стоимость.

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.

Специфика установки

Инфракрасный извещатель монтируется на стене, перекрытии, устанавливается на производственном оборудовании. Количество пожарных детекторов и схема расположения приборов должна быть определена таким образом, чтобы исключить возможность появления оптических помех, учитывая назначение противопожарной системы и условия конкретного объекта. Нельзя монтировать ИК- извещатели на вибрирующих конструкциях.

Чтобы исключить ложные срабатывания датчиков ИК-извещателя в результате оптических помех, зону защиты должны контролировать, минимум, 2 извещателя пламени. Датчики устанавливают контроль за зоной с разных направлений. В случае выхода из строя одного из приборов, второй продолжает функционировать.

Чтобы запустить автоматическую установку пожаротушения, где сигнал управления создается, минимум, от двух извещателей, охраняемая зона должна быть под контролем трех приборов. При поломке одного извещателя, система продолжит работу. Площадь, контролируемая извещателем, определяется по значению угла обзора и чувствительности датчиков прибора к пламени по ГОСТ Р 53325-2012. Приборы должны быть доступны для проведения ремонта и профилактических работ.

Каждый производитель разрабатывает свой, уникальный алгоритм нахождения очага возгорания. Что дает возможность приобрести качественные аппараты с нужной спектральной чувствительностью и типом обнаружения источника открытого огня или тлеющего очага.

Осуществляя контроль одной зоны, можно комбинировать извещатели различного типа, что значительно повышает эффективной противопожарной защитной системы. На производствах/складах щелочных металлов и металлических порошков используются только пожарные датчики пламени.

Противопожарные системы в обязательном порядке должны функционировать на всех производствах и в помещениях с большим скоплением людей. Рекомендуется их установка в частных домах и квартирах.

Противопожарное оборудование постоянно модернизируется, используется новейшая электроника. Повышается достоверность выявления очага возгорания. Извещатель пламени становится устойчивее к помехам, не связанным с пожаром. На российском рынке представлен широкий ассортимент датчиков пламени от ведущих мировых и российских производителей.

Современная противопожарная система

Вообще современная пожарная сигнализация это комплекс измеритетелей, которые различаются:

1. По типам контролируемых параметров.
2. Как действует элемент прибора.
3. Как передается информация на пульт пожарной сигнализации.

Так же приборы контроля пожароопасной ситуации делятся на:

1. Датчик пламени активного типа. В зоне возгорания генерируется сигнал и происходит автоматическая ликвидация очага пожара.
2. Датчики пассивного типа. Они только регистрируют изменение ситуации и отправляют сигнал на пульт пожарной охраны.

Датчики разделяют по дальности обнаружения открытого горения, на которой происходит уверенная идентификация воспламенения:

• 1-й класс — дальность до 25 м;
• 2-й класс — 17 м;
• 3-й класс — 12 м;
• 4-й класс — 8 м.

Виды и принцип работы пожарных извещателей

Самым распространенным отличием у датчиков обнаружения пламени является уровень чувствительности. Существуют инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые устройства. Они реагируют в зависимости от излучения племени. Первые датчики появились в конце прошлого столетия. С каждым годом устройства совершенствуются. Классификация происходит в зависимости от размещения очага горения и степени чувствительности непосредственно к источнику огня. Пожарный извещатель абсолютно без труда обнаружит горение бумаги, древесины и даже жидкости. «Умный дом» также содержит извещатели пламени.

Современные разработчики изготавливают устройства распознания пламени на настоящих очагах воспламенения. При нагревании излучается энергия, которая, в свою очередь, является инфракрасной.

Ультрафиолетовые (УФ) пожарные извещатели

Это наиболее популярный вид датчика. Элемент устанавливают для обнаружения продуктов возгорания. Устройство с легкостью распознает воспламенение бензина, керосина и масел. Чтобы устройство было адаптировано для помещения, необходимо произвести корректную установку. Чувствительность можно регулировать. Если на территории находятся материалы, которые взрывоопасны, чувствительность устанавливается минимального уровня. В том случае, если есть опасность тления материалов, чувствительность нужно установить на максимум.

Инфракрасные (ИК) пожарные извещатели

Данные приборы можно классифицировать следующим образом:

1. Датчики, которые чувствительны к пульсации пламени.
2. Устройства, которые фиксируют состояние пламени.
3. Датчики, которые производят фиксацию излучения в нескольких диапазонах сразу.

Основными преимуществами данной системы являются доступность и простота монтажа. Из наиболее очевидных недостатков стоит отметить нечеткость относительно фиксации возгорания. Датчики ИК действуют в зоне, где нет солнечного света. Приборы абсолютно невосприимчивы к солнечному свету и всем другим источникам, которые, в свою очередь, не относятся к горению.

Температурные извещатели

Данный вид датчиков является бюджетным вариантом. Они способны подать сигнал тревоги своевременно. Если существует повышенная вероятность того, что произойдет возгорание дыма, лучше использовать данное устройство совместно с извещателем пламени.

Детекторы дыма

Устройства предназначены для обеспечения защиты маленьких территорий с высоким уровнем загазованности. Лучше устанавливать детектор дыма в холле помещения. Назначение пожарной сигнализации состоит в обеспечении безопасности для жителей дома, работников офисных зданий и других видов недвижимости.

Извещатели открытого пламени

Данный вид устройства способен распознать возгорание на начальной степени. Он способен абсолютно без труда обнаружить пламя. Во избежание ложного срабатывания необходимо дополнительно установить специальный индикатор.

Оповещение о возгорании применяется на территории, где, как правило, находится открытый доступ к огню. Настройка установленного прибора на чувствительность осуществляется в соответствии с излучением горючего средства. Количество необходимых ИПП определяется непосредственно на месте. В этом случае учитывается площадь территории и огнеупорность помещения. Специалисты рекомендуют устанавливать несколько датчиков с разными функциями. При этом бесперебойные резервные специализированные источники питания также довольно популярны в использовании.

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.

Места, где устанавливаются пожарные извещатели пламени, регламентируются СНиП 2.04.09-84 «Пожарная автоматика зданий и сооружений».

Традиционное место монтажа пожарных детекторов на потолке, но если это технически невозможно, допускается установка на стенах. Минимальные расстояния от угла помещения указаны на схеме и составляют 100 мм для потолочного базирования и 300 для настенного.

Кроме того, если на потолке имеются выступы, то от них необходимо отступить на две высоты преграды.

Если же выступ имеет высоту, составляющую 10% высоты помещения, то расчет размещения производится как для двух обособленных комнат.

Внизу детектора должно быть свободное пространство, радиусом не менее 500 мм.

Датчики пламени в состоянии обнаружить очаг возгорания на ранних стадиях, когда температура или уровень задымления помещения не приближаются к критическим значениям вызывающим срабатывание детекторов тепла или дыма. Поэтому они применяются для контроля объектов, где необходима высокая скорость и надежность обнаружения. Это помещения со значительным теплообменом или открытие площадки, где нельзя использовать дымовые или тепловые извещатели. Так же, широко используются на транспорте для контроля перегретых поверхностей моторных отделений.

При выборе датчика пламени следует обратить внимание на следующие характеристики:

• Дальность обнаружения очага возгорания;
• Время срабатывания;
• Период восстановления;
• Угол сектора сканирования;
• Рабочее напряжение;
• Потребление тока в дежурном и тревожном режимах;
• Устойчивость сенсора к лучам прямого солнечного света;
• Габаритные размеры, материал и параметры исполнения корпуса в IP;
• Диапазон рабочих температур;
• Ток активной загрузки;
• Напряжение, получаемое с релейного выхода.

Одной из основных характеристик, влияющей на настройку работы извещателя пламени, является способ формирования диаграммы направленности. Фактически при использовании прибора в конкретной ситуации не всегда требуется максимально широкий угол сканирования. Нередко необходим контроль небольшой площади с одновременной блокировкой наводящих сигналов с других, близкорасположенных участков. Для реализации таких эксплуатационных особенностей используются сменные линзы Френеля, которые формируют необходимую диаграмму направленности с одновременным увеличением дальности зоны обнаружения прибора.

К примеру: для устройства Пульсар 1-010 при угле сканирования 60° дальность обнаружения составляет 17 м. при замене линзы Френеля и формировании 12° сектора сканирования дальность обнаружения возрастет до 60 м.

Датчики контроля пламени дежурных горелок

Двухволновые мониторы Williamson (PM) обнаруживают пламя пилота на расстоянии до 610 метров, не взирая на дождь, снег, туман и загрязнения оптики. Мониторы походят для любого размера и состава пламени и не требуют калибровки на месте.

Где устанавливаются сигнализаторы пламени?

В соответствии с правилами СП датчики пламени должны располагаться на:

• внутренних горизонтальных ограждающих конструкциях построек (перекрытие);
• стенках;
• разных конструкциях строений либо зданий;
• оснащении.

Когда возникновение возгорания сопряжено с образованием и распространением дыма, то дистанция промеж извещателя и перекрытия не должна быть меньше 0,8 метра. При размещении датчиков надлежит принимать во внимание условия и виды горения материалов, наличие свободного доступа для осуществления ремонтно-профилактических работ, а также другие моменты.

В следующем видео вас ждет испытание извещателей УИД-01 в режиме определения координат очага возгорания.