Устройство контроля пламени Советский патент 1991 года по МПК F23N5/08 

ё

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля наличия пламени в горелках теплоагрегатов. Целью изобретения является повышение надежности. Устройство содержит фотодатчик 1, повторитель 2 сигнала, соединенные через разделительный конденсатор 3 с входом усилителя 5, выход которого соединен с формирователем 7 пилообразных импульсов и инвертором 8, выходы которых соединены с электронным ключом 9, соединенным с запоминающим блоком 10. Устройство обеспечивает контроль за наличием пламени в условиях воздействия промышленных помех на линию связи фотодатчика с остальной частью или помех на фотодатчик от источников освещения помещения. 8 ил.

70

Ь

ФиП

О

ел ю VJ

ел

СП

Изобретение огносится к теплоэнергетике, в частности к устройствам автоматического контроля наличия пламени в горелках различных теплоагрегатов, и может быть применено для защиты котлоагрегатов при аварийном погасании пламени в их горелоч- ных устройствах, работающих на газообразном и жидком топливе.

Цель изобретения - повышение надежности устройства контроля пламени.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства контроля пламени; на фиг. 2 - диаграмма переменной составляющей напряжения Ui на выходе фотодатчика, напряжения U2 на выходе повторителя и напряжения Уз на первом входе усилителя; на фиг. 3 - диаграмма выходного напряжения LM усилителя; на фиг. 4 - диа( рамма выходного напряжения Us ограничителя амплитуды сигнала; на фиг. 5 - диаграмма вы- ходного напряжения Ue формирователя пилообразных импульсов; на фиг. 6 - диаграмма выходного напряжения U инвертора; на фиг. 7 - диаграмма выходного напряжения Us электронного ключа; на фиг. 8диаграмма выходного напряжения Ug запоминающего блока и устройства.

Устройство контроля пламени содержит фотодатчик 1, повторитель 2 сигнала, конденсатор 3, источник А регулируемого опорного напряжения, усилитель 5, ограничитель 6 амплитуды сигнала, формирователь 7 пилообразных импульсов, инвертор 8, электронный ключ 9 и запоминающий блок 10. Выход фогодатчика 1 через после- довательно включенные повторитель 2 и конденсатор 3 соединен с первым входом усилителя 5, второй вход которого подключен к источнику А регулируемого опорного напряжения, а выход через последователь- но включенные ограничитель б амплитуды сигнала, инвертор 8, электронный ключ 9 и запоминающий блок 10 соединен с выходной шиной устройства. Выход ограничителя б через формирователь 7 пилообразных им- пульсов подключен к управляющему входу электронного ключа 9.

Фотодатчик 1 преобразует световое излучение в электрическое напряжение, пропорциональное интенсивности этого из- лучения. В качестве фотодатчика 1 может быть применен фоторезистор ФР1-3, включенный последовательно с постоянным резистором между положительной и отрицательной шинами питания. Выходом фотодатчика в этом случае является точка соединения резисторов.

Повторитель 2 с минимально возможным входным сопротивлением предназначен для уменьшения влияния помех из работу устройства, наводимых на линию связи фотодатчика 1 с усилителем. Например, в качестве повторителя 2 может быть использован эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе типа КТ315.

Разделительный конденсатор 3 обеспечивает выделение переменной составляющей сигнала повторителя 2 и подачу ее на первый вход усилителя 5.

Источник 4 опорного регулируемого напряжения предназначен для подачи напряжения смещения на второй вход усилителя

5и является средством регулировки чувствительности устройства контроля пламени. Источник 4 может быть выполнен в виде потенциометра, подключенного между положительной и общей шиной питания. Подвижный контакт потенциометра образует выход источника 4.

Усилитель 5 обеспечивает усиление входного переменного сигнала по напряжению. Он может быть выполнен на микросхемном операционном усилителе типа К553УД2, первый вход которого - инвертирующий, а второй - неинвертирующий.

Ограничитель б амплитуды сигнала ограничивает амплитуду выходного сигнала усилителя 5 снизу на уровне потенциала общей шины питания и сверху на уровне некоторого положительного значения потенциала, допустимого для формирователя 7 пилообразного напряжения, управляющего входа ключа 9 и инвертора 8. Ограничитель 6 амплитуды сигнала может быть выполнен в виде параметрического стабилизатора на последовательно включенных резисторе и стабилитроне. Вход стабилизаторам является входом ограничителя 6. Точка соединения резистора и катода стабилитрона, образующая выход стабилизатора, является выходом ограничителя 6. При этом анод стабилитрона подключается к общей шине питания. В этом случае амплитуда выходного сигнала ограничителя 6 не превышает напряжения стабилизации стабилитрона. .

Формирователь 7 пилообразных импульсов обеспечивает преобразование входных импульсов прямоугольной или трапецеидальной формы в импульсы пилообразной формы, амплитуда которых зависит от длительности входных импульсов. Причем скорость спада напряжения выходного сигнала формирователя 7 должна обеспечивать уменьшение этого сигнала до нуля во время пауз между следующими друг за другом импульсами напряжения выходного сигнала ограничителя

6амплитуды сигнала. Формирователь 7 может быть выполнен в виде интегрирующей RC-цепи, в которой зэряд конденсатора, подключенного одним выводом к общей шине

питания, осуществляется входным сигналом через первый резистор, а разряд конденсатора при отсутствии входного сигнала - через второй резистор с сопротивлением меньшим, чем первый резистор, раза в три- четыре. Цепи заряда и разряда разделяются диодами, Напряжение, формируемое на конденсаторе, является выходным сигналом формирователя 7.

Инвертор 8 может быть любого типа, например, в качестве его можно использовать логический элемент 2И-НЕ с объединенными входами, входящий в микросхему типа К176ЛА7.

В качестве электронного ключа 9 может быть применен ключ, входящий в микросхему К176КТТ.

Запоминающий блок 10 при отсутствии входных импульсов должен формировать уровень выходного напряжения, например низкого, соответствующего значению О, а при наличии последовательности входных импульсов должен формировать другой уровень выходного напряжения, например высокого, соответствующего значению 1. В качестве такого запоминающего блока может быть применен пороговый элемент с подключенной на входе накопительной RC- цепью, которая представляет собой последовательное соединение первого низкоомного и второго высокоомного резисторов, включенных между входом блока 10 и общей шиной питания, причем параллельно второму резистору включен накопитель- ный конденсатор, точка соединения первого, второго резисторов и накопительного конденсатора соединяется с входом порогового элемента. В качестве порогового элемента могут быть применены микросхемные КМДП-логические элементы из серии микросхем К176 и К561. Порог переключения таких элементов соответствует примерно половине напряжения их питания. В зависимости от требуемых логических значений выходных сигналов порогового элемента могут быть использованы различные комбинации включений логических элементов, например последовательное включение двух элементов 2И-НЕ, В этом случае вход порогового элемента образуется объединенными между собой входами первого логического элемента, а выход - выходом второго логического элемента. При поступлении на вход запоминающего блока 10 импульсов постоянной длительности на накопительном конденсаторе напряжение возрастает на определенную величину за счет заряда его через первый резистор. При отсутствии входного импульса накопительный конденсатор разряжается через второй резистор. Если частота входных импульсов превышает некоторое значение, напряжение на накопительном конденсаторе через определенное число входных импульсов, зависящее от соотношения сопротивлений первого и второго резисторов, достигает порога переключения порогового элемента. Пороговый элемент при этом изменяет свое состояние и на его выходе, а следовательно, и на выходе блока 10, напряжение становится равным значению, соответствующему 1.

На фиг. 2-8 по оси абсцисс откладывается текущее значение времени t(ti - 13 - моменты времени), а по оси ординат значения напряжений U, причем Un - значение напряжения порога срабатывания электронного ключа 9.

Устройство работает следующим образом.

Для определенности допустим, что значение выходного напряжения источника 4 опорного напряжения равно потенциалу общей шины питания, т.е. напряжение смещения на втором (неинвертирующем) входе усилителя 5 равно нулю. С момента ti до момента t2 сигналы соответствуют воздействию на фотодатчик 1 светового потока постоянной интенсивности, т.е. контролируемое пламя и помеха отсутствуют. При этом переменные составляющие выходного напряжения Ui фотодатчика 1, выходного напряжения U2 повторителя 2 и напряжения 1)з на первом (инвертирующем) входе усилителя 5 равны нулю. Нулю равны и выходные напряжения 1М усилителя 5, Us ограничителя 6 амплитуды сигнала, Ue формирователя 7 пилообразных импульсов, поступающего на управляющий вход электронного ключа 9, поэтому электронный ключ 9 закрыт и выходное напряжение U инвертора 8, равное по значению 1, не поступает на вход запоминающего блока 10, его выходное напряжение Ug и выходное напряжение устройства в целом равно нулю. Таким образом, при отсутствии контролируемого пламени выходной сигнал устройства соответствует по значению О.

Если в интервале отсутствует пламя, но на фотодатчик 1 воздействует пульсирующий световой поток от ламп освещения или/и на линию связи фотодатчика 1 с остальной частью устройства наводится помеха от промышленной сети, то переменные составляющие напряжений Ui, Ib, Уз соответственно на выходе фотодатчика 1, повторителя 2, инвертирующем входе усилителя 5 колеблются с частотой помехи 100 или 50 Гц от нулевого значения напряжения. Выходное напряжение 1М усилителя 5 поступает на вход ограничителя 6 амплитуды сигнала, на выходе которого напряжение Us представляет собой трапецеидальные импульсы определенной амплитуды, следующие с частотой, равной частоте входного сигнала. Эти импульсы поступают на вход инвертора 8 и на вход формирователя 7 пилообразных импульсов, обеспечивая на его выходе следующие с той же частотой пилообразные импульсы напряжения Ue, амплитуда которых в этом случае ниже порога Un срабатывания электронного ключа 9, поэтому этот ключ находится в закрытом состоянии, запрещая прохождение импульсов напряжения U с инвертора 8 на вход запоминающего блока 10, который сохраняет значение своего выходного напряжения Ug равным нулю, т.е. выходной сигнал устройства соответствует О и свидетельствует об отсутствии пламени.

Если при наличии помехи в момент и появляется контролируемое пламя, то сигналы Ui, LJ2, из представляют собой суммарный сигнал помехи и более низкочастотного сигнала, обусловленного мерцанием излучения пламени. После обработки усилителем 5 и ограничителем 6 амплитуды сигнал в виде трапецеидальных импульсов напряжения Us. следующих с частотой мерцания контролируемого пламени, поступает на формирователь 7, который формирует пилообразные импульсы с той же частотой. Так как длительность импульсов напряжения Us в данном случае больше, то амплитуда пилообразных импульсов Ue превышает порог Un срабатывания электронного ключа 9, поэтому последний открывается и обеспечивает прохождение инвертированных инвертором 8 импульсов напряжения Us в виде прямоугольных импульсов напряжения U с выхода ограничителя 6 на вход запоминающего блока 10. Длительность им пульсов напряжения Ue, поступающих че рез открытый электронный ключ 9 на вход запоминающего блока 10, соответствует периоду времени с момента формирования инвертором 8 положительного фронта импульса напряжения момента закрытия электронного ключа 9 после снижения напряжения U6 на его входе (выходе формиро вателя 7 пилообразных импульсов) ниже порога Un срабатывания Частота этих импульсов соответствует частоте мерцания контролируемого пламени. Запоминающий блок 10 обеспечивает изменение выходного сигнала Ug из О в 1, если число поступающих за определенное время импульсов напряжения Us превышает установленное значение, Параметры запоминающего блока 10 выбираются таким образом, чтобы случайные импульсы от помех на входе с рой- ства не приводили к ложным сра агыеани- ям его.

При погасании контролируемого пламе- ни процессы в устройстве проходят аналогично описанному для интервалов времени

ИЛИ .

Изменение чувствительности устройства рассмотрим при его работе после момента ta.

Изменением величины напряжения источника 4 регулируемого напряжения производится смещение диаграммы выходного напряжения усилителя 5 по оси ординат.

Увеличивая смещение, можно добиться такой ситуации, чтобы на выходе ограничителя 6 трапецеидальные импульсы напряжения Us стали следовать с частотой помехи, а при еще большем смещении исчезли совсем и на выходе ограничителя 6 напряжение стало равным нулю. Это влечет за собой установление на выходе устройст ва О (Нет ггламени). Трапецеидальные импульсы Us на выходе ограничителя б появляются снова только при увеличении амплитуды сигнала из на входе усилителя 5, значит, при увеличении интенсивности излучения мерцающего контролируемого пламени. Это означает, что напряжением

источника 4 чувствительность устройства уменьшена.

Устройство для контроля пламени не формирует ложного сигнала о наличии плэмени при воздействии на фотодатчик пульсации интенсивности излучения от ламп освещения и при помехах, наводимых от промышленной сети переменного тока на линию связи фотодатчика с остальной частью устройства, причем обеспечивается возможность изменения чувствительности устройства.

Формула изобретения Устройство контроля пламени, содержащее фотодатчик с повторителем сигнала, соединенные через разделительный конденсатор с входом усилителя с ограничителем амплитуды, формирователь импульсов, источник регулируемого опорного напряжения и запоминающий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено инвертором и электронным ключом, причем входы инвертора и формирователя импульсов подсоединены к

выходу ограничителя амплитуды, выходы - к входам электронного ключа, выход которого соединен с входом запоминающего блока, а источник регулируемого напряжения присоединен к второму входу усилителя.