专利名称：气体燃烧器火焰导电检测信号转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体燃烧器火焰导电检测信号转换电路，用于气体燃烧设备安全检测，属于电子电路技术领域。
当火焰存在时，火焰区的许多物理量要发生变化，如温度的提高，火焰的光特性和火焰区导电特性等的改变，火焰检测技术就是利用这种火焰区物理量的变化来检测火焰的存在。由此出现了多种火焰检测方法和火焰检测传感元件，如采用热电偶，双金属元件(温度传感器)和光敏管等器件作为火焰检测元件。
对工业上使用的燃气燃烧器来说，由于热负荷大(10万千卡/小时以上)，要求火焰检测元件在不正常熄火时的几秒钟内，发出有效信号。而常规的温度传感元件要在以分钟计的时间长度内才能作出反应，且背景温度(炉内)影响检测的灵敏度，因此难以满足要求。陈尧生等人在“大型锅炉火焰监测装置”(《工业仪表与自动化装置》1997年第6期P46～48)中讨论了采用光敏元件在线检测火焰的方法。采用光敏元件检测火焰，如紫外火焰检测，红外火焰检测等，都是利用火焰温度和火焰辐射峰值波长之间的关系，检测特定辐射峰值波长和其强度来检测火焰，从原理上，反应时间短，能满足要求，但仍然有背景干扰信号，存在信号弱，信号处理复杂，成本高的问题。对于只要检测火焰有无的火焰检测要求来说，既不经济又不实用。
火焰导电检测是利用气体燃烧火焰使燃烧介质离子化这一特性。电离在火焰中产生自由电子，使火焰具有导电性。这种方法把一根金属电极插入火焰中，在外加电压的作用下，检测在喷嘴和火焰的电流。翟成等人在“火焰检测原理及应用”(《河北省科学院学报》第16卷第1期，1999年2月，P8～9)中讨论了这种方法。他们直接采用220V电压，使得检测系统本身不安全；其次采用分立元器件，使得电路复杂，可靠性下降；最主要的没有为自动化的燃烧器控制系统提供安全的接口。
为实现这样的目的，本发明的技术关键是在判断火焰导电信号的性质和火焰不同部位的火焰导电信号的差别的基础上，设计合理可靠的信号转换电路，把火焰导电信号转变为有效的控制信号。
实验表明，不同强度、形状的火焰，其离子化程度不同，火焰导电的能力也不一样。火焰在燃烧过程中不断的波动，其不同时刻和不同位置的电阻值都不同，火焰电阻不是连续变量而是离散变量，但是从火焰根部到火焰头部火焰区不同位置的火焰电阻的平均值变化不大，火焰导电检测对火焰棒的放置位置要求不高。但火焰电阻的阻值较大，为10M级。火焰导电电流很小，如果在火焰和喷头之间加20V电压，流经火焰的电流约为0.2～1μA，不能直接用这种微弱的火焰电流来驱动控制器，同时由于燃烧火焰在不断波动，火焰电阻是随机波动的，火焰的电流信号也是波动的。为了使测量出来的火焰电阻成为有效的控制信号，必须对火焰导电信号进行处理。
本发明设计的火焰导电信号转换电路中，采用一个信号处理的集成电路芯片，将火焰棒检测到的火焰电阻Rf并接一个积分变换电容，并采用一个大电阻和火焰电阻Rf组成电压分配电路，把弱小的火焰电阻信号转化成电压变化信号，接到集成电路芯片的输入端。由信号处理集成电路对转换后的电压信号进一步处理。集成电路芯片的输出端可并接一个电阻及发光二极管作信号指示，输出电压作为开关量供给后续的控制电路。
本发明采用火焰棒检测火焰电阻，由于火焰检测信号对位置不敏感，火焰棒的安装方便、灵活，可以直接装在燃烧器的喷头上，也可以装在陶瓷绝缘套内，采用固定夹固定在喷头上。本发明设计的火焰导电信号转换电路，简单可靠，把火焰燃烧时波动的火焰电阻转换为电平信号，反应速度快，抗干扰能力强，不受光磁影响，为设计自动化的燃气燃烧器的控制电路提供了可靠的接口。
及
具体实施例方式图1为本发明检测火焰电阻的火焰棒安装位置示意图。如图所示，在火焰喷头一侧有一个略向火焰倾斜的固定夹1，由固定夹1夹住套有火焰棒3的陶瓷绝缘套2。火焰棒的一头伸向火焰，另一头引出接信号转换电路。
图2为本发明的信号转换电路图。
如图所示，本发明的信号处理电路中，采用了一个信号处理的集成电路芯片TA7555，火焰棒检测到的火焰电阻Rf并接一个积分变换电容C1，并与电阻R1组成电压分配电路，把火焰电阻信号转换为电压信号V1，接到信号处理集成电路TA7555芯片的输入端。集成电路芯片7555的输出端并接一个电阻R2及发光二极管1D(作信号指示)，输出电压V2作为开关量供给后续的控制电路。电路中，a端引出接火焰棒，b端引出接燃烧器机箱。
本发明选用的信号处理电路TA7555是一个典型的阀值控制电路，当V1的电压低于1/3Vcc(4V)时，V2输出高电平，当V1电压升高时，只要不超过2/3Vcc(8V)，V2输出不变(高电平)，只有V1的电压高于2/3Vcc，V2输出低电平。随后V1电压下降，只要V1不低于1/3Vcc(4V)，V2输出不变(低电平)。
R1和火焰电阻Rf组成电压分配电路，当没有火焰时，ab间断路，即Rf无穷大，R1的电压降等于供给电压0，V1等于Vcc；有火焰时，R1的电压降等于R1/(R1+Rf)，V1等于Rf/(R1+Rf)Vcc。取R1大于2Rf，没火焰时，V1等于12V，V2输出低电平0；有火焰时，V1小于1/3Vcc(4V)，V2输出高电平12V。
电容C1对V1进行积分变换。由于火焰电阻是波动的，燃烧时，转化后的电压V1是一个随机变化的量，会造成控制电路误动作。电容C1对V1进行积分，输出后的V1值变成连续的物理量Rf/(R1+Rf)，Rf为单位时间内火焰电阻的平均值。
当电路通电时，没有火焰时，ab间断路，C1通过R1充电，V1＝Vcc(1-et/RC)，V1由0开始上升，V2的输出高电平；经过ln3R1C1，V1等于2/3Vcc，V2输出反转为低电平。发光二极管1D闪亮一下，然后熄灭。取R1为60M，ln3R1C1约为0.6秒。
当燃烧器燃烧时，火焰电阻出现，只要平均火焰电阻小于30M，V1的电压小于1/3Vcc，V2由低电平反转为高电平，在正常燃烧时，V1的电压小于1/3Vcc，V2的电压一直保持高电平不变，发光二极管1D一直发光；一旦火焰熄灭，火焰电阻消失，C1充电，电压升高，V2经过大约0.5秒，就由高电平反转为低电平，发光极管1D也熄灭。
由于信号处理芯片TA7555的输出电流很大，V2可直接驱动继电器等元件，或作为开关量直接供给后续的控制电路。
权利要求
1.一种气体燃烧器火焰导电检测信号转换电路，其特征在于火焰棒检测到的火焰电阻Rf并接一个电容C1，并与电阻R1组成电压分配电路，把火焰电阻信号转换为电压信号V1，接到信号处理集成电路TA7555芯片的输入端，芯片7555的输出端并接一个电阻R2及发光二极管1D，输出电压V2作为开关量供给后续的控制电路。
全文摘要
一种气体燃烧器火焰导电检测信号转换电路,将火焰棒检测到的火焰电阻R
文档编号F23D14/72GK1349069SQ01132328
公开日2002年5月15日 申请日期2001年11月29日 优先权日2001年11月29日
发明者于赟, 季诚昌, 李建国 申请人:上海交通大学