Некоторые типы устройств, например газовые колонки или плиты, должны иметь датчики пламени в качестве меры предосторожности, предотвращающей возможную опасность. Если ветер выдувает пламя, подача газа должна автоматически отключиться. В этой статье как раз и поделимся некоторыми знаниями о стержневых датчиках пламени.
В принципе, можно использовать обычный инфракрасный диод или фототранзистор для обнаружения пламени. Некоторые термопары и термобатареи также могут использоваться для измерения тепла или температуры, как это происходит в большинстве водонагревателей и газовых каминов. Но более лучшим выбором для надежного обнаружения огня будет использование стержневого датчика пламени.
Газовое пламя является проводником и действует как выпрямитель, подобно обычному диоду. Предполагается, что эффект выпрямления обусловлен разницей в подвижности положительно ионизированных частиц (горящего топлива) и свободных электронов (приложение напряжения к пламени может перемещать электроны гораздо сильнее, чем положительно заряженные ионы).
Датчик пламени представляет собой простой стержень с керамическим покрытием, который использует ионизацию от пламени для проведения тока через стержень. Он может определять наличие (или отсутствие) огня и подавать сигналы на вход внешнего устройства управления (электронной схемы контроля огня). В качестве примера можно увидеть изображение датчика GFR-3.
Он состоит из центрального электрода и внешней металлической оболочки. Электрод отделен от внешней оболочки изолирующим материалом. Кончик стержня, находящийся на пути пламени, имеет специальную высокотемпературную герметизацию с резьбовым переходником, который соединяется с центральным электродом. Противоположный конец, расположенный снаружи печки/колонки, имеет гибкие удлинители, которые подключаются к центральному электроду и внешней оболочке.
Датчик должен быть расположен так, чтобы высокотемпературный чувствительный стержень соприкасался с запальным пламенем. Пламя создает ионизированный путь между центральным электродом и электрическим заземлением. Напряжение возбуждения индуцирует ток по этому пути. Этот ток представляет собой стабильный и измеримый сигнал, который затем можно использовать в соответствующей схеме управления. Требования к электрическому прибору состоят из напряжения возбуждения (80–240 В переменного тока), приложенного к двум гибким удлинителям, и способности измерения тока (пламя — не очень хороший диод, поэтому способ его использования требует значительного напряжения для обеспечения полезного выходного сигнала). Кроме того, необходимы реле и таймеры для контроля последовательности.
Подведем краткий итог: для подтверждения наличия пламени используются стержни-датчики. Они работают за счет процесса ионизации/выпрямления, замыкая цепь. Когда на детектор подается напряжение, ток создает положительный заряд, который притягивает отрицательные ионы в пламени. Положительные ионы обычно притягиваются к зоне заземления наконечника.
Теория состоит в том, чтобы собрать через землю больше положительных ионов, чем отрицательных ионов, из датчика пламени, поэтому поток электронов выпрямляется или течет в одном направлении. Этот процесс генерирует сигнал постоянного тока, который используется для индикации наличия пламени.
Детектор огня
Даже простая неоновая лампа может надежно обнаружить и сигнализировать о наличии пламени, пропуская через него ток. Итак, все, что вам нужно для создания собственного огнедетектора, — это пара элементов плюс неоновая лампа и вольфрамовый электрод, как показано на рисунке ниже.
Изолирующий трансформатор 1:1 (220 В на 220 В переменного напряжения) здесь имеет решающее значение, поскольку прямое соединение электрода с проводом под напряжением источника питания опасно. Аналогично, резистор сопротивлением 1 МОм ограничивает ток до безопасного значения в случае случайного замыкания электрода на землю (в целях безопасности сама газовая горелка должна быть заземлена).
Для этого проекта отлично подходит общедоступный дешевый газовый запальный электрод для барбекю (сделанный из вольфрама и изолированный термостойким керамическим креплением). Обратите внимание, что пламя действует как диод с резистором очень высокого номинала, включенным последовательно, и проводит больший ток, когда печь положительна, а вольфрамовый электрод по потенциалу отрицателен. Электрод, находящийся в пламени, замыкает цепь только тогда, когда на нем горит пламя.
В общем основная идея состоит в том, чтобы подать на пламя значительное переменное напряжение, а затем снимать слабое импульсное. Когда газовый клапан открывается в начале процесса нагрева, этот электрический ток определяет наличие пламени. Если это так, то газ воспламеняется и цикл нагрева продолжается.
Но если датчик не обнаружит пламя в течение заданного периода времени, он выключит печь. Обычно цикл сканирования повторяется пару раз, но если по-прежнему не обнаруживается огонь — печь может быть заблокирована и потребуется ручной сброс.
