燃气灶火焰检测方式探讨.docx

燃气灶火焰检测方式探讨王宇(北京市公用事业科学研究所，北京100011)摘要:介绍燃气灶的熄火原因及熄火保护系统的构成，分析热电偶检测、光敏检测、离子检测等几种火焰检测方式的原理、优缺点及适用场合，探讨了复合式检测技术。关键词:熄火保护;火焰检测;热电偶检测;光敏检测;离子检测;燃气灶中图分类号:文献标识码:文章编号:1000－4416(2013)02－B25－03TU996B1概述在燃气灶具的使用过程中经常会出现意外熄火现象，一旦熄火便会产生事故隐患。GB16410—2007《家用燃气灶具》规定，自2009年1月1日起，禁止销售不具备熄火保护装置的家用燃气灶。在商用灶具领域，相关法规也要相继出台。对燃气设备火焰检测的方法很多，随着科学技术的发展，对检测设备的可靠性、安全性和耐久性也有了新的要求。2熄火原因及熄火保护系统燃气灶具在使用过程中熄火的原因主要有:鼓风机或者自然风将火焰吹灭;锅内物质加热后外溢而引起火焰熄灭;操作时火焰调节过小;由于燃气压力低或者燃气短时间内间断引起熄火。熄火保护功能是在燃气灶具上加装火焰检测装置，在正常使用情况下，当火焰意外熄灭后，火焰检测装置随即检测出信号变化，对火焰信号进行判定和处理，确定火焰状态后输出信号给保护装置，切断气源。熄火保护系统由火焰检测装置(光敏检测器、离子检测器等)、信号处理控制器和保护装置(燃气电磁阀、燃气调节阀等)构成，见图1。3火焰检测方式火焰在燃烧时会产生热量、辐射光、离子等特殊信号，根据这些特殊信号，可以分为热电偶、光敏、离子等几种火焰检测方式。火焰检测装置可以利用火焰燃烧时产生的特性，捕获火焰点燃和熄灭时的信号差异，从而判断火焰是否存在。图1熄火保护系统构成热电偶是一种感温元件，我们可以得到热电偶两端的电势差值，然后通过变送器处理，得到所测火焰的实际温度，可利用温度来判断火焰是否存在。进行温度采集得到温度的大致范围，并可测得最高温度。将稳定时的最高温度作为温度上限，将稳定时的最低温度作为温度下限，根据电子电路分析中的滞回比较器原理，进行火焰检测［1］。在商用燃气灶具燃烧器研制过程中，当火焰燃烧稳定后，由于环境影响和火焰波动会使燃烧温度产生变化，温度稳定在700～800℃。因此，我们可以把温度启动值设定在800℃，温度下限值设定在700℃，程序在温度达到启动值后，一旦低于下限值后即输出熄火报警信号。②优点热电偶在火焰检测过程中以测量精度高、热响应时间较快、测量范围大等特点受到重视，另外它性能可靠，机械强度好，使用寿命长，安装也相对方便。3．1热电偶检测①检测原理应用中存在的问题③·B25·第33卷第2期煤气与热力www．watergasheat．com热电偶的非线性问题将给测量带来误差，一般在二次仪表中进行非线性校正。热电偶的冷端补偿问题是由热电偶本身工作性质决定的。热电偶的温度值是在冷端温度为0℃时获得的，但在实际应用时，热电偶的冷端、工作端距离很近，且冷端暴露在空间中，受周围介质温度波动的影响，因此其冷端温度不会保持在0℃不变，从而引起测量误差。如果我们利用温度的变化值来判断火焰的存在，会影响对火焰信号的反应速度。在现有的家用燃气灶和热水器等燃具中，多采用价格低廉的镍镉康铜热电偶进行火焰检测，镍镉康铜热电偶可与电磁阀直接组合，实现熄火保护功能。当热电偶被加热后，随着温度的升高产生热电动势，可维持电磁阀吸合;当火焰熄灭后，温度下降，热电动势随之下降，电磁阀释放弹开，切断气源。广泛地应用于燃烧监控、放电检测、紫外线检测及紫外线光电控制装置中。紫外探测器可采用固态物质作为敏感元件，如碳化硅或硝酸铝，也可使用充气管作为敏感元件，如盖革－弥勒管。②光敏探测器的优缺点优点是反应灵敏，抗干扰波长信号能力强，可靠性好，检测距离远;缺点是易老化，易损坏，寿命短，价格昂贵，不耐高温。3．3离子检测离子检测是利用火焰燃烧时产生的外层离子导电原理，外层离子导通电子电路的放大元器件，从而判定火焰状态。利用离子检测的电路很多，现介绍以下电路作为参考，见图2。3．2光敏检测燃气燃烧产生烟气和放出热量的同时，也产生可见的和不可见的光辐射，光敏检测就是通过检测这些光辐射来判断火焰是否存在。根据火焰的光特性，火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射和伴有连续光谱的固体辐射，其波长为0．1～10μm或更宽的范围。从火焰辐射波长特性来看，光敏探测器可分为红外探测器、可见光探测器和紫外探测器3种。由于红外探测器和可见光探测器因热源残留辐射或受其他光源干扰而影响检测效果，所以一般不采用。紫外探测器只对0．18～0．26μm狭窄范围内的紫外线产生响应，对其他频谱范围的光线不敏感，利用它可以对火焰中的紫外线进行检测。①紫外探测器当火焰的辐射作用到紫外探测器的探测管的阴极时，电子束放射出来。电子束作用到充满紫外探测器的电