Электрод ионизации: принцип работы ионизационного электрода и контроля пламени горелки

Видео по теме

Выбор ибп для фазозависимых котлов отопления

Для работы современных фазозависимых котлов отопления необходимо использовать специализированный источник бесперебойного питания, имеющий явную фазу и нейтраль. 

По этой причине нельзя применять обычные компьютерные ИБП, они не имеют выделенной фазировки. По этой же причине нельзя использовать без специального ИБП электрогенераторы, не имеющие выраженной фазировки электрического тока.

Компания БАСТИОН производит линейку специальных источников бесперебойного питания для котлов отопления. ИБП TEPLOCOM  и SKAT разработаны специально для питания современных газовых котлов отопления и циркуляционных насосов.

Источники бесперебойного питания БАСТИОН имеют:

• правильную фазировку выходного сигнала;
• синусоидальный график напряжения;
• стабилизированную частоту тока.

ИБП TEPLOCOM и SKAT способны обеспечивать длительный резерв питания в случае отключения сетевого напряжения. Специализированные источники питания для оборудования систем отопления были протестированы специалистами международных электротехнических лабораторий и были рекомендованы для организации питания газового оборудования известных брендов.

Все источники бесперебойного питания TEPLOCOM и SKAT производятся в соответствии с требованиями российских и международных стандартов качества и безопасности продукции. Подробнее об ИБП для котлов отопления БАСТИОН смотрите в разделе «Источники бесперебойного питания».

Где купить специализированный ибп для котла отопления

Купить качественные и проверенные временем российские источники бесперебойного питания компании БАСТИОН для газовых котлов отопления и другого оборудования можно в магазинах фирменной сети СКАТ в городах: Москва, Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону, Новосибирск, а также в фирменном интернет-магазине “СКАТ”.

Продукция реализуется и в магазинах партнеров компании производителя в городах: Аксай, Александров, Армавир, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Биробиджан, Брянск, Великий Новгород, Владикавказ, Владимир, Вологда, Воронеж, Волгоград, Всеволожск, Гатчина, Геленджик, Горно-Алтайск, Донецк, Екатеринбург, Ижевск, Искитим, Иваново, Йошкар-Ола, Калининград, Казань, Калуга, Кемерово, Кимры, Киров, Кисловодск, Ковров, Коломна, Копейск, Краснодар, Красноярск, Крымск, Кумертау, Курган, Курск, Ленск, Липецк, Ломоносов, Москва, Магнитогорск, Махачкала, Минеральные Воды, Муром, Набережные Челны, Находка, Нижний Новгород, Новороссийск, Новосибирск, Октябрьский, Омск, Оренбург, Орел, Орловский, Орск, Павлово, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Приморско-Ахтарск, Псков, Пушкин, Пятигорск, Ростов-на-Дону, Рязань, Санкт-Петербург, Самара, Саранск, Саратов, Серов, Смоленск, Ставрополь, Старый Оскол, Сысерть, Тамбов, Тверь, Томск, Туймазы, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Хабаровск, Чебоксары, Челябинск, Шадринск, Энгельс, Южно-Сахалинск, Якутск.

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.

Как померить ток ионизации

За сгоранием газа в большинстве современных котлов следит ионизационный электрод, ток которого постоянно оценивается блоком контроля пламени. Благодаря ему чётко отслеживаются колебания давления газа и энергоотдача, в результате чего процесс горения происходит с наибольшей эффективностью.

Принцип работы автоматики газового котла

Контроль пламени по току ионизации

Контроль пламени в горелке в большинстве современных котлов осуществляется с помощью ионизационного электрода. Принцип контроля пламени по току ионизации основан на том, что при сжигании газа образуется множество свободных электронов и ионов. Эти частицы «притягиваются» к ионизационному электроду и вызывают протекание тока ионизации величиной в десятки микроампер (зависит от модели котла).

Ионизационный электрод соединяется с входом блока контроля тока ионизации (автоматом горения). Если при горении пламени запальника образуется достаточное количество свободных электронов и отрицательных ионов, то автомат горения разрешает работу (розжиг) основной горелки.

В случае если интенсивность ионизации падает ниже определенного уровня, то основная горелка отключается даже в том случае, если она работала нормально. В простейших котлах оценивается наличие тока ионизации. Причиной выхода значения тока ионизации из заданного диапазона обычно является отсутствие требуемого соотношения газ/воздух в запальнике, загрязнение или обгорание ионизационного (контрольного) электрода, но также может являться уменьшение сопротивления между ионизационным электродом и корпусом запальника, которое чаще всего происходит из-за оседания токопроводящей пыли на запальное устройство.

В современных котлах автомат горения выполняет не только функцию контроля наличия пламени, – на нём строиться вся автоматика управления горелки. По величине тока ионизации блок контроля пламени понимает, как происходит горение и, основываясь на этих данных, управляет скоростью вентилятора и клапаном подачи газа.

В некоторых запальных устройствах ионизационный электрод выполняет функцию запального электрода. В этом случае на него в течение фиксированного времени подается высокое напряжение с запального трансформатора для поджига запальника. После того как поджиг запальника произведен, контрольный электрод переходит в режим контроля тока ионизации – цепи поджига отключаются и электрод соединяется с входом автомата горения.

Но также на величину тока ионизации может влиять наводка от инвертора в инверторном режиме, несинусоидальное напряжения инвертора, некачественный ноль или плохое заземление. В этом случае блок управления получает искаженную величину тока ионизации, что может привести к неправильной оценке процесса горения и неверной работе автомата горения: неустойчивому пламени, срыву пламени или полному прекращению подачи газа.

Исключаем несинусоидальные инверторы из-за их непригодности для работы с котлами, а также инверторы, дающие синусоиду лишь в ограниченном диапазоне мощности (некоторые модели Cyberpower и др.). Если котёл нормально работает от сетевого напряжения, а в инверторном режиме перестаёт работать, то причиной может быть наводка инвертора на нейтраль (при условии правильного подключения нуля и фазы).

Проверить это довольно просто. Для этого необходимо измерить напряжение между нулём и землёй на входе инвертора и сравнить полученное значение со значением, полученным на выходе инвертора (между нулём и землёй) в режиме электропитания котла от батареи (инверторный режим).

Для включения инверторного режима необходимо выключить фазу защитным автоматом, не вынимая сетевую вилку инвертора из розетки, что приведёт к отключению нуля на входе инвертора и соответственно на его выходе. В идеале полученные значения должны совпасть, что будет свидетельствовать, что инвертор не вносит потенциал на нулевой провод.

Так как ионизационные токи в ионизационной камере обычно малы , то они усиливаются с помощью усилителей постоянного тока.Электростатический вольтметр косвенно измеряет ток, регистрирую падение напряжения, с помощью последовательно подключенного в цепь сопротивления. (рис 5-5).

Напряжение, формируемое на резисторе (величина сопротивления резистора обычно 10^9-10^12 Ом) может быть подано на сетку внутри трубки специально установленную там для снижения уровня шумов и образования небольшого сеточного тока в рабочей точке. Усиленный сигнал затем является основной частью измеряемого сигнала.

Минусом обычных электрических цепей является то, что ток в них должен быть постоянным. Любой дрейф или изменение параметров приводит к соответсвующему изменению выходного сигнала. Поэтому цепь такого вида нужно часто балансировать, замыкая вход и и сбрасывая значения.

Существует другой подход – преобразовать постоянный ток в переменный, который затем обеспечит более стабильное усиление сигнала переменного тока на последующих этапах. Данное преобразование возможно при использовании динамического конденсатора или колебательного контура, с помощью сбора ионного тока в RC цепи с большой постоянной времени. Как видно на рисунке 5-6, разность потенциалов на электродах равна

где I – величина постоянного ионизационного тока. Заряд Q, накапливающийся в ёмкости равен:

Рисунок 5-6. Схема электрометра с кварцевой пластинкой

Так как изменение значения емкости служит причиной изменения постоянной цепи, соответствующее изменение будет вызвано:

Если значение ёмкости изменяется синусоидально, имея среднюю значение С, то амплитуда напряжения переменного тока будет пропорциональна ионизационному току. Среднее значение ионизационного тока можно замерить за некоторое время, путем интегрирования.

Если сопротивление R в схеме 5-5 поставить бесконечно большим, любой ионизационный ток можно проинтегрировать по C. По падению напряжения на емкости за время измерения, можно вычислить величину полного ионизационного тока или величину заряда. При небольшом значении утечки, этот метод можно использовать для измерения токов ещё меньшего значения, чем измеряли в методе с постоянным током.

Рисунок 5-7. Измерение изменения полного заряда на И.К. через некоторое время после начала измерений. Начальное напряжение на И.К. Vo затем, через некоторое время- V Ионизационный заряд Q= CV

Для примера, предположим, что на ИК на схеме 5-7 первоначально подается напряжение Vo. Если утечка через диэлектрик камеры и внешние емкости незначительна, напряжение остается неизменным , таким же, как и первоначально, в отсутствии внешнего ионизирующего излучения.

При введении детектора в поле ионизирующего излучения, некоторые ионы будут вылетать из емкости и тем самым, уменьшать значение напряжения . Если вызваный ионизирующим излучением, заряд ΔQ (т.е. или положительный заряд положительных ионов или отрицательный заряд электронов) вылетел из конденсатора, то полный заряд, накопленный в нем равен Q-ΔQ .

Падение же напряжения от значения Vo до V в этом случае будет равно

ΔV=Vo-V = ΔQ/C (5-7)

Измерение величины ΔV даёт представление о накопленном заряде или интеграле ионизационного тока в любой момент времени.

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.

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.

Особенности датчиков пламени горелки

Бытовые и промышленные приборы, работающие на сжиженном или природном газе должны в обязательном порядке оборудоваться датчиком наличия пламени. Отсутствие горения может привести к тому, что газ начнет поступать в окружающее пространство. Это чревато пожаром или взрывом.

Термопары

Работа основана на свойстве спаяразнородных металлов при нагреве генерировать электродвижущую силу. Ля регистрации ЭДС достаточно чувствительного вольтметра, роль которого в электронной схеме выполняет простейший компаратор.

Среди достоинств элементов на термопаре:

• Простота конструкций;
• Высочайшая надежность;
• Высокая термостойкость;
• Нечувствительность к загрязнениям;
• Нет необходимости в источнике питания — датчик сам генерирует напряжение.

Основной недостаток — крайне высокая инерционность, которую можно уменьшить снизив размеры чувствительного элемента, но это снижает термостойкость и срок службы. Запаздывание срабатывания вызвано временем, необходимым для снижения температуры контакта при пропадании пламени.

Стоимость датчиков контроля пламени на термоэлектрическом эффекте может быть высокой из-за необходимости применения редкоземельных металлов в сплавах для увеличения чувствительности и повышения термостойкости.

Физический процесс ионизации воздуха пламенем

В физике хорошо известен эффект влияния пламени на ионизацию воздуха. Простой физический эксперимент доказывает изменение электрических свойств воздушной среды при воздействии на него открытым пламенем. Ниже приводим видеоролик такого физического эксперимента.

Ионизация газа пламени

В природе ионизация воздуха возникает при разрядах молнии. Мощные потоки ионов возникают при термоядерных взрывах на звездах. Процесс появления ионов различных веществ демонстрируется в ходе физических экспериментов. Ниже представлены красивые изображения потоков ионов.

Фотоэлектрические

В время горения происходит излучение светового потока, который регистрируется фоточувствительным элементом конструкции. В спектре пламени присутствует излучение всего спектра, поэтому разработаны устройства, реагирующие на:

• Видимое излучение;
• Ультрафиолетовой излучение;
• Инфракрасное излучение;
• Комбинированные.

Наиболее просты по конструкции инфракрасные датчики. Главный недостаток заключается в том, что инфракрасное излучение испускают все нагретые тела, поэтому велика вероятность ложных показаний при отсутствии пламени от нагретых стенок и элементов газового котла.

Датчики, реагирующие на видимое излучение могут давать ложное срабатывание от посторонней засветке и не могут работать при открытой камере сгорания.

Наиболее надежны ультрафиолетовые датчики, но доля ультрафиолетового излучения в пламени невелика, поэтому приходится применять меры по повышению чувствительности фотоэлемента. Наиболее распространено использование фотоумножительных конструкций. Увеличение надежности контроля достигается применением чувствительных элементов, реагирующих сразу на несколько частей спектра излучения.

Все фотодатчики обладают следующими недостатками:

• Большие размеры, накладывающие ограничения по применению в малогабаритных конструкциях;
• Нахождение чувствительного полупроводникового элемента вблизи нагретой зоны котла;
• Малый срок службы фотоумножителя;
• Сложность обвязки (электронной схемы);
• Резкое снижение чувствительности (отсутствие срабатывания при нормальных условиях) при наличии пыли и загрязнений на поверхности датчика.

• Возможность размещения за пределами камеры сгорания;
• Высокая надежность в пределах срока службы.

К фотоэлектрическим относится широко распространенный датчик наличия пламени ДП1.

В зависимости от варианта исполнения (модификации)и схемы блока сигнализации датчик пламени ДП1 имеет различающиеся характеристики по типу установки, температурным характеристикам и может использоваться в широком диапазоне устройств.

Электрод ионизации: принцип работы ионизационного электрода и контроля пламени горелки

Во время использования любого теплового оборудования, работающего на природном горючем, всегда нужно крепко помнить о высоком риске воспламенения или даже взрыва этого природного горючего вещества.

Такая беда может произойти в ситуациях, при которых может потухнуть огонь газовой горелки или факела по какой-либо причине. Если газовая смесь будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата или внешнее пространство вокруг него, будет достаточно одной искры открытого огня для того, чтобы произошел пожар или даже взрыв.

Самой частой причиной подобных случаев является отрыв пламени с последующим затуханием. Это происходит при его смещении от выхода в направлении потока газовой смеси. В итоге топка заполняется газом, что приводит к хлопку или взрыву. Причина отрыва – превышение скорости потока смеси над скоростью распространения огня.

Контроль наличия открытого огня производится с помощью ионизационного электрода. Принцип контроля пламени с помощью данного процесса основан на классическом физическом явлении.

При горении газа происходит образование огромного количества свободно заряженных частиц – электронов со знаком минус и ионов со знаком плюс. Они притягиваются и двигаются к ионизационному электроду и формируют ток ионизации небольшой силы – буквально несколько микроампер.

Электрод

ионизации соединяется с автоматом горения, который снабжен чутким пороговым устройством. Оно срабатывает при образовании достаточного количества заряженных электронов и ионов – разрешает

работу горелки

. Если же поток ионизации снижается и достигает минимального порога, горелка мгновенно отключается.

Ионизационный электрод контроля пламени устроен довольно просто: он состоит из керамического корпуса и помещенного в него стержня. Главный элемент – специализированный высоковольтный кабель с разъемами для крепления.

Чтобы устройство работало правильно и долго, нужно первым делом точно соблюдать соотношение воздуха и горючей смеси. Второе условие успеха – содержание устройства в полной чистоте.

Электроды ионизации и розжига

Помимо устройства для ионизации в котлах есть один или два электрода розжига, отвечающих за возникновение пламени на горелке – при поступлении сигнала стержень искрит и газ воспламеняется. В котлах более раннего выпуска для этой цели использовалась термопара, но сегодня это уже большая редкость, хотя есть отопительные агрегаты, где комбинируются электрод ионизации с термопарой и добавленными в эту группу фотодатчиками.

В новых моделях газовых котлов устанавливают электрод розжига и ионизации, как единое устройство, то есть, два в одном. Такой прибор срабатывает мгновенно – все операции по блокировке и открытию клапана, а также розжигу пламени на горелке производятся одним прибором, что значительно увеличивает скорость процессов.

Заключение

Как видите, в основном с электродом ионизации и розжига все предельно просто и понятно, к тому же вы самостоятельно можете произвести ремонт. Самое главное – содержать в чистоте металлический стержень датчика, и для этого нужно хотя бы раз в год перед отопительным сезоном проверять его состояние.

Источник