一种融合火焰离子效应和热电动势的火焰探针及检测方法与流程

1.本技术属于燃烧火焰检测的领域，同时涉及燃烧机、锅炉、灶具、低氮燃烧控制策略，具体为一种融合火焰离子效应和热电动势的火焰探针及检测方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.火焰检测是燃烧控制过程中的重要环节，现有的火焰检测方法，着重于火焰有无的定性检测，定量检测火焰强度的方法或复杂或效果不佳；现在广泛使用的基于火焰离子单相导电性产生的微安级别的微弱电流而实现的火焰检测方法，极易受到电磁干扰及热电动势产生的电流干扰，而且很难定量分析火焰工况，也无法实现可靠的火焰探针的自检。随着碳中和目标而涌现的各类低排放的环保燃烧也要求：火焰工况必须准确、快速、稳定可靠的实现定性检测和定量检测。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的不足，本技术提供了一种融合火焰离子效应和热电动势的火焰探针及检测方法，实现了对火焰工况进行准确、快速、稳定可靠的定性检测和定量检测；而且，本技术所述的火焰探针，成本低廉，易于制造，可与原来火焰探针在形状、工装方式上一样，极易推广使用。
5.为了实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种融合火焰离子效应和热电动势的火焰探针及检测方法，包括：集成了热电偶的火焰探针单元（1、2）、固定频率或可调频率且功率可调的交流电源单元（3、4、5）、占空比检测单元（6）、直流电流检测单元（7）、综合处理单元（8）；所述集成了热电偶的火焰探针单元（1）与固定频率或可调频率且功率可调的交流电源单元（5）连接；所述集成了热电偶的火焰探针单元（2）可以与固定频率或可调频率且功率可调的交流电源单元（5）连接，也可以不与之连接；所述集成了热电偶的火焰探针单元（1、2）与占空比检测单元（6）输入端、电流检测单元（7）输入端连接；所述占空比检测单元（6）输出端、电流检测单元（7）输出端分别与综合处理单元（8）相应输入端连接。
6.进一步的，所述集成了热电偶的火焰探针单元（1、2）包括：热电偶线材的火焰探针（1）和火焰探测框架电极（2），二者有合适的间隔距离且都能接触被测火焰（9）。
7.进一步的，所述的火焰探测框架电极（2），包括：可以是置于火焰中的导体探针，或者是火焰附着的导体框架。
8.进一步的，本技术包括：热电偶线材的火焰探针（1）和火焰探测框架电极（2）之间的合适的间隔距离，可由固定频率或可调频率且功率可调的交流电源单元（3、4、5）控制，从
而实现本技术的准确、快速、稳定可靠地检测火焰。
9.进一步的，本技术包括：固定频率或可调频率且功率可调的交流电源单元（3、4、5）包括频率整定或固定频率的功能、固定功率或功率可调的功能，并且，随着此单元的频率、功率在安全范围内的提升，本技术检测火焰的准确、快速、稳定可靠就会相应提升。
10.进一步的，本技术包括：固定频率或可调频率且功率可调的交流电源单元（3、4、5）包括频率整定或固定频率的功能、固定功率或功率可调的功能，并且，随着此单元的频率、功率在安全范围内的提升，本技术检测火焰的准确、快速、稳定可靠就会相应提升。
11.进一步的，本技术包括：直流电流检测单元（7）的信号源为热电偶线材的火焰探针（1）感应火焰热能产生的毫安级别的电动势，且此电动势与被测火焰的强度，存在可用的线性关系，且与火焰离子效应导通的微安级别的交流分量电流很容易区分计算，因此本技术可以同时据此电流分量检测火焰强度，实现燃烧系统的精确、实时、环保、节能的控制。
12.进一步的，本技术包括：指出了普通的离子电流型火焰探针因为火焰热能产生的毫安级别的电流信号，是其探测火焰时出现虚假信号的重要原因。
13.进一步的，本技术检测方法为：固定频率或可调频率的交流电源（3、4、5）产生合适频率、合适电压、微电流的交流信号源，加载至集成了热电偶的火焰探针单元（1、2）；集成了热电偶的火焰探针单元（1、2）接触被测火焰（9）后，由于火焰离子的单向导电性而在集成了热电偶的火焰探针单元（1，2）产生的交流分量接入占空比检测单元（6）的输入端；由于火焰热能产生在集成了热电偶的火焰探针单元（1，2）的热电动势形成的直流分量接入直流电流检测单元（7）的输入端，综合处理单元（8）根据占空比检测单元（6）的占空比信号与直电流检测单元（7）的直流电流信号，综合计算后得出是否有火焰并量化火焰强弱，同时实现探针单元（1、2）的自检。
14.进一步的，本技术包括： 集成了热电偶线材的火焰探针（1、2）可以同时检测出火焰离子单相导电性产生的的交流分量的占空比信号、火焰热电动势产生的毫安级别的直流电流信号，通过二者比对计算，可以自检出：火焰探针单元故障、热电偶失效故障、火焰脱火故障。
15.基于上述的一种融合火焰离子效应和热电动势的火焰探针及检测方法，与现有技术相比，本技术的有益效果是：集成了热电偶线材的火焰探针（1、2），同时实现了占空比、直流电流两种火焰检测功能，不仅可以定性检测火焰有无，而且可以定量分析火焰强度；占空比、直流电流两种火焰检测功能的互相比对，实现了集成了热电偶线材的火焰探针（1、2）的自检，增强了燃烧系统的稳定可控。
16.本技术的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
17.图1为本技术实施例的方法流程示意图。
18.图2为本技术的集成有热电偶的火焰探针单元的结构意图。
19.图3为本技术的集成有热电偶的火焰探针单元的另一种结构意图。
具体实施方式
20.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
21.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
22.在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.如图1所示，本技术实施例包括：直流电源模块（3）的输出，经过文氏电桥振荡器组成的调频交流电源模块（4）而生成的合适频率的交流信号电源，再输出至变压器组成的交流电源调压模块（5）而生成的合适频率、合适功率的交流信号电源，驱动集成了热电偶的火焰探针单元（1、2）；由于火焰（9）的单相导电性，占空比检测单元（6）检测出与火焰有无、强弱对应的占空比信号；由于火焰（9）在热电偶材质的火焰探针（1）上产生的热电动势，直流电流检测单元（7）检测出与火焰有无、强弱对应的直流电流信号；综合处理单元（8）根据占空比信号、直流电流信号的比对计算，得出是否有火焰并量化火焰强弱，同时实现探针单元（1、2）的自检。
24.本实例所述的交流电源模块（3、4、5）而生成的合适频率、合适功率的交流信号电源，是指提升交流信号电源的频率、提高交流信号电源的电压、降低交流信号电源的电流，有助于准确、快速、安全、可靠地实现火焰（9）的定性、定量检测。
25.本实例所述的与火焰有无、强弱对应的占空比信号，是指占空比信号与火焰的强弱正相关。
26.本实例所述的与火焰有无、强弱对应的直流电流信号，是指直流电流信号与火焰的强弱正相关。
27.本实例所述的实现探针单元（1、2）的自检，包括以下工况：火焰探针单元故障或者火焰脱火：交流电源单元（3、4、5）正常，火焰直流电流信号正常，火焰占空比信号异常；热电偶失效故障：交流电源单元（3、4、5）正常，火焰占空比信号正常，火焰直流电流信号异常。
28.本例所述的综合处理单元（8）的输入、输出还包括: 管理使用火焰检测的人机界面、数据存储、声光告警、网络通讯，输出也可以驱动燃料阀组或燃料泵的控制继电器。
29.如图2所示的集成有热电偶的火焰探针单元的结构意图，包括：置于火焰（9）中的热电偶线材制作的火焰探针（1）；耐热陶瓷绝缘管（10）用于火焰探针（1）的安装；火焰探针单元（2）直接使用了火焰附着的金属框架。
30.在图3所示的集成有热电偶的火焰探针单元的另一种结构意图，包括：置于火焰（9）中的热电偶线材制作的火焰探针（1）；耐热陶瓷绝缘管（10）用于火焰探针（1）的安装；火焰探针单元（2）直接使用了耐热导体置于火焰中，耐热陶瓷绝缘管（20）用于火焰探针（2）的安装。
31.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。