Устройство для контроля пламени

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО И 2201 11 5/24 51) С(1 ц) ъ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ УСТРОИСТВО ДЛЯ КОНТР НИ тепл льэованои аварийьсный ержит т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики Чебоксарского производственного объе динения "Электроприбор"(56) Авторское свидетельство СССР У 1129467, кл. Р 23 М 5/08, 1983.(57) Изобретение относится энергетике и может быть ис для защиты котлоагрегатовном погасании пламени. Импчастотный дискриминатор со ковые ключи 1 - 3, содержащие логические инверторы 19, полевые транзисторы 20, резисторы 4, 5, 8, 1 О, 12, 15,17 и 18, конденсаторы 6, 11 и 16 идиоды 7 и 13. В устр-ве для контроляпламени обеспечивается автоматическое слежение значения напряжения11 на выходе интегратора и, следовательно, на неинвертирующем входекомпаратора, за амплитудой переменного напряжения 11 на выходе преобразователя сигнала и на инвертирующем входе компаратора. На входе последнего Формируются отрицательныеимпульсы, следующие с частотой 1 О 30 Гц при наличии пламени, и отрицательные импульсы, следующие с частотой 50 Гц и выше при его отсутствии. 11 ил,13220Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для контроля наличия пламени в огне- технических агрегатах, может быть применено для защиты котлоагрегатов при аварийном погасании пламени в их горелочных устройствах, работающих на газообразном и жидком топливе, и является усовершенствованием изобретения по авт,св.Ф 1129467.Цель изобретения - повышение надежности.На фиг. представлена принципиальная схема импульсного частотного дискриминатора; на фиг.2 - диаграмма входного сигнала Х устройства для контроля пламени; на фиг.З - диаграммы выходного напряжения 11, преобразователя сигнала и выходного напря жения Б интегратора; на фиг.4 диаграмма выходного напряжения Б компаратора;: на фиг,5 - диаграмма выходного напряжения 11 инерционного ключа; на фиг.6 - диаграмма нап 25 ряжения 11 на управляющем входе пер-, вого токового ключа; на фиг.7 - диаграмма напряжения Б на первом выводе первого токового ключа; на фиг.8 диаграмма напряжения У на управляющем входе второго токового ключа; на фиг.9 - диаграмма напряжения 1 на втором выводе второго токового ключа на фиг.10 - диаграмма напряжения 11 на управляющем входе третье= го токового ключа; на фиг.1 - диаг рамма напряжения 11, на выходе импульсного частотного дискриминатора.1Импульсный частотный дискриминатор (фиг.1 содержит три токовых ключа 1 - 3, в качестве которых применены токовые ключи, входящие в интегральную микросхему К 176 КТ 1 или К 176 КТЗ. Вход дискриминатора соединен с низкочастотным фильтром, образованным интегрирующей КС-цепочкой на резисторах 4 и 5 и конденсаторе 6. Для ускоренного разряда конденсатора 6 служит диод 7, включенный параллельно резистору 5. Сопротивление резистора 4 выбирается иэ условия допустимого тока компаратора.Суммарное сопротивление резисторов 4 и 5 выбирается таким, чтобы положительные импульсы только с частотой следования ниже 30-35 Гц обеспечивали заряд конденсатора 6 до напряжения порога срабатывания токового ключа 1. Первый вывод управляемого 17 2промежутка токового ключа 1 через резистор 8 соединен с положительнойшиной 9 питания, а через резистор10 - с входом дифференцирующей цепи,образованной конденсатором 11 и резистором 12. Выход дифференцирующейцепи соединен с управляющим входомтокового ключа 2. Для исключенияотрицательынх импульсов на выходедифференцирунщей цепи параллельнорезистору 12 включен диод 13. Второйвывод управляемого промежутка токового ключа 1 соединен с отрицательнойшиной 14 питания. Сопротивление резистора 10 выбирается иэ условия допустимого тока через управляемыйпромежуток ключа 1. Параметры резисторов 8 и 2, конденсатора 11 и диода 3 выбираются такими, чтобы приразмыкании ключа 1 на выходе дифференцирующей цепи формировался положительный импульс, амплитуда которого превышает значение напряжения срабатывания токового ключа 2,Первый вывод управляемого проме -жутка токового ключа 2 соединен сположительной шиной 9 питания, а второй вывод через интегрирующую цепь,образованную резистором 15 и конденсатором 16, - с управляющим входом токового ключа 3, первый выводуправляемого промежутка которогосоединен с положительной шиной 9питания, а второй вывод - с выходомимпульсного частотного дискриминатора и через резистор 17 - с отрицательной шиной 14 питания. Для разрядаконденсатора 16 параллельно ему включен резистор 18. Параметры резисторов 15 и 18 и конденсатора 16 выби -раются такими, чтобы короткие положительные импульсы, следующие с частотой ниже 1-2 Гц, не заряжали конденсатор 16 до напряжения срабатывания токового ключа 3, а несколько импульсов, следующих с частотой выше1 - 2 Гц, обеспечивали заряд конденсатора 16 до этого значения напряжения.Сопротивление резистора 17 выбираетсяиэ условия допустимого тока черезуправляемый промежуток ключа 3 и согласования выходного сопротивления импульсного частотного дискриминаторас входным сопротивлением подключенного к нему исполнительного ключа. Каждый из токовых ключей 1 - 3 содержит логический инвертор 19 и полевой транзистор 20 с изолированнымзатворам с Р-каналом, выполненные по КМДП интегральной технологии. Выход инвертора соединен с затвором транзисторов. Инвертор 19 обладает свойственным ЛДП инверторам высоким 5 входным сопротивлением (сотни мегом), большим по абсолютной величине коэффициентом усиления напряжения в активной области характеристики переключения, которая находится приблизительно в середине диапазона значений ототрицательного до положительногонапряжения питания токового ключаи занимает небольшую часть этого диапазона (менее 107), и настолько малой величиной амплитуды сквозного тока при переключении, что даже длительное протекание сквозного тока такойвеличины не приводит к отказу инвер -тора, Например, амплитуда сквозноготока инвертора токового ключа, входящего в микросхему К 176 КТ 1, при напряжении 9 В не превышает 2,5-3 мА. Характеристика транзистора 20 такова, чтосопротивление его канала (между истоком и стоком) очень велико (более10 МОм) при напряжении на затворе,соответствующем логическому уровню"1 " на выходе инвертора,и мало (неболее 1 кОм) при напряжении на затворе, соответствующем логическому уровню н 0на выходе инвертора.Выход импульсного частотного дискриминатора соединен с входом исполнительного ключа, обеспечивающим усиление по мощности и, в случае необхо димости, преооразование уровня любого значения логического сигнала, атакже гальваническое разделение входного и выходного сигналов, причемвходной логический сигнал исполни -тельного ктпоча должен быть согласован по уровню с выходным логическимсигналом импульсного частотного дискриминатора, а входное сопротивлениеключа должно соответствовать нагрузочкой способности дискриминатора повыходу.На фиг, 2-11 по оси ординат откладывается текущее значение. времени С,- 1 - моменты времени, по оси абсцисс П - значение напряжения общеговыхода двухполярного источника питания. 11. - значение напряжения порогапереключения инвертора 20 токовыхключей 1 - 3.Устройство работает следующим образом,В момент времени 1: включается напряжение питания. Предположим, что входной сигнал Х соответствует воздействию светового потока постояннойинтенсивности на датчик пламени, т.е. пламя отсутствует. При этом на выходе преобразователя сигнала и инвертирующем входе компаратора напряжение 1 по значению равно напряжению 11 общего выхода двухполярного источника питания, которое подается и на вход интегратора. Поэтому на выходе интегратора и неинвертирующем входе компаратора напряжение У стремится к значению Гно так как на вход интегратора через переменный резистор подается положительное напряжение, напряжение Б остается несхолько меньшим 11 а напряжение Б на выходе компаратора принимает предельное отрицательное значение, т.е. на входе импульсного частотного дискриминатора, на управляющем входе его токового ключа 1 и входе инвертора 19 этого ключа напряжение соответствует логи - ческому уровню0", поэтому на выходе инвертора имеет место логический уровень "1" и транзистор 20 закрыт. В этом случае значение напряжения(па истоке транзистора 20) на первом выводе управляемого промежутка токового ключа 1 имеет высокий уровень за счет соединения этого вывода с положительной шиной 9 питания через резистор 8, По цепи положительная шина 9 питания - резисторы 8 и О - конденсатор 11 - резистор 12 отрицательная шина 14 течет импульс зарядного тока конденсатора 11, вследствие этого возникает положительный иМпульс напряжения Б на резисторе 12 и управляющем входе токового ключа 2, следовательно, и на входе его инвертора 19, который обеспечивает кратковременное открытие транзистора 20 этого же ключа и . формирование на его стоке (втором выводе управляемого промежутка ключа 2) короткого положительного импуль са напряжения. За время этого импульса конденсатор 16 заряжается через резистор 5 до некоторого значения напряжения. Сопротивление резистора 15 выбирается таким, чтобы указанное значение напряжения на конденсаторе 16, а следовательно, и управляющем входе токового ключа 3 не превысило значения напряжения Б по17 5 3220 рога переключения инвертора 19 этого ключа. В этом случае токовый ключ 3 останется разомкнутым, а значение напряжения Ц, на выходе импульсного частотного дискриминатора останется неизменным сооотнетствующим значению напряжения отрицательной шины 14 питания, т.е. логическому уровню 0",Отрицательное выхоцное напряжение Б компаратора поступает на вход О интегратора и обеспечивает быстрое увеличение напряжения У интегратора. В момент времени, когда это напряжение, увеличиваясь от отрицательного начального значения, проходит 15 через значение напряжения Б, и принимает весьма малое положительное значение, соответствующее порогу чувствительности компаратора, напряжениеП на его вьжоде изменяется скачком 20от предельного отрицательного до предельного положительного значения. Приэтом выходное напряжение П интегратора начинает медленно уменьшаться,причем даже очень малого спада напряжения Б интегратора, происходящегоза весьма короткий промежуток времени,достаточно, чтобы оно приняло малоеотрицательное значение, соотнетствующее порогу чувствительности компаратора, в результате чего напряжениеБ на его выходе изменится скачкомот предельного положительного до предельного отрицательного значения. Далее в интервале времени 1, - 1: процес сы повторяются, если не изменитсяхарактер входного сигнала Х. Таким образом, после включения питания напряжение Б быстро возрастает от отрицательного значения до положительного и н интервале времени 1 - С колеблется с малой амплитудой и частотой, выбираемой с помощью параметров интегратора и компаратора, несколько выше 50 Гц (около 70 00 Гц), При этом напряжение Пэ на выходе компаратора, следовательно, и на входе импульсного частотного дискриминатора изменяется с той же частотой, вследствие чего напряжение П на выходе иньрционного ключа остается равным напряжению С . Во время положительного импульса напряжения 1 компаратора коденсатор 6 импульсного частотного дискриминатора медленно заряжается через резисторЬ 1 4 и 5 до некоторого значения напряжения, а но время отрицательного импульса быстро разряжается через резистор 4 и диод 7. При указанной частоте изменения напряжения У компаратора напряжение на конденсаторе 6, следонательно,и напряжение 0 на управляющем входе токового ключане достигает значения напряжения Б порога переключения его инвертора 19. Поэтому значение выходного сигнала инвертора 19 не изменяется, остается равным логическому уровнюзначит, транзистор 20 ключа 1 остается закрытым. В этом случае конденсатор 11 находится в заряженном состоянии, напряжение 11 на первом выводе управляемого промежутка ключа 1 имеет значение нысокого уровня напряжение на резисторе 12, следовательно, и напряжение Б на управляющем входе токового ключа 2 практически равны значению напряжения на отрицательной шине 14 питания, значит, ключ 2 разомкнут и конденсатор 16 медленно разряжается через резистор 18, а напряжение Ь на управляющем нходе токового ключа 3 снижается. Таким образом, значение напряжения П, по-прежнему, остается равным значению логического "0".Если н интервале времени отсутствует пламя, но есть промьппленная помеха с частотой 50 Гц (входной сигнал Х колеблется с частотой 50 Гц), то напряжение У, на выходе преобразователя и инвертирующем.входе компаратора также колеблется с частотой помехи около значения напряжения П и первая же положительная полуволна этого напряжения приведет к появлению на выходе компаратора отрицательного импульса, имеющего несколько большую длительность, чем предшествующие. Зтот импульс поступает на вход интегратора и обеспечивает увеличение напряженияна его выходе до значения амплитуды напряжения 1, на выходе преобразователя.Далее в системе устанавливается состояние динамического равновесия, при котором в моменты превьппения вершинами положительных полуволн напряжения Б, преобразователя значения напряжения Б, на выходе интегратора обеспечивается формирование компаратором отрицательных импульсов нап -ряжения 13Таким образом, в интервале времени- С напряжение 1 ца выходе13220компаратора изменяется с частотой промьшленной помехи 50 Гц, вследствие чего напряжение У на выходе инерционного ключа останется равным напряжению 11 амплитуда положительного значения напряжения на конденсаторе 6 и напряжения У на управляющем входе токового ключа 1 импульсного частотного дискриминатора несколько увеличится, но напряжения 1 д не 10 достигнет. Поэтому значения напряжений И на первом выводе управляемого промежутка токового ключа 1,.на управляющем входе токового ключа 2,на втором выводе управляемого про8межутка этого же ключа и О, на выходе дискриминатора останутся такими же, как и в интервале времени Т, - ТЕсли при наличии помехи в момент времени С появляется пламя, то амп литуда суммарного сигнала (помехи и низкочастотного сигнала, обусловленного мерцанием излучения пламени), увеличивается, а максимумы этого сигнала будут следовать с частотой, со ответствующей пульсации интенсивности излучения пламени. Первая же положительная полуволна суммарного напряжения 11, имеющая амплитуду, большую амплитуды помехи, при превышении напряжения Б приведет к формированию на выходе компаратора отрицательного импульса увеличенной длительности. Этот импульс обеспечит быстрое увеличение напряжения Б на выходе интег ратора до значения амплитуды напря жения 11, . Далее в системе наступает новое состояние динамического равновесия, при котором лишь вершины положительных полуволн напряжения Б, 40 имеющих наибольшую амплитуду, периодически,с частотой мерцания пламени, вызывают появление отрицательных импульсов, напряжения У на выходе компаратора, т.е. при наличии пламе ни в интервале времени 1 - Т нап 3ряжение П изменяется с частотой мерцания пламени 10-30 Гц, даже если амплитуда полезного сигнала намного меньше амплитуды сигнала помехи. 50 В этом случае напряжение Б на выходе инерционного ключа, по-прежнему,останется равным напряжению Боднако вследствие того, что длительность положительных импульсов напряжения 55Уд на выходе компаратора и входе импульсного частотного дискриминатора увеличивается значительно, значе 17 8ния амплитуды положительных импульсов напряжения на конденсаторе б инапряженияна управляющем входе токового ключа 1 дискриминатора в конце положительного импульса напряжения 1 несколько превышают значение напряжения , порога переключения инвертора 9 токового ключа 1, В моменты, когда напряжение Б достигает значения 1, инвертор 19 токового ключа 1 формирует на своем выходе уровень логического 0", который, поступая на затвор транзистора 20 этого же ключа, обеспечивает резкое уменьшение сопротивления его канала исток - сток и разряд конденсатора 1 по цепи резистор 1 О - открытый канал исток-сток транзистора 20 токового ключа- отрицательная шина 14 питания - диод 13, При этом напряжение на резисторе 2, следовательно, и напряжение . на управляющем входе токового клича 2 практически не изменяются, оставаясь равными напряжению отрицательной шины 14 питания. А в моменты, когда с выхода компаратора на вход импульсного частотного дискриминатора поступают отрицательные импульсы, конденсатор 6 быстро разряжается, т.е. напряжениена управляющем входе токового ключа 1 резко снижается до напряжения отрицательной шины 14 питания, Вследствие этого токовый ключ 1 размыкается и по цепи положительная шина 9 питания - резисторы 8 и 1 О - конденсатор 11 - резистор 2 - отрицательная шина 14 питания протекает импульс зарядного тока конденсатора 11 и на управляющий вход токового ключа 2 поступает положительный импульс напряжения Б ,который обеспечивает замыкание токового ключа 2 на время, когда напряжение Б превышает напряжение Б. При замыкании этого ключа положительные импульсы напряжения Б с его второго вывода управляемого промежутка через резистор.15 подзаряжают конденсатор 16, который медленно разряжается через резистор 18 в промежутке между импульсами, поэтому напряжение на конденсаторе 16, следовательно, и налряжение У 9 на управляющем входе токового ключа 3 ступенями от импульса к импульсу напряжения У увеличиВвается от нижнего уровня до верхнего, После нескольких жпульсов (число ихзависит от выбрацньх параметров ре 15 и 18 и коцдесатора б значение напряжецив П на уттравлтпо щем входе ключа 3,;О".ртгтет 1 рог- сит зртатение напряжения 1,что Яр-.ведет к замькатяито этого клося и ФО 1"мированию на выходе импульсцого час-.ТОТНОГО ДИСК РИМИНсТО ОЯ НЯПРЯКЕНИЯ П соответствуоттего по ",нячецтпо лоогическому уровню "1" вск едс"вие его на выходе устройства для ко.тргт.ля пламени возникает сигяг т:з-;.- щяющии О появл(тнии п.-яме;.,Если в момент времениртент,ттт:;4 ся амплитуда входного сигияла Х, в Результате, например, исчсзнопецил помехи, то после этого напряжение ( на выходе интегратора Окакетст более высоким, чем напрякепке Упреобразователя сигналя, а ияпрлк;ение ( на выходе компара.торя останетсл3предельно положительным в течение некоторого промежутка времени, Пот действием положительного вапряже; ния, подаваемого на вход интеграто-. ра, его выходное 1 ятр 5 жецие Б, медленно уменьаеся. ПО истечении 5 РГ - мени инерционности инерционного кг:ю-. ча, которое выбираетсл равньм двут -трем периодам полезного низкочастотного сигнала, в мометт времепи :с он срабатывает, подавал на вход тегратора положительное напряженке (1, После этого напряжение 1, ня вь -3 ходе интегратора быстро сртикаетср г,о значения наттряжеция 11 на вг(оце ПГЯ образователя сигнала а ь эм:.Нт. когда напряжение 1 :тонет це;,-(О.,.кс НИЖЕ НаПряжЕНИя 1., ;О НЕП 1 сртЕ. (О,; - . паратор сформируе; (риц.: те( (ьгт импульс напряжения П Зтот импулт,с обеспечивает отквенецсе "ерциоцвого ключа,. напряжение 1 ИЯ его выхо е Опять становится 1 явным с:3(1.рине с напряжению 1,. 0 дноврсме ИО Стрит;я тельный импульс няпряжетия ( компяратора поступает на вход ит:-гяторя,что приводит к величецио его вьгхол" ного напряжения 1. дс; значения соотг ОВЕтСтВУЮЩЕГО ЯМП.итУЕ Напояжснцл тЯ выходе преобр Яз Ователя сигтала,Далее в системе устана,ливяетслновое состояние динамического 1.яповесия,В этом случае работа импуль(.ното,частотного дискриминатора ана:Огич:аописанной в период времени Г - 1: б ;Ов устрой(.тве дпЯ1(ОНГ",О:15; П:1 Л:1 ЕНИ 06 ЕСПЕЧИВЯЕТСЯ ЯВОтат 1 Е(КОЕ Стаж(НИЕ ЗНсЧЕНИЛ НЯПРЯк,Е 1 И.Я ВЬХОДЕ ИЦТЕГ 1 ЯТОРЯ ИСтСДОВЯЕттО 11 Я тЕИЦ;ЕР ГИРУЮЕМ ВХО":е ко:4 я ряторя 3 я ямпт 1 итудой пере -те 1Р Г(ягт р 5 к(ер 5 (1 ця лт)О,"е иве сбрязовятглл и-ця. = н-. Ицвэртируоер вхол е ко Ня Оятс ря, к ое"уть "я(ки 1;тат ец 1 ч тр-,я" ,е ттттуттьС 1 ГЛЕтОт(ЕЦЯ трт,тт тт ЗЫ" ЮЕ. Прк ЕГО ОТО;ТС.В,; ПО., т О: 5: - :( ИЯЛИ ЧИН 1 Я с:НИ "акр -"-: - ",тттходЕ сиу 11, Слоге .СГ ОГО ДИСКОЛнаО 1 Я с У;.С: ,; трт,ОГИЧсе( КО 1 О т"(.3 я . . Э.:ксполнггельгыи;.л:;т с ( .б;Ги. НЯ 1 иэ круст ст :д.1322017 12 17 о ду ними, на выходе компаратора, следовательно, и входе импульсного частотного дискриминатора не формируются импульсы, а устанавливается постоянное значение (предельное положительное или отрицательное) напряжения Ц , то в этом случае напряжение 11 на управляющем входе токового ключа 2 дискриминатора имеет значение отрицательной шины 14 пита- О ния.Таким образом, токовый ключ 2 разомкнут, конденсатор 16 разряжен, поэтому токовый ключ 3 также разомкнут, вследствие чего на выходе им пульсного частотного дискриминатора имеет место напряжение П,о, соответствующее по уровню логическому 0, а на выходе устройства для контроля пламени сигнала, свидетельствующий 20 об отсутствии пламени.Таким образом, в данном случае огнетехнический агрегат останавливается устройством защиты, в которое входит устройство для контроля пла мени, а обслуживающий персонал своевременно извещают о возникших неисправностях в устройстве для контроля пламени. 30Формула изобретения Устройство для контроля пламени по авт.св. Р 129467, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повы шения надежности, импульсный частотный дискриминатор выполнен на трех токовых ключах, содержащих логические инверторы и полевые транзисторы,восьми резисторах, трех конденсаторах и двух диодах, причем вход импульсного частотного дискриминаторачерез последовательно включенные первый и второй резисторы соединен с управляющим входом первого токового ключа, первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с отрицательной шиной питания,ианодом первого диода, катод которогоподключен к точке соединения первогои второго резисторов, первый выводуправляемого промежутка первого токового ключа соединен через третийрезистор с положительной шиной питания ичерез последовательно включенные четвертый резистор и второй конденсатор - с управляющим входомвторого токового ключа и точкой соединения катода второго диода и пятого резистора, подключенных вместе свторым выводом управляемого промежутка первого ключа к отрицательнойшине питания, первый вывод управляемого промежутка второго ключа подключен к положительной шине питания,а второй - через шестой резистор - куправляющему входу третьего токовогоключа и точке соединения седьмогорезистора и третьего конденсатора,подключенных к отрицательной шинепитания, первый вывод управляемогопромежутка третьего токового ключасоединен с положительной шиной питания, а второй - с выходом дискриминатора и через восьмой резистор -с отрицательной шиной питания.орректор Н,Кор оизводственно-по,лиграфическое предприятие, г.ужгород, уп, Проектная,4 аказ 2745/32 Тираж 494 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ромитета СССР открытий ская наб д.4/