Detectoarele de flacără

Sistemul de control al centrale pe gaz utilizează dispozitive de detectare a flăcării pentru a asigura aprinderea în siguranță a flăcării pilot și/sau a arzătorului principal. Cunoașterea modului în care funcționează detectoarele de flacără, unde sunt aplicate și cum interacționează cu alte controale este importantă pentru înțelegerea circuitului general de siguranță a flăcării. Orice flacără pilot care este supravegheată de o formă de control primar de siguranță, conceput pentru a detecta prezența acesteia înainte ca gazul să fie admis în arzătorul principal, este denumită pilot verificat. Următorii detectori de flacără sunt utilizați în mod obișnuit cu sistemele de aprindere cu flacără pilot:

• Termocuplu
• Termopilă
• Tijă de flacără – Electrozi detectare de ionizare

Termocuplu

Termocuplul este alcătuit din două metale diferite, unite la un capăt, numit joncțiune caldă. Capătul opus, care nu este unit, se numește joncțiune rece (Figura 1). Este important ca numai$\frac{3}{8}$la$\frac{1}{2}$O porțiune (10 mm până la 13 mm) a joncțiunii calde este încălzită de flacăra pilot, deoarece cu cât diferența de temperatură dintre joncțiunile calde și reci este mai mare, cu atât tensiunea generată este mai mare. Termocuplul generează aproximativ 25 până la 30 de milivolți (mV), ceea ce este suficient pentru a alimenta electromagnetul dintr-o supapă de închidere de siguranță sau un comutator de siguranță.

Unul dintre capetele joncțiunii reci este conectat la manșonul exterior metalic al termocuplului, în timp ce celălalt capăt al joncțiunii reci este conectat la un fir izolat din interiorul manșonului exterior (Figura 2). Manșonul exterior este de obicei fabricat din constantan, un metal pe bază de nichel și cupru, care are o rezistivitate constantă pe o gamă largă de temperaturi. Capetele joncțiunii reci devin cablurile către supapa sau comutatorul de siguranță. În mod obișnuit, termocuplurile au o lungime de 0,5 m, 0,6 m și 0,9 m, dar modelele sunt fabricate până la 1,5 m. Atunci când înlocuiți un termocuplu, este important să comandați unul potrivit.

Dacă flacăra pilot permanentă ar trebui stinsă, există o întârziere de până la 90 de secunde, cât timp termocuplul se răcește, înainte ca valva de gaz să se închidă. Prin urmare, codul de siguranta in folosirea gazelor stabilește limitări privind utilizarea acestora în funcție de gazul introdus în arzător sau de tipul de gaz. De exemplu, aparatele cu o greutate specifică mai mare decât aerul (cum ar fi propanul) vor avea un timp maxim de răspuns al flăcării de 20 de secunde. Aceste aparate vor fi echipate cu termocupluri cu răspuns rapid (Figura 3). Deoarece multe dintre aceste aparate, cum ar fi șemineele, sunt convertibile pentru oricare dintre combustibili, acesta este tipul de termocuplu care este instalat.

“Termopilă” (traducere “brutala” – mai multe termocuple inseriate)

Termopile, cunoscute și sub denumirea de pile de putere sau generatoare pilot, sunt similare termocuplurilor și generează electricitate din căldura unei flăcări pilot. Intern, acestea constau din mai multe termocupluri unite în serie pentru a genera mai multă tensiune. Majoritatea termopilelor constau din 10 până la 30 de termocupluri conectate în serie, creând intervale de ieșire de la 250 la 750 mV (Figura 4).

Tensiunea mai mare permite termopilei să alimenteze circuitul de siguranță a combustiei unui aparat și circuitul său de control, atâta timp cât flacăra pilot este aprinsă. Dacă flacăra pilot s-ar stinge, ambele circuite s-ar defecta și s-ar opri. Termopilele sunt fabricate în două modele, fie cu două fire, fie coaxiale (Figura 5). Stilul coaxial are o conexiune foarte similară cu cea a unui termocuplu.

Electrod de detectare flacără

Multe aparate sunt dotate cu un sistem de aprindere electronică pentru aprinderea flăcării pilot și o tijă de flacără pentru detectarea acesteia. Tijele de flacără sunt tije metalice cu diametru mic, susținute de un izolator, al cărui vârf iese în flacără (Figura 6).

Pentru sistemele de aprindere prin scânteie, tija este de obicei fabricată din „Kanthol”, un aliaj capabil să funcționeze la temperaturi de până la 2.400 ºF (1.300 ºC). Nu există întotdeauna o tijă de flacără separată; uneori, aprinzătorul și tija de flacără sunt combinate și folosesc aceeași tijă pentru a servi ambele scopuri. Pentru sistemele de aprindere cu suprafață fierbinte, „Globar”, care are o temperatură maximă de funcționare de 2.600 ºF (1.425 ºC), poate servi și ca tijă de flacără.

Funcționarea tijei de detectare a flăcării se bazează pe principiul ionizării flăcării, prin care ionii se formează în timpul procesului de ardere. Acest proces de ionizare face ca flacăra să fie un conductor de electricitate cu rezistență ridicată. Acest fenomen poate fi utilizat pentru a face ca o flacără să acționeze ca un comutator și să completeze circuitul de detectare a flăcării, permițând circulația unei cantități mici de curent ori de câte ori este prezentă flacăra pilot (Figura 7).

Sistemele inițiale dezvoltate care utilizau această caracteristică erau susceptibile la potențiale indicații false de flacără prin scurtcircuite cauzate de depuneri de carbon care puteau conduce curentul. Sistemul de rectificare a flăcării a fost dezvoltat pentru a recunoaște diferența dintre scurgerile de înaltă rezistență la masă și o flacără reală.

Sistem de rectificare a flăcării

Când se aplică tensiune alternativă pe sistemul conductiv de flacără neredificat, prezentat în Figura 7 anterioară, curentul de flacără rezultat se modifică constant în timpul fiecărui semiciclu de alimentare alternativă. În consecință, cantitatea de curent este aceeași în fiecare direcție.

Sistemul de rectificare a flăcării utilizează, de asemenea, doi electrozi, dar cu o diferență importantă: electrodul de împământare este mult mai mare decât electrodul de flacără. De obicei, electrodul de împământare va fi capul arzătorului. În unele cazuri, trebuie adăugate tije sau plăci metalice suplimentare la arzător pentru a mări suprafața de împământare, deoarece aceasta trebuie să fie de cel puțin 4 ori mai mare (de obicei de până la 10 ori mai mare) decât tija de flacără sau electrodul de flacără. (Figura 8).

Pentru un sistem redresat, atunci când o tensiune de alimentare alternativă este plasată între cei doi electrozi în timpul primei jumătăți a ciclului de curent alternativ, tija flăcării este pozitivă, iar zona de împământare este negativă (Figura 9 A). Ionii încărcați pozitiv se colectează pe zona de împământare încărcată negativ. Deoarece zona de împământare este foarte mare, aceasta conține mulți ioni. Ionii încărcați pozitiv atrag un flux mare de electroni în flacără, mai mult decât dacă zona de împământare ar avea aceeași dimensiune cu tija flăcării. Acest lucru are ca rezultat un curent mare care curge de la zona de împământare la tija flăcării în timpul primei jumătăți a ciclului de alimentare alternativă (Figura 9 C).

În timpul celei de-a doua jumătăți a ciclului, are loc procesul invers (Figura 9 B). Cu toate acestea, capacitatea tijei de flacără de a reține ioni este mai mică decât aria de împământare, iar curentul de flacără rezultat este mai mic (Figura 9 C).

Deoarece curentul într-o direcție este mult mai mare decât curentul în cealaltă direcție, curentul rezultat este, practic, un curent continuu pulsatoriu (Figura 9C). Semnalul flăcării ar trebui să fie constant atunci când este măsurat cu un microampermetru de curent continuu (μA).

Avantajul unui sistem rectificat față de un sistem cu conductivitate este că sistemul rectificat poate detecta o scurgere cu rezistență mare. Uneori apare un scurtcircuit între tija flăcării și masă; carbonul se poate acumula între tije sau ceramica izolatoare se poate fisura și permite umezelii să ofere o cale către masă. Dacă se întâmplă acest lucru, fluxul de curent este același în ambele direcții, iar acest semnal ar fi respins de controlul de protecție a flăcării ca o defecțiune a flăcării.

Source: Sarcina de învățare 2 – Blocul E: Sisteme de gaz combustibil