Электронная система, обнаруживающая пламя горящей спички в любых условиях (в темноте и при ярком солнечном свете)

Применение датчиков обычных типов, температурных, световых и других, для фиксации пламени в ряде случаев оказывается нецелесообразным, так как изменения напряжений и токов на выходе их наблюдаются не только при возникновении или исчезновении пламени, но и по другим причинам, например при случайном увеличении освещенности, повышении температуры. Поэтому при использовании таких датчиков необходимо принимать специальные меры, исключающие ложные срабатывания. Очевидно, что для более четкой фиксации пламени больше всего подходят датчики, действие которых основано на изменении факторов, непосредственно характеризующих пламя.

Для открытого пламени, как показывает практика, наиболее характерна пульсация его светового инфракрасного и ультрафиолетового излучения - интенсивность различных видов излучения пламени не остается постоянной, а изменяется во времени. Явление пульсации, обусловленное физическими процессами, возникающими при горении (неравномерный приток кислорода), можно наблюдать, в частности, на примере обычной газовой горелки.

Как показали опыты, пульсация пламени многих горючих материалов, в том числе при искусственном распылении, например в топках котлов и других теплоустановок, происходит с частотой, лежащей в довольно широком диапазоне, причем наиболее вероятными являются пульсации частотой 15-30 Гц.

Устройство робота для обнаружения пламени (рис. 88) состоит из чувствительного элемента-датчика (Дт), полосового усилителя (ПУ) с выпрямителем (В) и выходного реле (Р). В качестве датчика в устройстве применены фоторезисторы типа ФС-А1. Число фоторезисторов определяется местными условиями. Номинальное значение темнового сопротивления (активного сопротивления неосвещенного датчика) - не более 150 кОм. Спектральная характеристика фоторезисторов типа ФС-А1 имеет максимум чувствительности на волне 2,1 мм; это значит, что устройство обладает достаточной чувствительностью и для пламени относительно невысокой температуры. Экспериментальная проверка показала пригодность фоторезисторов данного типа для работы в качестве датчиков пламени, фиксирующих весьма малые изменения освещенности.

Рис 88. Структурная схема устройства обнаружения пламени

Относительно малая амплитуда пульсаций пламени, обусловливающая появление на выходе датчика небольших переменных напряжений, не превышающих, как правило, несколько сот микровольт, вызывает необходимость использования в устройстве дополнительного усиления. Усилитель устройства (рис. 89) характеризуется достаточно высокой чувствительностью (около 20-26 мкВ), малыми внутренними шумами (около 1-2 мкВ) и благодаря использованию фильтров специфичной частотной характеристикой. Чувствительность такого устройства достаточна для обнаружения горящей спички на расстоянии 5-6 м. В то же время прибор не реагирует на такие источники излучения световых лучей, как лампа накаливания, солнечный свет и на источники инфракрасного излучения - различные двигатели, агрегаты, нагретые стенки топок и т. п.

Усилитель состоит из собственно усилительной части и формирующего устройства (ограничителя сигналов по верхнему и нижнему уровням). Первые два каскада усилителя собраны на двойном триоде типа 6Н2П (Л1). Второй каскад усиления содержит цепь отрицательной обратной связи, состоящую из катушки индуктивности L1 и двух конденсаторов С7 и С17.

Цепь отрицательной обратной связи обеспечивает подъем частотной характеристики на частоте 15 Гц и резкий спад усиления в области частот свыше 70 Гц. Для снижения усиления в области высших частот в первом и втором каскадах установлены шунтирующие конденсаторы С4 и С8. Для предупреждения самовозбуждения усилителя первая лампа его помещена в экранированный отсек и питается от отдельного выпрямительного устройства.

Третий и четвертый каскады усилителя выполнены на двойном триоде типа 6Н1П (Л2). Третий каскад содержит цепи отрицательной обратной связи R2, R11, R18.

Формирующее устройство, предназначенное для обеспечения устойчивости работы выходного реле, выполнено на двойном триоде типа 6Н1П (Л3). Подача положительного смещения на сетки ламп его и на катод правой по схеме половины лампы Л2 обеспечивает ограничение сигнала по нижнему уровню, т. е. исключает возможность появления выходного напряжения в тех случаях, когда напряжение сигнала на входе усилителя недостаточно для правильного формирования. Общее усиление на частотах 16-17 Гц составляет более 90 дБ.

Рис. 89. Принципиальная схема устройства обнаружения пламени

Использованный в устройстве выпрямительный мостик выполнен на полупроводниковых диодах типа Д7Ж. Входное реле Р1 - поляризованное, типа РП-7. Конденсатор, включенный параллельно обмотке выходного реле, предназначается для устранения дребезжания якоря в моменты, когда напряжение равно нулю. Питание прибора (включая датчик) может либо быть от источника постоянного тока, либо от сети переменного тока через выпрямитель. В последнем случае для устранения фона переменного тока питание цепи накала первой лампы осуществляется выпрямленным напряжением. Напряжение, подаваемое на аноды ламп формирующего устройства, стабилизируется газовым стабилитроном.

Устройство обнаружения пламени конструктивно выполнено в виде отдельного блока размером 200X200X300 мм (габариты блока могут быть значительно уменьшены за счет применения малогабаритных деталей, в частности транзисторов, а также их более рационального размещения).

Испытания, проведенные для определения его чувствительности, проводились при использовании в качестве источника пламени обычной спиртовой лампы. При испытаниях установлено, что устойчивая сигнализация о наличии пламени наблюдалась на расстоянии от лампы до датчика около 6 м, что соответствовало освещенности датчика, равной приблизительно 0,02 лк. Увеличить чувствительность можно за счет применения оптических линз и зеркал, позволяющих концентрировать на датчике большую часть излучения источника пламени, чем при непосредственном освещении.

Необходимо отметить, что чувствительность устройства практически не зависит от освещенности, создаваемой другими источниками излучений. Кроме того, отсутствие избирательности по отношению к каким-либо определенным лучам или участкам спектра (избирательность чувствительного элемента не учитывается) исключает необходимость применения особых мер, предохраняющих чувствительный элемент от воздействия этих лучей.

Достоинствами устройства, выгодно отличающими его от других приборов, действие которых основано на иных принципах, являются также его безынерционность, малые габариты и экономичность в потреблении энергии. Если необходимо замедлить действие устройства, в нем можно применить реле замедленного действия. Оно пригодно для использования в качестве сигнализатора в установках противопожарной охраны, для извещения о возникновении пламени в неохраняемых помещениях, а также для включения в действие различных систем автоматики робота.