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紫外线传感器在火焰检测中的应用

2019-05-13 16:39

紫外线火焰探测器是紫外火焰探测器的俗称。紫外火焰探测器是通过探测物质燃烧所产生的紫外线来探测火灾的,除了紫外火焰探测器之外,市场上还有红外火焰探测器,也就是术语是线型光束感烟火灾探测器。紫外火焰探测器适用于火灾发生时易发生明火的场所,对发生火灾时有强烈的火焰辐射或无阴燃阶段的场所均可采用紫外火焰探测器。火焰探测紫外线传感器需要传感器本身耐高温且灵敏度高。

紫外管有两种工作状态,一种是炉膛、加热器的熄火保护,管子一直处在放电状态;一种是对火情的报警,管子工作在非放电状态。紫外管着重于气体、液体燃料火焰的探测,如天然气、煤气、石油液化气、汽油、柴油、酒精等类物质,其火焰能见度低、点燃快,有爆炸危险,在燃烧时必须有熄火保护,在火情预报时没有引燃阶段,采用紫外探测比其他形状的探测有明显的优点;能在毫秒级时间内快速反映;可以避免可见光及炉壁红外辐射的干扰,在我国城市逐渐燃料气体化的过程中,锅炉和加热器的程序点火控制中应用越来越广泛。由于紫外辐射是以光速传递的,紫外管又能在毫秒级快速反映,因此它可以用于易燃易爆场所,是人和设备得到保护。

监测系统的基本功能是监测燃情并对火焰中断做出反映。显然,进行连续监测是不经济的。但是,必须防止认为的操作失误而造成严重事故。如果火焰熄灭而未被发现,燃料就可能继续流出和积集。如未予注意而重新点火,则可能引起积集的燃料和空气的混合物发生爆炸,造成人或设备的巨大损失。所以虽然对火焰的监测要求远教监测火焰的熄灭与否为多,但仍然需要监测系统以保证安全。对监测的反应时间要求严格,一般在火焰熄灭2-4秒内予以发现并切断燃料供应。

现代火焰检测技术需要有较好特性的传感器,其中一些得到不断的完善,使用双金属元件、灯泡、毛细管系统及电热偶用热的变化来判明燃烧情况,这些方法只能在出现冷态时才能做出反应;用光敏元件检测燃烧中的可见光,因周围区域被加热到可见光的程度,使检测反映时间滞后,并且对一些包括照明在内的意外光亮也敏感;红外线检测器虽然可以避免一些意外的可见光干扰,但加热的炉衬会辐射红外线而使反应滞后;在火焰中设置两个电极,利用火焰的导电性来检测,这种装置不能区别火焰导通的电流和由于燃烧引起的积炭和污垢所导通的电流。

在紫外区燃烧产物是晦暗的,应该使检测对准火焰的前三分之一。紫外线辐射是燃烧的产物,因此在燃烧的界面上强度最大,在非预混火焰,界面为表面,对预混燃烧的火焰,界面在起端的三分之一处。按比例预混的燃气火焰有很高的紫外辐射;雾化烧油、喷嘴混合烧气、煤粉火焰则表现为中等强度的紫外辐射。电弧富于紫外辐射,所以使用紫外线传感器应当十分注意防止电火花点火器或它的反射造成的误检。紫外线传感器的所有看窗及透镜都应采用石英玻璃等可透过紫外线的材料制成。

火焰检测电极由于温度的限制,一般只限于较小的烧气火焰。烧油会在电极上结一层厚的绝缘膜使它与火焰间产生电绝缘。常使电极对引燃火嘴检测,并用紫外线传感器扫描主火嘴的联合检测。检试电极应放置在引燃火嘴和主火嘴的界面上,而不应当放在引燃火嘴的上方或者与它平行,这个位置不能超过额定温度,并且不得与地点接触。

在冶金炉内重油燃烧火焰监视中应当注意,燃烧室内温度高于500℃时,会发生燃料和空气混合物的自燃引爆,当燃烧室的容积相当小时,爆炸的危险增加数倍。在目前已知的大多数火焰自动监视方法中,对重油喷嘴和煤气-重油联合烧嘴最适用的方法是无接触法,它使用的紫外传感器工作,很明显多数波长在0.21~0.23微米范围内,在上述范围内火焰的辐射是足够强的,而炉子砌体的辐射最大波长在红外线范围,对传感器完全不起作用。由于此种优越性,避免了火焰熄灭时发出的错误信号。紫外线传感器使用的安全期(寿命),由它的工作条件决定,环境温度低于50℃时,连续使用寿命超过10000小时,希望它装在朝向火焰的工作管冷端,需要时还可以强制供给冷却空气。

紫外线传感器的正常工作寿命与工作线路有直接的关系,它的典型线路有高耗和低耗之分,高耗线路由于电流大可以直接带动继电器,具有线路简单、维修方便等优点;但由于今年来集成电路的飞速发展,从设计上采用低耗电路越来越多。低耗电路不但耗电少,而且能有效地避免因放电电流大,消电离时间不够长而引起自激现象。阻容并联的负载使管子放电面积加大而时间缩短,呈脉冲状态。紫外线传感器工作在直流状态必须有足够的熄灭时间(2ms以上),这是因为紫外光敏管的放电不会自行熄灭,而且放电管本身放电熄灭后很多游离的亚稳态原子,使第二次放电容易得多,只有足够长的时间这些亚稳态原子才能显著减少。

高速调温燃烧器作为工业窖炉上的新型节能烧嘴正在推广使用,在使用中必须有自动点火和火焰监视。在燃烧中经常有一些杂志向四周喷射,容易将紫外线传感器前面的透紫玻璃遮住,使用中必须注意加强玻璃的吹扫,经过特殊设计的压缩空气防尘罩不仅可以冷却探头,而且可以 有效防止粉尘在视窗上的聚焦。

紫外火焰探测器是用紫外光触发的,普通的扩散火焰,能产生足够强度易鉴别的紫外辐射光,设计探测器时必须注意光谱范围应在290nm的太阳辐射光以外。现有紫外线传感器是很有效的,它能排除太阳辐射光,还能有效地感应火焰发出的285nm以下的辐射光。其它元件如碳化硅光敏二极管的灵敏度很高,但对非火灾的紫外光分辨能力差。紫外线传感器是为保护特殊场所而发展和应用的,这些地方的危险区距探测器近,而且探测器对火焰的选择性可以被精确到只感应火焰产生的特定波长的紫外辐射光。紫外火焰探测器已成功地应用于抑爆系统,并在低压室水灭火系统中作释放装置用。

紫外管在火情报警上也可以配合感烟、感红外、感温探头使用,互相弥补不足,增加预报的可能性,如现代化计算机房、电力系统、石油化工系统等要求高的场所。高灵敏度的紫外管可以检测距7~10米的打火机火焰,故也可作为禁烟场所的警铃使用。

在自动控制中紫外探头和紫外光源组成控制系统,避免外界杂散光的干扰,探测器信号经过处理后启动后级控制系统。例如,由于它只响应260nm以下的紫外辐射,能在放映中把电影片的断头,裂纹及时检查出来防止扩大损害。紫外管目前研制中主要是提高灵敏度、可靠性、一致性,降低成本,国外正在进行不同种类的燃烧发出紫外线的最强峰值探测的分类研究。紫外管的缺点是工作电压高,不能区分电弧紫外干扰,使用受到一定的局限。以Cs-Te为光电阴极的真空光电管工作电压低(6V、15V),光谱范围是185~350nm,适合紫外辐射量的检测,其输出电压是连续而且微弱,不合适作开关使用。
接下来就由小编给大家推荐三款适用于火焰探测领域的紫外线传感器型号:

紫外光电二极管 - SG01D-5LENS(带聚光镜,虚拟面积可以达到11mm2)

宽频UVA+UVB+UVC, PTB报道的芯片高稳定性, 用于火焰检测

辐射敏感面积 A = 11.0 mm2

TO5密封金属外壳和聚光镜, 1绝缘引脚和1接地引脚

10µW/cm2 峰值辐射约产生350 nA电流

紫外光电探测器 - TOCON_ABC1/TOCON-C1(可以监测到pw级紫外线,带放大电路),基于碳化硅的宽频紫外光电探测器放于TO5 外壳中,带有集中器镜头盖

0~5 V电压输出

峰值波长是280 nm

在峰值处最大辐射(饱和极限)是18 nW/cm2 ,

最小辐射(分辨极限) 是1,8 pW/cm2
紫外光电二极管 - EOPD-265-0-0.5-CC/EOPD-265-0-0.3-CC,紫外光电二极管EOPD-265-0-0.5-CC在紫外区(205 nm-355 nm)内低成本SiC光电二极管具有高的光谱灵敏度,其封装在TO-52外壳内,配有紫外线玻璃窗口片,通过RoHS和WEE认证。