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紫外線感測器在火焰檢測中的應用

紫外線火焰探測器是紫外火焰探測器的俗稱。紫外火焰探測器是通過探測物質燃燒所產生的紫外線來探測火災的,除了紫外火焰探測器之外,市場上還有紅外火焰探測器,也就是術語是線型光束感煙火災探測器。紫外火焰探測器適用於火災發生時易發生明火的場所,對發生火災時有強烈的火焰異塵餘生或無陰燃階段的場所均可採用紫外火焰探測器。火焰探測紫外線感測器需要感測器本身耐高溫且靈敏度高。

紫外管有兩種工作狀態,一種是爐膛、加熱器的熄火保護,管子一直處在放電狀態;一種是對火情的報警,管子工作在非放電狀態。紫外管著重於氣體、液體燃料火焰的探測,如天然氣、煤氣、石油液化氣、汽油、柴油、酒精等類物質,其火焰能見度低、點燃快,有爆炸危險,在燃燒時必須有熄火保護,在火情預報時沒有引燃階段,採用紫外探測比其他形狀的探測有明顯的優點;能在毫秒級時間內快速反映;可以避免可見光及爐壁紅外異塵餘生的干擾,在我國城市逐漸燃料氣體化的過程中,鍋爐和加熱器的程式點火控制中應用越來越廣泛。由於紫外異塵餘生是以光速傳遞的,紫外管又能在毫秒級快速反映,因此它可以用於易燃易爆場所,是人和設備得到保護。

監測系統的基本功能是監測燃情並對火焰中斷做出反映。顯然,進行連續監測是不經濟的。但是,必須防止認為的操作失誤而造成嚴重事故。如果火焰熄滅而未被發現,燃料就可能繼續流出和積集。如未予注意而重新點火,則可能引起積集的燃料和空氣的混合物發生爆炸,造成人或設備的巨大損失。所以雖然對火焰的監測要求遠教監測火焰的熄滅與否為多,但仍然需要監測系統以保證安全。對監測的反應時間要求嚴格,一般在火焰熄滅2-4秒內予以發現並切斷燃料供應。

現代火焰檢測技術需要有較好特性的感測器,其中一些得到不斷的完善,使用雙金屬元件、燈泡、毛細管系統及電熱偶用熱的變化來判明燃燒情況,這些方法只能在出現冷態時才能做出反應;用光敏元件檢測燃燒中的可見光,因周圍區域被加熱到可見光的程度,使檢測反映時間滯後,並且對一些包括照明在內的意外光亮也敏感;紅外線檢測器雖然可以避免一些意外的可見光干擾,但加熱的爐襯會異塵餘生紅外線而使反應滯後;在火焰中設定兩個電極,利用火焰的導電性來檢測,這種裝置不能區別火焰導通的電流和由於燃燒引起的積炭和汙垢所導通的電流。

在紫外區燃燒產物是晦暗的,應該使檢測對準火焰的前三分之一。紫外線異塵餘生是燃燒的產物,因此在燃燒的界面上強度最大,在非預混火焰,界面為表面,對預混燃燒的火焰,界面在起端的三分之一處。按比例預混的燃氣火焰有很高的紫外異塵餘生;霧化燒油、噴嘴混合燒氣、煤粉火焰則表現為中等強度的紫外異塵餘生。電弧富於紫外異塵餘生,所以使用紫外線感測器應當十分注意防止電火花點火器或它的反射造成的誤檢。紫外線感測器的所有看窗及透鏡都應採用石英玻璃等可透過紫外線的材料製成。

火焰檢測電極由於溫度的限制,一般隻限於較小的燒氣火焰。燒油會在電極上結一層厚的絕緣膜使它與火焰間產生電絕緣。常使電極對引燃火嘴檢測,並用紫外線感測器掃描主火嘴的聯合檢測。檢試電極應放置在引燃火嘴和主火嘴的界面上,而不應當放在引燃火嘴的上方或者與它平行,這個位置不能超過額定溫度,並且不得與地點接觸。

在冶金爐內重油燃燒火焰監視中應當注意,燃燒室內溫度高於500℃時,會發生燃料和空氣混合物的自燃引爆,當燃燒室的容積相當小時,爆炸的危險增加數倍。在目前已知的大多數火焰自動監視方法中,對重油噴嘴和煤氣-重油聯合燒嘴最適用的方法是無接觸法,它使用的紫外感測器工作,很明顯多數波長在0.21~0.23微米範圍內,在上述範圍內火焰的異塵餘生是足夠強的,而爐子砌體的異塵餘生最大波長在紅外線範圍,對感測器完全不起作用。由於此種優越性,避免了火焰熄滅時發出的錯誤信號。紫外線感測器使用的安全期(壽命),由它的工作條件決定,環境溫度低於50℃時,連續使用壽命超過10000小時,希望它裝在朝向火焰的工作管冷端,需要時還可以強製供給冷卻空氣。

紫外線感測器的正常工作壽命與工作線路有直接的關係,它的典型線路有高耗和低耗之分,高耗線路由於電流大可以直接帶動繼電器,具有線路簡單、維修方便等優點;但由於今年來集成電路的飛速發展,從設計上採用低耗電路越來越多。低耗電路不但耗電少,而且能有效地避免因放電電流大,消電離時間不夠長而引起自激現象。阻容並聯的負載使管子放電面積加大而時間縮短,呈脈衝狀態。紫外線感測器工作在直流狀態必須有足夠的熄滅時間(2ms以上),這是因為紫外光敏管的放電不會自行熄滅,而且放電管本身放電熄滅後很多遊離的亞穩態原子,使第二次放電容易得多,只有足夠長的時間這些亞穩態原子才能顯著減少。

高速調溫燃燒器作為工業窖爐上的新型節能燒嘴正在推廣使用,在使用中必須有自動點火和火焰監視。在燃燒中經常有一些雜誌向四周噴射,容易將紫外線感測器前面的透紫玻璃遮住,使用中必須注意加強玻璃的吹掃,經過特殊設計的壓縮空氣防塵罩不僅可以冷卻探頭,而且可以 有效防止粉塵在視窗上的聚焦。

紫外火焰探測器是用紫外光觸發的,普通的擴散火焰,能產生足夠強度易鑒別的紫外異塵餘生光,設計探測器時必須注意光譜範圍應在290nm的太陽異塵餘生光以外。現有紫外線感測器是很有效的,它能排除太陽異塵餘生光,還能有效地感應火焰發出的285nm以下的異塵餘生光。其它元件如碳化矽光敏二極體的靈敏度很高,但對非火災的紫外光分辨能力差。紫外線感測器是為保護特殊場所而發展和應用的,這些地方的危險區距探測器近,而且探測器對火焰的選擇性可以被精確到隻感應火焰產生的特定波長的紫外異塵餘生光。紫外火焰探測器已成功地應用於抑爆系統,並在低壓室水滅火系統中作釋放裝置用。

紫外管在火情報警上也可以配合感煙、感紅外、感溫探頭使用,互相彌補不足,增加預報的可能性,如現代化電腦房、電力系統、石油化工系統等要求高的場所。高靈敏度的紫外管可以檢測距7~10米的打火機火焰,故也可作為禁煙場所的警鈴使用。

在自動控制中紫外探頭和紫外光源組成控制系統,避免外界雜散光的干擾,探測器信號經過處理後啟動後級控制系統。例如,由於它隻響應260nm以下的紫外異塵餘生,能在放映中把電影片的斷頭,裂紋及時檢查出來防止擴大損害。紫外管目前研製中主要是提高靈敏度、可靠性、一致性,降低成本,國外正在進行不同種類的燃燒發出紫外線的最強峰值探測的分類研究。紫外管的缺點是工作電壓高,不能區分電弧紫外干擾,使用受到一定的局限。以Cs-Te為光電陰極的真空光電管工作電壓低(6V、15V),光譜範圍是185~350nm,適合紫外異塵餘生量的檢測,其輸出電壓是連續而且微弱,不合適作開關使用。

接下來就由工采網小編給大家推薦三款適用於火焰探測領域的紫外線感測器型號:

紫外光電二極體 - SG01D-5LENS(帶聚光鏡,虛擬面積可以達到11mm2)

寬頻UVA+UVB+UVC, PTB報導的晶元高穩定性, 用於火焰檢測

異塵餘生敏感面積 A = 11.0 mm2

TO5密封金屬外殼和聚光鏡, 1絕緣引腳和1接地引腳

10μW/cm2 峰值異塵餘生約產生350 nA電流

紫外光電探測器 - TOCON_ABC1/TOCON-C1(可以監測到pw級紫外線,帶放大電路),基於碳化矽的寬頻紫外光電探測器放於TO5 外殼中,帶有集中器鏡頭蓋

0~5 V電壓輸出

峰值波長是280 nm

在峰值處最大異塵餘生(飽和極限)是18 nW/cm2 ,

最小異塵餘生(分辨極限) 是1,8 pW/cm2

紫外光電二極體 EOPD-265-0-0.5-CC/EOPD-265-0-0.3-CC,紫外光電二極體EOPD-265-0-0.5-CC在紫外區(205 nm-355 nm)內低成本SiC光電二極體具有高的光譜靈敏度,其封裝在TO-52外殼內,配有紫外線玻璃視窗片,通過RoHS和WEE認證。


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