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1、(10)申请公布号 CN 103336164 A (43)申请公布日 2013.10.02 CN 103336164 A *CN103336164A* (21)申请号 201310251353.4 (22)申请日 2013.06.24 G01R 19/00(2006.01) (71)申请人 佛山市顺德区澳骏电子科技有限公 司 地址 528305 广东省佛山市顺德区高新区华 天南一路 18 号 (72)发明人 胡志恒 刘筱明 高中伟 (74)专利代理机构 广州三环专利代理有限公司 44202 代理人 陈国平 (54) 发明名称 一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的 电路 (57) 摘要 一种可。
2、精确检测交流源火焰离子电流大小的 电路， 它包括信号取样电路、 采样调制电路、 输出 整形电路和直流电平信号源 ； 信号取样电路与采 样调制电路连接， 采样调制电路与输出整形电路 连接 ； 直流电平信号源与第一运算放大器 （U1A） 和第二运算放大器 （U2A） 连接 ； 由于采用这样的 结构， 燃烧火焰信号在交流检测时的数据采样量 化， 为可靠监测产品的燃烧工况和燃烧性能， 并采 取相应控制对策提供了极好的数据依据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (1。
3、0)申请公布号 CN 103336164 A CN 103336164 A *CN103336164A* 1/2 页 2 1. 一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特征在于 ： 它包括信号取样电 路、 采样调制电路、 输出整形电路和直流电平信号源 ； 信号取样电路与采样调制电路连接， 采样调制电路与输出整形电路连接 ； 直流电平信号源与第一运算放大器 （U1A） 和第二运算 放大器 （U2A） 连接 ； 所述采样调制电路由二极管 （D1） ， 无极性电容 （C1） ， 第三、 第四、 第五和第六电阻 （R3、 R4、 R5、 R6） ， 第一运算放大器 （U1A） 构成 ； 所述二。
4、极管 （D1） 的正极、 第六电阻 （R6） 串联后与 第一运算放大器 （U1A） 的输出口 C 脚相连 ； 无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的负极与第一 运算放大器 （U1A） 的差模输入口 B 脚连接， 无极性电容 （C1） 与直流电平信号源连接 ； 第三 电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联， 第三电阻 （R3） 接在无极性电容 （C1） 与直流电平信号源之 间， 第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 之间与第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚连接， 第四电阻 （R4） 接电源负极 ； 第五电阻一端接在第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联的电路 。
5、与第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚之间、 另一端接在第六电阻下部 ； 或所述采样调制电路由二极管 （D1） ， 无极性电容 （C1） ， 第三、 第四、 第五、 第六和第七 电阻 （R3、 R4、 R5、 R6、 R7） ， 第一比较器 （U1A） 构成 ； 所述二极管 （D1） 的正极、 第六电阻 （R6） 串联后与第一比较器 （U1A） 的输出口 C 脚相连 ； 无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的负极与 第一比较器 （U1A） 的差模输入口 B 脚连接， 无极性电容 （C1） 与直流电平信号源连接 ； 第三 电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联， 第三电阻 。
6、（R3） 接在无极性电容 （C1） 与直流电平信号源之 间， 第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 之间与第一比较器 （U1A） 的共模输入口 A 脚连接， 第四 电阻 （R4） 接电源负极 ； 第五电阻一端接在第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联的电路与第 一比较器 （U1A） 的共模输入口 A 脚之间、 另一端接在第六电阻下部 ； 第七电阻 （R7） 一端与 第一比较器 （U1A） 输出口 C 脚连接、 另一端与电源 VCC 连接 ； 所述输出整形电路由第二运算放大器 （U2A） 、 第九电阻 （R9）构成 ； 第二运算放大器 （U2A） 的输出端 F 与第九电阻 （R9） 。
7、串接， 第九电阻 （R9） 与输出端子连接 ； 或所述输出整形电路由第二比较器 （U2A） 、 第八电阻 （R8） 、 第九电阻 （R9） 构成 ； 第二比 较器 （U2A） 的输出端 F 与第九电阻 （R9） 串接， 第八电阻 （R8） 一端与直流电平信号源连接、 另一端接第二比较器 （U2A） 的输出端 F 与第九电阻 （R9） 之间， 第九电阻 （R9） 与输出端子连 接。 2. 根据权利要 1 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特征在 于 ： 所述信号取样电路由 FID、 第一电阻 （R1） 、 正弦波交流信号源和第二电阻 （R2） 依次串联 构成 ； 信号取样电路。
8、的第二电阻 （R2） 与无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的结点连接。 3. 根据权利要 1 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特征在 于 ： 所述信号取样电路包括 FID、 第一电阻 （R1） 、 第二电阻 （R2） 、 正弦波交流信号源、 第二电 容 （C2） 和电阻 （R0） ； 所述 FID、 第一电阻 （R1） 和第二电阻 （R2） 依次串联， 第二电阻 （R2） 与无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的结点连接 ； 所述电阻 （R0） 、 正弦波交流信号源和第二电容 （C2） 串联， 第二电容 （C2） 的另一端接在 第一、 第二电阻 （R1、 R。
9、2） 之间 ； 电阻 （R0） 另一端接电源 ； 电阻 （R0） 和正弦波交流信号源之 间有一接地端 （GND） 。 权 利 要 求 书 CN 103336164 A 2 2/2 页 3 4. 根据权利要 1、 2 或 3 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特 征在于 ： 所述第一运算放大器 （U1A） 的输出口 C 脚与第二运算放大器 （U2A） 的差模输入口 E 脚连接 ； 所述第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚与第二运算放大器 （U2A） 的共模输入口 D 脚连接。 5. 根据权利要 1、 2 或 3 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 。
10、其特 征在于 ： 所述第一运算放大器 （U1A） 的输出口 C 脚与第二运算放大器 （U2A） 的共模输入口 D 脚连接 ； 所述第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚与第二运算放大器 （U2A） 的差模输入口 E 脚连接。 权 利 要 求 书 CN 103336164 A 3 1/5 页 4 一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路 技术领域 0001 本发明为一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路。 背景技术 0002 目前现有技术， 在燃气热水器、 燃气灶、 燃气采暖炉等产品中， 火焰燃烧工况是保 证产品燃烧性能、 效率、 以及烟气排放安全、 环保等核心性能指标的关键因素。
11、， 尤其在这类 产品的强制燃烧技术、 预混 （包括半预混） 燃烧技术、 冷凝式燃烧换热技术等高端技术领域， 通过对火焰离子电流的精确检测是实施对火焰燃烧工况监测最直接有效的依据， 因此， 也 是保证产品燃烧性能、 效率、 以及烟气排放安全、 环保等核心性能指标符合产品标准要求的 关键所在。 0003 在燃气热水器、 燃气采暖锅炉等产品中， 传统的火焰检测是利用火焰的直流导电 原理， 通过在火焰针对地之间施加一交流或直流电压信号， 经过火焰的直流导电和整流作 用后， 在系统地上存在一微弱的直流负电平电压信号 （火焰针对地之间施加交流电压信号 时） ， 或火焰针对地之间的分压电压信号 （火焰针对地。
12、之间施加直流电压信号时） ， 再经过相 关比较放大电路检测到火焰信号。但该方法只能检测到火焰信号的定性特征， 解决火焰信 号有无问题， 并不能用于对火焰燃烧质量也即燃烧工况的监测。 另外， 由于直流信号火焰检 测方法 （火焰针对地之间施加直流电压信号） 无法解决火焰针在潮湿状态下易产生误判的 问题， 该技术现已基本淘汰。 0004 新一代的燃气热水器、 燃气采暖锅炉产品中， 由于引进了更先进的燃烧控制技术， 如强制燃烧技术、 预混 （包括半预混） 燃烧技术、 冷凝式燃烧技术等， 对燃烧工况实施闭环动 态监测控制越来越成为必要的控制技术手段。 而对火焰离子电流尤其交流源火焰离子电流 的精确检测却。
13、又是实施这一技术手段最直接有效的方法， 因此， 找到一种可精确检测交流 源火焰离子电流大小的方法， 是解决这类问题的关键， 更是完善新一代燃烧控制技术的核 心突破口。 发明内容 0005 本发明的目的是 ： 提供一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 它能使 燃烧火焰信号在交流检测时的数据采样量化， 对燃烧工况实施有效的闭环动态监测控制， 保证产品燃烧性能、 效率、 以及烟气排放安全、 环保等性能方面的需要。 0006 本发明是这样实现的 ： 一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 它包括 信号取样电路、 采样调制电路、 输出整形电路和直流电平信号源 ； 信号取样电路与采样调制 电。
14、路连接， 采样调制电路与输出整形电路连接 ； 直流电平信号源与第一运算放大器 （U1A） 和第二运算放大器 （U2A） 连接 ； 所述采样调制电路由二极管 （D1） ， 无极性电容 （C1） ， 第三、 第四、 第五、 第六电阻 （R3、 R4、 R5、 R6） ， 第一运算放大器 （U1A） 构成 ； 所述二极管 （D1） 的正极、 第六电阻 （R6） 串联后与 第一运算放大器 （U1A） 的输出口 C 脚相连 ； 无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的负极与第一 说 明 书 CN 103336164 A 4 2/5 页 5 运算放大器 （U1A） 的差模输入口 B 脚连接， 无极性电。
15、容 （C1） 与直流电平信号源连接 ； 第三 电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联， 第三电阻 （R3） 接在无极性电容 （C1） 与直流电平信号源之 间， 第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 之间与第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚连接， 第四电阻 （R4） 接电源负极 ； 第五电阻一端接在第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联的电路 与第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚之间、 另一端接在第六电阻下部 ； 或所述采样调制电路由二极管 （D1） ， 无极性电容 （C1） ， 第三、 第四、 第五、 第六和第七 电阻 （R3、 R4、 R5、 R6。
16、、 R7） ， 第一比较器 （U1A） 构成 ； 所述二极管 （D1） 的正极、 第六电阻 （R6） 串联后与第一比较器 （U1A） 的输出口 C 脚相连 ； 无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的负极与 第一比较器 （U1A） 的差模输入口 B 脚连接， 无极性电容 （C1） 与直流电平信号源连接 ； 第三 电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 串联， 第三电阻 （R3） 接在无极性电容 （C1） 与直流电平信号源之 间， 第三电阻 （R3） 和第四电阻 （R4） 之间与第一比较器 （U1A） 的共模输入口 A 脚连接， 第四 电阻 （R4） 接电源负极 ； 第五电阻一端接在第三电阻 。
17、（R3） 和第四电阻 （R4） 串联的电路与第 一比较器 （U1A） 的共模输入口 A 脚之间、 另一端接在第六电阻下部 ； 第七电阻 （R7） 一端与 第一比较器 （U1A） 输出口 C 脚连接、 另一端与电源 VCC 连接 ； 所述输出整形电路由第二运算放大器 （U2A） 、 第九电阻 （R9）构成 ； 第二运算放大器 （U2A） 的输出端 F 与第九电阻 （R9） 串接， 第九电阻 （R9） 与输出端子连接 ； 或所述输出整形电路由第二比较器 （U2A） 、 第八电阻 （R8） 、 第九电阻 （R9） 构成 ； 第二比 较器 （U2A） 的输出端 F 与第九电阻 （R9） 串接， 第八电。
18、阻 （R8） 一端与直流电平信号源连接、 另一端接第二比较器 （U2A） 的输出端 F 与第九电阻 （R9） 之间， 第九电阻 （R9） 与输出端子连 接。 0007 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特殊之处在于 ： 所述 信号取样电路由 FID、 第一电阻 （R1） 、 正弦波交流信号源和第二电阻 （R2） 依次串联构成 ； 信号取样电路的第二电阻 （R2） 与无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的结点连接。 0008 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特殊之处在于 ： 所述 信号取样电路包括 FID、 第一电阻 （R1） 、 第二电阻 （R2。
19、） 、 正弦波交流信号源、 第二电容 （C2） 和电阻 （R0） ； 所述 FID、 第一电阻 （R1） 和第二电阻 （R2） 依次串联， 第二电阻 （R2） 与无极性电容 （C1） 和二极管 （D1） 的结点连接 ； 所述电阻 （R0） 、 正弦波交流信号源和第二电容 （C2） 串联， 第二电容 （C2） 的另一端接在 第一、 第二电阻 （R1、 R2） 之间 ； 电阻 （R0） 另一端接电源 ； 电阻 （R0） 和正弦波交流信号源之 间有一接地端 （GND） 。 0009 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特殊之处在于 ： 所述 第一运算放大器 （U1A） 的输出口 C。
20、 脚与第二运算放大器 （U2A） 的差模输入口 E 脚连接 ； 所述第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚与第二运算放大器 （U2A） 的共模输入口 D 脚连接。 0010 所述的一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 其特殊之处在于 ： 所述 第一运算放大器 （U1A） 的输出口 C 脚与第二运算放大器 （U2A） 的共模输入口 D 脚连接 ； 所述第一运算放大器 （U1A） 的共模输入口 A 脚与第二运算放大器 （U2A） 的差模输入口 E 脚连接。 说 明 书 CN 103336164 A 5 3/5 页 6 0011 本发明一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 。
21、由于采用这样的结构， 燃烧火焰信号在交流检测时的数据采样量化， 为可靠监测产品的燃烧工况和燃烧性能， 并 采取相应控制对策提供了极好的数据依据。 附图说明 0012 图 1 是本发明的电路原理图。 0013 图 2 是本发明第二种实施方式的电路原理图。 0014 图 3 是本发明第三种实施方式的电路原理图。 0015 图 4 是本发明第四种实施方式的电路原理图。 具体实施方式 0016 下面结合附图对本发明作进一步描述。 0017 如图 1 所示， 一种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 它包括信号取样 电路、 采样调制电路、 输出整形电路和直流电平信号源 ； 信号取样电路与采样调制电路。
22、连 接， 采样调制电路与输出整形电路连接 ； 直流电平信号源与第一运算放大器 U1A 和第二运 算放大器 U2A 连接 ； 所述采样调制电路由二极管 D1， 无极性电容 C1， 第三、 第四、 第五和第六电阻 R3、 R4、 R5、 R6， 第一运算放大器U1A构成 ； 所述二极管D1的正极、 第六电阻R6串联后与第一运算放 大器 U1A 的输出口 C 脚相连 ； 第三、 第四电阻 R3、 R4 为分压电阻。 0018 无极性电容C1和二极管D1的负极与第一运算放大器U1A的差模输入口B脚连接， 无极性电容 C1 的另一端与直流电平信号源 VCC 连接 ； 第三电阻 R3 和第四电阻 R4 串。
23、联， 第 三电阻 R3 接在无极性电容 C1 与直流电平信号源之间， 第三电阻 R3 和第四电阻 R4 之间与 第一运算放大器 U1A 的共模输入口 A 脚连接， 第四电阻 R4 接电源负极 ； 第五电阻 R5 一端接 在第三电阻 R3 和第四电阻 R4 的串联电路与第一运算放大器 U1A 的共模输入口 A 脚之间、 另一端接在第六电阻 R6 下部， 即接在第六电阻 R6 和第一运算放大器 U1A 的输出口 C 脚之 间 ； 当将第一运放大器置换为第一比较器时， 还包括一第七电阻 R7， 第七电阻 R7 一端与第 一比较器 U1A 输出口 C 脚连接、 另一端与电源 VCC 连接。第七电阻 R。
24、7 作为第一比较器 U1A 的输出口 C 脚的上拉电阻。 0019 所述输出整形电路由第二运算放大器U2A、 第九电阻R9构成 ； 第二运算放大器U2A 的输出端 F 与第九电阻 R9 串接， 第九电阻 R9 与输出端子连接。第二运算放大器 U2A 的输 出口 F 脚经与第九电阻 R9 串联连接， 输出直流方波脉宽信号供整机系统采样检测使用。 0020 当第二运算放大器 U2A 为第二比较器时， 还包括一第八电阻 R8 ； 第八电阻 R8 一端 与直流电平信号源 VCC 连接、 另一端接在第二比较器 U2A 的输出端 F 与第八电 R8 之间， 其 输出端 F 须上拉的第八电阻 R8 与其工作。
25、电源 VCC 相连。 0021 所述信号取样电路由 FID、 第一电阻 R1、 正弦波交流信号源 V1 和第二电阻 R2 依次 串联构成 ； 信号取样电路的第二电阻 R2 与无极性电容 C1 和二极管 D1 的结点连接。 0022 所述第一运算放大器 U1A 的输出口 C 脚与第二运算放大器 U2A 的差模输入口 E 脚 说 明 书 CN 103336164 A 6 4/5 页 7 连接 ； 所述第一运算放大器 U1A 的共模输入口 A 脚与第二运算放大器 U2A 的共模输入口 D 脚连接。 0023 本发明的另一种实施方式 ： 如图2所示， 所述第一运算放大器U1A的输出口C脚与 第二运算放。
26、大器 U2A 的共模输入口 D 脚连接 ； 所述第一运算放大器 U1A 的共模输入口 A 脚 与第二运算放大器 U2A 的差模输入口 E 脚连接。 0024 如图 3、 图 4 所示， 所述信号取样电路包括 FID、 第一电阻 R1、 第二电阻 R2、 正弦波 交流信号源 V1、 第二电容 C2 和电阻 R0 ； 所述 FID、 第一电阻 R1 和第二电阻 R2 依次串联， 第二电阻 R2 与无极性电容 C1 和二极 管 D1 的结点连接 ； 所述电阻 R0、 正弦波交流信号源 V1 和第二电容 C2 串联， 第二电容 C2 的另一端接在第 一、 第二电阻 R1、 R2 之间 ； 电阻 R0 。
27、另一端接电源 ； 电阻 R0 和正弦波交流信号源 V1 之间有 一接地端 GND。 0025 其一是整形输出处理电路部分中第二运算放大器 U2A 的共模输入端 D、 差模输入 端E与前级采样调制电路相连接时， 二者可以互换连接， 也即第二运算放大器U2A的差模输 入口 E 脚与第一运算放大器 U1A 共模输入口 A 脚、 第五电阻 R5 的一脚以及第三、 第四电阻 R3、 R4 的串联连接点相连接， 第二运算放大器 U2A 共模输入端 D 与第一运算放大器 U1A 的 输出口 C 脚、 以及第五电阻 R5 与第六电阻 R6 的连接点相连接。这种模式下， 第二运算放大 器 U2A 的输出口 F 。
28、脚输出的直流方波脉宽信号正好反相。 0026 其二是正弦波交流信号源V1直接采用220V/50Hz工频电压电源信号时， 还可以将 正弦波交流信号源 V1 的 L 极经过一个耐高压的无极性电容 C2 与第二电阻 R2 连接， 同时该 连接点直接与串联在火焰探针FID上的一个第一电阻R1相连接， 正弦波交流信号源V1的N 极因为与大地 GND 完全是等零电位， 因此可视为其 N 极与 GND 之间直接相接， 此时， 系统地 与大地 GND 之间需串联一个较大的绝缘电阻 R0。 0027 这种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 电路工作时， 正弦波交流信号 V1 经火焰离子的直流整流作用后产生。
29、的直流火焰离子电流 （A 级， 可根据第一、 第二电 阻 R1、 R2 设定其最大检测值） ， 经第一运算放大器 U1A 及其外围电路 （二极管 D1、 无极性电 容 C1、 第三、 第四、 第五和第六电阻 R3 R6） 构成的调制电路调制后， 此时第二运算放大器 U2A 的输出口 F 脚输出一定频率 f、 幅值为 VCC 的直流方波脉宽信号， 供整机系统直接检测 使用。 0028 这种可精确检测交流源火焰离子电流大小的电路， 在 FID 端无燃烧火焰信号、 或 火焰信号极弱、 或火焰探针对地导通 （含短路） 时， 输出脉宽信号Vf的频率f为一较低值fL ； 在正常充分燃烧时， 火焰电流较大，。
30、 此时输出脉宽信号 Vf 的频率 f 为较大值 fH ； 在燃烧不 完全或火焰电流介于最小和最大之间时， 输出脉宽信号Vf的频率f介于fLfH之间变化。 0029 在具体实施中， 电路参数取值非常重要， 元器件及电源信号相关参数可根据检测 灵敏度以及产品电气安全需要进行最佳选择。若正弦波交流信号源采用工频电压 220V /50Hz， 为保证产品电气安全性， R0、 R1、 R2 的取值不得低于 2M 左右， 而且最好采用多个电 阻串联的方式， 以提高电路电气爬电距离。 0030 该电路极好地解决了燃烧火焰信号在交流检测时的数据采样量化问题， 为可靠检 测燃气热水器、 燃气采暖锅炉， 尤其这类产。
31、品的强制燃烧技术、 预混 （包括半预混） 燃烧技 说 明 书 CN 103336164 A 7 5/5 页 8 术、 冷凝式燃烧换热技术等高端技术领域的燃烧工况和燃烧性能， 并采取相应控制对策提 供了极好的数据依据。 0031 以上所述的仅是本发明的优先实施方式。应当指出的是， 对于本领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本发明原理的情况下， 还可以作出若干改进和变型， 这也视为本发明的 保护范围。 说 明 书 CN 103336164 A 8 1/2 页 9 图 1图 2 说 明 书 附 图 CN 103336164 A 9 2/2 页 10 图 3图 4 说 明 书 附 图 CN 103336164 A 10 。