Что такое ионоселективный электрод и какие особенности его использования
Назначение и принцип работы ионизационного электрода
Ионизационный электрод контроля наличия и состояния пламени. Автоматическое отключение подачи газа при погасшем пламени горелки. Отслеживание состояния воздушно-газовой смеси и восстановление процесса горения. Совмещение в одном устройстве запальной и контрольной функций.
Ионизационные электроды используют в датчиках контроля пламени газовых горелок. Их главная задача — сигнализировать блоку управления о прекращении горения и необходимости перекрыть поступление газа.
Эти устройства применяют для контроля непрерывности пламени в промышленных печах, домашних котлах отопления, газовых колонках и кухонных плитах. Нередко их дублируют фотодатчиками и термопарами, но в самых простых тепловых аппаратах ионизационный электрод является единственным средством контроля за зажиганием газа и непрерывностью его горения.
1 Назначение, принцип работы и конструкция ионизационного электрода
1.1 Принцип работы
1.2 Конструктивные особенности
Назначение, принцип работы и конструкция ионизационного электрода
Если в нагревательном устройстве по каким-то причинам пропадает пламя, то сразу же должна быть прекращена подача газа. В противном случае он достаточно быстро заполнит объем установки и помещение, что может привести к объемному взрыву от случайной искры.
Поэтому все нагревательные установки, работающие на природном газе, в обязательном порядке должны оснащаться системой слежения за наличием пламенем и блокировки подачи газа.
Ионизационные электроды контроля пламени обычно выполняют две функции: во время зажигания газа от запальника разрешают его подачу при наличии устойчивой искры, а при исчезновении пламени подают сигнал на отключение газа основной горелки.
Принцип работы
Принцип работы ионизационного электрода основан на физических свойствах пламени, которое по своей сути является низкотемпературной плазмой, т. е. средой, насыщенной свободными электронами и ионами и поэтому обладающей электропроводностью и чувствительностью к электромагнитным полям.
Обычно на него подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а корпус горелки и запальник присоединяются к отрицательному.
На рисунке ниже показан процесс возникновения тока между корпусом запальника и электродным стержнем, возвышающийся торец которого предназначен для контроля пламени основной горелки.
Процесс зажигания газа в нагревательной установке происходит в два этапа. На первом в запальник подается небольшое количество газа и включается электроискровое зажигание. При возникновении в запальнике устойчивого воспламенения происходит ионизация и начинает протекать постоянный ток в сотые доли миллиампер.
Устройство контроля электрода подает сигнал системе управления, открывается электроклапан, и происходит поджигание основного потока газа. С этого момента электрод формирует управляющий сигнал уже от ионизации его пламени.
Система управления настроена на определенный уровень ионизации, поэтому, если ее интенсивность снижается до заданного предела и ток в плазме падает, происходит отключение подачи газа и гашение пламени. После этого весь цикл с использованием запальника повторяется в автоматическом режиме до тех пор, пока процесс горения не станет устойчивым.
Основные причины срабатывания сигнализации о снижении уровня ионизации в пламени:
неправильная пропорция газовоздушной смеси, формируемой в запальнике;
нагар или загрязнение на ионизационном электроде;
недостаточная мощность потока пламени;
уменьшение сопротивления изоляции из-за накопления в запальнике токопроводящей пыли.
Одним из главных достоинств ионизационных электродов является мгновенная скорость срабатывания при погасании пламени. В отличие от них термопарные датчики формируют сигнал только через несколько секунд, которые им требуются для остывания.
Кроме того, ионизационные электроды недороги, т. к. имеют очень простую конструкцию: металлический стержень, изолирующая втулка и разъем. Также они очень просты в эксплуатации и обслуживании, которое заключается в очистке стержня от нагара.
К недостаткам датчиков ионизационного контроля можно отнести их ненадежность при работе с газовым топливом, содержащим большие доли водорода или окиси углерода. В этом случае в пламени генерируется недостаточное количество свободных ионов и электронов, что приводит к невозможности удержания стабильного тока. Кроме того, этот метод может оказаться непригодным при работе в условиях повышенной запыленности.
Конструктивные особенности
Металлический стержень ионизационного электрода изготовлен из хромали — сплава железа с хромом и алюминием, который имеет жаростойкость около 1400 °C.
Вместе с тем температура в верхней части пламени при горении природного газа может достигать 1600 °C, поэтому контрольные электроды размещают в его корне, где температура ниже — от 800 до 900 °C.
Изолирующий цоколь ионизационного электрода, с помощью которого он монтируется на запальнике, представляет собой высокопрочную и жаростойкую керамическую втулку.
Ионизационный электрод может быть только контрольным, а может выполнять сразу две функции: запальную и контрольную. Во втором случае для зажигания пламени запальника на него подается высокое напряжение, формирующее искру.
Через несколько секунд оно отключается, происходит переключение на питание постоянным током и переход в контрольный режим. Если электрод выполняет только контрольную функцию, то его изоляция, разъем и кабель должны соответствовать требованиям низковольтной аппаратуры, эксплуатируемой при высоких температурах.
При использовании его в качестве запального сопротивление изоляции должно выдерживать на пробой напряжение 20 кВ, а подсоединение к блоку управления производиться высоковольтным кабелем.
При установке ионизационного электрода в корпус конкретной горелки необходимо применять изделие оптимальной длины. Слишком большой стержень будет перегреваться, деформироваться и быстрее покрываться нагаром.
В случае малой длины возможны ситуации, когда ионизационный поток будет прерываться при уходе пламени от конца электрода к другому краю корпуса горелки. В реальных условиях длину электрода обычно подбирают экспериментальным путем.
В бытовых газовых плитах для зажигания используют электроискровые запальные электроды, а для контроля за пламенем — термопарные датчики. А почему в бытовых устройствах не применяют ионизационные электроды в раздельном или совмещенном виде?
Ведь они дешевле термопар. Если вы знаете ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.
Источник (автор): https://wikimetall.ru/oborudovanie/elektrod-ionizatsii.html
Что такое ионоселективный электрод и какие особенности его использования?
Виды сварки
На чтение 5 мин Просмотров 7.7к. Опубликовано 25.10.2018
Ионоселективные электроды широко применяются в разнообразных областях науки и техники. Они находят применение в задачах, где необходимо установить содержание ионов определенных элементов в электрохимических растворах.
С помощью данных устройств изучают комплексообразование и ассоциации ионов в химии, определяют содержание различных органических соединений в биомедицинских исследованиях и т.д.
Описание
Ионометрия на данный момент является достаточно широкой областью знаний, занимающей отдельную нишу в современной аналитической химии.
Как и в любом другом научном направлении, тут так же необходимо в ряде случаев привлекать различные методы исследования для решения тех или иных проблем. К одной из них относится необходимость определения содержания ионов в различных электролитических растворах.
Ионоселективные электроды – устройства, потенциал которых в электролите определяется содержанием ионов. Это позволяет использовать их для установления содержания ионов, а также контролировать и отслеживать его изменение во время различных процессов.
Если какая-либо реакция приводит к изменению исходного состава, то данные приборы позволят проанализировать такие процессы и детально их изучить.
Селективный электрод обладает рядом преимуществ, среди них:
отсутствие воздействия на исследуемый раствор;
портативность.
На данный момент существует большое количество классификаций подобных приборов. Однако наиболее правильным является разделение по типу используемой мембраны, а также особенностям применения устройства.
Назначение и принцип работы
Обычно ионоселективные электроды – приборы, главным компонентом которых является мембрана. Ее особенность заключается в проницаемости только для определенного иона.
Установив мембрану между двумя растворами, создастся разность потенциалов, состоящая из потенциала диффузии и межфазных скачков. В результате содержание возможно определить по измерению электродвижущей силе гальванического элемента.
Данный компонент состоит из исследуемого и эталонного раствора. Искомое значение содержания ионов вычисляется по формуле.
Стеклянные электроды в данном случае рассматриваются, как твердые электролиты. Их главной особенностью является участие в ионообменном взаимодействии с раствором.
Существуют устройства не только с твердой, но и с жидкой, а также пленочной мембраной. Селективность второго типа определяется комплексообразованием между мембраной и электролитическим раствором.
Конечно же, тот факт, что мембрана пропускает через себя только один конкретный тип иона, идеализирован. На самом деле она проницаема также и для других элементов, которые называются посторонними или мешающими.
Тем не менее избирательность к определяемому и мешающему иону у электрода различна. Этот параметр определяется так называемым коэффициентом селективности.
Таким образом, принцип работы основан на измерении потенциала внутримембранных межфазных скачков. Благодаря высокой селективности, данные устройства широко применяются в медицине, химии, для контроля загрязнения воздуха, анализа грунта и так далее.
Особенности использования
Ионоселективные электроды являются неотъемлемыми приборами в решении многих научных и технических задачах. В зависимости от ситуации выбирается определенный тип устройства.
По функциональности их разделяют на измерительные, вспомогательные, комбинированные. В первом случае они способны работать, как индикаторы и измерители.
Вспомогательные работают в паре с измерительными, и служат для сравнения показаний со стандартным раствором. Комбинированный тип сочетает в себе функциональность приведенных выше вариантов.
По типу мембраны выделяют несколько вариантов устройств. Это могут быть твердые, жидкостные, газовые и энзимные электроды.
В первом случае используются кристаллы солей труднорастворимых в воде. Основой жидких мембран являются растворы ионообменных веществ. Это могут быть жидкие катионы и анионы, а также хелатные соединения.
Газовый включает в себя два электрода. Один из них – ионоселективный, а второй – вспомогательный. Они контактируют со вспомогательным раствором, отделенного прослойкой из газа или же гидрофобной мембраной. К преимуществам данных устройств можно отнести длительный срок службы.
История данных электродов берет свое начало, как это ни удивительно, с физиологических исследований. Еще в середине девятнадцатого века ученые обнаружили, что между различными частичками организмов появляется электрохимический потенциал.
Уже в конце девятнадцатого века были созданы первые простейшие мембраны, позволяющие понять процессы, происходящие в сложных мембранах.
В пятидесятых года прошлого века были изготовлены и первые стеклянные электроды. Они позволяли определять содержание ионов H2.
Практическое использование данных приборов стало возможным только в двадцатых годах прошлого столетия. Позже были изготовлены устройства, в основе принципа работы которых лежали щелочные металлы.
Данные устройства портативны и просты в использовании. Кроме того, подобные приспособления не оказывают никакого воздействия на исследуемые объекты. Благодаря таким существенным преимуществам их широко применяют в различных научных целях.
Следует отметить, каждый электрод предназначен для определения конкретного элемента. Также различные типы устройств предназначены для работы в определенных условиях. Таким образом, в каждой конкретной задаче необходимо использовать прибор, предназначенный для измерения необходимых параметров.
На данный момент существует большое множество подобных приспособлений, так что их можно выбрать для любых целей.
При выборе электрода не стоит забывать о том, что в зависимости от назначения и области использования они могут подключаться к различным устройствам.
Если речь идет о приспособлениях общего назначения, то их можно подключать к разным приборам. А вот устройства специального назначения могут работать только с конкретными аппаратами и использоваться только в определенных условиях.
Итог
Ионоселективные ионы – важные элементы, используемые в разнообразных областях человеческой деятельности для измерения содержания ионов в растворах. Их главное преимущество – отсутствие взаимодействия с раствором во время проведения измерительных работ.
Они широко применяются в качестве детекторов при контроле, в исследования комплексообразования, в различных медико-биологических исследованиях и т.д.
Читайте также:
Что такое сварочная горелка и области ее применения
Мангал своими руками: как сделать из железа, чертеж, размеры, фото
Сварка нержавейки: чем и как варить в домашних условиях, способы и особенности
Станки лазерной резки, виды, применение, как выбрать
Клеи
Источник (автор): https://tutsvarka.ru/vidy/ionoselektivnye-elektrody
Датчик ионизации пламени газовой колонки принцип работы
В оборудовании, где есть газовые горелки (котлы отопления) имеется контролирующее устройство, которое называется электрод ионизации или датчик ионизации. Если вспомните школьный курс физики, то наверняка у вас в памяти всплывет определение: при нагреве газов от него отрываются отрицательно заряженные электроны, а остаются положительно заряженные ионы, что называется ионизированным газом или плазмой.
Это проводник со свободно заряженными частицами, которые притягиваются к электроду, создавая маленький ток. Он служит импульсом, подающимся на плату управления: при постоянном поступлении такого сигнала клапан на подаче газа находится в открытом состоянии. Как только пламя исчезает, и газ перестает нагреваться, плазма не попадает на электрод и импульс прерывается, что ведет к закрытию клапана. Получается, что ионизационный электрод постоянно контролирует наличие пламени и при его затухании (горелку может задуть порывом ветра) подает сигнал о блокировке газового потока, что происходит практически мгновенно.
Контроль пламени
Как я уже сказал выше, ионизационный электрод контролирует наличие пламени на газовой горелке, чтобы избежать внештатных ситуаций. То есть, в способе такого контроля нет ничего принципиально нового – весь процесс основан на обычном физическом свойстве газов. Все электроды ионизации сопряжены с автоматом регулировки горения, где установлен чувствительный порог. Положительно заряженные частицы создают ток всего в несколько микроампер, но этого вполне достаточно, чтобы удерживать клапан в открытом состоянии, а отсутствие тока приводит к его закрытию.
Устройство представляет собой металлический стержень, частично заключенный в керамическую оболочку, а передача импульса осуществляется при помощи специального кабеля с разъемами, крепящимися к автомату. Работа датчика ионизации напрямую зависит от его чистоты, то есть, грязный стержень хуже притягивает положительно заряженные частицы, следовательно, может быть ложное отсутствие импульса, что приведет к блокировке газового потока. Еще одной помехой может стать избыточное содержание воздуха в топливе – это тоже необходимо контролировать.
Для справки: металлический стержень для ионизационного (контрольного) электрода делают из сплава железа (Fe), хрома (Cr) и алюминия (Al). Такой композит выдерживает температуру до 1400°C.
Электроды ионизации и розжига
Помимо устройства для ионизации в котлах есть один или два электрода розжига, отвечающих за возникновение пламени на горелке – при поступлении сигнала стержень искрит и газ воспламеняется. В котлах более раннего выпуска для этой цели использовалась термопара, но сегодня это уже большая редкость, хотя есть отопительные агрегаты, где комбинируются электрод ионизации с термопарой и добавленными в эту группу фотодатчиками.
В новых моделях газовых котлов устанавливают электрод розжига и ионизации, как единое устройство, то есть, два в одном. Такой прибор срабатывает мгновенно – все операции по блокировке и открытию клапана, а также розжигу пламени на горелке производятся одним прибором, что значительно увеличивает скорость процессов. Это приспособление легко снять для проведения профилактики, которая может заключаться в чистке стержня наждачной бумагой нулевкой или латунной щеткой, либо полной заменой датчика.
Электрод ионизации не видит пламени
Возможны случаи, когда вы запускаете газовый котел, слышите характерное пощелкивание электрода розжига, горелка загорается, но где-то через 10-12 секунд процесс останавливается и если есть электронное табло, то там появляется код ошибки. Когда вы пытаетесь сделать сброс, ошибка сбрасывается, но при включении все повторяется заново. Проблема чаще всего заключается в том, что электроды контроля пламени (ионизации) не видит плазму, то есть, положительно заряженные частицы не попадают на металлический стержень устройства. Время, выделенное на определение пламени, истекает (10-12 секунд), и запускается аварийная ситуация, при которой клапан сразу блокирует газовый поток.
Читайте также: Двигатель ваз 2114 инжектор 8 клапанов устройство датчики
В таких случаях весьма вероятно загрязнение металлического стержня, а значит, требуется чистка ионизационного электрода наждачной бумагой №0 или латунной щеточкой. Когда на металлической поверхности не будет какого-либо постороннего налета, он начнет притягивать положительно заряженные частицы. Кроме того, нужно тщательно осмотреть керамический изолятор и если вы обнаружите на нем, хотя бы маленькую трещину, значит, опять-таки проблема с электродом. Принцип контроля пламени нарушен, и устройство подлежит замене.
Еще причина может крыться в самой горелке. Пламя от нее должно как бы омывать электроды розжига и ионизации, но, если оно короткое или вспыхивает рывками, значит, горелка засорилась и ее необходимо прочистить. Для этого горелку нужно демонтировать, открутив 2-3 болта (на разных моделях количество крепежа отличается), и продуть сжатым воздухом, который уберет нагар с каналов (можно использовать автомобильный насос). Данная операция очень простая и ее можно провести самостоятельно, не прибегая к помощи специалиста. Также возможен и третий вариант неисправности – это проблемы с платой управления. В таких ситуациях сами вы не справитесь – плату придется снять и отдать на тестирование.
Заключение
Как видите, в основном с электродом ионизации и розжига все предельно просто и понятно, к тому же вы самостоятельно можете произвести ремонт. Самое главное – содержать в чистоте металлический стержень датчика, и для этого нужно хотя бы раз в год перед отопительным сезоном проверять его состояние.
Управление пламенем при помощи электрода ионизации
Во время использования любого теплового оборудования, работающего на природном горючем, всегда нужно крепко помнить о высоком риске воспламенения или даже взрыва этого природного горючего вещества.
Такая беда может произойти в ситуациях, при которых может потухнуть огонь газовой горелки или факела по какой-либо причине. Если газовая смесь будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата или внешнее пространство вокруг него, будет достаточно одной искры открытого огня для того, чтобы произошел пожар или даже взрыв.
Самой частой причиной подобных случаев является отрыв пламени с последующим затуханием. Это происходит при его смещении от выхода в направлении потока газовой смеси. В итоге топка заполняется газом, что приводит к хлопку или взрыву. Причина отрыва – превышение скорости потока смеси над скоростью распространения огня.
Контролируем пламя
Контроль наличия открытого огня производится с помощью ионизационного электрода. Принцип контроля пламени с помощью данного процесса основан на классическом физическом явлении.
При горении газа происходит образование огромного количества свободно заряженных частиц – электронов со знаком минус и ионов со знаком плюс. Они притягиваются и двигаются к ионизационному электроду и формируют ток ионизации небольшой силы – буквально несколько микроампер.
Читайте также: Как фармить нейронные датчики в warframe
Электрод ионизации соединяется с автоматом горения, который снабжен чутким пороговым устройством. Оно срабатывает при образовании достаточного количества заряженных электронов и ионов – разрешает работу горелки. Если же поток ионизации снижается и достигает минимального порога, горелка мгновенно отключается.
Ионизационный электрод контроля пламени устроен довольно просто: он состоит из керамического корпуса и помещенного в него стержня. Главный элемент – специализированный высоковольтный кабель с разъемами для крепления.
Чтобы устройство работало правильно и долго, нужно первым делом точно соблюдать соотношение воздуха и горючей смеси. Второе условие успеха – содержание устройства в полной чистоте.
Назначение и принцип работы ионизационного электрода
Ионизационный электрод контроля наличия и состояния пламени. Автоматическое отключение подачи газа при погасшем пламени горелки. Отслеживание состояния воздушно-газовой смеси и восстановление процесса горения. Совмещение в одном устройстве запальной и контрольной функций.
Ионизационные электроды используют в датчиках контроля пламени газовых горелок. Их главная задача — сигнализировать блоку управления о прекращении горения и необходимости перекрыть поступление газа.
Эти устройства применяют для контроля непрерывности пламени в промышленных печах, домашних котлах отопления, газовых колонках и кухонных плитах. Нередко их дублируют фотодатчиками и термопарами, но в самых простых тепловых аппаратах ионизационный электрод является единственным средством контроля за зажиганием газа и непрерывностью его горения.
Назначение, принцип работы и конструкция ионизационного электрода
Если в нагревательном устройстве по каким-то причинам пропадает пламя, то сразу же должна быть прекращена подача газа. В противном случае он достаточно быстро заполнит объем установки и помещение, что может привести к объемному взрыву от случайной искры.
Поэтому все нагревательные установки, работающие на природном газе, в обязательном порядке должны оснащаться системой слежения за наличием пламенем и блокировки подачи газа.
Ионизационные электроды контроля пламени обычно выполняют две функции: во время зажигания газа от запальника разрешают его подачу при наличии устойчивой искры, а при исчезновении пламени подают сигнал на отключение газа основной горелки.
Принцип работы
Принцип работы ионизационного электрода основан на физических свойствах пламени, которое по своей сути является низкотемпературной плазмой, т. е. средой, насыщенной свободными электронами и ионами и поэтому обладающей электропроводностью и чувствительностью к электромагнитным полям.
Обычно на него подается положительный потенциал от источника постоянного тока, а корпус горелки и запальник присоединяются к отрицательному.
На рисунке ниже показан процесс возникновения тока между корпусом запальника и электродным стержнем, возвышающийся торец которого предназначен для контроля пламени основной горелки.
Процесс зажигания газа в нагревательной установке происходит в два этапа. На первом в запальник подается небольшое количество газа и включается электроискровое зажигание. При возникновении в запальнике устойчивого воспламенения происходит ионизация и начинает протекать постоянный ток в сотые доли миллиампер.
Устройство контроля электрода подает сигнал системе управления, открывается электроклапан, и происходит поджигание основного потока газа. С этого момента электрод формирует управляющий сигнал уже от ионизации его пламени.
Читайте также: Датчик подающей линии будерус ошибка
Система управления настроена на определенный уровень ионизации, поэтому, если ее интенсивность снижается до заданного предела и ток в плазме падает, происходит отключение подачи газа и гашение пламени. После этого весь цикл с использованием запальника повторяется в автоматическом режиме до тех пор, пока процесс горения не станет устойчивым.
неправильная пропорция газовоздушной смеси, формируемой в запальнике;
нагар или загрязнение на ионизационном электроде;
недостаточная мощность потока пламени;
уменьшение сопротивления изоляции из-за накопления в запальнике токопроводящей пыли.
Одним из главных достоинств ионизационных электродов является мгновенная скорость срабатывания при погасании пламени. В отличие от них термопарные датчики формируют сигнал только через несколько секунд, которые им требуются для остывания.
Кроме того, ионизационные электроды недороги, т. к. имеют очень простую конструкцию: металлический стержень, изолирующая втулка и разъем. Также они очень просты в эксплуатации и обслуживании, которое заключается в очистке стержня от нагара.
К недостаткам датчиков ионизационного контроля можно отнести их ненадежность при работе с газовым топливом, содержащим большие доли водорода или окиси углерода. В этом случае в пламени генерируется недостаточное количество свободных ионов и электронов, что приводит к невозможности удержания стабильного тока. Кроме того, этот метод может оказаться непригодным при работе в условиях повышенной запыленности.
Конструктивные особенности
Вместе с тем температура в верхней части пламени при горении природного газа может достигать 1600 °C, поэтому контрольные электроды размещают в его корне, где температура ниже — от 800 до 900 °C.
Изолирующий цоколь ионизационного электрода, с помощью которого он монтируется на запальнике, представляет собой высокопрочную и жаростойкую керамическую втулку.
Ионизационный электрод может быть только контрольным, а может выполнять сразу две функции: запальную и контрольную. Во втором случае для зажигания пламени запальника на него подается высокое напряжение, формирующее искру.
Через несколько секунд оно отключается, происходит переключение на питание постоянным током и переход в контрольный режим. Если электрод выполняет только контрольную функцию, то его изоляция, разъем и кабель должны соответствовать требованиям низковольтной аппаратуры, эксплуатируемой при высоких температурах.
При использовании его в качестве запального сопротивление изоляции должно выдерживать на пробой напряжение 20 кВ, а подсоединение к блоку управления производиться высоковольтным кабелем.
При установке ионизационного электрода в корпус конкретной горелки необходимо применять изделие оптимальной длины. Слишком большой стержень будет перегреваться, деформироваться и быстрее покрываться нагаром.
В случае малой длины возможны ситуации, когда ионизационный поток будет прерываться при уходе пламени от конца электрода к другому краю корпуса горелки. В реальных условиях длину электрода обычно подбирают экспериментальным путем.
В бытовых газовых плитах для зажигания используют электроискровые запальные электроды, а для контроля за пламенем — термопарные датчики. А почему в бытовых устройствах не применяют ионизационные электроды в раздельном или совмещенном виде?
Ведь они дешевле термопар. Если вы знаете ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.
Свежие записи
Где находится датчик коленвала у Chevrolet Cruze 2012: подробная инструкция
Ультразвуковой датчик приближения в телефоне: что это и как работает
Тензометрические датчики давления: как они работают?
Датчик случайных чисел в Паскале: что это такое и как работает?
Датчик сердечного ритма в смарт-часах: назначение и работа
Источник (автор): https://shamrin.ru/datchik-ionizatsii-plameni-gazovoy-kolonki-printsip-raboty/
