燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路及其檢測方法
【專利摘要】一種燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，包括MCU，MCU的IO口包括P0口、P1口、P2口、P3口且MCU具有定時/計數(shù)功能，還包括定值電容C1、電阻R1、定值電阻R2、第一連接器、第二連接器，定值電容C1的一端與P0口電聯(lián)接，另一端同時與P1口、定值電阻R2的一端、第二連接器電聯(lián)接，定值電阻R2的另一端與P2口電聯(lián)接，電阻R1一端與P3口電聯(lián)接，另一端與第一連接器電聯(lián)接，第一連接器的輸出接口與火焰探針或燃燒器電聯(lián)接，第二連接器的輸出接口與燃燒器或火焰探針電聯(lián)接該電路的檢測方法包括MCU初始化、對定值電容C1不斷充放電等步驟，可以精確地檢測火焰等效阻抗，排除環(huán)境參數(shù)對檢測精度的影響。
【專利說明】燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及到一種燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]家用燃?xì)饩叩幕鹧姹O(jiān)測一般采用火焰離子電流方式，通過對有火焰及無火焰狀態(tài)下的產(chǎn)生的電壓值差別來判斷火焰的存在，該差別是通過比較器輸出的高低電平或通過電阻取樣分壓產(chǎn)生不同的電壓值。采用電壓比較器方式，只能輸出高低兩種狀態(tài)，不能檢測離子電流的大?。徊捎秒娮枞臃謮喝臃绞?，雖能相對檢測火焰離子電流大小，但在不同溫度及濕度環(huán)境下，同樣的火焰狀態(tài)檢測到火焰電流值差別極大，所以這種檢測電流值方法受溫度及濕度環(huán)境影響較大，也受火焰探針的氧化程度影響較大，只能用于判斷火焰的存在；實際應(yīng)用過程中往往需要檢測火焰燃燒工況的變化，如燃?xì)饪諝馀浔茸兓斐扇紵r變劣，這種燃燒工況的變化會引起火焰離子電流的微小變化，上述方法檢測精度低不能精確的檢測離子電流信號的變化值，且無法判斷火焰電流的變化是環(huán)境變化產(chǎn)生還是燃燒工況變化產(chǎn)生。為克服上述缺陷，對燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路及其檢測電路進(jìn)行了改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提供一種燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路及其檢測方法，不僅可以判斷無火焰狀態(tài)及火焰探針與燃燒器短路狀態(tài)，更可以精確地檢測火焰等效阻抗，排除環(huán)境參數(shù)對檢測精度的影響，通過該方法可以判斷火焰離子電流的變化，從而準(zhǔn)確判斷燃燒工況的變化。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，包括MCU，MCU的IO 口包括PO 口、Pl 口、P2 口、P3 口且MCU具有定時/計數(shù)功能，還包括定值電容Cl、電阻R1、定值電阻R2、第一連接器、第二連接器，定值電容Cl的一端與PO 口電聯(lián)接，另一端同時與Pl 口、定值電阻R2的一端、第二連接器電聯(lián)接，定值電阻R2的另一端與P2口電聯(lián)接，電阻Rl —端與P3 口電聯(lián)接，另一端與第一連接器電聯(lián)接，第一連接器的輸出接口與火焰探針或燃燒器電聯(lián)接，第二連接器的輸出接口與燃燒器或火焰探針電聯(lián)接。
[0005]所述的PO 口、Pl 口、P2 口、P3 口均可設(shè)置為輸入高電阻、輸出低電平、輸出高電平。
[0006]所述的MCU通過內(nèi)部定時/計數(shù)器或通用寄存器計數(shù)，計數(shù)時間小于lus。
[0007]所述的定值電容Cl為無極性電容，容量為IOOpF?I uF。
[0008]所述的定值電阻R2為高精度電阻，阻值為10ΚΩ?10ΜΩ。
[0009]上述燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路的檢測方法，包括如下步驟:
(1)MCU初始化，設(shè)置定時/計數(shù)器為對內(nèi)部時鐘計數(shù)；
(2)設(shè)置PO口、Pl 口輸出低電平，定值電容Cl放電，定時/計數(shù)器清零；
(3)設(shè)置Pl口、P3 口為輸入高電阻狀態(tài)，P2輸出高電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)定值電容Cl充電電壓達(dá)到高電平閾值Vth時，Pl 口為高電平，停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tl.，并存儲于指定的寄存器中，
Tr= -R2*Cl*ln(l - Vth/Vdd)......①，
(4)重復(fù)(2)；
(5)設(shè)置Pl口、P2 口為輸入高電阻狀態(tài)，P3 口輸出高電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)定值電容Cl充電電壓達(dá)到高電平閾值Vth時，Pl 口為高電平，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tf，并存儲于指定的寄存器中，
Tf= -Rf*Cl*ln(l - Vth/Vdd)......②，
其中Rf為火焰正向等效內(nèi)阻，
比較①②式可以得到Rf = R2*Tf/Tr ……③；
(6)設(shè)置PO口輸出低電平，Pl 口輸出高電平，定值電容Cl充電，定時/計數(shù)器清零；
(7)設(shè)置Pl口、P3 口為輸入高電阻狀態(tài)，P2 口輸出低電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)Cl放電電壓達(dá)到低電平閾值Vtl時，Pl為低電平，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tc，并存儲于指定的寄存器中，
放電時間 Tc = -R2*Cl*ln(Vtl/Vdd)......④，
(8)重復(fù)(6)；
(9)設(shè)置Pl口、P2 口為輸入高電阻狀態(tài)，P3 口輸出低電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)Cl放電電壓達(dá)到低電平閾值Vtl時，Pl 口為低電平，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tfc，并存儲于指定的寄存器中，
放電時間:Tfc = - Ri2*Cl*ln(Vtl/Vdd)......⑤，
其中Ri2為火焰正向并聯(lián)等效內(nèi)阻，比較④⑤式可以得到 Ri2 = R2*Tfc/Tc......? ;
(10)比較③⑥式可以得到:Ril^ Rf*Ri2/ (Rf+Ri2)，其中Ril為火焰離子等效阻抗。
[0010]本發(fā)明同【背景技術(shù)】相比所產(chǎn)生的有益效果:由于本發(fā)明采用包括定值電容Cl、電阻R1、定值電阻R2，定值電容Cl的一端與PO 口電聯(lián)接，另一端同時與Pl 口、定值電阻R2的一端、第二連接器電聯(lián)接，定值電阻R2的另一端與P2 口電聯(lián)接，電阻Rl —端與P3 口電聯(lián)接，另一端與第一連接器電聯(lián)接，第一連接器的輸出接口與火焰探針或燃燒器電聯(lián)接，第二連接器的輸出接口與燃燒器或火焰探針電聯(lián)接的方案及其檢測方法，利用不同的火焰離子電流對電容的充放電時間不一樣，MCU依據(jù)火焰回路充放電時間值與標(biāo)準(zhǔn)阻抗對同一電容的充放電時間對比來計算火焰等效阻抗，火焰等效阻抗對應(yīng)于火焰離子電流電流值的原理，不僅可以判斷無火焰狀態(tài)及火焰探針與燃燒器短路狀態(tài)，更可以精確地檢測火焰等效阻抗，排除環(huán)境參數(shù)對檢測精度的影響，通過該方法可以判斷火焰離子電流的變化，從而準(zhǔn)確判斷燃燒工況的變化。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】:圖1為本發(fā)明的電路連接圖。
[0012]圖2是圖1中火焰離子電流的等效電路圖。
[0013]圖3為本發(fā)明中檢測方法的流程圖。
[0014]【具體實施方式】:參看附圖1、附圖2、附圖3，本發(fā)明的燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，包括MCU、第一連接器1、第二連接器2，MCU的IO 口包括PO 口、Pl 口、P2 口、P3 口且MCU具有定時/計數(shù)功能，所述的PO 口、Pl 口、P2 口、P3 口均可設(shè)置為輸入高電阻、輸出低電平、輸出高電平，本發(fā)明中這四個IO 口輸出低電平用O表示，輸出高電平用I表示，還包括定值電容Cl、電阻R1、定值電阻R2，本發(fā)明中的定值電容是指容量值固定的電容，定值電阻是指阻值固定的電阻，定值電容Cl的一端與PO 口電聯(lián)接，另一端同時與Pl 口、定值電阻R2的一端、第二連接器2電聯(lián)接，定值電阻R2的另一端與P2 口電聯(lián)接，電阻Rl —端與P3 口電聯(lián)接，另一端與第一連接器I電聯(lián)接，第一連接器I的輸出接口與火焰探針或燃燒器電聯(lián)接，相對應(yīng)地，第二連接器2的輸出接口與燃燒器或火焰探針電聯(lián)接。
[0015]對于有特定的定時/計數(shù)器的MCU，所述的MCU通過內(nèi)部定時/計數(shù)器來實現(xiàn)計數(shù)功能，對于沒有特定定時/計數(shù)器的MCU，則MCU通用寄存器配合軟件設(shè)置來實現(xiàn)定時/計數(shù)功能，基于精度要求，計數(shù)時間小于lus，精度越高，數(shù)值計算越準(zhǔn)確。本實施例的MCU，具有內(nèi)部的定時/計數(shù)器，計數(shù)脈沖為時鐘脈沖。
[0016]優(yōu)選地，所述的定值電容Cl為無極性電容，容量為IOOpF?I uF，所述的定值電阻R2為高精度電阻，阻值為IOKΩ?10ΜΩ。
[0017]上述燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路的檢測方法包括如下步驟:
(O MCU初始化，設(shè)置定時/計數(shù)器為對內(nèi)部時鐘計數(shù)；
(2)設(shè)置IO口 PO Pl為輸出狀態(tài)，并輸出低電平，Cl經(jīng)Pl 口、MCU電源地、PO 口形成放電回路。放電時間經(jīng)程序控制，確保Cl儲存電荷接近于0，定時/計數(shù)器清零，并處于等待計數(shù)狀態(tài)；
(3)設(shè)置IO口 P1、P3為輸入高電阻狀態(tài)，P2輸出高電平，并同時啟動MCU內(nèi)部定時/計數(shù)器計數(shù)；程序?qū)崟r檢測Pl的輸入狀態(tài)，當(dāng)Cl充電電壓達(dá)到閾值電平Vth時(檢測到Pl為高電平)，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tr，并存儲于指定的寄存器中，
理論上 Tr= -R2*Cl*ln(l - Vth/Vdd)......①，
其中R2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Vth為高電平閾值，是MCU內(nèi)部系統(tǒng)自動設(shè)置的，Vdd為電源電壓；
(4)重復(fù)第2步；
(5)設(shè)置IO口 P1、P2為輸入(高電阻)狀態(tài)，P3設(shè)置為輸出狀態(tài)輸出高電平，并同時啟動MCU內(nèi)部定時/計數(shù)器計數(shù)；程序?qū)崟r檢測Pl為輸入狀態(tài)，當(dāng)Cl充電電壓達(dá)到閾值電平Vth時(檢測到Pl為高電平)立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tf，并存儲于指定的寄存器中，
理論上 Tf= -Rf*Cl*ln(l - Vth/Vdd)......②，
其中Rf為火焰正向等效內(nèi)阻，等效于(相當(dāng)于)Ril與Ri2的并聯(lián)，等效電路如圖2，所謂火焰正向等效內(nèi)阻正向是指如2的等效電路中，上端接火焰探針、下端接燃燒器時的火焰等效內(nèi)阻；Vth為高電平閾值；Vdd為電源電壓。Rl為隔離電阻，相對于Rf可以忽略不計，由于Cl、Vth、Vdd為常數(shù)，比較①②式可以得到Rf = R2*Tf/Tr......③，
按照以下公式③，R2、Tf、Tr為已知值，通過軟件計算可以得到Rf的精確值；
(6)設(shè)置IO口 PO Pl為輸出狀態(tài)，PO輸出低電平，Pl輸出高電平，電源經(jīng)經(jīng)Pl 口、C1、PO 口、MCU電源地形成充電回路。確保Cl充電接近于Vdd，定時/計數(shù)器清零，并處于等待計數(shù)狀態(tài)；
(7)設(shè)置IO口 P1、P3為輸入高電阻狀態(tài)，P2輸出低電平，并同時啟動MCU內(nèi)部定時/計數(shù)器計數(shù)；程序?qū)崟r檢測Pl為輸入狀態(tài)，當(dāng)Cl放電電壓達(dá)到閾值電平Vtl時(檢測到Pl為低電平)立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tc，并存儲于指定的寄存器中，
理論上放電時間Tc = -R2*Cl*ln(Vtl/Vdd)......④，
其中R2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，Vtl為低電平閾值，是MCU內(nèi)部系統(tǒng)自動設(shè)置的，Vdd為電源電
壓；
(8)重復(fù)第6步；
(9)設(shè)置P1、P2口為輸入高電阻狀態(tài)，P3 口輸出低電平，并同時啟動MCU內(nèi)部定時/計數(shù)器計數(shù)；程序?qū)崟r檢測Pl為輸入狀態(tài)，當(dāng)Cl放電電壓達(dá)到閾值電平Vtl時(檢測到Pl為低電平)立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tfc，并存儲于指定的寄存器中，
理論上放電時間:Tfc = - Ri2*Cl*ln(Vtl/Vdd)......⑤，
其中Ri2為火焰正向并聯(lián)等效內(nèi)阻，可以理解安裝的絕緣電阻(與火焰無關(guān))。等效電路如圖2 ；Vtl為低電平閾值；Vdd為電源電壓，
由于Cl、Vt1、Vdd為常數(shù)，比較④⑤式可以得到 Ri2 = R2*Tfc/Tc......?,
按照以下公式⑥，R2、Tfc、Trc為已知值，通過軟件計算可以得到Ri2的精確值；
(10)在Rf等效電路圖中，由于Ri2受溫度濕度環(huán)境影響較大，能真實反映火焰離子流變化的是Ril值，Ril為從探針到燃燒器的火焰單向阻抗，按照上述已知值Rf，Ri2，通過軟件計算可以得到Ril的精確值，Ril為從探針到燃燒器的火焰單向阻抗，
Ril ^ Rf*Ri2/ (Rf+Ri`2)
如果無火焰狀態(tài)，Ril值接近~ ;當(dāng)火焰探針與燃燒器短路時，Ril值為0，由Ril的精確值即可推知火焰離子電流的精確值。
[0018]由于在穩(wěn)定的燃燒工況下，火焰燃燒產(chǎn)生的等離子數(shù)是一定的，在施加穩(wěn)定的電壓下，會產(chǎn)生穩(wěn)定的離子電流，也就是說在穩(wěn)定的電壓下，火焰等效內(nèi)阻是穩(wěn)定的，因而可以通過檢測火焰阻抗來檢測火焰離子電流值。不同的火焰離子電流對電容的充放電時間不一樣，本發(fā)明通過MCU依據(jù)火焰回路充放電時間值與固定阻抗對同一電容的充放電時間對比來計算火焰等效阻抗，火焰等效阻抗對應(yīng)于火焰離子電流電流值，由于時間檢測的精度可以達(dá)到0.1微秒級，從而可以獲得精確的火焰電流變化值。
[0019]本發(fā)明僅由2個電阻，I個電容組成，電路設(shè)計簡單實用可靠，成本低廉。不僅可以判斷無火焰狀態(tài)及火焰探針與燃燒器短路狀態(tài)，更可以精確地檢測火焰等效阻抗，排除環(huán)境參數(shù)對檢測精度的影響。通過該方法可以判斷火焰離子電流的變化，從而準(zhǔn)確判斷燃燒工況的變化。相比傳統(tǒng)的火焰檢測電路，不需電壓比較電路及AC電源電路，因此成本更低，
更可靠，精度更高。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，包括MCU，MCU的IO 口包括PO 口、Pl 口、P2 口、P3 口且MCU具有定時/計數(shù)功能，其特征在于還包括定值電容Cl、電阻R1、定值電阻R2、第一連接器(I)、第二連接器(2)，定值電容Cl的一端與PO 口電聯(lián)接，另一端同時與Pl 口、定值電阻R2的一端、第二連接器(2)電聯(lián)接，定值電阻R2的另一端與P2 口電聯(lián)接，電阻Rl —端與P3 口電聯(lián)接，另一端與第一連接器(I)電聯(lián)接，第一連接器(I)的輸出接口與火焰探針或燃燒器電聯(lián)接，第二連接器(2 )的輸出接口與燃燒器或火焰探針電聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，其特征在于所述的PO口、Pl口、P2 口、P3 口均可設(shè)置為輸入高電阻、輸出低電平、輸出高電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，其特征在于所述的MCU通過內(nèi)部定時/計數(shù)器或通用寄存器計數(shù)，計數(shù)時間小于lus。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，其特征在于所述的定值電容Cl為無極性電容，容量為IOOpF~I uF。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路，其特征在于所述的定值電阻R2為高精度電阻，阻值為IOKΩ~10ΜΩ。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項所述燃?xì)饩呋鹧骐x子電流檢測電路的檢測方法，其特征在于包括如下步驟: (1)MCU初始化，設(shè)置定時/計數(shù)器為對內(nèi)部時鐘計數(shù)； (2)設(shè)置PO口、Pl 口輸出低電平，定值電容Cl放電，定時/計數(shù)器清零； (3)設(shè)置Pl口、P3 口為輸入高電阻狀態(tài)，P2輸出高電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)定值電容Cl充電電壓達(dá)到高電平閾值Vth時，Pl 口為高電平，停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tr，并存儲于指定的寄存器中， Tr= -R2*Cl*ln(l - Vth/Vdd)......①， (4)重復(fù)(2)； (5)設(shè)置Pl口、P2 口為輸入高電阻狀態(tài)，P3 口輸出高電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)定值電容Cl充電電壓達(dá)到高電平閾值Vth時，Pl 口為高電平，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tf，并存儲于指定的寄存器中， Tf= -Rf*Cl*ln(l - Vth/Vdd)......②， 其中Rf為火焰正向等效內(nèi)阻， 比較①②式可以得到Rf = R2*Tf/Tr ……③； (6)設(shè)置PO口輸出低電平，Pl 口輸出高電平，定值電容Cl充電，定時/計數(shù)器清零； (7)設(shè)置Pl口、P3 口為輸入高電阻狀態(tài)，P2 口輸出低電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)Cl放電電壓達(dá)到低電平閾值Vtl時，Pl為低電平，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tc，并存儲于指定的寄存器中， 放電時間 Tc = -R2*Cl*ln(Vtl/Vdd)......④， (8)重復(fù)(6)； (9)設(shè)置Pl口、P2 口為輸入高電阻狀態(tài)，P3 口輸出低電平，并同時啟動定時/計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)Cl放電電壓達(dá)到低電平閾值Vtl時，Pl 口為低電平，立刻停止計數(shù)，得到定時/計數(shù)器值為Tfc，并存儲于指定的寄存器中， 放電時間:Tfc = - Ri2*Cl*ln(Vtl/Vdd)......⑤，其中Ri2為火焰正向并聯(lián)等效內(nèi)阻，比較④⑤式可以得到 Ri2 = R2*Tfc/Tc......? ; (10)比較③⑥式可以得到:Ril ^ Rf*Ri2/ (Rf+Ri2)，其中Ril為火焰離子單向等效阻抗。
【文檔編號】G01R19/00GK103728482SQ201310749069
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】葉遠(yuǎn)璋, 陳必華 申請人:佛山市順德萬和電氣配件有限公司