کنترل احتراق جزء جدانشدنی هر فرآیند احتراقی مطلوب در صنعت می‌باشد. نظارت و تشخیص مناسب شرایط حاکم بر سیستم احتراق، لازمه کنترل فرآیند احتراقی است. یکی از فاکتورهای تشخیصی بسیار مهم در مشعل‌های صنعتی، تشخیص وجود یا عدم وجود شعله و همچنین بررسی قدرت آن است.

اگر بنابر هر دلیل شعله مشعل برقرار نباشد یا در حین کار قطع گردد و این موضوع تشخیص داده نشود و همزمان ورود سوخت به محفظه احتراق صورت پذیرد، امکان وقوع حادثه و یا خسارت شدید به سیستم بسیار محتمل خواهد بود که همین امر وجود ابزار تشخیصی مناسب را بسیار مهم و حیاتی می‌سازد.

در مشعل های صنعتی برای اطمینان از وجود شعله از المانی به نام آشکار ساز شعله (Flame Detector) استفاده می گردد. متناسب با نوع سوخت و مشعل از سه نوع آشکار ساز مختلف استفاده می گردد که در زیر هر کدام از آنها به‌صورت جداگانه معرفی می گردند:

• الکترود یون

یکی از روش های اطمینان از وجود شعله در مشعل های صنعتی نصب الکترود یون بر روی مشعل می باشد. الکترود یون در مشعل های مختلف دارای شکل و ابعاد متفاوتی می باشند. به‌طور کلی الکترود یون از یک مفتول فلزی مقاوم به دما و یک قطعه سرامیکی لعابدار محافظ تشکیل می گردد. میله فلزی در داخل شعله قرار خواهد داشت و در اثر وجود شعله و داغ شدن باعث حرکت الکترون ها شده و موجب ایجاد یک جریان الکتریکی بسیار ضعیف می نماید که این جریان به یک رله مشعل منتقل شده و وجود این جریان نمایانگر وجود شعله می باشد. در صورت خاموش شدن شعله ، جریان ایجاد شده از طریق میله نسوز یون قطع شده و لذا فرمان قطع جریان سوخت از طریق رله مشعل صادر می گردد.

جنس میله نسوز معمولا از آلیاژ کروم نیکل می باشد. جنس سرامیک عایق الکتریکی از بدنه پرسلانی با پوشش لعاب سرامیکی می باشد. قطعه سرامیکی یون می بایست حداقل برای ۱۰ هزار ولت عایق الکتریکی باشد.

االکترودهای یون قطعه ای مصرفی می باشد و هر چند وقت یکبار می بایست تعویض گردد. علت نیاز به تعویض به دلیل اکسید شدن مفتول فلزی آن می باشد.

• فتو رزیستورها

فتو رزیستورها مقاومت حساس به روشنایی می باشند که از سولفیت کادمیم ساخته می شوند. با افزایش شدت روشنایی ، اهمش کاهش می یابد. ساختار آنها به گونه ای است که در هنگامی که نوری رویت نمی کنند مقاومت آنها در حدود مگا اهم می باشد و اجازه عبور جریان از خود را بدلیل این مقاومت نمی دهند. هنگام دریافت نور مقامت آنها به رنج کیلو اهم کاهش یافته و جریان از این طریق به رله می رسد.

فتو رزیستورهایی مانند FZ711 G (ساترونیک) و   QRB (لاندیس) FZ 711S, (ساترونیک) بسیار متداول و پرمصرف می باشند.

• سنسور UV

یکی از راه‌های تشخیص شعله، تشخیص تشعشات شعله می‌باشد که این تشعشعات در بحث احتراق و مشعل‌ها به دو دسته مادون قرمز (IR)  و فرابنفش   (UV) تقسیم می‌شوند.

شکل زیر سه دسته تشعشعات (حاصل از احتراق) فرابنفش، مرئی و مادون قرمز را به همراه طول موج آنها و سوخت احتراقی نشان می‌دهد:

(

محدوده اشعه فرابنفش از نظر طول موج، از ۰.۲ تا ۰.۴ میکرون می‌باشد که طول موج کاری برای سنسورهای UV در محدوده‌ای کوچکتر در این بازه و معمولا کمتر از ۰.۳ میکرون قرار می‌گیرد.

سنسور UV در مکان تعبیه شده در نزدیکی محل شعله قرار می‌گیرد و در صورت وجود شعله، این سنسور با دریافت اشعه UV، فیدبک وجود شعله را به رله مشعل ارسال می‌کند.

همانطور که از شکل فوق مشخص است، سنسورهای UV قادر به تشخیص اشعه حاصل از احتراق گاز و گازوئیل سبک می‌باشند.

از نظر ظلاهری شعله مشعل گازسوز رنگی آبی به همراه ترکیبی از نارنجی و زرد را شامل می‌شود.

عملکرد سنسور UV

بخش اصلی ساختمان یک سنسور UV، حباب یا تیوبی از جنس کوارتز است که با گاز نجیب پر شده است، درون این حباب یک پایه آند و یک پایه کاتد قرار دارد و گاز موجود در این فضا در حالت عادی خنثی است، همچنین ولتاژ معینی به پایه کاتد اعمال می‌شود.

با برقراری شعله و تشعشعات فرابنفش (UV) حاصل از آن، فوتون‌های نوری به فضای داخل حباب کوارتز ساطع می‌شوند که همین امر سبب یونیزه شدن گاز موجود در اطراف کاتد می‌گردد. با یونیزه شدن گاز، الکترون‌ها قادر خواهند بود تا از کاتد به آند جریان پیدا کنند، که به منزله تشخیص اشعه UV  توسط سنسور می‌باشد و سیکل مورد نظر را کامل می‌کند. این فرآیند در اصطلاح به عنوان حالت Firing حباب شناخته می‌شود.

دلیل انتخاب کوارتز به جای شیشه معمولی در ساخت حباب آن است که شیشه بازتاب‌دهنده اشعه UV خواهد بود در حالیکه کوارتز به راحتی اجازه عبور تشعشعات را می‌دهد.

اگر بتوان در حالت Firing به داخل حباب نگاه کرد، نور کوچک قرمز رنگی قابل رویت خواهد بود.

در طی این مرحله دستگاه به حالت کوئنچ می‌رود به‌طوری که در هر سیکل ولتاژ ورودی به کاتد قطع و وصل می‌شود و وجود اشعه UV مورد بررسی قرار می‌گیرد، این سیکل‌های قطع و وصلی ولتاژ بسیار به سرعت صورت می‌گیرند که توسط چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیستند.

این سنسورها قادر هستند تا شعله را در ۴ میلی‌ثانیه تشخیص دهند.

گاهی گاز موجود در حباب بنابر دلایل عنوان شده ذیل نمی‌تواند به درستی یونیزه شود:

• سنسور UV به مدت طولانی در معرض حرارت بسیار بالا قرار گیرد
• ولتاژ اعمالی بالا
• قرارگیری در معرض اشعه UV به مدت طولانی

برای جلوگیری از قرارگیری سنسور UV در معرض حرارت و حجم شعله بالا به مدت طولانی، می‌توان از Heat Block استفاده کرد و یا با اضافه کردن مسیر، سنسور را از محل با حرارت بالا اندکی دور کرد.

در نصب این سنسورها می‌بایست حداقل آلودگی نوری محیطی در نظر گرفته شود تا عملکرد دستگاه مطلوب باشد.

عملکرد سنسور UV در فضاهایی که بخار و دود حاصل از احتراق زیادی وجود دارد ضعیف می‌شود و نمی‌تواند شعله را به درستی تشخیص دهد چرا که در این محیط‌ها تشعشع فرابنفش به خوبی صورت نمی‌گیرد.

به دلیل ذکر شده فوق، سنسورهای UV در کنترل احتراقاتی که از هیدروکربن‌های سنگین استفاده می‌شود کاربرد چندانی ندارند، چرا که بخار و دود حاصل از این دسته احتراقات بسیار بیشتر از احتراق هیدروکربن‌های سبک و گازها می‌باشد.

اگر ذرات و رطوبت حاصل از احتراق سبب آلودگی قشاء حباب شوند سنسور قادر به تشخیص درست شعله نخواهد بود و فیدبک ضعیف بودن شعله را به رله کنترل مشعل ارسال می‌کند، به همین دلیل همواره می‌بایست از تمیز بودن قشاء حباب اطمینان حاصل کرد. به همین منظور می‌توان سنسور را به صورتی قرار داد که زاویه و جهت رو به پایین داشته باشد و ذرات کمتری بر روی سطح آن قرار گیرند.

معرفی بعضی از مدل های موجود در بازار

در فتوسل هایی مانند QRA2   لاندیس  و UVZ 780 ساترونیک ، عملکرد این چشمیها بدین طریق است که هرکدام از این فتوسلها حساسیت خاص خود را دارند. بدین ترتیب که UVZ  قرمز رنگ برای سوخت گاز و گازوییل حساس به طول موج ارسالی از سوختن سوخت گاز و گازوییل – UVZ سفید رنگ  برای سوخت گازوییل حساس به طول موج ارسالی از سوخت گازوییل UVZ آبی رنگ برای سوخت گاز می باشد. می دانیم نورهای مختلف طول موجهای مخصوص به خود را دارند.برای مثال فتوسل مخصوص گاز در هنگام دریافت طول موج مربوط به سوختن سوخت گاز سیگنالی به رله مشعل می فرستد که نشان می دهد این شعله تشکیل شده و مشعل به کار خود ادامه می دهد. گفتنی است که این چشمی هنگام دریافت طول موج نور دیگر سیگنال متفاوتی به رله ارسال می کند که نهایتا موجب ریست رله می شود. چشمیهای معروف به QRA2 به نور ماورائ بنفش یا UV که طول موجی برابر ۱۹۰تا ۲۷۰ نانومتر ساطع می شوند حساس بوده و به سایر نورها با طول موجهای دیگر حساس نمی باشند.بنابراین هنگام دریافت نور اتاق یا سایر روشنایهایی که طول موج آنها در محدوده طول موجهای مرئی قرار می گیرد سیگنال دیگری به رله مشعل ارسال کرده و اجازه کارکرد مشعل را نمی دهند و اصطلاحا مشعل ریست می کند.