Control del quemador de gas LP con microcontrolador: se necesitan ideas de sensores de llama

Estoy construyendo un sistema que usa un microcontrolador (tal vez como un Arduino) para controlar automáticamente la temperatura de un hervidor de líquido que se calienta con un quemador de gas LP con un algoritmo PID para encender y apagar el quemador.

Tengo dificultades para descubrir cómo detectar la presencia/ausencia de la llama para poder desactivar el encendedor y luego controlar si se apaga la llama. Observé las varillas del sensor de llama que se usan en los hornos (tipo rectificador), pero no puedo encontrar nada sobre cómo conectar una con el microcontrolador.

Consideré usar una termopila, pero parece que se usan principalmente para la llama piloto, por lo que no estoy seguro de si funcionarán para la llama principal. Miré un sensor de fuego (basado en transistores) para Arduino, pero no detecta llamas de gas natural, por lo que no estoy seguro de si funcionaría para LP.

Necesito una solución.

La seguridad no es una gran preocupación ya que nunca se usará en interiores y siempre se controlará constantemente mientras esté en funcionamiento. Un enfoque común para esto es encender manualmente el quemador y monitorear un termómetro en el líquido. Los quemadores se ajustan periódicamente mediante una válvula de bola. Me gustaría facilitar un poco el proceso, pero no tengo intención de dejarlo desatendido. Así que supongo que se podría decir que agregar un

El detector de llamas es solo una medida de seguridad adicional secundaria.

Gracias a todos por sus comentarios. Empecé a analizar una alternativa eléctrica. Tendré que ir a 220 V con alrededor de elementos de 5500 W en el líquido, pero definitivamente es factible. Puedo usar un SSR para alimentar la energía y regular la temperatura. Definitivamente es una alternativa más limpia y simple, así que puedo ir por ese camino. Gracias de nuevo por ser tan receptivo.

Ahora, necesito finalizar la selección del microcontrolador. Estoy pensando en tal vez un Atmel. Veo que ya hay algunas opiniones publicadas al respecto. ¿Alguien tiene sugerencias específicas sobre modelos y razones para la selección propuesta?

El sensor de llama es parte (una parte crítica para la seguridad) de un sistema de seguridad y debe comprar un dispositivo certificado para este propósito e instalarlo de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Puede reemplazar el termostato con su Arduino (agregando, si es necesario, un dispositivo auxiliar de seguridad, como un interruptor térmico pasivo, si el termostato puede causar una condición insegura, por ejemplo, al permanecer al 100%). De lo contrario, una falla en un solo punto, incluido el firmware, podría causar una explosión. Por lo general, este material está integrado en el controlador de encendido.
Estoy de acuerdo con el Sr. Pefhany. Cualquiera que sea la técnica de sensor utilizada para detectar la llama, los niveles de señal analógica generados por ellos son minúsculos y pueden verse inundados por (inadvertidamente) un diseño marginal en la construcción mecánica y eléctrica, la contaminación por desechos que causan rutas de señal paralelas con el tiempo, etc. Además, su código tendrá que probar y reconocer todo tipo de modos de falla del sensor y actuar en consecuencia (cerrar el suministro de combustible, generar algún tipo de alarma de notificación). Un sistema de calefacción eléctrico al menos eliminaría la explosión de combustible, pero tal vez eso no sea viable para usted.
Usar una tabla de aficionado que encontraste en un paquete de hojuelas de maíz no es adecuado para este proyecto. No solo porque huele crítico para la seguridad, en cuyo caso terminará en los tribunales, sino también porque AVR es un 8-bitter lento con una arquitectura central de los años 80. Sí, probablemente pueda escribir una aplicación de regulador PID con ellos. Pero será una tarea innecesariamente compleja y dolorosa. No existe absolutamente ninguna razón para usar un MCU antiguo y de tamaño tan pequeño para la tarea, cuando puede obtener un Cortex M sin dinero en absoluto.
Por el contrario, no hay absolutamente ninguna razón para usar un Cortex M4 para esto. Casi cualquier MCU simple es apropiado si se usa con prudencia: AVR, Cortex M0, MSP430, etc. En todo caso, busque la solidez física y eléctrica, no la potencia computacional o la moda.
@ChrisStratton Supongo que no ha diseñado muchos controladores PID. Es casi seguro que necesitará realizar muchas operaciones aritméticas de 32 bits. Los 8 bits en general son muy difíciles de programar en C, en comparación con los de 32 bits. Aquellos que desconocen las dificultades probablemente lo sean porque ignoran la promoción implícita de enteros. En cuanto a la robustez, Atmel tiene históricamente, con diferencia, la peor reputación del mercado.
En cuanto a la moda, ese es el único beneficio de Arduino. El sector de los sistemas embebidos está en lo cierto y ahora está viendo la equivalencia de miles de aprendices de carpintero que usan una herramienta, un cuchillo muy desafilado (Arduino), para resolver cada problema. ¿Golpear un clavo? Usa el cuchillo sin filo. ¿Atornillar un tornillo? Usa el cuchillo sin filo. ¿Pinta el muro? Usa el cuchillo sin filo.
@Lundin parece que nunca ha trabajado en algo sensible a los costos y, por lo tanto, nunca ha tratado de ver qué puede hacer. Si lo piensa durante 30 segundos, se dará cuenta de que la complejidad del bucle de control conduce al tamaño del programa, pero no necesariamente a una alta demanda de cómputo. La potencia de cómputo solo necesita ser suficiente para ejecutar el bucle a la velocidad deseada. La mayoría de los pequeños drones ágiles vuelan 3 pares de bucles PID anidados en un Cortex M0, actualizándose mucho más rápido de lo que necesita un controlador de horno (hace unos años volaban en STM8 y AVR). Estás adivinando, no pensando.
@Lundin: tengo una placa de control del horno frente a mí, y el micro es una casa marcada como PIC, presumiblemente de 8 bits (y presumiblemente también OTP, debido a la marca de la casa).

Respuestas (2)

Hay tres detectores de llama comunes que se utilizan para los sistemas de calefacción de gas combustible: rectificación de llama, detección de temperatura mediante un termopar, detección UV.

Los sensores UV no son confiables cuando se usan al aire libre a menos que el sensor y el recipiente de la llama estén completamente protegidos de la luz exterior. Uno de los sistemas que tuve que solucionar hace varios años sufría exactamente ese problema: funcionaba cuando estaba en el suelo, no funcionaba cuando estaba en el aire en un armazón de iluminación.

La rectificación de llama necesita una fuente de CA de alto voltaje, generalmente en el rango de 160 Vac. No es difícil de generar pero . . .

Otro problema con la rectificación de llama es cuando (no si) la varilla de detección de llama se contamina con productos de combustión del gas combustible sucio. Se fija fácilmente con un poco de lana de acero u otra almohadilla abrasiva, pero no deja de ser un problema de mantenimiento.

La detección de temperatura es económica y confiable. El único problema es asegurarse de que la punta del termopar esté siempre dentro del cono de llama.

Hay muchos problemas de seguridad si está construyendo esto para una aplicación comercial. La certificación es una molestia y siempre es costosa. Deberá estudiar las reglamentaciones pertinentes y diseñar tanto su hardware como su software para cumplir con dichas reglamentaciones. Preste especial atención al requisito de operación a prueba de fallas.

Esta es una respuesta realmente útil, nunca había oído hablar de la rectificación de llamas, pero tiene sentido. Estos son del video del artículo de Wikipedia , blog , la publicación del blog es bastante útil. Para los rayos ultravioleta, supongo que un tubo de colimación frente a un tope trasero (negro ultravioleta) en el otro lado podría ayudar un poco, pero no es infalible.

A menos que necesite el poder del gas para calentar un gran volumen de agua lo más rápido posible, debe abandonar el uso de gas y solo usar calefacción eléctrica. Haga un sistema de control para un hervidor eléctrico o un calentador de inmersión eléctrico.

Si necesita calentar un gran volumen de agua, tal vez debería considerar que puede estar mordiendo más de lo que puede masticar, en términos de seguridad y responsabilidad.

Dicho esto, podría usar un termopar y un chip de interfaz de termopar como el Maxim MAX31855. Es fácil obtener termopares de proveedores científicos que se pueden colocar directamente en la llama del quemador.

Tal combinación sería útil en una configuración de múltiples canales para medir también la temperatura de su líquido, aunque los RTD a menudo se usan para esa aplicación para alimentos.

Haga lo que haga, tome en serio las preocupaciones de seguridad. Asuma que cada parte que use fallará en un momento u otro, y diseñe su sistema en consecuencia para que cuando eso suceda, falle en un estado seguro, no inseguro.

Control del quemador de gas LP con microcontrolador: se necesitan ideas de sensores de llama
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