مشعل ديگ های بخار آبگرم يکی از حياتی ترين منابع مصرف و تبديل انرژی در صنايع مختلف ميباشند. اين مشعلهای بر اساس منحنی استوکيومتری مي بايست به گونه ای تنظيم باشند که نسبت اکسيژن  به سوخت آن 14.7 به 1 بوده و اين نسبت به لامبدا معروف مي باشد. اين نسبت لامبدا در دما و فشار هوای متفاوت قابل تغيير بوده و ميبايست به صورت دائم پايش گردد. در صورت کاهش نسبت اکسيژن به سوخت موجب افزايش گاز مونو اکسيد کربن در اگزوز خروجی بوده که آلايندگی محيط زيست را افزايش ميدهد. در صورت افزايش نسبت اکسيژن در اگروز خروجی نسبت به سوخت پديده خام سوزی اتفاق افتاده و راندمان مشعل نيز کاهش خواهد يافت. سامانه طراحی شده توسط شرکت مهندسی اسکادا دارای قابليت پايش محلی و همچنين آنلاين از طريق سامانه بومی IR-SCADA مي باشد.

الف) مشخصات فنی محصول:
اين محصول بر مبنای ميکرو کنترلر AVR ) Atmega328P-PU) طراحی شده و دارای قابليت ارسال اطلاعات سنسورهای مرتبط به صورت آنلاين و از طريق بستر اترنت با پروتکل مدباس TCP به مرکز کنترل مي باشد. در طراحی اين محصول از سنسورهای متعدی از جمله سنسور اکسيژن به سوخت باند باريک- سنسور دمای سری K و نيز سنسور پالس خوان کنتورهای گاز با قابليت پالسر خروجی استفاده شده است. از آنجاييکه در داخل سنسور های اکسيژن گرمکنی طراحی شده که دمای سنسور را  در ابتدای کار تا حد مشخصی گرم مينمايد لذا در طراحی اين محصول مدار سويچينگی طراحی شده که براحتی ميتواند تغذيه گرمکن سنسور اکسيژن را با استفاده از PWM کنترل نمود.
برای حفاظت مدار ازيک فيوز يک آمپراستفاده شده است. همچنين تغيير پورت و ريت ارسال اطلاعات و نيز MAC و IP تجهيز در اختيار کاربر مي باشد.

ب)مشعل گازسوز
این مشعل‌ها برای احتراق گاز طبیعی طراحی شده‌اند. دبی سوخت گازی لازم در این مشعل‌ها، توسط شیر برقی کنترل شده و هوای لازم برای احتراق آنها، توسط یک دمنده که بر روی محور موتور نصب شده است، تأمین می‌شود. دبی این هوا توسط دمپر هوایی که در ساختمان مشعل نصب شده است، کنترل می‌شود.
جریان گاز از یک فیلتر عبور کرده، با هوای احتراق مخلوط شده و آماده ی احتراق می‌شود. اگر فشار هوای احتراق از حدی کمتر شده و یا دبی سوخت از مقدار مورد نظر بیشتر یا کمتر شود، این موضوع توسط سنسورهای فشارِ تعبیه‌ شده در مشعل حس شده و مشعل به وسیله ی یک رله ی کنترلی، خاموش می‌شود. در صورت مناسب بودن تمام شرایط ذکر شده، در نهایت مخلوط سوخت گازی و هوا، توسط جرقه (که به وسیله ی یک ترانس ولتاژ بالای نصب‌شده در ساختمان مشعل ایجاد می‌شود) و یا به وسیله ی شعله ی یک شمعک که در مسیر خروجی جریان قرار می‌گیرد، محترق می‌شود. همچنین به منظور یکنواخت کردن و پایدار سازی شعله، از یک شعله‌پخش‌کن در جلوی نازل سوخت استفاده می‌شود. به منظور کنترل فرایند احتراق، از یک سنسور به نام میله ی یونیزاسیون، در مسیر شعله استفاده می‌شود. در صورت برقرار شدن شعله و وجود حرارت، یک جریان الکتریکی در آن برقرار شده و رله ی مشعل با دریافت این جریان به عملکرد خود ادامه می‌دهد. اگر به هر علت، تغییری در وضعیت این جریان رخ دهد، مشعل توسط رله خاموش می‌شود.

ج)تنظیم نسبت سوخت / اکسيژن
احتراق‌کامل سوخت حاصل تنظیم دقیق نسبت سوخت و هوا است. هرچه این نسبت با دقت بیشتری تنظیم شود راندمان بالاتر رفته و در نتیجه به سوخت کمتری احتیاج است. در مشعل‌های کوچک تنظیم هوا دستی است و در مشعل‌های بزرگ به کمک دمپر اتوماتیک هوای مورد نیاز احتراق تأمین می‌شود. البته با توجه به آنکه دمای هوای دیگ‌خانه و رطوبت آن در طول سال متغیر است در مشعل‌های بزرگ نیاز است که در هر فصل دمپرها مورد تنظیم مجدد قرار گیرد. امروزه مشعل‌های مدرن مجهز به یک PLC هستند که به صورت اتوماتیک نسبت بین سوخت و هوا را در تمام طول شبانه روز و تمام فصول تنظیم می‌کننند. اما اين سيستم در ديگ های قديمی که نقش زيادی در تامين گرمايش فضاهای صنعتی تجاری و اداری دارند اين سيستم وجود ندارد.

د)سنسور اکسيژن
سنسور اکسیژن‌ شامل‌ بدنه‌ سرامیکی‌ با سره‌ پلاتینیوم‌ است‌. سره‌ سنسور توسط‌ غلاف‌ فلزی‌ محافظ‌ت‌ شده‌ است‌. محدوده‌ خارجی‌ این‌ سرامیک‌ پوشش‌ داده‌ شده‌ در معرض‌ اکسیژن‌ موجود در اگزوز خروجی مشعل قرار دارد. قسمت‌ داخلی‌ آن‌ به‌ اکسیژن‌ موجود در اتمسفر مرتبط‌ است‌. اختلاف‌ بین‌ این‌ دو نقط‌ه‌ باعث‌ تولید ولتاژ در سنسور می‌شود. قبل‌ از این‌که‌ سنسور عمل‌ کند باید در حدود ۳۰۰ درجه‌ سلسیوس‌ گرم‌ شود (در حدود ۶۰۰ درجه‌ فارنهایت‌) و بهترین‌ عملکرد را در حدود دمای‌ ۱۴۰۰ درجه‌ فارنهایت‌ دارا است‌. لذا محل‌ قرارگیری‌ آن‌ را اگزوز خروجی در نظ‌ر گرفته‌اند. در هنگام‌ شروع‌ که‌ محفظه مشعل سرد است‌، میزان‌ نسبت‌ هوا به‌ سوخت‌ کمی‌ در حالت‌ غلیظ‌ کار می‌کند. حسگر اکسیژن سیگنالی تولید می کند که ولتاژ آن با مقدار اکسیژن محترق نشده در اگزوز متناسب است. بررسی میزان اکسیژن در اگزوز یکی از راههای اندازه گیری مخلوط سوخت و هواست.
هنگامی که ترکیب سوخت غنی است یعنی بیشتر اکسیژن در طی احتراق مصرف شده بنابراین اکسیژن نسوخته کمی در اگزوز وجود دارد. عوامل بسیاری در غنی یا رقیق شدن مخلوط سوخت تاثیر گذاراند. از جمله : درجه حرارت هوا ، فشار بارومتریک ، موقعیت دریچه گاز ، جریان هوا که برای اندازه گیری تمامی این عوامل ، سنسورهای دیگری وجود دارند. اما اندازه گیری اصلی تغییراتی که در مخلوط سوخت بوجود می آید توسط سنسور اکسیژن انجام می شود. تفاوت در سطوح اکسیژن بین اگزوز خروجی و هوای بیرون سبب تولید الکتریسیته بالقوه در حسگر های پلاتین و زیرکونیوم می شود.این کار سبب می شود تا حسگر سیگنال ولتاژ تولید کند.هنگامی که ترکیب سوخت غنی است ولتاژ خروجی حسگر بالاست و به بیش از 7/۰ ولت میرسد و هنگامی که ترکیب سوخت رقیق است خروجی ولتاژحسگر به پایین تر از ۱/۰ ولت می رسد.ولتاژ حسگر اکسیژن به وسیله ميکرو کنترلر بررسی می شود و بدین ترتیب ترکیب سوخت را با هدف ایجاد کمترین آلودگی تنظیم می کند.

 ه) کاربرد/ کاربردهای محصول:
مشعل قلب سيستم گرمايش است و پايش كاركرد مطلوب آن بر اساس منحنی استوکيومتری سوخت ميتواند نقش تعيين كننده‌ای در افزايش راندمان اين ديگ ها و همچنين کاهش مصرف آنها دارد. نياز به پايش آنلاين و بی وقفه مشعل ها امری است بديهی جراکه بر اساس تغييرات فشار هوا دمای هوا و رطوبت هوا تنظيم ديگها تغيير نموده و باعث ميگردد در محلی خارح از نقطه کار فعاليت نمايد.

 و)روش کار سنسور اکسيژن
در صورت افزايش غلظت سوخت ميزان منو اکسيد کربن به شدت افزايش يافته در عوض قدرت انتقال حرارت مشعل افزايش مي يابد که ولتاژ خروجی سنسور در حدود 0.7 ولت خواهد بود. در صورت کاهش غلظت سوخت و افزايش هوای خروجی از اگزوز به شدت باعث کاهش راندمان حرارتی مشعل گرديده و در نتيجه ميزان خام سوزی هم افزايش خواهد يافت و ميزان ولتاژ توليدی سنسور در حدود 0.1 ولت خواهد بود . اما با پديده کاهش منو اکسيد کربن روبرو خواهيم شد. بهترين موقعيت ترکيب سوخت و اکسيژن خروجی در ميزان 14.7:1 مي باشد.در اين نقطه ولتاژ توليد سنسور در حدود 0.45 ولت خواهد بود.

ز)زمینه های کاربرد این محصول شامل:
در کليه ديگ های بخار آب و يا آبگرم ميتواند از اين محصول استفاده نمود. در صنايع پتروشيمی-مواد غذايي-گرمايشی و چيلرهای جذبی و پالايشی از ديگ های بخار آبگرم و ديگ آبگرم استفاده ميشود.

ح) جایگاه محصول در چرخه عمر فناوری:
با انجام مطالعات در سطح فنی و اقتصادی و بررسی نمونه های موجود دربازار بر آن شديم نسبت به طراحی سامانه مونيتورينگ مشعل ديگ بخار آبگرم اقدام نماييم در اين راستا اين محصول طراحی و تست های مورد نظر توانستيم نمونه کارگاهی آن توليد و از ديماه سال 1395 در موتورخانه دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی نصب شده و تا کنون نسبت به انتقال اطلاعات ديگ بخار آبگرم منصوبه استفاده ميگردد. عملکرد اين محصول در 5 ماهه گذشته ما را بر آن داشت نسبت به تکميل اين طرح اقدام نموده و نسبت به توليد نمونه ارتقاء يافته آن اقدام نماييم.