引言使用简单、低成本、高可靠性的火焰传感器在燃烧室中监测火焰的状态，对工业锅炉、汽车发动机、燃气轮机等火电系统的安全性和性能至关重要。火焰传感器用于点火探测，以防止燃烧室中燃料积聚引起爆炸。此外，火焰传感器通常用于监测和避免异常燃烧，以实现稳定、高效、低排放燃烧的运行要求。梁慧君[1]等研究酒精喷灯预混火焰不同水平与竖直位置的电流分布。魏若男[2]研究长直管道内燃烧的火焰电流，离子电流信号存在火焰前锋区和燃烧后区两个峰值。Wu[3]等利用定容燃烧弹研究离子电流信号控制空气系数的算法。Ding[4]等对层流锥形火焰进行实验研究，探究电离电流对空气系数的敏感度。Xu[5]等利用实验研究本生火焰的火焰电流，探针做阳极，燃烧器做阳极，电流对探针位置敏感，探针径向位置为0时电流最大。Wu[6]利用燃烧弹研究了电极参数对离子电流的影响，阳极的接触面积比阴极的接触面积更重要。黄义清[7]、孙云帆[8]、冯良[9]等分析火焰离子电流在家用燃气具上的应用。徐麦建[10]研究不同探针材料对离子电流响应速度的影响。目前的研究一般固定探针在火焰中心位置，研究不同火焰位置对测量参数的敏感性的研究较少。文章基于火焰电离电流原理，研究不同本生火焰位置的电离电流对空气系数、负荷的敏感性及其变化规律，得到安置探针的最佳位置，为燃烧状态的监测提供参考。1实验原理与方法1.1火焰电离电流原理可燃混合气的燃烧过程中，火焰发生电离反应产生大量带电离子和自由电子，但是气体本身的导电能力有限，必须施加一定强度的电场使带电离子和自由电子在电场的作用下产生定向移动，从而形成离子电流。离子电流信号特征能够实时反映火焰的燃烧和传播特性。1.2实验方法实验过程中，空气由高压风机提供，使用针型阀调节，由质量流量计计量；燃气为管道天然气，由超声波流量计计量，燃气的流量由针型阀调节，燃气-空气混合物在缓冲罐中混合，经阻火器后到达燃烧器。燃烧器内径11 mm，壁厚0.5 mm。电离探针为圆柱形304钢，长度100 mm，外径d2=1 mm，内径d1=0.6 mm。实验装置物理模型与系统构成如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F001图1实验装置物理模型与系统构成在探针与燃烧器之间施加24 V直流电压，探针连接直流电压正极，燃烧器壁连接负极。探针水平放置在燃烧器出口上方，通过千分尺调节探针位置，电流信号的采集频率为2.5 Hz，记录100次信号的平均值为电流强度，使用Origin软件对采集数据进行拟合。2结果与分析2.1火焰电离电流随空气系数的变化规律（1）火焰负荷Q=0.24 kW、空气系数α≤1时，探究不同空气系数α的电离电流强度I随探针高度h和径向距离x的变化。Q=0.24 kW、α≤1时I随h的变化如图2所示。α≤1时不同空气系数火焰（从左至右α依次为0.7、0.8、1.0）如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F002图2Q=0.24 kW，α≤1时I随h的变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F003图3α≤1时不同空气系数火焰（从左至右α依次为0.7、0.8、1.0）探针径向位置在x=0处，α=0.7时，h的变化基本不影响I；α=0.8时，随着h的增加，I先略有增加，后逐渐降低；α=1.0时，随着h的增加，I先增加后降低。α=从0.7增至1.0时，I随α的增加而增加。探针径向位置x=4 mm和x=6 mm处，α=0.7时，I的变化趋势与x=0处基本相同；α=0.8时，I随着h的增加先增加，后逐渐降低。x=4 mm处、h15 mm时和x=6 mm、h10 mm时，电流下降速度随空气系数的增加而加快。在x=4 mm、x=6 mm、h=10 mm、h=15 mm包围的矩形区域（图3中虚线框区域A2）放置探针，在α≤1时电流变化可以准确反映空气系数的变化。（2）火焰负荷Q=0.24 kW、空气系数α≥1时，探究不同空气系数α的电离电流强度I随探针高度h和径向距离x的变化。探针径向位置在x=0处，随着h的增加，α=1.1和α=1.2时，I先增加后降低，电流峰值位置h升高，I随空气系数的增加而降低。探针径向位置在x=4 mm处，α=1.1时，I随着h的增加先略有增加后逐渐降低；在h=17 mm时，α=1.0和α=1.1的I发生重合；α=1.2时，I随着h的增加先缓慢增加后缓慢降低。整体表现为h15 mm时，I随α的增加而降低。探针径向位置在x=6 mm处，I的变化趋势与x=4 mm相同，在x=4 mm、x=6 mm、h=1 mm、h=10 mm所包围的矩形区域（图5中虚线框区域A3）放置探针，在α≥1时电流变化可以准确反映空气系数的变化。Q=0.24 kW、α≥1时I随h的变化如图4所示。α≥1时不同空气系数火焰（从左至右α依次为0.7、0.8、1.0）如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F004图4Q=0.24 kW，α≥1时I随h的变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F005图5α≥1时不同空气系数火焰（从左至右α依次为1.0、1.1、1.2）2.2电离电流随负荷的变化规律α=1.1时I随Q的变化如图6所示。图6α=1.1时I随Q的变化10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F6a1（a）x=010.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F6a2（b）x=4 mm10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F6a3（c）x=6 mm10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F6a4（d）x=8 mm探针径向位置在x=0时，随着h的增加，Q=0.24 kW的I先增加后降低，Q=0.32 kW和Q=0.40 kW的I基本不变，I随着负荷的增加而降低。x=4 mm时，Q=0.24 kW的I随着h的变化先基本不变，在h10 mm后开始下降且幅度越来越大；Q=0.32 kW的I是随着h的增加逐渐降低；Q=0.40 kW的I随着h的增加基本不变。x=6 mm时，Q=0.24 kW的I随着h的增加先略有增加，在h7 mm后开始降低；Q=0.32 kW的I随着h的增加先略有增加，在h10 mm后开始降低；Q=0.40 kW的I随着h的增加先增加，后降低。最终I在x=6 mm处的表现为h22 mm时，I随着负荷的增加而降低；h25 mm时，I随着负荷的增加而增加。x=8 mm时，Q=0.24 kW和Q=0.32 kW的I随着h的增加，先增加，后逐渐降低，且Q=0.24 kW的电流的降低幅度大于Q=0.32 kW；Q=0.40 kW的I随着h的增加，先增加后基本不变。最终I在x=8 m处的表现为h15 mm时，I随着负荷的增加而降低；在h23 mm时，I随着负荷的增加而增加。在x=4 mm、x=6 mm和x=8 mm处，负荷和探针高度对电流的影响较大且规律明显。不同负荷火焰（从左至右依次为0.24 kW、0.32 kW、0.40 kW）如图7所示。在x=4 mm、x=8 mm、h=5 mm、h=15 mm包围的矩形区域（图7中虚线框区域A3）放置探针，负荷从0.24~0.40 kW的变化可以由电流强度的变化判断。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F007图7不同负荷火焰（从左至右依次为0.24 kW、0.32 kW、0.40 kW）综合A1、A2、A3位置，适合放置探针的位置为x=4 mm、x=6 mm、h=5 mm、h=10 mm包围的矩形区域，探针可以判断Q=0.24 kW时α在0.7~1.2之间的变化以及空气系数α=1.1时Q在0.24~0.40 kW的变化。探针放置区域如图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.04.014.F008图8探针放置区域3结语基于火焰电离电流原理，对本生燃烧器的不同探针位置的电离电流进行实验分析，得出以下结论：（1）本生燃烧器上方x=4~6 mm，h=5~10 mm区域内，火焰电离电流探针可以监测一定范围内负荷和空气系数的变化。（2）负荷Q=0.24 kW、空气系数α≤1时，电流强度随着空气系数的增加而逐渐增加；空气系数α≥1后，随着空气系数的增加电流强度逐渐降低。