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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung eines aus
einer Reihenschaltung einer durch Ultraviolettbestrahlung zündbaren Röhre, einem
Ladekondensator und einem Lastwiderstand bestehenden Impulsgeber im Hinblick auf
Fehler der UV-Röhre, zu deren Betrieb der Impulsgeber an Wechselspannung gelegt
und Ultraviolettbestrahlung der UV-Röhre vorgesehen ist.
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Unter UV-empfindlicher Röhre wird eine auf Ultraviolettbestrahlung
ansprechende und das Auftreten von UV-Strahlung durch Zündung anzeigende Gasentladungsröhre
verstanden. Bei üblichem Betrieb zündet eine UV-Röhre nicht nur auf Grund von UV-Strahlung,
sondern gegebenenfalls auch auf Grund bestimmter Fehler, falls sie einen von diesen
aufweist. Eine derartige Fehlzündung täuscht UV-Strahlung vor, was bei einigen Verwendungsarten
des obengenannten Impulsgebers nachteilig ist.
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Es ist bereits eine mechanische Einrichtung bekannt, mit der eine
derart fehlerhafte UV-Röhre erkannt wird. Hier wird die UV-Röhre durch eine mechanisch
bewegte Blende periodisch gegen eine UV-Strahlenquelle abgedeckt und freigegeben
und mit einer konstanten Testfrequenz überprüft. Ist die UV-Röhre fehlerhaft, so
wird sie, auch wenn sie abgedeckt ist, zünden und so ihre Fehlerhaftigkeit anzeigen.
Die Erfindung bezweckt, eine derartige zusätzliche mechanische Einrichtung zu vermeiden,
d. h. eine Schaltung zu schaffen, welche durch eine Fehlzündung keine UV-Strahlung
vortäuscht.
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Die Erfindung sieht nun eine Einrichtung der anfangs genannten Art
vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine an sich bekannte Schwellwertschaltung
am Ausgang des Impulsgebers so bemessen ist, daß sie nur auf solche Impulse anspricht,
die bei einwandfrei arbeitender UV-Röhre auftreten.
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Die Erfindung geht hierzu von der neuen und überraschenden Erkenntnis
aus, daß in dem gattungsgemäßen Impulsgeber bei Zündung einer fehlerhaften UV-Röhre
ausschließlich Stromimpulse mit kleinen Impulshöhen auftreten, die immer unter einem
durch Messung bestimmbaren Schwellwert liegen, wogegen bei UV-Zündung einer fehlerlosen,
d. h. einwandfrei arbeitenden UV-Röhre vorwiegend Stromimpulse mit großen Impulshöhen
auftreten, die zumeist über dem Schwellwert liegen. Der jeder UV-Röhrentype eigene
Schwellwert ist derjenige Wert des maximal auftretenden Impulses mehrerer fehlerhafter,
aber typengleicher UV-Röhren, deren Impulse nicht alle gleich sind, sondern sich
über einen Streubereich verteilen.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung bewirkt eine am Eingang der
Schwellwertschaltung anliegende Betriebsgröße, die ein Strom oder eine Spannung
ist, erst dann eine Änderung der Ausgangsgröße der Schwellwertschaltung, wenn sie
einen bestimmten Grenzwert erreicht hat und ist über mehr oder weniger viele Zwischenglieder
von den Stromimpulsen des Impulsgebers abhängig. Die Schwellwertschaltung weist
hierzu ein die Wirksamkeit der Betriebsgröße bis zu dem Grenzwert unterdrückendes
Schaltglied auf. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung werden also nur Stromimpulse
einer gewissen Größe zum Strahlungsnachweis ausgewertet und wird so eine Unterscheidung
zwischen der Zündung einer fehlerlosen und einer fehlerhaften UV-Röhre ermöglicht.
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Wenn die erfindungsgemäße Schaltung nur dazu verwendet wird, das Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein von UV-Strahlung eines bestimmten Intensitätsbereichs anzuzeigen,
ist es ausreichend, wenn ein Schalter, z. B. ein Relais oder eine Kaltkathodenrelaisröhre,
als unterdrückendes Schaltglied vor der Auswertung vorgesehen ist. Es kann jedoch
auch ein Filter als unterdrückendes Schaltglied nach der UV-Röhre vorgesehen sein.
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Filter verschiedenster Art sind bekannt. Da bei der erfindungsgemäßen
Schaltung ein Stromimpuls die wesentliche Größe ist, ist es vorteilhaft, wenn das
Filter ein Amplitudenfilter für Ströme oder Spannungen ist.
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Es ist bekannt, zur Überwachung der Flamme eines Öl- oder Gasbrenners
eine Schaltung mit einem strahlungsempfindlichen Element anzuwenden. Ist das strahlungsempfindliche
Element ein lichtempfindliches Element, so müssen Vorkehrungen getroffen werden,
daß es nicht auf die Strahlung der durch die Flamme erhitzten Ofenteile anspricht.
Es ist daher vorteilhaft, zur Überwachung der Flammen einen gattungsgemäßen Impulsgeber
anzuwenden. Sicherheitsvorschriften erfordern aber eine sichere Anzeige des Brennens
der Flamme. Wird hierzu die oben beschriebene mechanische Einrichtung angewendet,
so fordern die Sicherheitsvorschriften wiederum eine Kontrolle der Funktionstätigkeit
dieser mechanischen Einrichtung. Die Anwendung einer erfindungsgemäßen Schaltung
mit UV-Röhre zur Überwachung der Flamme eines Öl- oder Gasbrenners ist deshalb besonders
vorteilhaft, da sie die Kontrolle mit voller Sicherheit in verhältnismäßig einfacher
Weise ermöglicht.
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An Hand der Zeichnung werden das neu festgestellte, der Erfindung
zugrunde liegende Verhalten des Röhrenstromes von UV-Röhren und seine Messung und
Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine bekannte Prinzipschaltung
der UV-Röhre, F i g. 2 eine graphische Darstellung des Verhaltens von UV-Röhren,
F i g. 3 eine Schaltung mit Verstärkerröhre, F i g. 4 die Abwandlung der Schaltung
nach F i g. 3 bei einem Transistor als Verstärkerelement, F i g. 5 eine Schaltung
mit einer Kaltkathodenrelaisröhre und F i g. 6 eine Schaltung mit einem Gasdruckrelais.
F i g. 1 zeigt eine an einer Wechselspannung Uw liegende Reihenschaltung eines Ladekondensators
C, einer UV-Röhre D und eines Lastwiderstandes R. Der Ladekondensator diente bisher
nur zur Erzeugung hoher Stromspitzen, die sich auf die Lebensdauer der UV-Röhre
günstig auswirken. Der Lastwiderstand hat auch die Funktion eines Schutzwiderstandes.
Die Ausbildung der UV-Röhre ist beispielsweise so, wie sie durch die deutsche Auslegeschrift
1190 584 bekannt ist. Die UV-Röhre besitzt eine Glasumhüllung aus einem besonders
UV-Strahlungsdurchlässigen Glas und ist z. B. mit Wasserstoff oder einem Wasserstoff-Gemisch
gefüllt. UV-Röhren mit der Bezeichnung Type P 568 oder P 574 werden von der Firma
Sylvania Vakuumtechnik GmbH., Erlangen, vertrieben.
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Die Reihenschaltung gemäß F i g. 1 dient als Meßanordnung zum Gewinnen
der graphischen Darstellung in F i g. 2. Im Stromkreis der Meßanordnung treten Stromspitzen
auf. Bei einer fehlerhaften UV-Röhre D werden hierbei ausschließlich niedrige
Stromspitzen
gemessen, wogegen bei einer einwandfreien UV-Röhre vorwiegend hohe Stromspitzen
festzustellen sind. Wählt man für eine bestimmte UV-Röhre D einen Ladekondensator
C mit 0,022 uF, einen Lastwiderstand R von 21 k2 und eine Wechselspannung Uw von
500 Veff, so verhalten sich die Stromspitzen der Zündungen einer fehlerhaften UV-Röhre
und die einer fehlerlosen bei mittlerer Bestrahlungsintensität wie 1:6.
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Eine UV-Röhre kann insbesondere den Fehler aufweisen, daß sie dort,
wo ihre Kontaktstifte durch die Glasumhüllung hindurchtreten, ein geringes Leck
besitzt. Durch das Leck tritt Luft ein. Liegt eine UV-Röhre mit geringen Spuren
eingedrungener Luft an einer Wechselspannung, so tritt bei jeder Halbwelle der Wechselspannung
eine Zündung, eine Fehlzündung auf. Eine derartige UV-Röhre wird Durchzünder genannt.
Auch Veränderungen der glatten Elektrodenoberflächen kommen, wie die deutsche Auslegeschrift
1190 584 zeigt, als Fehlzündungen bewirkende Fehler in Frage. Zum Gewinnen
der graphischen Darstellung in F i g. 2 werden UV-Röhren mit einem Fehler aus einer
Menge von Röhren ausgesucht.
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Wird der einem Sromimpuls proportionale, gleichgerichtete und geglättete
Spannungsabfall Ur am Lastwiderstand R als Funktion des Abstandes S einer
Strahlungsquelle von einer UV-Röhre gemessen und aufgetragen, so erhält man eine
Beziehung zwischen beiden Größen, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist. Die Meßergebnisse
verschiedener UV-Röhren D liegen in Streubereichen 1, 2, die schraffiert angedeutet
sind.
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F i g. 2 zeigt, daß eine fehlerhafte UV-Röhre unabhängig von der Strahlungsintensität,
d. h. vom Abstand S bei Zündung einen Stromimpuls und damit einen Spannungsabfall
Ur am Lastwiderstand R aufweist, dessen Höhe innerhalb eines durch zwei Geraden
2 a, 2 b gegebenen Streubereichs 2 liegt. Die obere Grenze dieses Streubereichs
2 die obere Gerade 2 a bestimmt den Schwellwert der UV-Röhre.
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F i g. 2 zeigt weiterhin, daß eine fehlerlose UV-Röhre von der Strahlungsintensität
abhängige Stromimpulse aufweist, deren Höhe innerhalb eines durch zwei Kurven 1
a,1 b gegebenen Streubereichs 1 liegt. Die Impulshöhe der fehlerlosen UV-Röhre steigt
mit einer Strahlungsintensität, die von einem Maximalwert ab sinkt, anfangs sehr
rasch auf einen Wert über dem Schwellwert. Die Impulshöhe der fehlerlosen UV-Röhre
besitzt ein Maximum, das annähernd das Doppelte des Schwellwertes ausmacht. Sodann
nähert sie sich allmählich und bei sehr niedriger Strahlungsintensität wieder dem
Schwellwert.
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Wie aus F i g. 2 ferner zu entnehmen ist, fallen die Impulse, d. h.
deren Spannungsabfall Ur am Lastwiderstand R einwandfreier UV-Röhren D nur
bei sehr hoher und sehr niedriger Strahlungsintensität S in den Streubereich fehlerhafter
UV-Röhren. Die in der Praxis bei einer Flammenüberwachung auftretenden Strahlungsintensitäten
liegen zwischen den beiden Extremfällen oder werden durch Anwendung von Blenden
oder Abstandsänderungen zwischen UV-Röhre und Strahlungsquelle angepaßt.
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Beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Schaltung wird man ein in Bezug
auf den Schwellwert abzustimmendes unterdrückendes Schaltglied nicht für den Schwellwert
abstimmen, sondern für eine um einen Sicherheitsabstandswert größere Impulshöhe.
Für diesen Fall ist in F i g. 2 ein »Arbeitsbereich« der UV-Röhre durch eine untere
Betriebsgrenze 3 a und eine obere Betriebsgrenze 3 b der Strahlungsintensität S
gegeben.
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Die in F i g. 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele besitzen alle
die in F i g. 1 gezeigte Reihenschaltung als Grundschaltung. Die durch den Röhrenstrom
am Lastwiderstand R erzeugten Spannungsimpulse werden dem unterdrückenden Schaltglied
zugeführt, an dessen Ausgang die Auswertung des Röhrenstromes erfolgt. Die Auswertung
erfolgt hier jeweils über einen Schalter, der auf Grund seiner wechselnden Eingangsspannung
bzw. auf Grund seines abwechselnden Eingangsstromes einen nicht gezeigten Steuer-
oder Anzeigekreis ein- bzw. ausschaltet. Der Lastwiderstand R ist als in Reihe mit
der UV-Röhre liegendes Potentiometer ausgebildet, über dessen Abgriff 5 ein Schaltelement
mit Arbeitspunkt angeschlossen ist. Potentiometer und Arbeitspunkt werden einander
entsprechend eingestellt. An den Abgriff selbst ist jeweils ein Schaltkreis mit
hohem Eingangswiderstand angeschlossen, welcher das Schaltelement mit Arbeitspunkt
enthält. Erfindungsgemäße Schaltungen mit diesen Merkmalen sind vorteilhaft und
zweckmäßig.
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Bei der Schaltung gemäß F i g. 3 werden die Spannungsimpulse am Lastwiderstand
R über eine Gleichrichterbrücke GB alle derart orientiert, daß sie als positive
Spannungen am Gitter G einer Röhre 4, hier Triode, anliegen. Das Gitter G ist über
einen Gitterwiderstand RL an die negative Spannung Ug gelegt. Der Arbeitspunkt der
Röhre 4 ist durch Wahl dieser Spannung einstellbar. Im Ausgang der Röhre 4 liegt
als Schalter ein Relais A, welches von einem Kondensator U2 überbrückt ist.
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Bei nicht gezündeter UV-Röhre D liegt am Gitter G eine negative Spannung,
die Röhre 4 ist gesperrt, das Relais A ist abgefallen. Bei einer Zündung der fehlerlosen
UV-Röhre D treten am Lastwiderstand R große Spannungsimpulse auf, an das Gitter
G gelangt eine stark positive Spannung. Für diese starke Gitterspannung ist die
Röhre 4 stromleitend. Das Relais A zieht an. Bei einer fehlerhaften UV-Röhre
treten am Lastwiderstand R kleine Spannungsimpulse auf, an das Gitter G gelangt
eine nur kleine positive Spannung. Hierfür ist die Röhre 4 nicht durchlässig, sie
bleibt weiter gesperrt. Die Röhre 4 stellt demnach ein Amplitudenfilter dar,
das nur für hohe Spannungsimpulse am Lastwiderstand R eine Änderung seiner Ausgangsgröße
zeigt. Zur Auswertung des Röhrenstromes gehört, daß das Relais A anzieht oder abfällt.
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Man kann auch die Spannungsimpulse am Lastwiderstand negativ orientieren
und das Gitter der Röhre positiv vorspannen. Dann wird die Röhre bei hohen Spannungsimpulsen
gesperrt.
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In F i g. 4 werden die Spannungsimpulse am Lastwiderstand R durch
einen Übertrager Tr herabtransformiert, um dann in in F i g. 3 entsprechender Weise
einem Transistor zugeführt zu werden.
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In F i g. 5 wird eine Netzspannung von 220 V«. auf 500 Veff hinauftransformiert
und so der Reihenschaltung eines Ladekondensators C mit 0,022 uF, der UV-Röhre D
und eines Lastwiderstandes R mit 8 k.Q zugeführt. Der Lastwiderstand R ist als Potentiometer
ausgebildet. Der Abgriff 5 des Potentiometers ist über einen Koppelkondensator von
3300 uF und einen Massenwiderstand von 2,7 MS? an Masse
gelegt.
Zwischen letzteren beiden ist über einen Vorwiderstand von 560 Kn das Gitter G einer
Kaltkathodenrelaisröhre 7 angeschlossen. In dem mit 220 Veff gespeisten Anodenkreis
der Kaltkathodenrelaisröhre 7 liegt eine Reihenschaltung des von einem Kondensator
C 2 mit 4 l.F überbrückten Relais A, eines Widerstandes von 8 kQ und einer Diode
E 250 C 50.
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In der F i g. 6 wird als Schalter ein Gasdruckrelais 8 verwendet.
Hierbei ist wie in F i g. 4 eine Abwärtstransformation der Spannungsimpulse durch
einen Übertrager Tr erforderlich. Der Vollständigkeit halber wird noch erwähnt,
daß das Gasdruckrelais durch eine Kombination von Glimmlampe und Fotowiderstand
ersetzt werden kann. Wird statt dessen eine Kombination von Glimmlampe und Fotowiderstand
benutzt, so entfällt die Abwärtstransformation.