DE19712373A1 - Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners - Google Patents
Vorrichtung zum Überwachen eines BrennersInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
- F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Überwachen
eines Brenners nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der EP-A 0 525 345 sind Vorrichtung und Verfahren zum
Überwachen einer Flamme bekannt. Ein die Flamme
überwachender Sensor gibt in Abhängigkeit von dem Zustand
der Flamme ein Signal ab, das einen Gleichanteil enthält.
Die entsprechende Gleichspannung wird in ein binäres Signal
umgesetzt, dessen Frequenz proportional zum Betrag der
Gleichspannung ist. Hierzu ist einem Komparator neben der
Gleichspannung auch ein oszillierendes Dreiecksignal
zugeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen eines
Brenners enthält zumindest einen Sensor zum Erfassen einer
Flamme des Brenners, wobei der Sensor von einer
Spannungsquelle versorgt ist. Sie zeichnet sich dadurch aus,
daß ein Signal des Sensors einer Verstärkerschaltung
zugeführt ist. Nach der Verstärkung läßt sich das
Sensorsignal leichter detektieren und auswerten. Im
Gegensatz zu einer Realisierung mit passiven Bauteilen
erlauben entsprechende Verstärkerschaltungen, veränderte
Betriebszustände ohne nennenswerte Verzögerung zu erfassen.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung versorgt die
Spannungsquelle die Verstärkerschaltung. Dadurch läßt sich
die Spannungsversorgung des Sensors auch für die
Verstärkerschaltung nutzen. Der Verzicht auf eine separate
Versorgungsschaltung der Verstärkerschaltung reduziert die
Anzahl der verwendeten Bauteile.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die
Spannungsquelle eine Wechselspannung abgibt. Insbesondere
bei einer galvanischen Trennung des verarbeiteten
Sensorsignals ist es von Vorteil, je nach Betriebszustand
ein mit einer bestimmten Frequenz pulsierendes Signal zu
übertragen. Die Wechselspannung läßt sich zur Erzeugung
eines solchen Signals heranziehen.
In zweckmäßiger Weise dient als Spannungsquelle eine
Netzspannung. Auf zusätzliche Oszillatorschaltungen kann
verzichtet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß
zwischen Spannungsquelle und Sensor als Impedanz ein
ohmscher Widerstand und/oder eine Kapazität verwendet sind.
Mit Hilfe der Impedanz läßt sich die gewünschte Amplitude
der Versorgungsspannung für den Sensor einstellen. Mit einem
komplexen Spannungsteiler können durch gezielte
Spannungsüberhöhung höhere Sensorströme erzielt werden. Die
Empfindlichkeit der Sensorsignalauswertung verbessert sich.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen aus weiteren abhängigen
Ansprüchen ergeben sich aus der Beschreibung.
Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild, die Fig. 2 und 3
Schaltungsanordnungen von Ausführungsbeispielen.
Ein Sensor 10 überwacht eine Flamme eines Brenners 12, der
geerdet ist. Mit dem Sensor 10 sind zueinander parallel
geschaltene erste Kapazität 24 und zweiter Widerstand 26
elektrisch leitend verbunden. Deren gemeinsames Potential
ist einer Verstärkerschaltung 14 zugeführt. Ein zweites
gemeinsames Potential von erster Kapazität 24 und zweitem
Widerstand 26 bildet eine weitere Eingangsgröße der
Verstärkerschaltung 14. Das zweite gemeinsame Potential
dient der Verstärkerschaltung 14 als in einem dritten
Anschluß zugeführte Versorgung. Über eine Impedanz 20 ist
das zweite Potential mit einer ersten Klemme L verbunden,
die von einer Spannungsquelle 16 versorgt wird. Ein zweiter
Anschluß der Spannungsquelle 16 ist einer zweiten Klemme N
zugeführt. Über einen ersten Widerstand 18 ist die
Verstärkerschaltung 14 mit der zweiten Klemme N verbunden.
Gemäß Fig. 2 wird das Signal des Sensors 10 über einen
sechsten und siebten Widerstand 44, 46 mit einem ersten
gemeinsamen Potential der ersten Kapazität 24, einer ersten
Zenerdiode 28, des zweiten Widerstands 26 und eines
Gate-Anschlusses eines Verstärkers 30A verbunden. Auf einem
zweiten gemeinsamen Potential liegen erste Kapazität 24,
erste Zenerdiode 28, zweiter Widerstand 26, Source-Anschluß
des Verstärkers 30A, zweite Zenerdiode 36, achter
Widerstand 48 sowie Potentialtrennung 34. Ein vierter
Widerstand 40 verbindet eine Basis eines Bipolartransistors
32 mit dem Drain-Anschluß des Verstärkers 30A. Ein dritter
Widerstand 38 ist zwischen Drain-Anschluß des Verstärkers 30
A und einem Potential, auf dem ein zweiter Anschluß der
zweiten Zenerdiode 36 und der Kollektor des
Bipolartransistors 32 liegen, angeordnet. Dieses Potential
ist über den ersten Widerstand 18 mit der zweiten Klemme N
verbunden. Die Potentialtrennung 34 gibt ein Ausgangssignal
22 ab. Ein zweiter Anschluß des achten Widerstands 48 ist
mit der ersten Klemme L kontaktiert.
Die Verstärkerschaltung 14 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich
von der nach Fig. 2 dadurch, daß als Verstärker 30B ein
Darlington-Transistor verwendet ist. Dessen
Kollektoranschluß ist unmittelbar mit der Potentialtrennung
34 verbunden. Zudem ersetzt eine zweite Kapazität 50 den
achten Widerstand 48.
Die Spannungsquelle 16 sichert sowohl die
Spannungsversorgung des Sensors 10 als auch der
Verstärkerschaltung 14. Die gewünschten
Spannungsverhältnisse lassen sich über einen aus der
Impedanz 20 und dem ersten Widerstand 18 gebildeten
Spannungsteiler einstellen. Wird als Impedanz 20 statt
achtem Widerstand 48 die zweite Kapazität 50 verwendet, kann
hierdurch eine Spannungserhöhung realisiert werden. Impedanz
20 und erster Widerstand 18 können auch bezogen auf die
Anordnung gemäß Fig. 1 vertauscht werden.
Der Sensor 10 überwacht die Flamme des Brenners 12. Unter
Ausnutzung der ionisierenden Eigenschaften der Flamme kann
der Sensor 10 als einfache, sich in den Flammenbereich
erstreckende Elektrode, beispielsweise in Form eines
Drahtes, ausgebildet sein. Wird der Sensor 10 mit einer
Spannung in der beschriebenen Weise versorgt, fließt bei
vorhandener Flamme ein Tonisierungsstrom gegen Erde ab. Die
ionisierende Wirkung der Flamme läßt jedoch nur einen
Stromfluß in eine Richtung zu. Bei fehlender Flamme ist der
Ionisierungsstrom unterbunden.
Bei fehlender Flamme ist der Pfad zum Sensor 10 hochohmig.
Die Diodenwirkung der Ionisierungsstrecke kommt damit nicht
zum Tragen. Mit-jeder Halbwelle der Spannungsquelle 16
wechselt der Stromfluß durch die erste Kapazität 24. Dadurch
lädt sich die erste Kapazität 24 nicht auf eine betragsmäßig
hohe Spannung auf. Der zweite Widerstand 26 dient quasi als
Grundlast, um bei sehr kleinem Ionisierungsstrom,
beispielsweise kleiner als 0,3 µA, das Eingangssignal für
die Verstärkerschaltung 14 in der Weise anzupassen, daß bei
diesem Stromfluß auf ein Fehlen der Flamme geschlossen wird.
Ist eine Flamme vorhanden, fließt der Ionisierungsstrom über
die Flamme gegen Erde ab. Wegen der Gleichrichtereigenschaft
der Flamme handelt es sich hierbei um einen pulsierenden
Gleichstrom. Die erste Kapazität 24 lädt sich auf eine
bestimmte Spannung auf. Die Gleichrichtereigenschaft der
Flamme unterbindet eine Entladung. Die in der ersten
Kapazität 24 gespeicherte Spannung wird der
Verstärkerschaltung 14 zugeführt und ausgewertet. Das von
der Verstärkerschaltung 14 generierte Ausgangssignal 22
zeigt an, ob eine Flamme vorhanden ist oder nicht.
In dem Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 sind zwischen
Sensor 10 und erster Kapazität 24 aus
Berührungsschutzgründen sechster und siebter Widerstand 44,
46 geschaltet. Sie liegen jeweils in der Größenordnung von 5
MΩ. Parallel zu erster Kapazität 24 und zweitem Widerstand
24 ist die erste Zenerdiode 28 angeordnet. Sie weist
beispielsweise eine Durchbruchspannung von 12 V auf und
schützt somit die Verstärkerschaltung 14 vor zu hohen
Eingangsspannungen. Der Verstärker 30A ist als
selbstleitender Feldeffekttransistor, beispielsweise ein
Sperrschichtfeldeffekttransistor, ausgeführt.
Liegt aufgrund der fehlenden Flamme eine betragsmäßig
kleine, gegen Null gehende Spannung zwischen Gate und
Source, wird die Drain-Source-Strecke niederohmig. Die sich
daraufhin am Bipolartransistor 32 einstellenden
Spannungsverhältnisse bewirken, daß der als Schalter
wirkende Bipolartransistor 32 einen Stromfluß durch eine LED
der Potentialtrennung 34 unterbindet. Damit sperrt ein das
Licht der LED empfangender Transistor der Potentialtrennung
34. Das zugehörige Ausgangssignal 22 signalisiert, daß keine
Brennerflamme vorhanden ist.
Brennt die Flamme des Brenners 12, lädt sich die erste
Kapazität 24 auf eine Spannung auf. Diese Spannung liegt
zwischen Gate und Source des Verstärkers 30A an. Die
Drain-Source-Strecke wird hochohmig, so daß der der
Stromverstärkung für die Optokoppler-LED dienende
Bipolartransistor 32 schaltet. Durch die Optokoppler-LED der
Potentialtrennung 34 fließt dann während jeder positiven
Halbwelle ein Strom. Der zugehörige Empfänger der
Potentialtrennung 34 erkennt anhand des pulsierenden
Gleichsignals, daß eine Flamme vorhanden ist.
Die zweite Zenerdiode 36 schützt Potentialtrennung 34 und
Bipolartransistor 32 vor Überspannungen.
In einer Realisierung liegen erster und achter Widerstand
18, 48 in der Größenordnung von 40 kΩ, dritter Widerstand
38 bei 50 kΩ, vierter Widerstand 40 bei 200 kΩ sowie erste
Kapazität 24 bei 100 nF.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 versorgt die nicht
gezeigte Spannungsquelle 16 mittels der Klemmen L, N sowohl
den Sensor 10 als auch die Verstärkerschaltung 14 über einen
komplexen Spannungsteiler, der durch zweite Kapazität 50 und
ersten Widerstand 18 gebildet ist. Die zweite Kapazität 50
ist hierbei so dimensioniert, daß deren Blindwiderstand bei
Netzfrequenz ungefähr so groß ist wie der Wert des ersten
Widerstands 18. Würde statt der zweiten Kapazität 50 ein
ohmscher Widerstand in gleicher Größe des ersten Widerstands
18 verwendet, würde die Sensorspannung nur die halbe
Netzspannung, bezogen auf Masse, betragen. Bei der hier
vorgeschlagenen Realisierung jedoch wird die genannte
Sensorspannung überschritten, so daß sich ein höherer
Ionisierungsstrom bei vorhandener Flamme einstellt. Die
Empfindlichkeit der Auswerteschaltung verbessert sich.
Als Verstärker 30B dient ein Darlington-Transistor, der
zwei aus Gründen einer höheren Stromverstärkung gemäß der
Darlington-Schaltung angeordnete Transistoren enthält. An
der Schaltung für die Aufbereitung des Sensorsignals ändert
sich nichts. Ist eine Flamme vorhanden, lädt sich die erste
Kapazität 24 auf. In diesem Fall schaltet der Verstärker 30
B durch, so daß die LED der Potentialtrennung 34 mit jeder
positiven Halbwelle dem Empfänger eine vorhandene Flamme
signalisiert. Bei fehlender Flamme sperrt der Verstärker 30
B. Damit ist ein Stromfluß durch die LED der
Potentialtrennung 34 unterbunden.
Die Schaltungsanordnungen lassen sich vorteilhaft im
öffentlichen Stromversorgungsnetz einsetzen. Ein Vertauschen
der Anschlüsse von Phase L und Nulleiter N ist ohne weiteres
möglich. Statt dem Netz als Spannungsquelle 16 ist eine
Erzeugung einer oszillierenden Spannung beispielsweise mit
Hilfe eines Transformators denkbar.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners (12), mit
mindestens einem Sensor (10) zum Erfassen einer Flamme des
Brenners (12), wobei der Sensor (10) von einer
Spannungsquelle (16) versorgt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Signal des Sensors (10) einer Verstärkerschaltung
(14) zugeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsquelle (16) die Verstärkerschaltung (14)
versorgt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (16) eine
Wechselspannung abgibt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsquelle (16) eine
Netzspannung verwendet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Spannungsquelle (16)
und Sensor (10) als Impedanz (20) ein ohmscher Widerstand
(48) und/oder eine Kapazität (50) verwendet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (14)
zumindest einen Transistor (30A, B) enthält.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Impedanz (20) und
Sensor (10) eine erste Kapazität (24) geschaltet ist, wobei
ein erster Anschluß der Kapazität (24) mit einem ersten
Anschluß eines Verstärkers (30 A, B) und ein zweiter
Anschluß der ersten Kapazität (24) mit einem zweiten
Anschluß des Verstärkers (30A, B) elektrisch leitend
verbunden ist.
Priority Applications (4)
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DE (2) | DE19712373A1 (de) |
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