ES2961359T3 - Method and device for measuring the lambda value in a fossil fuel burner, in particular for a heating and/or domestic water system - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para medir el valor lambda en una cámara de combustión de un quemador (1) alimentado con combustible gaseoso o líquido, en el que en una zona de llama (2) mediante un electrodo de ionización (3) se coloca un contraelectrodo. (4) y una fuente de voltaje (5) se genera una corriente de ionización (I) en el área de la llama (2), midiéndose la corriente de ionización (I) para al menos dos voltajes diferentes (U) aplicados al electrodo de ionización (3).) con potencia constante de la cámara de combustión (1) y a partir de ahí se determina en cada caso la resistencia total (R) de todo el circuito y a partir de las resistencias totales determinadas (R) se determina el valor lambda mediante curvas de calibración o datos de calibración . También se especifica un dispositivo adecuado para medir el valor lambda. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention relates to a method for measuring the lambda value in a combustion chamber of a burner (1) fed with gaseous or liquid fuel, in which in a flame zone (2) by means of an ionization electrode (3) a counter electrode is placed. (4) and a voltage source (5) an ionization current (I) is generated in the flame area (2), the ionization current (I) being measured for at least two different voltages (U) applied to the electrode ionization (3).) with constant power of the combustion chamber (1) and from there the total resistance (R) of the entire circuit is determined in each case and from the determined total resistances (R) the lambda value using calibration curves or calibration data. A suitable device for measuring the lambda value is also specified. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Método y dispositivo para medir el valor lambda en un quemador de combustibles fósiles, en particular para un sistema de calefacción y/o agua sanitaria Method and device for measuring the lambda value in a fossil fuel burner, in particular for a heating and/or domestic water system

La invención se refiere a quemadores de combustibles fósiles que queman aire de combustión junto con gas combustible o petróleo, en particular para el funcionamiento de una instalación de calefacción o para calentar agua sanitaria. Por razones de seguridad estos quemadores están cuidadosamente regulados, así como por razones de eficiencia y protección del medio ambiente, lo que permite en gran medida una combustión completa y pobre en emisiones del combustible fósil utilizado. El valor más importante en la combustión es el valor lambda (también llamado relación de aire), que indica la relación entre el aire suministrado para la combustión y el aire necesario para la combustión estequiométrica en una cámara de combustión y, por tanto, permite sacar conclusiones sobre el consumo de combustible. Normalmente, el valor lambda se mide y se mantiene en un rango deseado (seguro y respetuoso con el medio ambiente) mediante controles adecuados, en particular en un rango superestequiométrico (exceso de aire) de, por ejemplo, un valor lambda entre 1,2 y 1,6. La regulación se puede realizar cambiando el suministro de aire y/o el suministro de combustible. The invention relates to fossil fuel burners that burn combustion air together with fuel gas or oil, in particular for the operation of a heating installation or for heating domestic water. For safety reasons these burners are carefully regulated, as well as for reasons of efficiency and environmental protection, which largely allows for complete, low-emission combustion of the fossil fuel used. The most important value in combustion is the lambda value (also called air ratio), which indicates the ratio between the air supplied for combustion and the air required for stoichiometric combustion in a combustion chamber and, therefore, allows to extract conclusions on fuel consumption. Typically, the lambda value is measured and maintained in a desired (safe and environmentally friendly) range by appropriate controls, in particular in a superstoichiometric (excess air) range of, for example, a lambda value between 1.2 and 1.6. Regulation can be done by changing the air supply and/or the fuel supply.

Sin embargo, medir el valor lambda no es tan fácil por varias razones y, debido a las condiciones que prevalecen en una cámara de combustión, no puede realizarse fácilmente de manera estable durante largos períodos de tiempo y con poco mantenimiento. Sin embargo, se conocen numerosos métodos y dispositivos para medir el valor lambda, así como métodos para regular el valor lambda de un quemador y para la calibración periódica de sistemas de medición. However, measuring the lambda value is not so easy for several reasons and, due to the conditions prevailing in a combustion chamber, it cannot be easily done stably over long periods of time and with little maintenance. However, numerous methods and devices are known for measuring the lambda value, as well as methods for regulating the lambda value of a burner and for the periodic calibration of measurement systems.

Para medir el valor lambda en quemadores se suele medir la ionización en la zona de la llama. Debido a las altas temperaturas en una zona de llama se ionizan átomos y moléculas, de modo que la zona de llama se vuelve eléctricamente conductora, y en distintos grados con diferentes valores lambda. Un aparato típico de medición de ionización presenta un electrodo de ionización en el área de la llama y un contraelectrodo (generalmente partes de la estructura metálica para distribuir combustible en una cámara de combustión), al que se aplica un tensión eléctrico usando una fuente de tensión. Cuando hay una llama, fluye una corriente eléctrica que depende de la resistencia eléctrica en el área de la llama (la resistencia de llama), que se puede medir. Después de una calibración adecuada, esta corriente o las señales de ionización derivadas de ella pueden convertirse en un valor lambda y usarse para controlar el quemador. Sin embargo, la corriente de ionización medida no sólo está influenciada por el valor lambda, sino también por la llamada resistencia de la capa de óxido del electrodo de ionización. Esta cambia con el tiempo debido a la oxidación y otras influencias, por lo que el sistema de medición debe ser recalibrado una y otra vez para poder separar un cambio en la resistencia de llama de un cambio en la resistencia de la capa de óxido. To measure the lambda value in burners, the ionization in the flame zone is usually measured. Due to the high temperatures in a flame zone, atoms and molecules are ionized, so that the flame zone becomes electrically conductive, and to different degrees with different lambda values. A typical ionization measurement apparatus features an ionization electrode in the flame area and a counter electrode (usually parts of the metal structure for distributing fuel in a combustion chamber), to which an electrical voltage is applied using a voltage source. . When there is a flame, an electric current flows that depends on the electrical resistance in the area of the flame (the flame resistance), which can be measured. After proper calibration, this current or the ionization signals derived from it can be converted to a lambda value and used to control the burner. However, the measured ionization current is not only influenced by the lambda value, but also by the so-called resistance of the oxide layer of the ionization electrode. This changes over time due to oxidation and other influences, so the measurement system must be recalibrated again and again to be able to separate a change in flame resistance from a change in oxide layer resistance.

Por el documento EP 3059496 A1 se conoce un aparato de medición de la ionización para un quemador de gas, en el que un electrodo situado en una zona de llama de un quemador sirve como electrodo de ionización y como parte de una medición termoeléctrica de la temperatura. Sin embargo, se puede obtener poca información sobre el estado del propio electrodo. From EP 3059496 A1 an ionization measuring apparatus for a gas burner is known, in which an electrode located in a flame zone of a burner serves as an ionization electrode and as part of a thermoelectric temperature measurement. . However, little information can be obtained about the condition of the electrode itself.

Por el documento DE 10 2017 118 095 A1 se conoce una disposición en la que se puede utilizar un encendedor incandescente también como electrodo de ionización en la zona de llama de un quemador. Incluso con esta disposición apenas se puede obtener información sobre el estado del propio electrodo. From DE 10 2017 118 095 A1 an arrangement is known in which an incandescent lighter can also be used as an ionization electrode in the flame zone of a burner. Even with this arrangement, hardly any information can be obtained about the state of the electrode itself.

Por el documento EP 2466204 B1 se conoce, por ejemplo, un aparato de medición de la ionización que se recalibra repetidamente modificando sistemáticamente el valor lambda. Otros métodos también aprovechan el efecto de que la resistencia de llama o una señal de ionización derivada de ella, generalmente cambia de manera característica con el valor lambda, pero la resistencia de la capa de óxido no cambia o cambia de manera insignificante. Por lo tanto, es posible realizar una recalibración variando el valor lambda durante el funcionamiento (normalmente con potencia constante del quemador), lo que compensa los cambios en la resistencia de la capa de óxido. Esta recalibración también está descrita en el documento EP 3045 816 B1 descrito. La recalibración se realiza a potencia constante y dura unos segundos, por lo que durante este tiempo, todo el sistema no puede reaccionar a las solicitudes de cambio de potencia lo que puede tener desventajas. Además, los métodos de recalibración descritos solo funcionan si la señal de ionización realmente cambia de manera característica con el valor lambda, en particular si tiene un máximo, un mínimo o un umbral detectable definido, lo cual depende del diseño del quemador y no siempre está garantizado. From EP 2466204 B1, for example, an ionization measuring device is known that is repeatedly recalibrated by systematically modifying the lambda value. Other methods also take advantage of the effect that the flame resistance or an ionization signal derived from it generally changes characteristically with the lambda value, but the resistance of the oxide layer does not change or changes insignificantly. Therefore, it is possible to perform recalibration by varying the lambda value during operation (usually with constant burner power), which compensates for changes in the resistance of the oxide layer. This recalibration is also described in the document EP 3045 816 B1 described. The recalibration is performed at constant power and lasts a few seconds, so during this time, the entire system cannot react to power change requests which can have disadvantages. Furthermore, the recalibration methods described only work if the ionization signal actually changes characteristically with the lambda value, in particular if it has a defined maximum, minimum or detectable threshold, which depends on the burner design and is not always available. guaranteed.

Otros sistemas se basan en determinar o ajustar con precisión los flujos másicos de gas combustible/petróleo y aire de combustión. Sin embargo, estos sistemas no alcanzan un alto nivel de precisión o son muy complejos. Además, también están sujetos a una deriva temporal. Other systems are based on precisely determining or adjusting the mass flows of fuel gas/oil and combustion air. However, these systems do not reach a high level of precision or are very complex. Furthermore, they are also subject to temporal drift.

El objetivo de la presente invención es presentar un método y un aparato así como un producto programa informático para medir el valor lambda, que evite las desventajas descritas. En particular, la recalibración debería ser innecesaria o posible en un tiempo tan corto que no se deban aceptar ningunas o solo restricciones insignificantes en la disponibilidad del sistema para cambios de potencia. Debería ser posible medir la resistencia de llama con medios sencillos y determinar por separado los cambios en la resistencia de la capa de óxido. En particular, también se debe presentar un método alternativo para determinar el valor lambda, que a su vez pueda utilizarse directamente como valor teórico para una regulación. The objective of the present invention is to present a method and an apparatus as well as a computer program product for measuring the lambda value, which avoids the disadvantages described. In particular, recalibration should be unnecessary or possible in such a short time that no or only negligible restrictions on the system availability for power changes must be accepted. It should be possible to measure the flame resistance by simple means and to determine separately the changes in the resistance of the oxide layer. In particular, an alternative method for determining the lambda value must also be presented, which in turn can be used directly as a theoretical value for a regulation.

Estos objetivos se solucionan mediante un procedimiento según la reivindicación 1, un dispositivo según la reivindicación 7 y un programa informático según la reivindicación 12. Realizaciones ventajosas se indican en las respectivas reivindicaciones dependientes. These objectives are solved by a method according to claim 1, a device according to claim 7 and a computer program according to claim 12. Advantageous embodiments are indicated in the respective dependent claims.

Un método adecuado para ello consiste en medir el valor lambda en una cámara de combustión de un quemador que funciona con combustible gaseoso o líquido, generándose una corriente de ionización, en donde en una zona de llama que se forma dentro de la cámara de combustión del quemador mediante un electrodo de ionización. un contraelectrodo y una fuente de tensión . se genera una corriente de ionización en todo el circuito, midiéndose la corriente de ionización para al menos dos tensiones diferentes aplicadas al electrodo de ionización a una potencia constante del quemador y determinándose a partir de ello la resistencia total de todo el circuito, y el valor lambda se determina a partir de las resistencias totales determinadas utilizando curvas de calibración o datos de calibración. A suitable method for this consists of measuring the lambda value in a combustion chamber of a burner that works with gaseous or liquid fuel, generating an ionization current, where in a flame zone that is formed inside the combustion chamber of the burner using an ionization electrode. a counter electrode and a voltage source. An ionization current is generated throughout the circuit, the ionization current being measured for at least two different voltages applied to the ionization electrode at a constant burner power and from this determining the total resistance of the entire circuit, and the value lambda is determined from the total resistances determined using calibration curves or calibration data.

Se ha demostrado que la resistencia de llama en la zona de llama de un quemador depende de forma muy especial de la tensión aplicada y del valor lambda a potencia constante. Esta relación se muestra como un diagrama en la Fig. 1. En pocas palabras, la tensión aumenta dentro de un rango determinado, p.e. entre 100 y 400 V [Voltios], la resistencia de llama RF es aproximadamente lineal con la tensión de ionización U, pero con diferente pendiente para diferentes valores lambda, p.e. entre lambda 1,1 y 1,6. Por lo tanto, el valor lambda se puede determinar directamente a partir de la diferencia entre dos resistencias de llama con dos tensiones diferentes definidas (corresponde a la pendiente). La medición se vuelve más precisa cuando se realiza a tensiones más diferentes. El principio también funciona para relaciones q ue no son (completamente) lineales si las funciones difieren lo suficiente en pendiente, curvatura u otras propiedades dependiendo del valor lambda. Mediante comparación con curvas de calibración o datos de calibración siempre se puede asignar un valor lambda a partir de al menos dos resistencias de llama medidas. Dado que se pueden realizar dos mediciones con diferentes tensiones en un tiempo muy corto, típicamente menos de 0,1 a 1 s [segundo], esta medición prácticamente no requiere restricción en el funcionamiento del quemador. La medición se puede realizar de forma frecuente o casi permanente y, por lo tanto, es rápida y muy resistente a las interferencias. It has been shown that the flame resistance in the flame zone of a burner depends in a very special way on the applied voltage and the lambda value at constant power. This relationship is shown as a diagram in Fig. 1. Simply put, the voltage increases within a certain range, e.g. between 100 and 400 V [Volts], the RF flame resistance is approximately linear with the ionization voltage U, but with a different slope for different lambda values, e.g. between lambda 1.1 and 1.6. Therefore, the lambda value can be determined directly from the difference between two flame resistances with two different defined voltages (corresponds to the slope). The measurement becomes more precise when performed at more different voltages. The principle also works for relationships that are not (completely) linear if the functions differ enough in slope, curvature, or other properties depending on the lambda value. By comparison with calibration curves or calibration data, a lambda value can always be assigned from at least two measured flame resistances. Since two measurements with different voltages can be made in a very short time, typically less than 0.1 to 1 s [second], this measurement requires virtually no restriction on burner operation. The measurement can be carried out frequently or almost constantly and is therefore fast and very resistant to interference.

Si se aplica una tensión alterna al electrodo de ionización, como es el caso en las mediciones de ionización típicas, y si la tensión alterna y la corriente de ionización asociada se miden con una resolución temporal tan alta que se puede determinar la resistencia total de todo el circuito al menos dos tensiones diferentes la medición descrita es posible dentro de medio período de la tensión alterna. If an alternating voltage is applied to the ionization electrode, as is the case in typical ionization measurements, and if the alternating voltage and associated ionization current are measured with such high temporal resolution that the total resistance of the entire the circuit at least two different voltages the described measurement is possible within half a period of the alternating voltage.

Preferiblemente, la resolución temporal se elige tan alta que a una frecuencia determinada de la corriente alterna se realiza una medición casi continua de la tensión U y de la correspondiente corriente de ionización I. La corriente de ionización I medida es entonces una corriente alterna, cuya intensidad de corriente puede asignarse a los respectivos valores de tensión de la tensión alterna. Esto significa que se puede lograr una alta precisión de medición en un corto período de tiempo. Preferably, the temporal resolution is chosen so high that at a given frequency of the alternating current a quasi-continuous measurement of the voltage U and the corresponding ionization current I is carried out. The measured ionization current I is then an alternating current, whose Current intensity can be assigned to the respective voltage values of the alternating voltage. This means that high measurement accuracy can be achieved in a short period of time.

Según la ley de Ohm R = U / I, la resistencia total R de todo el circuito puede ser calculada para cada par de valores de medición de tensión e intensidad. Mediante la formación de una diferencia R2 - R1 entre dos resistencias totales R1 y R2 a dos tensiones diferentes U1 y U2, se pueden eliminar todas las resistencias (no dependientes de la tensión) en el circuito general excepto una resistencia de llama RF, por lo que a partir de la diferencia R2 - R1 y las dos tensiones diferentes U1 y U2, el valor lambda se determina directamente mediante curvas de calibración o datos de calibración. El diagrama de la Figura 1 ilustra un conjunto de curvas de calibración (para una potencia de quemador constante dada) con las que se puede hacer esto. According to Ohm's law R = U/I, the total resistance R of the entire circuit can be calculated for each pair of voltage and current measurement values. By forming a difference R2 - R1 between two total resistances R1 and R2 at two different voltages U1 and U2, all (non-voltage dependent) resistances in the overall circuit except one RF flame resistor can be eliminated, so that from the difference R2 - R1 and the two different voltages U1 and U2, the lambda value is determined directly by calibration curves or calibration data. The diagram in Figure 1 illustrates a set of calibration curves (for a given constant burner power) with which this can be done.

Las mediciones de la resistencia total R se realizan preferiblemente con tres o más tensiones U diferentes o de forma casi continua y los datos de medición se convierten en un valor lambda mediante curvas de calibración o datos de calibración. Esto aumenta la precisión de la medición. Measurements of the total resistance R are preferably carried out with three or more different voltages U or almost continuously and the measurement data are converted to a lambda value by calibration curves or calibration data. This increases the precision of the measurement.

Bajo el supuesto (que generalmente es cierto) de que el circuito general tiene una resistencia sustancialmente insignificante o constante de la fuente de alimentación y de todas las conexiones metálicas, el comportamiento temporal de una diferencia entre la resistencia general R y la resistencia de llama RF se obtiene como resultado un cambio de la resistencia de la película de óxido en el electrodo de ionización RO con y, por lo tanto, su envejecimiento. Esta aplicación preferida del método permite medir la resistencia de la película de óxido RO, que cambia con el tiempo, lo que permite sacar conclusiones sobre el estado del electrodo de ionización. Entonces, se puede p.e. determinar cuándo se requiere mantenimiento del quemador. Además, la resistencia de la película de óxido RO puede transmitirse a un circuito de control y eliminarse allí como factor perturbador del sistema de control. Under the assumption (which is generally true) that the overall circuit has substantially negligible or constant resistance from the power supply and all metallic connections, the temporal behavior of a difference between the overall resistance R and the flame resistance RF The result is a change in the resistance of the oxide film on the RO ionization electrode and, therefore, its aging. This preferred application of the method allows measurement of the resistance of the RO oxide film, which changes with time, allowing conclusions to be drawn about the state of the ionization electrode. So, you can e.g. Determine when burner maintenance is required. Furthermore, the resistance of the RO oxide film can be transmitted to a control circuit and eliminated there as a disturbing factor of the control system.

Además, también se propone un dispositivo para medir el valor lambda en una cámara de combustión de un quemador que funciona con combustible gaseoso o líquido, en donde en una zona de llama están presentes un electrodo de ionización y un contraelectrodo (normalmente el propio quemador o partes del mismo) que junto con una fuente de tensión en presencia de una llama en la zona de la llama, forman un circuito global, en el que además la fuente de tensión está preparada para la generación de al menos dos tensiones diferentes y el dispositivo comprende dispositivos para medir la tensión y la corriente y una electronica de evaluación, que se configura a partir de la tensión U y la corriente I para calcular una resistencia total R y determinar el valor lambda y, en caso necesario, una resistencia de la película de óxido RO del electrodo de ionización mediante curvas de calibración o datos de calibración de al menos dos resistencias totales R1 y R2 medidas a potencia constante del quemador a diferentes tensiones U1 y U2. In addition, a device is also proposed to measure the lambda value in a combustion chamber of a burner that operates with gaseous or liquid fuel, where in a flame zone an ionization electrode and a counter electrode (normally the burner itself or parts thereof) which together with a voltage source in the presence of a flame in the flame zone, form a global circuit, in which the voltage source is also prepared for the generation of at least two different voltages and the device It comprises devices for measuring voltage and current and evaluation electronics, which are configured from the voltage U and the current I to calculate a total resistance R and determine the lambda value and, if necessary, a film resistance of RO oxide from the ionization electrode using calibration curves or calibration data of at least two total resistances R1 and R2 measured at constant burner power at different voltages U1 and U2.

La fuente de tensión es preferentemente una fuente de tensión alterna, y existen dispositivos para medir la tensión U y la corriente I con una resolución temporal tan alta que, a una frecuencia dada de la corriente alterna, la resistencia total R del circuito asociada a cada tensión U se puede determinar a partir de la tensión U y la corriente I. Mientras que en las mediciones de ionización con corriente alterna conocidas, la corriente de ionización se promedia integralmente durante muchos períodos de tensión alterna y de ello se derivan señales de ionización mediante diversos métodos, una alta resolución temporal es ventajosa para poder realizar las mediciones deseadas rápidamente, en particular en menos de un segundo. The voltage source is preferably an alternating voltage source, and there are devices for measuring voltage U and current I with such high temporal resolution that, at a given alternating current frequency, the total resistance R of the circuit associated with each The voltage U can be determined from the voltage U and the current I. While in known alternating current ionization measurements, the ionization current is integrally averaged over many periods of alternating voltage and ionization signals are derived from this by various methods, a high temporal resolution is advantageous to be able to perform the desired measurements quickly, in particular in less than a second.

Ventajosamente, la electrónica de evaluación está configurada para determinar el valor lambda a partir de al menos dos valores medidos de la tensión U y de la correspondiente corriente I, basándose en curvas de calibración o datos de calibración. Los datos de calibración son característicos de un quemador y preferentemente pueden almacenarse en una memoria electrónica como datos o mapas característicos. Advantageously, the evaluation electronics are configured to determine the lambda value from at least two measured values of the voltage U and the corresponding current I, based on calibration curves or calibration data. The calibration data is characteristic of a burner and can preferably be stored in electronic memory as characteristic data or maps.

La electrónica de evaluación puede incluir un dispositivo para formar la diferencia entre dos valores de la resistencia total R a diferentes tensiones U, pudiendo descomponerse la resistencia total R en una resistencia de llama RF y una resistencia de película de óxido RO. The evaluation electronics may include a device for forming the difference between two values of the total resistance R at different voltages U, the total resistance R being decomposed into a flame resistance RF and an oxide film resistance RO.

Se prefiere el control de un quemador, en el que existe un circuito de control que regula el valor lambda determinado por la electrónica de evaluación como valor real hasta un valor objetivo predeterminable o que utiliza el valor lambda determinado por la electrónica de evaluación y/o la resistencia de película de óxido. para la calibración de otro sistema de medición. La invención permite un tipo completamente nuevo de medición y control directo del valor lambda de un quemador, pero también puede ser utilizada para recalibrar otros sistemas de control de vez en cuando. Preferred is the control of a burner, in which there is a control circuit that regulates the lambda value determined by the evaluation electronics as a real value up to a predetermined target value or that uses the lambda value determined by the evaluation electronics and/or oxide film resistance. for calibration of another measurement system. The invention allows a completely new type of direct measurement and control of the lambda value of a burner, but can also be used to recalibrate other control systems from time to time.

En la invención también se incluye un producto programa informático correspondiente. A corresponding computer program product is also included in the invention.

A continuación se explican con más detalle los detalles de la invención y sus fundamentos teóricos con ayuda del dibujo. Sin embargo, la invención no está limitada al ejemplo de realización seleccionado, sino que también puede utilizarse en otros contextos. Las funciones descritas se pueden utilizar individualmente o en combinaciones técnicamente prácticas. The details of the invention and its theoretical foundations are explained in more detail below with the help of the drawing. However, the invention is not limited to the selected embodiment, but can also be used in other contexts. The described functions can be used individually or in technically practical combinations.

Representan esquemáticamente:They schematically represent:

Figura 1: un diagrama que ilustra los principios de la presente invención; y Figure 1: a diagram illustrating the principles of the present invention; and

Figura 2: un dispositivo para llevar a cabo un método para medir la ionización en una zona de llama de un quemador. Figure 2: a device for carrying out a method for measuring ionization in a flame zone of a burner.

La Figura 1 muestra un diagrama que ilustra l el fundamento de la presente invención. Como se ha demostrado en experimentos y mediciones, la resistencia de llama RF en una zona de llama 2 de una cámara de combustión de un quemador 1 a potencia constantedel quemador, depende de manera característica tanto del valor lambda durante la combustión como de la tensión U utilizada para generar la corriente de ionización I en la zona de llama 2. La resistencia de llama RF no es constante, sino que aumenta de forma casi lineal o al menos continua con el aumento de la tensión U, al menos en un determinado rango de tensión de, por ejemplo, 100 a 400 V, aunque la pendiente también depende del valor lambda. En el diagrama, la tensión U se representa en el eje X y la resistencia total (que se halla en un rango de algunos MegaOhm) lo está sobre el eje Y, en concreto para diferentes valores de lambda entre 1,1 y 1,6. Se puede ver que ya la medición dos resistencias R (cuya diferencia se puede formar) con diferentes tensiones U1, U2 permite una clara predicción de qué valor lambda estaba presente en las mediciones. La resistencia total R se compone (si se supone que otras resistencias en el circuito general son insignificantes y/o constantes) aditivamente a partir de una resistencia de llama RF y la resistencia de película de óxido RO (que generalmente cambia lentamente con el tiempo de una manera que no se puede predeterminar con precisión), de modo que una medición o cálculo de la resistencia total R con una sola tensión U no proporciona aún información utilizable, ya que no se sabe qué proporción de la resistencia total R corresponde a la resistencia de llama RF. Sin embargo, ya con sólo dos mediciones con diferentes tensiones U1, U2 (y, por supuesto, con mayor precisión mediante más mediciones con otras tensiones), se pueden determinar el valor lambda y la resistencia de llama RF (y, por supuesto, también la resistencia de película de óxido RO) mediante datos de calibración (como se muestra en la Fig. 1). En pocas palabras, a partir de dos pares de valores de medición se puede determinar la zona de eje de una línea recta y su pendiente, que corresponderían a la resistencia de película de óxido RO y al valor lambda. Figure 1 shows a diagram illustrating the basis of the present invention. As has been demonstrated in experiments and measurements, the flame resistance RF in a flame zone 2 of a combustion chamber of a burner 1 at constant burner power characteristically depends on both the lambda value during combustion and the voltage U used to generate the ionization current I in flame zone 2. The flame resistance RF is not constant, but increases almost linearly or at least continuously with increasing voltage U, at least in a certain range of voltage of, for example, 100 to 400 V, although the slope also depends on the lambda value. In the diagram, the voltage U is represented on the . It can be seen that already measuring two resistors R (whose difference can be formed) with different voltages U1, U2 allows a clear prediction of what lambda value was present in the measurements. The total resistance R is composed (assuming that other resistances in the overall circuit are negligible and/or constant) additively from a flame resistance RF and the oxide film resistance RO (which generally changes slowly with time of a way that cannot be precisely predetermined), so a measurement or calculation of the total resistance R with a single voltage U does not yet provide usable information, since it is not known what proportion of the total resistance R corresponds to the resistance of RF flame. However, already with only two measurements with different voltages U1, U2 (and of course with greater precision by further measurements with other voltages), the lambda value and the flame resistance RF can be determined (and of course also the RO oxide film resistance) using calibration data (as shown in Fig. 1). Simply put, from two pairs of measurement values you can determine the axis area of a straight line and its slope, which would correspond to the RO oxide film resistance and the lambda value.

La figura 2 ilustra esquemáticamente cómo durante el funcionamiento se forma una zona de llama 2 en una cámara de combustión de un quemador 1, (aquí se utiliza un quemador de gas como ejemplo, pero las realizaciones también son válidas para quemadores de gasóleo), en la que se puede medir una corriente de ionización I. Para ello, un electrodo de ionización 3 penetra en la zona de la llama 2 . Normalmente, un componente metálico en la zona de entrada del gas combustible y del aire en la cámara de combustión sirve como contraelectrodo 4. El contraelectrodo 4 suele estar conectado electrónicamente a tierra. El electrodo de ionización 3 y el contraelectrodo 4 están conectados a una fuente de tensión 5, que en el presente ejemplo suministra una corriente alterna, de modo que una corriente iónica I fluye a través de la zona de llama 2. La intensidad de esta corriente iónica depende de la tensión U de la fuente de tensión 5, de una resistencia de llama RF en la zona de llama 2 y de la resistencia de la película de óxido RO de una capa de óxido 8 sobre el electrodo de ionización 3. Según la invención, la corriente de ionización se mide con un amperímetro 7. La tensión de la fuente de tensión 5 se mide con un voltímetro 6, midiendose la corriente de ionización con al menos dos tensiones diferentes U1, U2. Esto se puede hacer haciendo funcionar la fuente de tensión 5 alternativamente con diferentes tensiones, o midiendo la corriente I y la tensión U con alta resolución temporal cuando se utiliza corriente alterna, de modo que la tensión U de la corriente alterna que cambia periódicamente puede ser utilizada para varias mediciones de corriente a diferentes tensiones. El principio de medición funciona para cualquier fuente de energía con tensión variable o que cambia periódicamente. La señal de medición del amperímetro 7 se transmite a través de una primera línea de señal 9 a una electrónica de evaluación 11, la señal de medición del voltímetro 6 a través de una segunda línea de señal 10. Figure 2 schematically illustrates how during operation a flame zone 2 is formed in a combustion chamber of a burner 1, (here a gas burner is used as an example, but the embodiments are also valid for diesel burners), in which an ionization current I can be measured. To do this, an ionization electrode 3 penetrates the flame zone 2. Typically, a metal component in the fuel gas and air inlet area of the combustion chamber serves as counter electrode 4. Counter electrode 4 is usually electronically connected to ground. The ionization electrode 3 and the counter electrode 4 are connected to a voltage source 5, which in the present example supplies an alternating current, so that an ionic current I flows through the flame zone 2. The intensity of this current ionization depends on the voltage U of the voltage source 5, on a flame resistance RF in the flame zone 2 and on the resistance of the oxide film RO of an oxide layer 8 on the ionization electrode 3. According to the invention, the ionization current is measured with an ammeter 7. The voltage of the voltage source 5 is measured with a voltmeter 6, the ionization current being measured with at least two different voltages U1, U2. This can be done by operating the voltage source 5 alternately with different voltages, or by measuring the current I and the voltage U with high temporal resolution when using alternating current, so that the voltage U of the periodically changing alternating current can be used for various current measurements at different voltages. The measurement principle works for any power source with variable or periodically changing voltage. The measurement signal from the ammeter 7 is transmitted via a first signal line 9 to an evaluation electronics 11, the measurement signal from the voltmeter 6 via a second signal line 10.

Según el estado de la técnica, la fuente de tensión 5 funciona con una tensión alterna efectiva constante y la señal del amperímetro 7 (como se indica mediante una flecha en la electrónica de evaluación 11) se transmite a una electrónica de control 16, que calcula un valor lambda a partir de la corriente iónica I o de las señales derivadas de ella y utiliza esta y otras informaciones para regular la mezcla de gas y aire. Normalmente, dicho control se lleva a cabo dando órdenes a elementos de accionamiento en una entrada de aire 12 y/o entrada de gas combustible 13 a través de una línea de señal de regulación 14, de modo que siempre se suministre una mezcla óptima de aire y gas combustible. La electrónica de control puede contener datos de calibración y anteriormente podía ejecutar programas en intervalos predeterminados como se describe anteriormente, lo que como consecuencia tenia una recalibración del control. According to the state of the art, the voltage source 5 operates with a constant effective alternating voltage and the signal from the ammeter 7 (as indicated by an arrow on the evaluation electronics 11) is transmitted to a control electronics 16, which calculates a lambda value from the ionic current I or the signals derived from it and uses this and other information to regulate the gas-air mixture. Typically, such control is carried out by giving commands to drive elements at an air inlet 12 and/or fuel gas inlet 13 via a regulation signal line 14, so that an optimal air mixture is always supplied. and fuel gas. The control electronics may contain calibration data and previously could run programs at predetermined intervals as described above, resulting in recalibration of the control.

Con la solución aquí propuesta se pueden conseguir ventajas de diferentes maneras. La electrónica de evaluación 11 puede determinar el valor lambda directamente a partir de dos o más pares de valores de corriente I y tensión U medidos con diferentes tensiones U1, U2 (pero con potencia de quemador constante) mediante curvas de calibración o datos de calibración almacenados. Por lo tanto, este valor lambda puede utilizarse para controlar el quemador 1 en lugar de un valor lambda obtenido previamente de otra manera a partir de la corriente de ionización I. Sin embargo, si se desea mantener un sistema de control acreditado, la electrónica de evaluación 11, que funciona según el procedimiento acorde con la invención, puede proporcionar en cualquier momento un valor lambda para la recalibración. En particular, como se explicó anteriormente, la electrónica de evaluación 11 puede medir la resistencia de llama RF por separado de la resistencia de la película de óxido RO, con lo que también se dispone de información sobre el estado del electrodo de ionización 3 y su resistencia de la película de óxido RO. La medición del valor lambda 0 de la resistencia de la película de óxido RO sólo dura tanto como el ajuste de dos tensiones diferentes en la fuente de tensión 5 o menos de un período de una corriente alterna, si se logra una resolución temporal de las mediciones suficientemente alta. Esto permite un control más preciso con controles conocidos sin tener que pasar por procedimientos de recalibración específicos que reducen la disponibilidad para cambios de potencia . Los datos requeridos por la electrónica de control 16 pueden ser transmitidos desde la electrónica de evaluación 11 a través de una línea de datos 15. En la práctica, la electrónica de evaluación 11 y la electrónica de control 16 están configuradas en la mayoría de los casos como un módulo electrónico común con un microprocesador. With the solution proposed here, advantages can be achieved in different ways. The evaluation electronics 11 can determine the lambda value directly from two or more pairs of values of current I and voltage U measured with different voltages U1, U2 (but with constant burner power) by means of calibration curves or stored calibration data . Therefore, this lambda value can be used to control burner 1 instead of a lambda value previously obtained otherwise from the ionization current I. However, if it is desired to maintain a proven control system, the control electronics Evaluation 11, which operates according to the method according to the invention, can provide a lambda value for recalibration at any time. In particular, as explained above, the evaluation electronics 11 can measure the RF flame resistance separately from the RO oxide film resistance, thereby also providing information about the state of the ionization electrode 3 and its RO oxide film resistance. Measuring the 0 lambda value of the RO oxide film resistance only lasts as long as adjusting two different voltages at the voltage source 5 or less than one period of an alternating current, if time resolution of the measurements is achieved. high enough. This allows for more precise control with known controls without having to go through specific recalibration procedures that reduce availability for power changes. The data required by the control electronics 16 can be transmitted from the evaluation electronics 11 via a data line 15. In practice, the evaluation electronics 11 and the control electronics 16 are configured in most cases as a common electronic module with a microprocessor.

La presente invención es adecuada para su uso en todos los quemadores que funcionan con petróleo o gas combustible, en particular para sistemas de calefacción y/o calentamiento de agua sanitaria, y permite una alta disponibilidad para cambios de rendimiento con un control preciso a largo plazo del valor lambda durante la combustión. La modificación de la resistencia de la capa de óxido de un electrodo de ionización se puede compensar completamente y es posible obtener información sobre el estado del electrodo de ionización. The present invention is suitable for use in all burners operating on oil or fuel gas, in particular for heating and/or domestic water heating systems, and allows high availability for performance changes with precise long-term control of the lambda value during combustion. The change in the resistance of the oxide layer of an ionization electrode can be completely compensated and information about the state of the ionization electrode can be obtained.

Lista de símbolos de referenciaList of reference symbols

1 Cámara de combustión de un quemador. 1 Combustion chamber of a burner.

2 Área de llama 2 Flame area

3 Electrodo de ionización 3 Ionization electrode

4 Contraelectrodo (tierra) 4 Counter electrode (ground)

5 Fuente de tensión 5 Voltage source

6 Voltimetro 6 Voltmeter

7 Amperimetro 7 Ammeter

8 Película e óxido 8 Rust film

9 Primera línea de señal 9 First signal line

10 Segunda línea de señal 10 Second signal line

11 Electrónica de evaluación 11 Electronic evaluation

12 Toma de aire 12 Air intake

13 Entrada de gas combustible 13 Fuel gas inlet

14 Línea de señal de control 14 Control signal line

15 Linea de datos 15 Data line

16 Electrónica de control 16 Control electronics

U Tensión (U1, U2) U Voltage (U1, U2)

I Corriente de ionización ( I1, I2) I Ionization current (I1, I2)

R Resistencia total R Total resistance

RF Resistencia de llama RF Flame Resistance

RO Resistencia de la película de óxido RO Oxide Film Resistance

Claims (12)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para medir el valor lambda en una cámara de combustión de un quemador (1) que funciona con combustible gaseoso o líquido, en el que en una zona de llama (2) se genera un flujo de ionización (I) en la zona de llama (2) mediante un electrodo de ionización (3), un contraelectrodo (4) y una fuente de tensión (5), donde además, en el caso de un rendimiento constante de la cámara de combustión (1), el flujo de ionización (I) se mide para al menos dos tensiones diferentes (U) aplicadas al electrodo de ionización (3) y a partir de allí se determina en cada caso la resistencia total (R) de un circuito total y en el que basándose en curvas de calibración o datos de calibración se determina el valor lambda a partir de las resistencias totales especificadas (R).1. Procedure for measuring the lambda value in a combustion chamber of a burner (1) that works with gaseous or liquid fuel, in which in a flame zone (2) an ionization flow (I) is generated in the zone of flame (2) by means of an ionization electrode (3), a counter electrode (4) and a voltage source (5), where in addition, in the case of a constant performance of the combustion chamber (1), the flow of ionization (I) is measured for at least two different voltages (U) applied to the ionization electrode (3) and from there the total resistance (R) of a total circuit is determined in each case and in which based on curves of calibration or calibration data the lambda value is determined from the specified total resistances (R). 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se aplica una tensión alterna (U) al electrodo de ionización (3) y en el que la tensión alterna (U) y el flujo de ionización (I) correspondiente respectivamente se miden con una resolución temporal tan alta que a partir de ahí se puede determinar la resistencia total (R) del circuito total para al menos dos tensiones (U) diferentes.2. Method according to claim 1, in which an alternating voltage (U) is applied to the ionization electrode (3) and in which the alternating voltage (U) and the corresponding ionization flux (I) respectively are measured with a temporal resolution so high that from there the total resistance (R) of the total circuit can be determined for at least two different voltages (U). 3. Método según la reivindicación 2, en el que la resolución temporal se elige tan alta que en el caso de una frecuencia predeterminada de la tensión alterna se lleva a cabo una medición prácticamente continua de la tensión (U) y del flujo de ionización (I) asociado.3. Method according to claim 2, wherein the temporal resolution is chosen so high that in the case of a predetermined frequency of the alternating voltage a practically continuous measurement of the voltage (U) and the ionization flux ( I) associated. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que mediante formación de una diferencia de dos resistencias totales (R) referidas a dos tensiones diferentes (U) se eliminan todas las resistencias en el circuito total, excepto una resistencia de llama (RF) y en el que el valor lambda se determina directamente a partir de la diferencia y de las dos tensiones (U) diferentes basándose en curvas de calibración o datos de calibración.4. Method according to one of claims 1 to 3, in which by forming a difference of two total resistances (R) referred to two different voltages (U) all resistances in the total circuit are eliminated, except for a flame resistance. (RF) and in which the lambda value is determined directly from the difference and the two different voltages (U) based on calibration curves or calibration data. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que las mediciones de la resistencia total (R) se realizan con tres o más tensiones (U) diferentes o prácticamente de forma continua y los datos de medición se convierten en un valor lambda basándose en curvas de calibración o en datos de calibración.5. Method according to claim 4, wherein the measurements of the total resistance (R) are carried out at three or more different voltages (U) or practically continuously and the measurement data are converted into a lambda value based on curves calibration or calibration data. 6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, en el que el circuito total tiene una resistencia sustancialmente insignificante o constante de la fuente de intensidad y de todas las conexiones metálicas, y en el que a partir de un comportamiento temporal de una diferencia entre la resistencia total (R) y la resistencia de llama (RF) se concluye un cambio en la resistencia de la capa de óxido (RO) del electrodo de ionización (3) y por tanto su envejecimiento.6. Method according to any one of claims 4 or 5, in which the total circuit has a substantially insignificant or constant resistance of the current source and of all metallic connections, and in which from a temporal behavior of a difference between the total resistance (R) and the flame resistance (RF), a change in the resistance of the oxide layer (RO) of the ionization electrode (3) and therefore its aging is concluded. 7. Dispositivo para medir el valor lambda en una cámara de combustión de un quemador (1) que funciona con combustible gaseoso o líquido, donde en una zona de llama (2) dentro de la cámara de combustión (1) se encuentran un electrodo de ionización (3) y un contraelectrodo (4) que, junto con una fuente de tensión (5), en presencia de una llama en la zona de llama (2) forman un circuito total, en donde la fuente de tensión (5) está configurada además para la generación de al menos dos diferentes tensiones (U) y en donde el dispositivo comprende aparatos (6, 7) para medir tensión (U) y corriente (I) y comprende una electrónica de evaluación (11) que está configurada para calcular una resistencia total (R) a partir de la tensión ( U) y de la corriente (I), y mediante curvas de calibración o datos de calibración determinar el valor lambda y, en su caso, una resistencia de la capa de óxido (RO) del electrodo de ionización (3) a partir de al menos dos resistencias totales (R) medidas durante un funcionamiento constante del quemador (1) con diferentes tensiones (U).7. Device for measuring the lambda value in a combustion chamber of a burner (1) that operates with gaseous or liquid fuel, where in a flame zone (2) within the combustion chamber (1) there is an electrode of ionization (3) and a counter electrode (4) which, together with a voltage source (5), in the presence of a flame in the flame zone (2) form a total circuit, where the voltage source (5) is further configured for the generation of at least two different voltages (U) and where the device comprises devices (6, 7) for measuring voltage (U) and current (I) and comprises evaluation electronics (11) that is configured to calculate a total resistance (R) from the voltage (U) and the current (I), and by means of calibration curves or calibration data determine the lambda value and, where appropriate, a resistance of the oxide layer ( RO) of the ionization electrode (3) from at least two total resistances (R) measured during constant operation of the burner (1) with different voltages (U). 8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que la fuente de tensión (5) es una fuente de tensión alterna y los dispositivos (6, 7) presentan un voltímetro (6) y un amperímetro (7) con una resolución temporal tan alta.8. Device according to claim 7, wherein the voltage source (5) is an alternating voltage source and the devices (6, 7) have a voltmeter (6) and an ammeter (7) with such a high temporal resolution . que en el caso de una frecuencia predeterminada de la tensión alterna la resistencia total (R) asociada a cada tensión (U) del circuito se puede determinar a partir de la tensión (U) y la corriente (I).that in the case of a predetermined frequency of the alternating voltage, the total resistance (R) associated with each voltage (U) of the circuit can be determined from the voltage (U) and the current (I). 9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8, en el que la electrónica de evaluación (11) está configurada para determinar el valor lambda basándose en curvas de calibración o datos de calibración a partir de al menos dos valores de medición de la tensión (U) y de la correspondiente corriente (I).9. Device according to claim 7 or 8, wherein the evaluation electronics (11) is configured to determine the lambda value based on calibration curves or calibration data from at least two voltage measurement values (U ) and the corresponding current (I). 10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que la electrónica de evaluación (11) está diseñada para formar la diferencia entre dos valores de la resistencia total a diferentes tensiones, como resultado de lo cual la resistencia total (R) se puede dividir en una resistencia de llama (RF) y una resistencia de capa de óxido (RO).10. Device according to claim 9, wherein the evaluation electronics (11) is designed to form the difference between two values of the total resistance at different voltages, as a result of which the total resistance (R) can be divided into a flame resistance (RF) and an oxide layer resistance (RO). 11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 10, en el que está presente un circuito de regulación (12, 13, 14, 15, 16), que regula el valor lambda determinado por la electrónica de evaluación (11) como valor real sobre un valor objetivo predeterminable o que utiliza el valor lambda determinado por la electrónica de evaluación y/o la resistencia de la capa de óxido (RO) para calibrar otro sistema de medición.11. Device according to one of claims 7 to 10, in which a regulation circuit (12, 13, 14, 15, 16) is present, which regulates the lambda value determined by the evaluation electronics (11) as the actual value. on a predetermined target value or that uses the lambda value determined by the evaluation electronics and/or the resistance of the oxide layer (RO) to calibrate another measurement system. 12. Producto programa informático que comprende comandos que origina que una cámara de combustión de un quemador (1) que funciona con combustible gaseoso o líquido, que presenta un electrodo de ionización (3), un contraelectrodo (4), una fuente de tensión (5) para la generación de al menos al menos dos tensiones diferentes, y un dispositivo según la reivindicación 7, lleva a cabo el método según la reivindicación 1 cuando se ejecutan los comandos en la electrónica de evaluación (11) del dispositivo.12. Computer program product that comprises commands that cause a combustion chamber of a burner (1) that works with gaseous or liquid fuel, which has an ionization electrode (3), a counter electrode (4), a voltage source ( 5) for the generation of at least two different voltages, and a device according to claim 7, carries out the method according to claim 1 when the commands are executed in the evaluation electronics (11) of the device.