Elektrische Überwachungseinrichtung für ein Objekt, insbesondere eine Flamme Die Erfindung bezieht sich auf eine überwachungs- einrichtung mit einem Fühlorgan, vorzugsweise auf eine Einrichtung zur Überwachung von Flammen oder Bren nern in Heizanlagen.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer sol chen Einrichtung, in welcher die Verarbeitung des vom Fühlorgan gelieferten Signals mit absoluter Sicherheit erfolgt.
Bei Überwachungseinrichtungen, welche zur Kon trolle von Flammen in Brennkammern dienen, ist es notwendig, dass die Einrichtung sehr schnell auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Flamme anspricht, um zu bewirken, dass das Brennstoffventil schnell geschlossen wird und dass sich in der Brenn kammer kein Überschuss an unverbranntem Brennstoff bei Nichtvorhandensein der Flamme ansammeln kann.
Es sind zwar Einrichtungen zur Überwachung von Flam men bekannt, welche die gewünschte kurze Ansprech- dauer für Anwesenheit oder Abwesenheit der Flamme haben; diese bekannten Einrichtungen haben jedoch störanfällige Schaltungselemente, so dass unwichtige An zeigen bezüglich der Anwesenheit einer Flamme möglich sind.
Wenn bei der Überwachung der Flamme in einer Brennkammer eine ,derartige Störung eintritt, dann kann ein Gefahrenzustand entstehen; falls nämlich bei Ab wesenheit der Flamme die Einrichtung so reagiert, als ob die Flamme noch anwesend wäre, wird weiterhin Brennstoff in die Brennkammer eingeleitet. Der in die Brennkammer eingeleitete Brennstoff kann dann bei geeigneter Zündung - entweder durch die heisse Aus kleidung der Kammer oder bei erneuter Zündung des Brenners - zu Explosionen und den damit verbundenen nachteiligen Folgen Anlass geben.
Es ist durch Industrienormen festgelegt, dass über wachungseinrichtungen für Brenner eine maximale Zeit verzögerung von vier Sekunden zwischen dem Ausgehen der Flamme und dem Absperren des Zuflusses des Brennstoffs zur überwachten Brennkammer haben. Prüfeinrichtungen, die zur Kontrolle einer solchen Ein- richtung durch Simulation des Erlöschens der Flamme dienen, müssen deshalb den Zyklus vom Abschalten bis zum Einschalten des Flammenrelais innerhalb dieser Zeit vollenden.
Die Überwachungseinrichtung gemäss vorliegendem Patent kann mit einer Prüfvorrichtung ausgestattet wer den, durch welche die Arbeitsweise der überwachungs- einrichtung in regelmässigen Abständen überprüft wird, um zu gewährleisten, dass diese Einrichtung oder Kom ponenten derselben nicht in der Weise versagen, dass der zu überwachende Zustand falsch angezeigt wird. Dies ist vor allem nicht für Einrichtungen, die der Überwachung von Flammen oder Brennern dienen.
Die erfindungsgemässe Überwachungseinrichtung mit einem Fühlorgan, welches beim Auftreten eines ersten Zustandes des zu überwachenden Objektes ein erstes Ausgangssignal und beim Auftreten eines zweiten Zustandes ein zweites Ausgangssignal erzeugt, und mit einer Aus gangsvorrichtung ist ,dadurch ,gekennzeichnet,
dass in den die Ausgangsvorrichtung enthaltenden Aus gangskreis eine Elektronenröhre mit einem zu therm- ionischer Emission befähigten Element und mit einer Heizvorrichtung für dieses Element vorgesehen ist, und ist ferner gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung, durch welche die Heizvorrichtung angeschaltet wird, so dass das genannte Element in einen zu thermionischer Emission befähigten Zustand versetzt wird,
und die Ausgangsvorrichtung abgeschaltet wird, wenn das eine der genannten Ausgangssignale auftritt, dagegen die Heizvorrichtung abgeschaltet und die Ausgangsvorrich tung angeschaltet wird, wenn das andere Ausgangssi gnal auftritt.
Infolge des Umstandes, dass die Elektronenröhre eine kurze Zeit nach dem Unterbrechen des Heizkreises ihre Emission behält, wird dem Indikator ein Signal, beispielsweise ein Gleichstromsignal, zugeführt, wenn der den Indikator beaufschlagende Kreis geschlossen wird. Der Indikator gibt dann eine Anzeige, dass der betreffende Zustand eingetreten ist.
In der Überwachungseinrichtung kann auch ein Simulator vorgesehen sein, welcher periodisch das Nicht vorhandensein eines bestimmten Zustandes simuliert. Der Simulator kann ein zwischen dem zu überwachen den Objekt und dem Fühlorgan angeordneter Verschluss sein. Wenn das Fühlorgan bei der Anzeige des betref fenden Zustandes versagt, wird die Ausgangsvorrich tung freigegeben (abgeschaltet) und der Kreis zum In dikator unterbrochen und darauf der Heizkreis dZr Elektronenröhre wieder beaufschlagt (eingeschaltet).
Durch passende Wahl der Zeitinkremente des Simula- tors zeigt die Einrichtung jedoch die Gegenwart des betreffenden Zustandes an, solange dieser bestehen bleibt. Sollte der Zustand verschwinden, so unterbricht die Ausgangsvorrichtung den Indikatorkreis, und die Anzeigevorrichtung wird innerhalb einer Zeit, die ihrer zeitlichen Verzögerung entspricht, ausser Betrieb ge setzt.
Sollte jedoch die Überwachungseinrichtung ver sagen und unabhängig vom anzuzeigenden Zustand in einer Stellung verbleiben, in welcher die Anwesenheit des Zustandes .angezeigt wird (falsche Anzeige mit Ge fahrenzustand), dann würde die Heizvorrichtung durch den Simulator nicht beaufschlagt werden.
Der Zustand der Elektronenröhre bzw. der als solche verwendeten Gleichrichterröhre würde dann die Beaufschlagung des Indikators nicht mehr gewährleisten und dieser würde abgeschaltet, d. h., Nichtvorhandensein des Zustandes anzeigen, was ein Gefahrenmoment bedeuten würde.
Wird eine solche Einrichtung zur Überwachung von Flammen oder Brennern verwendet, dann spricht das Fühlorgan auf eine in der Brennkammer befindliche Flamme an, und im allgemeinen wird als Indikator ein Relais verwendet. Das Relais ist z.
B. so eingestellt, dass es beim Verschwinden des anzuzeigenden Zustan des innerhalb einer Zeit von weniger als vier Sekunden abschaltet, und es wird eine Gleichrichterröhre als thermionische Elektronenröhre gewählt, die so bemes sen ist, dass ihre Gleichrichterwirkung verschwindet, wenn ihr Heizkreis mehr als etwa dreissig Sekunden lang unterbrochen wird.
Falls dann eines der Schalt elemente der Einrichtung vom Fühlorgan bis zum Aus gangsrelais versagen sollte, wenn ein Gefahrenzustand eintritt, dann nimmt die thermionische Emission ab, so dass der Gleichrichter seine Wirkung verliert und das Indikatorrelais zurückfällt.
Eine solche Prüfvorrichtung liefert eine zuverlässige Kontrolle der Arbeitsweise der Einrichtung, und zwar einfach dadurch, dass das Abschalten bzw. Unwirksam werden eines Gleichrichters in Abhängigkeit vom An sprechendes Fühlorgans gesteuert werden. Die einzigen Komponenten ausser denen, die für die Prüfvorrichtung verwendet werden, sind ein Verschluss oder anderer periodisch wirkender Simulator für Abwesenheit des zu überwachenden Zustandes und ein Kontakt des Flam menrelais im Heizkreis der thermionischen Elektronen röhre, die im Kreis des Indikatorrelais liegt.
Im folgenden wird die Überwachungseinrichtung ge- mäss vorliegendem Patent anhand der Zeichnung am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer elektrischen über wachungseinrichtung, teilweise schematisiert und teil weise in Blockdarstellung, Fig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer prak tisch bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung, und Fig. 3 zeigt den in der Einrichtung der Fig. 2 ver wendeten Verschluss in Vorderansicht.
In Fig. 1 ist das zu überwachende Objekt oder die Quelle mit 10 bezeichnet. Mit dem Objekt 10 in opti scher Verbindung steht das Abfühlorgan 12, das bei spielsweise eine Photozelle ist. Diese produziert, wenn das Objekt eine Strahlungsquelle ist, ein Ausgangssi gnal. Dieses betätigt über einen Signalkreis 14, der das Ausgangssignal modifiziert und/oder verstärkt, eine Steuervorrichtung 16. Der Einfachheit halber ist diese als Relais mit einer Spule 18, einem Satz normaler weise geschlossener Kontakte und einem Satz normaler weise offener Kontakte dargestellt.
Die Kontakte 22 des Steuerrelais liegen im Kreis eines Ausgangsrelais 24, welches von einem Transforma tor 26 mit der Primärwicklung 28 und der Sekundär wicklung 30 gespeist wird. Im Kreise des Ausgangs relais 24 liegt eine Gleichrichterröhre 32 mit der Anode 34, der Kathode 36 und dem Heizelement 38. Das Heizelement 38 ist über normalerweise geschlossene Kontakte 20 mit der Heizwicklung 40 des Transforma tors 26 verbunden. Die Kathode der Gleichrichterröhre ist mit den normalerweise offenen Kontakten 22 ver bunden.
Parallel zum Ausgangsrelais 24 ist ein Kon densator 42 geschaltet, welcher in einer Überwachungs einrichtung für Flammen beim Abfallen der Kontakte des Ausgangsrelais eine Verzugszeit von weniger als vier Sekunden entsprechend den Anforderungen des Laboratoriums des Patentinhabers ergibt. Bei anderen Anwendungen kann eine andere Verzugszeit gewählt werden. Die Kontakte 44 des Ausgangsrelais liegen im Kreis eines Indikators 46. Dieser kann eine Alarm vorrichtung oder im Falle einer Regeleinrichtung für Heiz- oder Brennanlagen ein auf das Relais eines Ventils der Brennstoffzuführung einwirkendes Organ sein.
Zu der Einrichtung gehört ferner ein Simulator 48, der die Abwesenheit des interessierenden Zustandes simuliert; der Simulator kann ein Verschluss oder eine andere Vorrichtung sein, welche veranlasst, dass die elektrische Überwachungseinrichtung periodisch so an spricht, als ob das Fühlorgan den Zustand des Ob jektes 10 nicht wahrgenommen hätte.
Im Betrieb, wenn die Teile der Einrichtung sich in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befinden und wenn der Simulator ausser Betrieb ist, befindet sich der Gleichrichter 32 infolge der Beheizung seines Heiz- fadens 38 im Gleichrichtungszustand. Wenn das Fühl- organ 12 am Objekt 10 einen Zustand wahrnimmt, durch welchen die Steuervorrichtung 16 betätigt wird, werden die Kontakte 20 geöffnet und die Kontakte 22 geschlossen.
Infolge der Trägheit der thermionischen Emission der G'leichrichterröhre wirkt diese dann weiter als Gleichrichter, obwohl ihr Heizkreis geöffnet ist und ihm kein Strom mehr zugeführt wird.
Durch das Schliessen der Kontakte 22 wird die Gleichrichterröhre in einen Kreis mit der Transforma- torwicklung 30 und dem Ausgangsrelais 24 geschaltet, wobei durch dieses ein Gleichstrom fliesst und die Kon takte 44 geschlossen werden. Wenn nicht ein Prüfvor gang eintritt, fällt das Ausgangsrelais zurück, sobald die Gleichrichterröhre keine entsprechende Wirkung mehr hat und nachdem die durch den Kondensator 42 be dingte Verzugszeit verstrichen ist.
Der Prüfvorgang wird durch den Simulator 48 er zeugt, der die Einrichtung so reagieren lässt, als ob der zu überwachende Zustand nicht vorhanden wäre. Wenn alle Teile der Einrichtung richtig funktionieren, dann fällt das & teuerrealais 16 beim Auftreten des Signals Zustand nicht vorhanden , welches vom Simulator 48 erzeugt wird, ab, wodurch die Kontakte 22 geöffnet und die Kontakte 20 geschlossen werden. Dadurch wird der Heizkreis der Gleichrichterröhre wieder beauf- schlagt, so dass deren Gleichrichterwirkung wiederher gestellt wird.
Durch den Kondensator 42 wird das Ausgangs- relais 24 während des vorbestimmten Zeitintervalls beaufschlagt, und der Simulator lässt während dieses Zeitintervalls die Einrichtung auf das zu überwachende Objekt ansprechen. Arbeitet die Einrichtung richtig, dann werden durch das Relais 16 die Kontakte 20 ge öffnet und die Kontakte 22 geschlossen, wodurch wieder der Kreis des Ausgangsrelais geschlossen wird.
So wird die Einrichtung in regelmässigen Abständen auf ihr Funktionieren geprüft, und zwar so, dass die in der Einrichtung angeordneten Verbraucher in Abhängigkeit von dem abgefühlten Zustand des Objektes stromfüh rend bleiben.
Beim Versagen eines der Teile der Einrichtung in der Weise, dass das Steuerrelais 16 so reagiert, als ob der zu überwachende Zustand nicht existiert, wer den die Relaiskontakte 22 geöffnet, so dass das Aus gangsrelais innerhalb der ihm eigenen Verzugszeit ab geschaltet wird. Andere Arten des Versagens, wobei das Steuerrelais 16 in seiner eingeschalteten Stellung bleibt, wobei angezeigt wird, dass der zu überwachende Zu stand vorhanden ist, bewirken, dass der Gleichrichter innerhalb einer durch seine Dimensionierung bestimm ten Zeit nicht mehr entsprechend funktioniert, so dass das Ausgangsrelais abgeschaltet wird.
Sollte die Anoden- Kathodenstrecke des Gleichrichters kurzgeschlosszn werden, dann erhält das Ausgangsrelais 24 nicht mehr Gleichstrom, sondern Wechselstrom, so dass es wieder abgeschaltet wird.
In der speziellen, in Fig.2 dargestellten Ausfüh rungsform der Einrichtung für Überwachung von Flam men sind als zu übelwachendes Objekt die Flamme 10' und der als Verschluss ausgebildete Simulator 48' mit einem Blendenflügel 50, siehe auch Fig. 3, das ist ein lichtundurchlässiger Sektor von etwa 120 , dargestellt. Zum Antrieb des Verschlusses 48' mit einer Drehzahl von sechs Umdrehungen pro Minute ist ein Motor 52 vorgesehen.
Eine für Ultraviolett empfindliche Abtast- röhx'ss 12', die mit Bo!genenrtladung arbeitet und zum Abfühlen des Zustandes des Objektes dient, ist bei spielsweise in der Brennkammer im optischen Wir kungsbereich der Flamme 10' angeordnet. Die Steuer vorrichtung ist ein Flammenrelais 16' mit den Kon takten 20' und 22'. In dem Ausgangskreis ist ein Aus gangsrelais 24' mit einem der Relaisspule parallelge schalteten Kondensator 42' angeordnet. Eine thermio- nische Diode 32', beispielsweise vom Typ 6X4, ist an die Transformatorwicklung 30' angeschlossen.
Der Heizfaden der Diode wird durch eine 6,3-Volt-Wick- lung 40' beheizt.
Das Abfühlorgan 12' ist an die Sekundärwicklung eines Autotransformators 54, und zwar in Serie mit einem der Strombegrenzung dienenden Widerstand 56 liegend, angeschlossen. Die Primärwicklung des Auto transformators, welche durch die Transformatorwick- lung 58 gespeist wird, liegt in einem Kreis mit dem Kondensator 60 und zwei Auskopplungsspulen 62 und 64. Der Kondensator ist in seiner Grösse so auf den Transformator abgestimmt, dass ein Resonanzkreis mit relativ niedriger Eingangsimpedanz gebildet wird, wenn die Abtaströhre 12' keine Strahlung aufnimmt.
Nach Entladung der Abtaströhre wird ein relativ hochfre- quentes Signal aus der Sekundärwicklung in die Pri- märwicklung eingekoppelt, wobei eine der Spulen 62 und 64 je nach der Polarität des Signals einen Impuls durch eine Diode 66 und den Impulsformungs- und Integrierkreis mit den Widerständen 68 und 70 und den Kondensatoren 72 und 74 schickt.
Sobald der Kondensator 74 eine ausreichende La dung aufgenommen hat, wird der als Schalter wirkende steuerbare Siliciumgleichrichter 76 über seine Steuer elektrode 78, welche über eine Diode 80 und einen Spannungsteiler 82, 84 mit dem Kondensator 74 ver bunden ist, entsperrt. Der Schaltkreis dieses Gleich richters enthält als Vorspannungselemente einen Kon densator 86 und eine Diode 88. Mit dem Schalter ist das Flammenrelais 16' verbunden.
Wird dieses bei Auf treten einer ultravioletten Strahlung am Abfühlorgan beaufschlagt, so wird es betätigt und schaltet die Diode 32' ein, so dass das Ausgangsrelais 24' beaufschlagt wird.
Wird vom Abfühlorgan der zu überwachende Zu stand ermittelt und arbeitet der Verschluss 48' richtig, dann durchläuft die Schaltung alle zehn Sekunden einen Prüfzyklus. Infolge der Gestaltung des Blendenflügels 50 des Verschlusses nimmt das Abfühlorgan 12' inner halb jeweils 2,2 Sekunden, das ist die Zeit, während welcher der Verschluss das Fühlorgan total abdeckt, in jedem Zehn-Sekunden-Zyklus die Flamme nicht wahr. Bei dieser Ausführungsform tastet das Abfühlorgan die Flamme also während 78 Prozent der gesamten Zeit ab.
Wenn das Abfühlorgan die Flamme nicht wahr- nimmt, fällt das Flammenrelais 16' ab und öffnet den Kreis des Ausgangsrelais. Die Schaltung ist so dimen sioniert, dass das Ausgangsrelais während einer Zeit von drei Sekunden gehalten wird. Arbeitet die Ein richtung richtig, dann nimmt die Abtaströhre 12' die Flamme nach Ablauf der 2,2 Sekunden wieder wahr, wobei das Flammenrelais innerhalb dreier Sekunden betätigt wird, welcher Zeitverzug durch den Konden sator 42' erzeugt wird, so dass das Ausgangsrelais ein geschaltet bleibt.
Falls dieser Zyklus nicht eintritt, fällt das Flammenrelais nach drei Sekunden ab und sperrt die Einrichtung sicher.
Falls jedoch eine Komponente der Prüfvorrichtung ausfallen sollte, wenn z. B. der Verschluss 48 hängen bleiben sollte, so dass die Simulation nicht periodisch erfolgt, dann bleibt der Spulenkreis des Ausgangsrelais geschlossen, jedoch verschwindet die reguläre Funktion der Diode 32' beim Erkalten ihrer Kathode nach einer Zeit von etwa fünfzehn bis dreissig Sekunden, so dass dadurch der Ausgangskreis unterbrochen wird.
Die Peri ode des Prüfzyklus, das sind zehn Sekunden, ist we sentlich kürzer als diese Nachwirkungszeit der Diode, so dass normalerweise die Kathode wieder ordnungs- gemäss aufgeheizt wird, heiss bleibt und unter normalen Arbeitsbedingungen nicht vergiftet wird.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, dem Heizfaden während mindestens zwanzig Prozent der Dauer eines jeden Zyklus Strom zuzuführen, um eine konstante Emission aufrechtzuerhalten. Falls nötig, kann ein Widerstand 90 parallel zum Heizfaden geschaltet werden, um die Schaltstösse auf den Heizfaden abzu fangen.
Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, dass der Prüfzyklus eine erheblich längere Dauer hat als die Abfallverzögerung des Ausgangsrelais, nämlich zehn Sekunden gegenüber drei Sekunden bei der beschrie benen Ausführungsform. Der Prüfzyklus wird grund sätzlich bestimmt durch die Abfallzeit des Ausgangs- relais und die Zeitdauer, während welcher in jedem Zyklus der Heizfaden der thermionischen Röhre be- aufschlagt werden muss. Durch diese beiden Faktoren wird die effektive Dauer der Simulation der Abwesen heit des zu erfassenden Zustandes innerhalb des Prüf zyklus bestimmt.
Demgemäss sollte bei dem beschrie benen Ausführungsbeispiel die genannte Dauer nicht wesentlich kürzer sein .als <I>zwei</I> Sekunden, das heisst, zwanzig Prozent von zehn Sekunden, und nicht wesent lich länger als drei Sekunden, das ist die Abfallver zögerung des Ausgangsrelais.
Zwar ist die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und von Modifikationen derselben dargestellt und beschrieben worden, jedoch können auch andere Modifikationen angewendet werden. So kann z. B. statt einer Diode im Prüfkreis auch eine Viel- fach-Vakuumröhre mit Heizkörper verwendet werden. Es kann auch eine Anzahl von anderen Simulatoren für die Abwesenheit des zu kontrollierenden Zustandes verwendet werden, einschliesslich solcher, durch welche das Abtastorgan z.
B. durch Öffnen des zugehörigen elektrischen Kreises abgeschaltet wird.