Schutzschaltung zur Überwachung von Strahlungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung zur Überwachung von Strahlungen mit strahlungsempfindlichen Fühlerorganen, die in einem aus einem Trenntransformator und einem Begrenzungswiderstand bestehenden Überwachungsstromkreis liegen und über eine Gleichrichteranordnung Schaltorgane unterschiedlicher Ansprechwerte steuern.
Bekannte Schaltanordnungen dieser Art sind insbesondere mit Ultraviolett-Photozellen, also Gasentladungsröhren ausgestattet, die in einem Wechselstromkreis liegen. Diese Röhren sind normalerweise nicht gezündet, so dass sie einen hohen Widerstand aufweisen und den Wechselsttromkreis praktisch unterbrechen.
Sobald auf die Ultraviolett-Photozellen Ultraviolettstrahlen mit einer bestimmten Intensität einwirken, werden die Röhren gezündet, so dass sich ihr Widerstand wesentlich verringert und in dem Wechselstromkreis ein Strom zu fliessen beginnt. Mit diesem Strom werden Schalt- oder Anzeigeorgane betätigt, beispielsweise über eine Gleichrichteranordnung Relais erregt, die über ihre Kontakte das Vorhandensein der Strahlung anzeigen oder Schaltvorgänge auslösen.
Bei diesen und ähnlichen Überwachungsorganen besteht jeweils das Problem, dass infolge von Alterungserscheinungen der Ansprechpunkt verschoben wird.
Insbesondere besteht am Ende der Lebensdauer von Ultraviolett-Photozellen oder durch Gasveränderungen derselben die Gefahr, dass die Gasentladungsröhre auch ohne Vorhandensein einer Strahlung gezündet wird.
Dadurch wird die Anzeige verfälscht und in einem solchen Fall in die Verbrennungskammer Brennstoff weiter eingeführt. Man könnte diese Gefahr zwar vermeiden und durch die Verwendung von mindestens zwei strahlungsempfindlichen Fühlerorganen in an sich bekannter Weise dafür sorgen, dass der Ausfall eines Fühlerorgans infolge Alterung oder Gasveränderungen vorzeitig erkannt wird. Die Verwendung mehrerer Strahlungsempfänger wäre aber mit einem entsprechend höheren Aufwand verknüpft. Aus diesem Grunde zeigt die Erfindung einen einfacheren Weg, um eine eigensichere Schaltung mit geringstem schaltungstechnischem Aufwand zu realisieren.
Erfindungsgemäss wird der Nachteil einer Fehlanzeige, insbesondere bei der Durchzündung von UV-Zellen ohne Vorhandensein einer Strahlung, dadurch vermieden, dass im Überwachungsstromkreis ein einziges strahlungsempfindliches Fühlerorgan vorgesehen ist und dass Mittel vorgesehen sind, welche bewirken, dass ein durch periodische, mit einem vorbestimmten Tastverhältnis bewirkte Unterbrechung des Strahlenganges erzeugter, modulierter Wechselstrom fliesst.
Die erfindungsgemässe Massnahme ergibt insbesondere folgende Wirkung: Solange das Fühlerorgan richtig arbeitet, spricht es auf das Auftreten der zu überwachenden modulierten Strahlung an, so dass im normalen Betriebszustand das eine Schaltorgan anzieht. Wenn jedoch das Fühlerorgan ohne Vorhandensein einer Strahlung seinen elektrischen Wert verändert, fliesst im Wechselstromkreis des Strahlungsempfängers ein nicht modulierter Wechselstrom. Der Gleichstrom im Steuerstromkreis steigt dabei soweit an, dass auch das Schaltorgan für den Störungsfall erregt wird und die Störungsaufschaltung bewirkt. Im Falle eines Kurzschlusses in den Fühlerleitungen tritt ebenfalls ein derartiger Stromanstieg auf, dass das Schaltorgan für den Störungsfall die Kurzschlussabschaltung auslöst.
Die erfindungsgemässe Schaltung kann somit als eigensicher, angesehen, werden, d. h. ein Unterbruch oder Kurzschluss im Fühler oder Steuerkreis kann sich nie so auswirken, dass das Vorhandensein einer Strahlung gemeldet wird, ohne entweder das Schaltorgan für den Störungsfall zu erregen oder beide Schaltorgane gar nicht ansprechen zu lassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist F ein strahlungsempfindliches Fühlerelement, vorzugweise ein Strahlungsempfänger mit UV-Photozelle, dessen Wechselstromkreis aus einem Brückengleichrichter G und einem Strombegrenzungswiderstand W besteht und von einer an den Klemmen 1 und 2 angeschlossenen Wechselstromquelle V über einen Kondensator C1 und einen Trenntransformator T gespeist wird.
Im Steuerstromkreis des Strahlungswächters sind zwei Relais R1 und R2 vorgesehen, die durch die an der Gleichspannungsseite des Brückengleichrichters G auftretende, durch einen Kondensator C2 geglättete Gleichspannung gespeist werden. Die Relais R1 und R2 steuern Kontakte r1 bzw. rz.
Der durch die Serieschaltung der beiden Relais R1 und R2 gebildete Steuerkreis ist bezüglich der magnetischen Erregung derart ausgelegt, dass im normalen Betriebszustand lediglich das Relais R2 anzieht. Im Falle eines Kurzschlusses in der Fühlerleitung zwischen den Klemmen 7 und 8 oder eines Durchzündens der UV Zelle ohne Vorhandensein einer Strahlung L müsste der Gleichstrom im Steuerstromkreis soweit ansteigen, dass das Relais R1 für die Störwertaufschaltung erregt wird.
Die Relais R1 und R2 sind vorzugsweise Relais mit Schutzrohrkontakten, auch reed -Relais genannt. Die hermetisch abgeschlossenen Kontakte r1 und r2 arbeiten selbst beim Schalten sehr kleiner Ströme und Spannungen einwandfrei und können dadurch unempfindlichere Relais schalten, beispielsweise ein Relais R3, dessen Kontakte q den Stromkreis zwischen den Klemmen 5 und 6 schliesst.
Zwischen der UV-Zelle F des Strahlungsempfängers und der einfallenden Strahlung L einer Flamme ist ein nicht näher dargestellter Strahlungsunterbrecher U angeordnet, der in gewissen Zeitabständen ein Verlöschen der Strahlung vortäuscht. Der Strahlungsunterbrecher kann eine rotierende oder oszillierende Blende sein, die den Strahlengang unmittelbar oder über eine entsprechende Spaltoptik unterbricht.
Durch die Wirkung des Unterbrechers U wird der Lichtstrahl und damit der über die UV-Zelle F fliessende Wechselstrom impulsförmig moduliert. Das Tastverhältnis, d. h. das Verhältnis der Impulse zur Periodendauer, wird durch die Grösse der Öffnung im Unterbrecher U bestimmt. Dieses Tastverhältnis bestimmt auch den Gleichstrommittelwert des von dem Gleichrichter G abgegebenen gleichgerichteten Stroms. Dieser Strom muss sich deutlich von dem Strom unterscheiden, der bei dauernder Belichtung oder dauernder Durchzündung der UV-Zelle F fliesst, und von dem Strom, der bei dauernd nicht gezündeter UV-Zelle F fliesst. Es wurde festgestellt, dass ein Tastverhältnis von 1 : 4 die günstigsten Ergebnisse liefert.
Wenn der Unterbrecher U eine rotierende Blende ist, kann dieses Tastverhältnis dadurch erhalten werden, dass die Winkelöffnung der Blendenöffnung den dritten Teil der Winkelöffnung des massiven Teils beträgt.
Ferner wurde festgestellt, dass die Modulationsfrequenz vorzugsweise kleiner als 10 Hz sein soll. Dies würde bedeuten, dass sich eine rotierende Blende, deren Öffnung durch einen Sektor von 90" gebildet ist, mit höchstens 10 U/sec dreht.
Die Primärwicklung des Trenntransformators T liegt in Reihe mit dem Kondensator C1, so dass auf der Sekundärseite des Trenntransformators eine stabilisierte Wechselspannung entsteht. Die UV-Zelle des Strahlungsempfängers F zündet im Takt der periodisch eintreffenden Strahlung L. Im stabilisierten Wechselstromkreis der UV-Zelle fliesst demzufolge ein intermittierender Wechselstrom, dessen Grösse durch den Strombegrenzerwiderstand W begrenzt wird.
Durch Stromspeisung des Gleichrichters G am Kondensator C2 entsteht eine Gleichspannung, so dass im Gleichstrom-bzw. Steuerstromkreis ein Gleichstrom durch die Relais R1 und R2 fliesst, der gerade ausreicht um das Relais R2 zu erregen, dessen Reedkontakt r2 dann das Relais R3 anziehen lässt und dadurch das Vorhandensein der Strahlung L anzeigt oder entsprechende Schaltvorgänge auslöst. Dagegen wird im normalen Betriebszustand der Strahlungsüberwachung das Relais R1 nicht erregt.
Wenn nun die UV-Zelle F auch ohne Vorhandensein einer Strahlung L zündet, weil sie infolge Alterung oder Gasveränderung nicht richtig arbeitet und im Wechselstromkreis nur noch einen sehr kleinen Widerstand darstellt, fliesst im Wechselstromkreis der UV-Zelle ein nicht modulierter Wechselstrom. Die dabei auftretende Energie ist wesentlich höher als bei einem periodisch unterbrochenen Stromfluss, so dass die Gleichspannung im Steuerstromkreis einen entsprechend höheren Wert annimmt. Durch den Stromanstieg in den beiden Relais R1 und R2 spricht auch das Relais R1 sicher an, dessen vorzugsweise als Ruhekontakt ausgebildeter Reedkontakt r1 dann betätigt wird und die Störung anzeigt, beispielsweise ein äusseres Verriegelungsrelais schaltet.
Die Ultraviolett-Photozelle F ist vorzugsweise zusammen mit dem Strombegrenzungswiderstand W in einem Gehäuse untergebracht, und diese Anordnung ist oft an einer entfernten Messtelle angeordnet. Ein Kurzschluss in der Führerleitung würde diese Baueinheit überbrücken und unwirksam machen. Der sich dann einstellende Wechselstrom ist aber um ein Vielfaches höher als der Wechselstrom im normalen Betriebszustand des Fühlers bei vorhandener Strahlung und der entsprechende Stromanstieg im Steuerstromkreis ist demnach ohnehin gross genug, um ein Ansprechen des Relais R1 und dadurch die Störwertaufschaltung zu erreichen.