CH672949A5

CH672949A5 -

Info

Publication number: CH672949A5
Application number: CH2357/87A
Authority: CH
Inventors: Karl-Friedrich Haupenthal
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1990-01-15
Also published as: GB8814189D0; DK339888A; DE3723278A1; IT8820980A0; FR2616888A1; FR2616888B1; DK168340B1; DK339888D0; IT1218079B; GB2206204A; DE3723278C2; GB2206204B

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf einen Flammenfühler gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. DESCRIPTION The invention relates to a flame sensor according to the preamble of claim 1.

Flammenfühler werden in Verbrennungsanlagen eingesetzt, um festzustellen, ob dort die Flamme ordnungsgemäss brennt. Erlischt die Flamme während des Betriebs, so müssen sofort eine Reihe von Sicherheitsmassnahmen ergriffen werden, insbesondere das Abschalten der Brennstoffzufuhr. Flammenfühler dürfen einerseits auf keinen Fall ein Signal für die Anwesenheit einer Flamme melden, wenn eine solche innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht vorhanden ist, andererseits sollen sie eine grosse Bereitschaftzeit für die Überwachung der Flamme aufweisen , um auch bei starken Strahlungsschwankungen innerhalb dieser vorgegebenen Zeit mindestens einmal «Flamme brennt» melden zu können. Flame sensors are used in incinerators to determine whether the flame is burning properly there. If the flame goes out during operation, a number of safety measures must be taken immediately, in particular switching off the fuel supply. On the one hand, flame sensors must on no account report a signal for the presence of a flame if there is no flame within a specified time, on the other hand, they should have a long standby time for monitoring the flame, so that at least once, even with strong radiation fluctuations, within this specified time To be able to report «Flame burns».

Es gibt verschiedene Arten von Flammenfühlern, so beispielsweise Ionisationsflammenfühler und verschiedene photoelektrisch arbeitende Flammenfühler. Von den letzteren hat sich der für ultraviolette Strahlung empfindliche UV-Flammenfühler für viele Anwendungszwecke durchgesetzt, da er nicht für Strahlung im sichtbaren oder im Infrarotbereich empfindlich ist 5 und für die Überwachung von Öl- und Gasflammen gleichwertig eingesetzt werden kann. There are different types of flame sensors, for example ionization flame sensors and various photoelectrically operating flame sensors. Of the latter, the UV flame sensor, which is sensitive to ultraviolet radiation, has prevailed for many applications, since it is not sensitive to radiation in the visible or infrared range 5 and can be used equally for the monitoring of oil and gas flames.

Flammenfühler werden zusammen mit Flammenwächtern betrieben, die das Signal des Flammenfühlers so verarbeiten, dass ein sogenanntes Flammenrelais betätigt wird; das unmittel-lo bar nach dem Erlöschen der Flamme die dann notwendigen Sicherheitsmassnahmen auslöst. Flame sensors are operated together with flame monitors, which process the signal from the flame sensor in such a way that a so-called flame relay is actuated; that immediately after the flame goes out triggers the necessary safety measures.

In verschiedenen Fällen, beispielsweise in Anlagen mit gesondert zu überwachender Pilotbrennerflamme, ist es erforderlich, einen UV-Flammenfühler und einen Ionisationsflammen-15 fühler gleichzeitig einzusetzen. Da Ionisationsflammenfühler mit Wechselspannung betrieben werden müssen, ist es vorteilhaft, UV-Flammenfühler ebenfalls mit Wechselspannung zu betreiben, um im Flammenwächter nur eine Art von Versorgungsspannung bereitstellen zu müssen. 20 Der strahlungsempfindliche Bauteil eines UV-FIammenfüh-lers, die UV-Zelle, besitzt eine Zündspannung, die bei 200 bis 250 V liegt, bestenfalls also bei etwa 65% der Scheitelspannung des normalen 220 v-Wechselstromnetzes. Die Zündbereit-schaftszeit einer UV-Zelle ist daher bei Speisung mit Netzwech-25 selspannung stark eingeschränkt. Aus disem Grund sind Flam-menwächterschaltungen entwickelt worden, in denen die UV-Zelle des Flammenfühlers mit Gleichspannung betrieben wird (DE-PS 2 308 524), an solche Flammenwächter kann aber nicht gleichzeitig ein Ionisationsflammenfühler angeschlossen wer-30 den. In various cases, for example in systems with a pilot burner flame to be monitored separately, it is necessary to use a UV flame sensor and an ionization flame sensor at the same time. Since ionization flame sensors must be operated with AC voltage, it is advantageous to also operate UV flame sensors with AC voltage in order to only have to provide one type of supply voltage in the flame monitor. 20 The radiation-sensitive component of a UV flame detector, the UV cell, has an ignition voltage that is 200 to 250 V, at best around 65% of the peak voltage of the normal 220 V AC network. The readiness for ignition of a UV cell is therefore very limited when it is supplied with AC line voltage. For this reason, flame monitor circuits have been developed in which the UV cell of the flame sensor is operated with direct voltage (DE-PS 2 308 524), but an ionization flame sensor cannot be connected to such flame monitors at the same time.

UV-Zellen neigen mit zunehmendem Alter zu spontanen, nicht durch UV-Strahlung verursachten Zündungen. Diese erzeugen dasselbe Signal wie die Anwesenheit einer Flamme. Es muss daher immer wieder geprüft werden, ob bei einem UV-35 Flammenfühler ein solcher fehlerhafter Zustand vorliegt. Dabei wird bei Verbrennungsanlagen, bei denen der Brenner im intermittierenden Betrieb läuft, die Prüfung in den Brennpausen vorgenommen, dafür ist keine besondere Vorrichtung notwendig. Bei Verbrennungsanlagen, die im Dauerbetrieb arbeiten, 40 müssen automatische Prüfvorrichtungen vorgesehen sein, die während des Brennens der Flamme feststellen, ob die UV-Zelle in diesen gefährlichen Alterungszustand gelangt ist. Selbstverständlich muss auch die elektronische Schaltung daraufhin überprüft werden, ob sie nicht fälschlicherweise eine Flamme 45 meldet, wenn eine solche nicht vorhanden ist. UV cells tend to spontaneously ignite with age, not caused by UV radiation. These generate the same signal as the presence of a flame. It must therefore be checked again and again whether such a faulty condition exists with a UV-35 flame sensor. In the case of combustion systems in which the burner runs in intermittent operation, the test is carried out during the pauses in firing, no special device is necessary for this. In incinerators that operate continuously, 40 automatic test devices must be provided, which determine whether the UV cell has reached this dangerous aging state during the burning of the flame. Of course, the electronic circuit must also be checked whether it does not incorrectly report a flame 45 if there is none.

Für eine Verbrennungsanlage wird in der DE-PS 3 026 787 ein UV-Flammenfühler beschrieben, der mit Wechselspannung betrieben wird und bei dem vor der UV-Zelle eine Diode geschaltet ist. Er ist für Heizanlagen im Dauerbetrieb geeignet, so wenn man ihn mit einer Blende versieht, die mit einer Frequenz öffnet und schliesst, die merklich niedriger als die Netzfrequenz ist. Der Flammenfühler ist dann nur während der Öffnungszeit der Blende empfindlich. Weiterthin ist er nur empfindlich in der Zeit, in der die von der Diode gelieferte Halbwelle eine hö-55 here Spannung als die Zündspannung der UV-Zelle aufweist, For a combustion system, a UV flame sensor is described in DE-PS 3 026 787, which is operated with AC voltage and in which a diode is connected in front of the UV cell. It is suitable for heating systems in continuous operation, so if you provide it with an aperture that opens and closes at a frequency that is noticeably lower than the mains frequency. The flame sensor is then only sensitive during the opening time of the panel. Furthermore, it is only sensitive in the time when the half-wave delivered by the diode has a higher voltage than the ignition voltage of the UV cell.

ihre Zündbereitschaftszeit erreicht somit nur einen verhältnismässig kurzen Anteil der gesamten Betriebszeit. Die Schaltung benötigt keinen hohen Aufwand an Bauteilen, ihre Zündbereitschaftszeit ist aber klein, so dass sie nicht immer für einen stö-60 rungsfreien Betrieb sorgt. Their ignition readiness time therefore only reaches a relatively short proportion of the total operating time. The circuit does not require a lot of components, but its ignition readiness time is short, so that it does not always ensure trouble-free operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen UV-Flam-menfühler zu schaffen, der mit Wechselspannung betrieben wird und dennoch die grösstmögliche Zündbereitschaftszeit aufweist. The invention has for its object to provide a UV flame sensor which is operated with AC voltage and yet has the greatest possible ignition readiness time.

65 65

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen vor-teihafte Ausführungsformen. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. The further claims relate to pre-partial embodiments.

3 3rd

672 949 672 949

Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft in der Zeichnung dargestellt. Embodiments of the invention are shown by way of example in the drawing.

. Es zeigen: . Show it:

Fig. 1 einen UV-Flammenwächter mit einem UV-Flammenfühler in herkömmlicher Ausführung, 1 shows a UV flame monitor with a UV flame sensor in a conventional design,

Fig. 2 einen erfindungsgemässen UV-Flammenfühler für intermittierenden Betrieb des Brenners, 2 an inventive UV flame sensor for intermittent operation of the burner,

Fig. 3 einen UV-Flammfühler wie oben, bei welchem sich der Speicherkondensator auf eine Spannung auflädt, die über der Versorgungsspannung des Flammenfühlers liegt, Fig. 4 Spannungs- und Stromdiagramme zu Fig. 1, Fig. 5 Spannungs- und Stromdiagramme zu Fig. 2, Fig. 6 einen UV-Flammenfühler mit automatischer Prüfeinrichtung für eine im Dauerbetrieb arbeitende Verbrennungsanlage und 3 shows a UV flame sensor as above, in which the storage capacitor charges to a voltage which is above the supply voltage of the flame sensor, FIG. 4 voltage and current diagrams for FIG. 1, FIG. 5 voltage and current diagrams for FIG. 2, FIG. 6 a UV flame sensor with automatic test device for a combustion system operating in continuous operation and

Fig. 7 einen anderen solchen UV-Flammenfühler. Fig. 7 shows another such UV flame sensor.

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Flammenwächter 1, der mit einem Flammenfühler 2 und mit einer vom Netz versorgten Wechselspannungsquelle 3 verbunden ist. Der Flammenwächter 1 weist einen nur für eine Gleichspannungskomponente empfindlichen Verstärker 4 auf, der auf ein Flammenrelais 5 einwirkt. Der Flammenwächter 1 ist mit Klemmen 6 und 7 über ein Kabel mit dem Ausgang des Flammenfühlers 2 verbunden. Zwischen der Klemme 7 und dem Eingang des Verstärkers 4 liegt ein elektrisches Netzwerk, das beispielsweise aus einem Kondensator 8 und zwei Widerständen 9 und 10 besteht und eine Verbindung zur Wechselspannungsquelle 3 aufweist. Der Kondensator 8 und der Widerstand 10 sind parallel zueinander zwischen die Zuleitung zwischen der Klemme 7 und dem Verstärker 4 und der Zuleitung zur Wechselspannungsquelle 3 geschaltet, der Widerstand 9 liegt in Richtung zur Klemme 7 davor. Gibt der Flammenführer 2 über das mit der Klemme 7 verbundene Kabel in ausreichender Häufigkeit Meldungen über die Anwesenheit der Flamme in der Verbrennungsanlage ab, so bewirkt das Flammenrelais 5 die Aufrechterhaltung der Brennstoffzufuhr. 1 shows an example of a flame monitor 1, which is connected to a flame sensor 2 and to an AC voltage source 3 supplied by the network. The flame monitor 1 has an amplifier 4 which is only sensitive to a DC voltage component and which acts on a flame relay 5. The flame monitor 1 is connected to terminals 6 and 7 via a cable to the output of the flame sensor 2. Between the terminal 7 and the input of the amplifier 4 there is an electrical network which consists, for example, of a capacitor 8 and two resistors 9 and 10 and has a connection to the AC voltage source 3. The capacitor 8 and the resistor 10 are connected in parallel to one another between the supply line between the terminal 7 and the amplifier 4 and the supply line to the AC voltage source 3, the resistor 9 lies in the direction of the terminal 7 in front of it. If the flame operator 2 issues messages about the presence of the flame in the incineration plant with sufficient frequency via the cable connected to the terminal 7, the flame relay 5 maintains the fuel supply.

Der Flammenfühler 2 ist mit einer Eingangsklemme 11 und einer Ausgangsklemme 12 an das Kabel zum Flammenwächter 1 angeschlossen. Als Bauelemente weist der Flammenfühler 2 hintereinandergeschaltet zwischen der Eingangsklemme 11 und der Ausgangsklemme 12 eine Gleichrichterdiode 14, eine UV-Zelle 13 und einen Arbeitswiderstand 15 auf. Diese Ausführung entspricht der in DE-PS 3 026 787 dargestellten und ist als Vorstufe zu den erfindungsgemässen Flammenfühlern zu betrachten, da, wie weiter unten gezeigt wird, seine Zündbereitschaftszeit den Anforderungen der Aufgabestellung nicht genügt. The flame sensor 2 is connected to the cable to the flame monitor 1 with an input terminal 11 and an output terminal 12. The flame sensor 2, connected in series between the input terminal 11 and the output terminal 12, has a rectifier diode 14, a UV cell 13 and a load resistor 15 as components. This version corresponds to that shown in DE-PS 3 026 787 and is to be regarded as a preliminary stage to the flame sensors according to the invention, since, as will be shown below, its ignition readiness time does not meet the requirements of the task.

Die Figur 2 zeigt den einfachsten erfindungsgemässen Flammenfühler 2 für eine Verbrennungsanlage, die nicht im Dauerbetrieb arbeitet. In ihm ist als Spannungsquelle für die UV-Zelle 13 mit dahintergeschaltetem Arbeitswiderstand 15 ein Speicherkondensator 16 als Ladungsspeicher in Verbindung mit einer als eindirektionale Aufladevorrichtung benutzten Gleichrichterdiode 14 angebracht, durch die der Speicherkondensator 16 auf den positiven Scheitelwert der speisenden Wechselspannungsquelle 3 aufladbar ist. Die Gleichrichterdiode 14 befindet sich zwischen der Eingangsquelle 11 und dem Punkt, der den Speicherkondensator 16 und die UV-Zelle 13 verbindet, also im Ladekreis des Speicherkondensators 16. Der Entladekreis für den Speicherkondensator 16 besteht aus der UV-Zelle 13 und dem Arbeitswiderstand 15. FIG. 2 shows the simplest flame sensor 2 according to the invention for an incineration plant which does not work in continuous operation. In it, as a voltage source for the UV cell 13 with a load resistor 15 connected behind it, a storage capacitor 16 is attached as a charge store in connection with a rectifier diode 14 used as a unidirectional charging device, by means of which the storage capacitor 16 can be charged to the positive peak value of the feeding AC voltage source 3. The rectifier diode 14 is located between the input source 11 and the point that connects the storage capacitor 16 and the UV cell 13, that is to say in the charging circuit of the storage capacitor 16. The discharge circuit for the storage capacitor 16 consists of the UV cell 13 and the load resistor 15.

Nach einer durch die UV-Strahlung der in der Zeichnung nicht dargestellten Flamme ausgelösten Zündung der UV-Zelle 13 sinkt die Spannung des Speicherkondensators 16 annähernd auf die Brennspannung Ub ab. Ist die UV-Zelle 13 während der positiven Halbwelle der speisenden Wechselspannung gezündet, so fliesst nach dieser Spannungsabsenkung der Zellenstrom Ize der UV-Zelle 13 als Ausgangsstrom Ia des Flammenfühlers 2 über die Ausgangsklemme 12 zum Flammenwächter 1. Sobald bei einer der nachfolgenden positiven Halbwellen die UV-Zelle 13 einmal nicht gezündet wird, erfolgt die Nachladung des Speicherkondensators 16, wobei dann der Ladestrom Ic des Speicherkondensators 16 als Ausgangsstrom Ia des Flammenfühlers 5 2 erscheint. Eine Prüfung auf Selbstzündung der UV-Zelle 13 oder auf Kurzschluss des Speicherkondensators 16 muss bei diesem Flammenfühler 2 in den Brennpausen erfolgen, er kann also nicht für im Dauerbetrieb arbeitende Anlagen eingesetzt werden. After an ignition of the UV cell 13 triggered by the UV radiation of the flame (not shown in the drawing), the voltage of the storage capacitor 16 drops approximately to the operating voltage Ub. If the UV cell 13 is ignited during the positive half-wave of the supplying alternating voltage, then after this voltage drop, the cell current Ize of the UV cell 13 flows as the output current Ia of the flame sensor 2 via the output terminal 12 to the flame monitor 1. As soon as one of the following positive half-waves Once the UV cell 13 is not ignited, the storage capacitor 16 is recharged, the charging current Ic of the storage capacitor 16 then appearing as the output current Ia of the flame sensor 5 2. A test for self-ignition of the UV cell 13 or for a short circuit of the storage capacitor 16 must be carried out in the flame breaks with this flame sensor 2, so it cannot be used for systems operating in continuous operation.

io Einen Flammenfühler 2 mit einer Kaskadenschaltung, die den Speicherkondensator 16 auf eine Spannung auflädt, die über dem Scheitelwert der Versorgungsspannung Un für den Flammenfühler 2 liegt, zeigt die Figur 3. Auch in ihm sind die UV-Zelle 13, die Gleichrichterdiode 14, der Arbeitswiderstand 15 15 und der Speicherkondensator 16 ebenso wie in der Fig. 2 vorhanden. Darüber hinaus enthält er eine Hilfsdiode 17, die einen Kaskadenkondensator 18 in der Zuleitung von der Klemme 11 zur Gleichrichterdiode 14 überbrückt, und eine zweite Hilfsdiode 19, die zwischen der Ausgangsklemme 12 und einem 20 Punkt zwischen dem Kaskadenkondensator 18 und der Gleichrichterdiode 14 liegt. Figure 3 shows a flame sensor 2 with a cascade circuit which charges the storage capacitor 16 to a voltage which is above the peak value of the supply voltage Un for the flame sensor 2. Also in it are the UV cell 13, the rectifier diode 14, the Load resistor 15 15 and the storage capacitor 16 as well as in FIG. 2. In addition, it contains an auxiliary diode 17, which bridges a cascade capacitor 18 in the supply line from the terminal 11 to the rectifier diode 14, and a second auxiliary diode 19, which lies between the output terminal 12 and a 20 point between the cascade capacitor 18 and the rectifier diode 14.

Geht man davon aus, dass zunächst die Kondensatoren 16, 18 keine Ladung tragen, so wird nach Anlegen der Wechselspannung in der positiven Halbwelle der Speicherkondensator 25 16 über die erste Hilfsdiode 17 und die Gleichrichterdiode 14 aufgeladen. In der negativen Halbwelle wird der Kaskadenkondensator 18 über die zweite Hilfsdiode 19 aufgeladen und in der folgenden positiven Halbwelle über die Gleichrichterdiode 14 auf den Speicherkondensator 16 entladen. Die Spannung am 30 Speicherkondensator 16 kann somit auf den doppelten Scheitelwert ansteigen, solange die UV-Zelle 13 nicht zündet. Mit der Hilfsdiode 17 parallel zum Kaskadenkondensator 18 wird der für die Auswertung notwendige Gleichstromanteil im Ausgangsstrom Ia des Flammenfühlers 2 erreicht, wenn die UV-35 Zelle 13 zündet. Diese Schaltung erhöht den bei Netzunterspannung zu geringen Abstand zwischen der Spannung am Speicherkondensator 16 und der Zündspannung Uz (Fig. 4 und 5) der UV-Zelle nach Fig. 2 und verbessert somit die Betriebszuverlässigkeit der Anlage. Auch diese Ausführung kann nur für Ver-40 brennungsanlagen, die nicht im Dauerbetrieb arbeiten, verwendet werden. If it is assumed that the capacitors 16, 18 initially do not carry any charge, the storage capacitor 25 16 is charged via the first auxiliary diode 17 and the rectifier diode 14 after the AC voltage has been applied in the positive half-wave. In the negative half-wave, the cascade capacitor 18 is charged via the second auxiliary diode 19 and in the following positive half-wave is discharged via the rectifier diode 14 onto the storage capacitor 16. The voltage across the storage capacitor 16 can thus rise to twice the peak value as long as the UV cell 13 does not ignite. With the auxiliary diode 17 in parallel to the cascade capacitor 18, the DC component required for the evaluation in the output current Ia of the flame sensor 2 is reached when the UV-35 cell 13 ignites. This circuit increases the distance between the voltage at the storage capacitor 16 and the ignition voltage Uz (FIGS. 4 and 5) of the UV cell according to FIG. 2, which is too small in the case of mains undervoltage, and thus improves the operational reliability of the system. This version can also only be used for combustion systems that do not work continuously.

Die Arbeitsweise des Flammenfühlers nach Fig. 1 zeigt die Figur 4, die desjenigen nach Fig. 2 die Fig. 5. Dabei sind in den Diagrammen der an den Elektroden der UV-Zelle 13 auftreten-45 de Verlauf der Spannung Uze in der oberen Reihe, ein dem Flammenwächter zugeführter Ausgangsstrom Ia in der unteren Reihe und in der Figur 5 ein im UV-Zellen-Kreis fliessender Strom Ize in der mittleren Reihe jeweils in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die mit a, b und c bezeichneten Marken so über der oberen Reihe geben als «Ereignis» das Auftreffen eines UV-Photons auf der Katode der UV-Zelle 13 an. In der oberen Reihe ist ferner jeweils die Zündspannung Uz und die Brennspannung Ub der UV-Zelle 13 sowie die Versorgungsspannung Un angegeben. The operation of the flame sensor according to FIG. 1 is shown in FIG. 4, that of FIG. 2 is shown in FIG. 5. The diagrams of the voltage Uze occurring at the electrodes of the UV cell 13 show the voltage Uze in the upper row , an output current Ia supplied to the flame monitor is plotted in the lower row and in FIG. 5 a current Ize flowing in the UV cell circuit in the middle row, depending on the time. The marks labeled a, b and c above the top row indicate as an “event” the impact of a UV photon on the cathode of UV cell 13. In the top row, the ignition voltage Uz and the burning voltage Ub of the UV cell 13 and the supply voltage Un are also given.

55 Die in der sich auf die Fig. 1 beziehende Fig. 4 gezeichnete Versorgungsspannung Un liegt während ihrer positiven Halbwelle auch an der UV-Zelle 13, so lange auf diese keine UV-Strahlung einwirkt, sie also nicht zündet. Wirkt UV-Strahlung ein, brennt also eine Flamme, und ist die UV-Zelle 13 im Zu-6o stand der Zündbereitschaft, ist also der Momentanwert der Zellenspannung Uze an der UV-Zelle 13 grösser als ihre Zündspannung Uz, so kann die UV-Zelle 13 zünden und die Zellenspannung Uze geht auf den Wert der Brennspannung Ub zurück und bleibt auf diesem Wert, bis die Versorgungsspannung Un 65 unter diesen Wert fällt und die UV-Zelle erlischt. Dabei fliesst ein Ausgangsstrom Ia zum Flammenwächter 1, der jeweils der Differenz zwischen dem Momentanwert der Versorgungsspannung Un und der Brennspannung Ub an der UV-Zelle 13 ent 55 The supply voltage Un drawn in FIG. 4 referring to FIG. 1 also lies on the UV cell 13 during its positive half-wave, as long as no UV radiation acts on it, that is to say it does not ignite. If UV radiation acts, a flame burns and the UV cell 13 is in the state of readiness for ignition, i.e. if the instantaneous value of the cell voltage Uze at the UV cell 13 is greater than its ignition voltage Uz, the UV Ignite cell 13 and the cell voltage Uze returns to the value of the operating voltage Ub and remains at this value until the supply voltage Un 65 falls below this value and the UV cell goes out. An output current Ia flows to the flame monitor 1, which in each case corresponds to the difference between the instantaneous value of the supply voltage Un and the operating voltage Ub at the UV cell 13

672 949 672 949

4 4th

spricht. Geschieht der Einfall eines UV-Photons zu einer durch die Marke c angedeuteten Zeit, in der keine Zündbereitschaft der UV-Zelle 13 vorliegt, so wird dieses Ereignis nicht gemeldet. Dies ist über die Dauer der negativen Halbwelle der Versorgungsspannung Un und über die Zeit, in welcher der Momentanwert der Zellenspannung Uze kleiner ist als die Zündspannung Uz, also während mehr als der Hälfte der Gesamtzeit, der Fall. Die Zündbereitschaftszeit des UV-Flammen-fühlers 2 nach Fig. 1 genügt somit nicht den Forderungen der Aufgabestellung. speaks. If the incidence of a UV photon occurs at a time indicated by the mark c in which the UV cell 13 is not ready to ignite, this event is not reported. This is the case over the duration of the negative half-wave of the supply voltage Un and over the time in which the instantaneous value of the cell voltage Uze is less than the ignition voltage Uz, that is to say for more than half of the total time. The ignition readiness time of the UV flame sensor 2 according to FIG. 1 therefore does not meet the requirements of the task.

Bei dem Flammenwächter nach der Fig. 2, dessen Verhalten in der Fig. 5 dargestellt, ist wird durch den Speicherkondensator 16 die Zellenspannung Uze bei nichtbrennender Flamme auf dem Scheitelwert der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung Ungehalten. Sie sinkt nach einer von der brennenden Flamme verursachten Zündung der UV-Zelle 13 bis auf den Wert der Brennspannung Ub ab und es fliesst dabei ein Zellenstrom Ize, der als Ausgangsstrom Ia vom Flammenwächter 1 (Fig. 1) registriert wird. Die Spannung am Speicherkondensator 16 bleibt auf dem Wert der Brennspannung Ub, wenn in den positiven Halbwellen die Zelle stets gezündet ist. Tritt aber bei einer der nächsten positiven Halbwellen kein Ereignis auf, findet also keine Zündung der UV-Zelle 13 statt, so wird der Speicherkondensator 16 durch diese Halbwelle nachgeladen und hält seine Spannung, bis die Zelle wieder zündet. Der dabei entstehende Ladestrom Ic wird als Ausgangsstrom Ia des Flammenfühlers 2 vom Verstärker 4 (Fig. 1) so interpretiert, als ob ein Ereignis in dieser positiven Halbwelle der Versorgungsspannung Un stattgefunden hätte. Fallen die Ereignisse zunächst nur in die positiven Halbwellen, so werden diese einzeln gemeldet, aber in der nächstfolgenden ereignislosen positiven Halbwelle wird grundsätzlich die Nachladung des Speicherkondensators 16 noch als ein Ereignis gemeldet. Da dieses Ereignis innerhalb einer sehr kurzen Zeit, nämlich innerhalb einer Periode, nach dem möglichen Erlöschen der Flamme eintritt, ist diese Meldung nicht von Bedeutung. In the flame monitor according to FIG. 2, whose behavior is shown in FIG. 5, the storage capacitor 16 keeps the cell voltage Uze at the peak value of the positive half-wave of the supply voltage when the flame is not burning. It drops after the ignition of the UV cell 13 caused by the burning flame to the value of the burning voltage Ub, and a cell current Ize flows, which is registered as the output current Ia by the flame monitor 1 (FIG. 1). The voltage across the storage capacitor 16 remains at the value of the operating voltage Ub when the cell is always ignited in the positive half-waves. However, if no event occurs during one of the next positive half-waves, ie if the UV cell 13 is not fired, the storage capacitor 16 is recharged by this half-wave and maintains its voltage until the cell fires again. The resulting charging current Ic is interpreted as the output current Ia of the flame sensor 2 by the amplifier 4 (FIG. 1) as if an event had taken place in this positive half-wave of the supply voltage Un. If the events initially only fall in the positive half-waves, these are reported individually, but in the next uneventful positive half-wave the recharging of the storage capacitor 16 is generally still reported as an event. Since this event occurs within a very short time, namely within a period after the flame has possibly gone out, this message is of no importance.

Durch die Speicherung des Scheitelwertes der Versorgungsspannung Un im Speicherkondensator 16 ergibt sich also eine Vergrösserung der Zündbereitschaftszeit dieses Flammenfühlers 2. Es werden nicht nur wie beim Flammenfühler 2 nach der Fig. 1 die mit den Marken a und b bezeichneten Ereignisse in der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung Un an den Flammenwächter 1 gemeldet, sondern auch das nicht mit einer positiven Halbwelle zusammenfallende, mit der Marke c bezeichnete Ereignis, wenn nur der Speicherkondensator 13 dann über die Zündspannung Uz aufgeladen ist. Die Meldung dieses Ereignisses geschieht dann zu dem Zeitpunkt, bei dem die auf das Ereignis folgende ereignislose positive Halbwelle den Speicherkondensator 16 wieder auflädt. Storing the peak value of the supply voltage Un in the storage capacitor 16 thus results in an increase in the ignition readiness time of this flame sensor 2. It is not only the events designated by the marks a and b in the positive half-wave of the supply voltage, as is the case with the flame sensor 2 according to FIG. 1 Un reported to the flame monitor 1, but also the event which does not coincide with a positive half-wave and which is designated by the mark c, if only the storage capacitor 13 is then charged via the ignition voltage Uz. This event is then reported at the point in time at which the uneventful positive half-wave following the event recharges the storage capacitor 16.

Treten die Ereignisse so häufig auf, dass in jeder positiven Halbwelle eine Zündung der UV-Zelle 13 stattfindet, so besteht bezüglich des Ausgangsstroms Ia praktisch kein Unterschied zwischen einem Flammenfühler 2 gemäss Fig. 1 und einem solchen gemäss Fig. 2. Beide Flammenfühler 2 befindet sich dann in einem Sättigungszustand. Die Vorteile des Flammenfühlers 2 nach Fig. 2 treten um so mehr in Erscheinung, je seltener die Ereignisse in die Zündbereitschaftszeit des Flammenfühlers 2 nach Fig. 1 fallen, statt dessen aber in der Zeit, in der die Versorgungsspannung Un kleiner als die Zündspannung Uz ist, eintreffen. Mit der Anordnung nach Fig. 2 wird eine theoretische Zündbereitschaftszeit von 100% erreicht. If the events occur so frequently that the UV cell 13 is fired in each positive half-wave, there is practically no difference with respect to the output current Ia between a flame sensor 2 according to FIG. 1 and one according to FIG. 2. Both flame sensors 2 are located then in a saturated state. The advantages of the flame sensor 2 according to FIG. 2 become more apparent the less events occur in the ignition readiness time of the flame sensor 2 according to FIG. 1, but instead during the time in which the supply voltage Un is less than the ignition voltage Uz , arrive. A theoretical ignition standby time of 100% is achieved with the arrangement according to FIG. 2.

Für Verbrennungsanlagen im Dauerbetrieb eignet sich der in Fig. 6 dargestellte Flammenfühler 2. Er weist eine UV-Zelle 13, eine Gleichrichterdiode 14, einen Arbeitswiderstand 15 und einen Speicherkondensator 16 auf, die ähnlich wie in Fig. 2 angeordnet sind. Ferner befindet sich in einem nichtgezeichneten Strahlengang zwischen der Flamme und der UV-Zelle 13 eine Blende 20, die den Strahlengang abwechslungsweise öffnet und schliesst. Die Frequenz, mit der diese Blende 20 arbeitet, ist wesentlich kleiner als die Frequenz der Versorgungsspannung Un. Zwischen dem als Ladungsspeicher dienenden Speicherkondensator 16 und der UV-Zelle 13 wirkt als Schalteinrichtung ein s Thyristor 22, der von einem einseitig an einer positiven Spannung liegenden, synchron von der Blende 20 beeinflussten Schalter 21 über die aus einem Vorwiderstand 23 und einem Gate-Abschlusswiderstand 24 gebildeten Spannungsteilerkette ein- und ausgeschaltet wird. Der Speicherkondensator 16 wird io somit bei geschlossenem Strahlengang von der UV-Zelle 13 getrennt, so dass während dieser Zeit die UV-Zelle 13 nur unter dem Einfluss der über die Gleichrichterdiode 14 gelieferten Halbwellenspannung steht. Eine erste Diode 25 verbindet den Speicherkondensator 16 mit der Eingangsklemme 11 des Flam-15 menfühlers 2. The flame sensor 2 shown in FIG. 6 is suitable for incineration plants in continuous operation. It has a UV cell 13, a rectifier diode 14, a load resistor 15 and a storage capacitor 16, which are arranged similarly to FIG. 2. Furthermore, an aperture 20, which alternately opens and closes the beam path, is located in a beam path, not shown, between the flame and the UV cell 13. The frequency with which this diaphragm 20 operates is significantly lower than the frequency of the supply voltage Un. Between the storage capacitor 16 serving as a charge store and the UV cell 13, an s thyristor 22 acts as a switching device, which is operated by a switch 21, which is connected to a positive voltage on one side and is synchronously influenced by the diaphragm 20, via a series resistor 23 and a gate terminating resistor 24 formed voltage divider chain is turned on and off. The storage capacitor 16 is thus separated from the UV cell 13 when the beam path is closed, so that during this time the UV cell 13 is only under the influence of the half-wave voltage supplied via the rectifier diode 14. A first diode 25 connects the storage capacitor 16 to the input terminal 11 of the flame sensor 2.

Die Schaltung arbeitet folgendermassen: Der Speicherkondensator 16 wird über die Gleichrichterdiode 14 und die erste Diode 25 aufgeladen. Ist die Blende 20 offen, so leitet der Schalter 21 und daher auch der Thyristor 22 und der Flammen-20 fühler 2 arbeitet über mindestens mehrere Perioden der Versorgungsspannung Un hinweg wie in den Fig. 2 und 5 beschrieben. Ist die Blende 20 geschlossen, so erhält die UV-Zelle 13 keine Strahlung und es darf daher kein Ausgangssignal an den Flammenwächter 1 abgegeben werden. Da dann auch der Thyristor 25 22 gesperrt ist, wirkt der Speicherkondensator 16 nicht mehr als Spannungsquelle für die UV-Zelle 13, da auch die erste Diode 25 die Entladung des Speicherkondensators 16 verhindert. Die UV-Zelle 13 ist dann nur, wie in der Fig. 4 gezeigt, in den wesentlich kürzeren Zeiten zündbereit, in denen die Versorgungs-30 Spannung Un über der Zündspannung Uz liegt. The circuit works as follows: The storage capacitor 16 is charged via the rectifier diode 14 and the first diode 25. If the diaphragm 20 is open, the switch 21 and therefore also the thyristor 22 and the flame sensor 20 operate over at least several periods of the supply voltage Un as described in FIGS. 2 and 5. If the diaphragm 20 is closed, the UV cell 13 receives no radiation and therefore no output signal may be given to the flame monitor 1. Since the thyristor 25 22 is then also blocked, the storage capacitor 16 no longer acts as a voltage source for the UV cell 13, since the first diode 25 also prevents the storage capacitor 16 from being discharged. The UV cell 13 is then only ready for ignition, as shown in FIG. 4, in the much shorter times in which the supply voltage Un lies above the ignition voltage Uz.

Es können nun folgende Fehler vorliegen, welche in dieser Situation die Zündung der UV-Zelle 13 auslösen können, obwohl der Flammenfühler 2 durch die Blende 20 von der Flamme abgetrennt ist: The following errors can now exist, which can trigger the ignition of the UV cell 13 in this situation, although the flame sensor 2 is separated from the flame by the aperture 20:

35 — Die UV-Zelle 13 erhält mangels absoluter Dichtheit der Blende 20 durch Streuung sporadisch UV-Photonen. 35 - The UV cell 13 receives UV photons sporadically due to the lack of absolute tightness of the aperture 20.

— Die UV-Zelle 13 ist gealtert und zündet spontan auf Grund der angelegten Spannung oder weist einen Kurzschluss auf. - The UV cell 13 has aged and ignites spontaneously due to the applied voltage or has a short circuit.

40 Falls der erste Fehler auftritt, so wird dieser durch die kleine Zündbereitschaftszeit bei abgeschaltetem Speicherkondensator 16 nur in verringertem Mass an dem Flammenwächter 1 gemeldet. Dieser unterdrückt solche Meldungen, soweit sie nicht zu häufig auftreten und betrachtet so lange die UV-Zelle 13 und 45 die Strahlungsdichtheit der Blende 20 als fehlerfrei, bis die Häufigkeit der Zündungen bei geschlossener Blende 20 das Mass erreicht, das bei offener Blende für die Meldung «Flamme brennt» erforderlich ist. Erst dann wird der Weiterbetrieb des Flammenwächters 1 verhindert. Dies trifft beispielsweise für 50 den zweiten genannten Fehler zu sowie für den Kurzschluss des Speicherkondensators 16. Alle anderen möglichen Fehler setzen lediglich die Zündbereitschaftszeit des Flammenfühlers 2 herab. 40 If the first fault occurs, this is only reported to the flame monitor 1 to a reduced extent due to the short ignition readiness time when the storage capacitor 16 is switched off. This suppresses such messages, as far as they do not occur too often, and considers the UV cell 13 and 45 the radiation tightness of the diaphragm 20 as error-free until the frequency of the ignitions with the diaphragm 20 closed reaches the level that with the open diaphragm for the message «Flame burns» is required. Only then is the continued operation of the flame monitor 1 prevented. This applies, for example, to the second fault mentioned for 50 and to the short circuit of the storage capacitor 16. All other possible faults merely reduce the ignition readiness time of the flame sensor 2.

Die Fig. 7 zeigt einen entsprechenden Flammenfühler 2 in einer abgeänderten Schaltung. Bei ihm wird die Abschaltung 55 des Speicherkondensators 16 durch einen MOS-FET-Schalter 26 bewirkt, dessen Steuerspannung direkt aus dem Spannungsabfall des im UV-Zellenkreis liegenden zweiten Arbeitswiderstandes 31 gebildet wird. Die Steuerspannung wird nach der Gleichrichterdiode 14 abgezweigt und über einen Widerstand 27 und 60 eine zweite Diode 28 einem zwischen der Leitung für die Steuerspannung und dem UV-Zellenkreis liegendem zweiten Speicherkondensator 29 zugeführt und an das Gate des MOS-FET-Schalters 26 gelegt. Die zweite Diode 28 verhindert eine ungewollte Entladung des zweiten Speicherkondensators 29 durch 65 die Widerstände 27 und 31. Mit Hilfe einer zum zweiten Speicherkondensator parallel liegenden Zener-Diode 30 ist das Gate gegen Überspannungen geschützt. Die Anordnung wird durch einen Schalter 21 gesteuert, der zwischen der Source und dem Fig. 7 shows a corresponding flame sensor 2 in a modified circuit. With him, the shutdown 55 of the storage capacitor 16 is effected by a MOS-FET switch 26, the control voltage of which is formed directly from the voltage drop of the second load resistor 31 located in the UV cell circuit. The control voltage is branched off after the rectifier diode 14 and, via a resistor 27 and 60, a second diode 28 is fed to a second storage capacitor 29 located between the line for the control voltage and the UV cell circuit and is connected to the gate of the MOS-FET switch 26. The second diode 28 prevents an undesired discharge of the second storage capacitor 29 through the resistors 27 and 31. The gate is protected against overvoltages with the aid of a Zener diode 30 lying in parallel with the second storage capacitor. The arrangement is controlled by a switch 21 which is connected between the source and the

5 5

672 949 672 949

Gate des MOS-EET-Schalters 26 angeschlossen ist. Der Schalter 21 kann sowohl ein elektromechanischer als auch ein elektronischer Bauteil, z.B. ein Optokoppler, sein. Die Source des MOS-FET-Schalters 26 liegt an einem Anschluss der UV-Zelle 13, während der Drain an den Speicherkondensator 16 angeschlossen ist. Gate of the MOS-EET switch 26 is connected. The switch 21 can be an electromechanical as well as an electronic component, e.g. an optocoupler. The source of the MOS-FET switch 26 is at a connection of the UV cell 13, while the drain is connected to the storage capacitor 16.

Der MOS-FET-Schalter 26 sperrt, wenn die Blende 20 geschlossen ist und der Schalter 21 leitet. Es entstehen dann dieselben Verhältnisse wie in dem oben für die Fig. 6 beschriebenen Fall, wenn dort der Schalter 21 offen ist. The MOS-FET switch 26 blocks when the diaphragm 20 is closed and the switch 21 conducts. The same conditions then arise as in the case described above for FIG. 6 when the switch 21 is open there.

Es können auch Flammenfühler geschaffen werden, bei denen eine bewegliche Blende 20 und eine Spannungsvervielfa-cherschaltung, wie sie in der Fig. 3 beschrieben wurde, zusammen verwendet werden. Flame sensors can also be created in which a movable diaphragm 20 and a voltage multiplier circuit, as described in FIG. 3, are used together.

Die beschriebenen Flammenfühler 2 werden mit Wechselspannung betrieben und haben eine Zündbereitschaftszeit von 100% der Zeit, in der sie nicht durch eine eventuell vorhandene Blende 20 gegen die Flamme abgedeckt sind. Sie lassen sich in 5 den Brennpausen oder, bei den für Verbrennungsanlagen für Dauerbetrieb geeigneten Ausführungen, durch die Bewegung der Blende 20 auf Fehler testen, die das Vorhandensein einer Flamme vortäuschen. Bei der Ausführung für Dauerbetrieb führt jedoch jede Abweichung vom Soll-Ausgangssignal, auch io Fehler in der Blendenbewegung, zum Signal «keine Flamme vorhanden» am Ausgang des Flammenwächters, was zur Abschaltung der Brennstoffzufuhr führt. Sie sind daher fehlersicher. The flame sensors 2 described are operated with alternating voltage and have an ignition readiness time of 100% of the time in which they are not covered by a possibly present aperture 20 against the flame. They can be tested for faults in the firing pauses or, in the versions suitable for continuous operation incinerators, by the movement of the screen 20 for faults which simulate the presence of a flame. In the case of the version for continuous operation, however, any deviation from the target output signal, including errors in the orifice movement, leads to the "no flame present" signal at the flame monitor output, which leads to the fuel supply being switched off. They are therefore fail-safe.

v v

2 Blätter Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

672 949

1. UV flame sensor for monitoring a flame in an incineration plant, which can be electrically connected to a flame detector and can be supplied with an alternating voltage by the latter and which contains a UV cell which can be ignited by UV radiation from a flame, characterized in that that he uses one as a voltage source for the UV cell

(13) serving charge store (16) with a unidirectional charging device (14) through which the charge store (16) can be charged to the peak value of the alternating voltage, that furthermore by ignition of the UV cell (13) the voltage of the charge store (16 ) to the burning voltage (Ub) of the UV cell (13), can be lowered and the charging current (Ic) of the charge storage device (16) appears as the output current (Ia) of the flame sensor (2).

2. UV flame sensor according to claim 1, characterized in that the charge storage consists of a storage capacitor (16) which is connected in parallel to the UV cell (13) and which contains at least one rectifier diode (14) as a unidirectional charging device is located in an electrical supply line for branching between the storage capacitor (16) and the UV cell (13).

2nd

PATENT CLAIMS

3. UV flame sensor according to claim 1 or 2, characterized in that by the charging device, the storage capacitor (16) can be charged to a voltage which is above the supply voltage (Un) of the flame sensor (2).

4. UV flame sensor according to claim 3, characterized in that it contains a first auxiliary diode (17), one between an input terminal (11) and the rectifier diode

(14) connected cascade capacitor (18) bridges and a second auxiliary diode (19) which lies between an output terminal (12) and a point between the cascade capacitor (18) and the rectifier diode (14).

5. UV flame sensor according to one of claims 1 to 4, with an aperture located in a beam path between the flame and the UV cell, which alternately opens and closes the beam path, characterized in that a switching device between the charge store (16) and the UV cell (13) is present, by means of which the charge store (16) and the UV cell (13) can be separated when the diaphragm (20) is closed.

6. UV flame sensor according to claim 5, characterized in that the switching device consists essentially of a switch (21) and a thyristor (22).

7. UV flame sensor according to claim 5, characterized in that the switching device consists essentially of a switch (21) and a MOS-FET switch (26).