CN113124219A - 用于电磁阀的控制电路以及用于监控电磁阀的切换状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电磁阀(10)的控制电路(20)，电磁阀具有磁线圈(12)和与阀元件(16)耦联的可运动元件(14)，磁线圈在其激励时沿一个方向输送可运动元件，以便使阀元件从其初始位置运动到其激活位置中，控制电路具有用于可选地为电磁阀的磁线圈(12)电流供应的电源(22)和用于测量磁线圈(12)的电压水平和/或通过磁线圈(12)的电流水平的测量装置(24)。控制单元(16)与测量装置(24)连接，控制单元基于电源(22)的有意的电流供应状态和由测量装置(24)测得的电流曲线和/或电压曲线根据电磁阀的阀元件(16)的位置确定电磁阀的切换状态并且必要时确定电流供应的和/或电磁阀的故障状态。

Description

用于电磁阀的控制电路以及用于监控电磁阀的切换状态的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于电磁阀的控制电路、一种具有电磁气阀和这样的控制电路的气体燃烧系统、一种用于监控电磁阀的切换状态的方法，以及一种用于利用对气阀的切换状态的这种监控运行具有电磁气阀的气体燃烧系统的方法。
背景技术
电磁阀典型地具有磁线圈和与阀元件耦联的可运动元件，其中，所述磁线圈在其激励时沿一个方向输送所述可运动元件，以便使阀元件从其初始位置运动到其激活位置中。根据电磁阀的使用情况，通常需要监控电磁阀的切换状态。为此目的，电磁阀通常配备有传感器或与外部的传感器连接，所述传感器例如通过检测阀元件的位置或通过电磁阀的流体流量来确定电磁阀的切换状态。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于监控电磁阀的切换状态的改进的装置。
所述任务通过独立权利要求的教导来解决。本发明的特别有利的设计方案、进一步改进方案和应用可能性是从属权利要求的主题。
根据本发明，提出一种用于电磁阀的控制电路，该电磁阀具有磁线圈和与阀元件耦联的可运动元件，其中，所述磁线圈在其激励时沿一个方向输送所述可运动元件，以便使阀元件从其初始位置运动到其激活位置中，所述控制电路具有用于可选地为电磁阀的磁线圈供应电流的电源、用于测量磁线圈的电压水平和/或通过磁线圈的电流水平的测量装置以及与所述测量装置连接的控制单元，其中，所述控制单元配置用于基于电源的有意的电流供应状态和由测量装置所测得的电流曲线和/或电压曲线根据电磁阀的阀元件的位置来确定电磁阀的切换状态。
也就是说，根据本发明，不需要附加的传感器或其它附加的部件来监控电磁阀的切换状态，而是通过本来存在的控制电路利用大多本来集成的测量装置来实施监控。作为结果，电磁阀与其控制电路能够更简单且更成本低廉地制造并且能够更有效且更简单地实施对电磁阀的切换状态的监控。
所述解决方法基于发明人的如下认识：一方面电磁阀的磁线圈在其通过电流供应引起激励时产生电动力(EMK)，通过所述电动力使可运动元件运动并且因此与可运动元件连接的阀元件运动，并且另一方面在可运动元件通过电动回力(反EMK)运动时经受电流感应。因此，通过测量磁线圈的电压水平和/或通过磁线圈的电流水平可以检测到电流感应并且基于此可以推断出可运动元件的运动并且作为结果推断出电磁阀的切换状态。
就此而言，阀元件的初始位置可以根据电磁阀的应用关闭或打开。与此相应地，阀元件的激活位置可以根据电磁阀的应用打开或关闭。本发明不限于电磁阀及其部件的任何特殊结构。
此外，就此而言，电源例如是控制电路的内部的电流发生器或蓄电池，或者是控制电路的电流连接端，其用于与外部的电流发生器或蓄电池或电路连接。因此，电源的电流供应状态根据电源的实施方式例如是接通的/打开的或切断的/关闭的电源或者电源至磁线圈的打开的或阻断的连接。
在本发明的一种设计方案中，所述控制电路还具有输出装置并且控制单元配置用于基于所确定的电磁阀的切换状态确定电流供应的和/或电磁阀的故障状态并且向所述输出装置传输信号，以用于输出根据所确定的故障状态的故障报告。用于输出故障报告的输出装置就此而言例如可以是在电磁阀上的或与电磁阀连接的装置上的显示器和/或扬声器或者是计算机装置(例如用户的智能手机、中央控制单元等)。
控制电路的控制单元优选配置用于，在由测量装置检测到信号峰值(即电压曲线或电流曲线中的峰值)时推断出电磁阀的可运动元件的运动。以这种方式，控制单元例如可以在磁线圈的有意持续的电流供应期间由测量装置检测到信号峰值时推断出无意失效的电流供应，或者在切断磁线圈的电流供应之后由测量装置未检测到信号峰值时推断出阀元件失效运动到其初始位置中。
在本发明的一种设计方案中，所述测量装置可以经由信号放大器与控制单元连接。以这种方式能够通过控制单元改善对测量信号的评估。
在本发明的一种设计方案中，所述控制电路还可以具有控制单元，其用于操控电源、电源与电磁阀的磁线圈的连接和/或控制电路的安全装置。控制电路的上述控制单元优选与这种控制单元连接或者集成到这种控制单元中。
本发明的上述控制电路可以以有利的方式被应用在气体燃烧系统中。因此，本发明的主题还在于一种气体燃烧系统，该气体燃烧系统具有：气体燃烧器，所述气体燃烧器可经由气体输入管路供应可燃烧气体和具有用于产生气体火焰的点火元件；用于可选地打开或阻断通过所述气体输入管路至气体燃烧器的气体流入的电磁气阀；以及本发明的上述用于操控电磁气阀的控制电路。
在本发明的一种设计方案中，所述控制电路可以具有靠近气体燃烧器定位的热电偶(或热敏元件)作为电源，所述热电偶通过热电效应由热产生电能。
根据本发明，还提供一种用于监控电磁阀的切换状态的方法，所述电磁阀具有可由电源可选地供应电流的磁线圈和与阀元件耦联的可运动元件，其中，所述磁线圈在其激励时沿一个方向输送所述可运动元件，以便使阀元件从其初始位置运动到其激活位置中，其中，所述方法具有以下步骤：测量磁线圈的电压水平和/或通过磁线圈的电流水平；并且基于电源的有意的电流供应状态和所测得的电流曲线和/或电压曲线根据电磁阀的阀元件的位置确定电磁阀的切换状态。
利用该方法可以获得与本发明的上述控制电路相同的优点。关于优点、基本的认识和术语定义，补充地参考结合本发明的控制电路的上述解释。
在本发明的一种设计方案中，该方法还具有：基于所确定的电磁阀的切换状态确定电流供应的和/或电磁阀的故障状态，并且向输出装置传输信号，以用于输出根据所确定的故障状态的故障报告。
优选地，在检测到所测得的电流曲线和/或电压曲线中的信号峰值(也就是说在电压曲线或电流曲线中的峰值)时推断出电磁阀的可运动元件的运动。以这种方式，例如在磁线圈的有意持续的电流供应期间检测到信号峰值时可以推断出无意失效的电流供应或者在切断磁线圈的电流供应之后未检测到信号峰值时可以推断出阀元件失效运动到其初始位置中。
根据本发明的方法也可以有利地被应用于气体燃烧系统。因此，本发明的主题也是一种用于运行气体燃烧系统的方法，所述气体燃烧系统具有：气体燃烧器，所述气体燃烧器可经由气体输入管路供应可燃烧气体和具有用于产生气体火焰的点火元件；以及用于可选地打开或阻断通过所述气体输入管路至气体燃烧器的气体流入的电磁气阀，其中，通过本发明的上面所述的方法监控电磁气阀的切换状态。
附图说明
本发明的上述的以及其它的特征和优点由以下参照附图对优选的、非限制性实施例的描述得到更好的理解。其中大部分示意性地示出：
图1示出根据本发明的用于电磁阀的控制电路的基本结构；
图2示出根据本发明的一种实施例的用于监控电磁阀的切换状态的方法的流程图；以及
图3示出根据本发明的一种实施例的具有用于气阀的控制电路的气体燃烧系统的结构。
具体实施方式
图1示例性地示出本发明的基本方案。
所述电磁阀10包括磁线圈12、可运动元件14和阀元件16。所述阀元件16可以在初始位置与激活位置之间运动，以便选择性地打开或关闭流体流量。阀元件16与可运动元件14连接，使得可运动元件14的运动引起阀元件16的运动。可运动元件14例如是金属元件或磁性元件，使得它通过由供应电流的并且因此被激励的磁线圈12产生的电动力(EMK)被直接或间接地(例如经由固定铁芯)运动。可运动元件14优选被预加载到其初始位置中，使得阀元件16也被预加载到其初始位置中。
对磁线圈12的电流供应通过控制电路20实现。该控制电路20包括电源22，该电源通过连接线路23与电磁阀12的磁线圈12连接。如果电源22例如是电流发生器，则电源可以选择性地接通和切断，以便选择性地向磁线圈12供应电流。如果电源22例如是蓄电池或与外部电源连接的电流连接端，则可以选择性地打开或阻断经由连接线路23到磁线圈12的连接，以便选择性地向磁线圈12供应电流。
控制电路20还包括测量装置24，该测量装置与连接线路23耦联并且设计用于测量磁线圈12的电压水平和/或通过磁线圈的电流水平。测量装置24的测量信号优选经由信号放大器25被传输给控制单元26。控制单元26配置用于评估测量装置24的(放大的)测量信号并且基于此来监控电磁阀10的切换状态。电磁阀10的被监控的切换状态相应于其阀元件16的位置。基于这样确定的电磁阀10的切换状态，控制单元因此也可以确定电流供应和/或电磁阀的无故障或故障状态。
控制单元26优选与输出装置28连接，该输出装置28例如设计成显示器和/或扬声器或智能手机。如果控制单元确定电流供应和/或电磁阀的故障状态，则控制单元向输出装置28发送信号，因此输出装置输出相应所确定的故障状态的故障报告。
如在图1中所示，控制电路20还可以包括控制单元30。控制单元26优选与控制单元30连接或者集成到控制单元30中。根据电流供应的具体实施方式，控制单元30例如可以操控电源22或者操控电源22至磁线圈12的连接。此外，控制单元30可以在需要时为控制电路20和/或电磁阀10的运行给予安全措施。
通过本来存在的控制电路20借助本来通常存在于其中的测量装置24实现对电磁阀10的切换状态的监控。现在参照图2详细阐述监控的工作方式。
在监控方法60中，通过测量装置24持续地测量磁线圈12的电压水平或通过磁线圈12的电流水平(步骤602)。在步骤604中，例如通过激活电流发生器，通过电源22开始为磁线圈12供应电流。通过磁线圈12的电流供应，磁线圈被激励并且通过电动力引起可运动元件14的运动，从而阀元件16运动到其激活位置中。当持续地电流供应时，磁线圈12保持激励并且将可运动元件14保持在其位置上，在该位置上阀元件16处于其激活位置中。
在步骤606中，测试在所述有意的持续电流供应时是否由测量装置24检测出电压水平或电流水平中的信号峰值。当电流供应失效并且因此磁线圈12的激励结束并且可运动元件14因此通过预紧向回运动到其初始位置中时，产生这样的电压峰值，这通过电动回力在磁线圈12中产生感应。
如果在步骤606中由控制单元26识别出电压变化曲线或电流变化曲线中的信号峰值，则在步骤608中确定电流供应的故障状态(无意失效的电流供应)。然后在步骤610中，控制单元26产生相应的故障报告，该故障报告由输出装置28输出。
而如果在步骤606中没有识别出电压变化曲线或者电流变化曲线中的信号峰值，则在步骤612中确定无故障。电磁阀10在磁线圈12的持续电流供应时保持在其正确的激活的切换状态中。持续地继续进行测试是否检测到信号峰值。
在随后的时刻，在步骤614中，例如通过解除电流发生器，结束磁线圈12通过电源22的电流供应。由于不再向磁线圈12供应电流，磁线圈不再产生电动力，使得它不再迫使可运动元件14和阀元件16到达它们的激活位置中。
在步骤616中，测试在结束电流供应时是否由测量装置24检测到电压水平或电流水平中的信号峰值。当可运动元件14运动回到其初始位置中并且在此通过电动回力感应出通过磁线圈12的电流时，将产生这样的电压峰值。
如果在步骤616中没有由控制单元26识别出电压曲线或电流曲线中的信号峰值，则在步骤618中确定电磁阀10的故障状态(阀元件16保持在激活位置中)。然后在步骤610中，控制单元26产生相应的故障报告，该故障报告由输出装置28输出。而如果在步骤606中识别出电压变化曲线或者电流变化曲线中的信号峰值，则在步骤620中确定无故障。
现在参照图3示例性地详细描述上述控制电路20和上述监控方法的在气体燃烧系统中的特殊应用。
气体燃烧系统40具有气体燃烧器42，该气体燃烧器从气体输入管路55经由气阀10供应燃气。气体燃烧器42包括用于产生气体火焰的点火元件46并且气体燃烧器42配备有操作元件48或与操作元件48连接，以便于选择性地打开和关闭点火元件46。
气阀10设计成电磁阀并且与图1类似地包括磁线圈12、可运动元件14和阀元件16。在图3中还示出预紧弹簧18，该预紧弹簧将可运动元件14预紧到其初始位置中。在所述应用中，阀元件16在其初始位置中阻断气体输入管路44通过气阀的通路17。当磁线圈12供应电流时，磁线圈被激励并且使可运动元件14克服预紧弹簧18的力运动到其激活位置中，使得阀元件16也运动到其激活位置中，在该激活位置中阀元件打开气体输入管路44的通路17。在磁线圈12持续地供应电流时，磁线圈保持可运动元件14并且由此也将阀元件16克服预紧弹簧18的力保持在其激活位置中。
控制电路20基本上相应于在图1中所示的控制电路。在图3的实施例中，控制电路20具有热电偶作为电源22，该热电偶设置在气体燃烧器42附近。热电偶22在气体燃烧器42中产生热量时由于热电效应产生电能，从而向气阀10的磁线圈12供应电流。控制单元26也与气体燃烧器42的操作元件48连接，以便该控制单元在监控气阀10的切换状态时知道用户是否已经开始或者结束了气体燃烧器42的运行。
此外，控制电路20具有电流阻断装置50，该电流阻断装置50在需要时(例如由于气体燃烧器42中的故障)可以由控制单元30作为安全措施激活，以便阻断对磁线圈12的电流供应，由此气阀10返回到其阻断气体输入管路44的初始位置中。
所述气体燃烧系统的工作方式如下。
当用户希望使用气体燃烧器42时，他通过操纵操作元件48来激活点火元件46。这在气体燃烧器42中/上产生火焰，从而产生热量，该热量也加热热电偶22，使得热电偶22产生电能。以这种方式开始对气阀10的磁线圈12的电流供应。通过激励磁线圈12，可运动元件14克服预紧弹簧18的力朝向其激活位置运动。由此，阀元件16也运动到其激活位置中并且打开气体输入管路44通过气阀10的通路17，从而将燃气输送至气体燃烧器42。作为其结果在气体燃烧器42中/上产生气体火焰，所述气体火焰还更强烈地加热气体燃烧器42并因此也更强烈地加热热电偶22。通过由此造成的热电偶22的较强的电流产生增强了磁线圈12的电流供应，从而可运动元件14和由此阀元件16保持在其激活位置中。测量装置24然后检测基本上恒定的电压水平或电流水平。
然而如果即使用户没有切断气体燃烧器42，点火元件46也不再产生火焰，则气体燃烧器42中/处的温度下降并且因此热电偶22对磁线圈12的电流供应也下降。作为结果磁线圈12不再将可运动元件14保持在其激活位置中，使得可运动元件14通过预紧弹簧18被运动回到其初始位置中并且因此阀元件16也被运动到其初始位置中并且关闭气体输入管路44的通路17。通过可运动元件14的运动，在无电流的磁线圈12中在短的持续时间上产生感应电流，从而测量装置24检测到在电压水平或电流水平中的峰值。由于在气体燃烧器42的有意的运行期间的所述峰值，控制单元26识别出电流供应的故障状态，并且使输出装置28向用户输出相应的故障报告，以便向用户通知气体燃烧器的运行结束，尽管他并不想这样做。
当用户希望结束气体燃烧器42的运行时，他通过操作元件48切断点火元件46。作为其结果，气体燃烧器42中/上的火焰熄灭并且温度下降，从而也降低通过热电偶22对磁线圈12的电流供应。作为结果磁线圈12不再将可运动元件14保持在其激活位置中，使得可运动元件通过预紧弹簧18被运动回到其初始位置中并且因此阀元件16也被运动到其初始位置中并且关闭气体输入管路44的通路17。通过可运动元件14的运动，在无电流的磁线圈12中在短的持续时间上产生感应电流，从而测量装置24检测到在电压水平或电流水平中的峰值。
然而如果可运动元件14不运动而是保持在其激活位置中，并且因此阀元件16也允许气体输入管路44的通路17打开，则在磁线圈12中不产生感应电流。与此相应地，测量装置24没有检测到电压水平或电流水平中的峰值。由于在气体燃烧器42的有意的运行结束之后缺少峰值，控制单元26识别出气阀的故障状态并且输出装置28向用户输出相应的故障报告，以便向用户告知有故障的气阀10。
附图标记列表
10 电磁阀
12 磁线圈
14 可运动元件
16 阀元件
17 通路
18 预紧弹簧
20 控制电路
22 电源
23 连接线路
24 测量装置
25 信号放大器
26 控制单元
28 输出装置
30 控制单元
40 气体燃烧系统
42 气体燃烧器
44 气体输入管路
46 点火元件
48 操作元件
50 电流阻断装置
60 方法
602 测量电压水平或电流水平
604 开始电流供应
606 测试是否检测到信号峰值
608 确定电流供应的故障状态
610 产生故障报告
612 确定无故障
614 结束电流供应
616 测试是否检测到信号峰值
618 确定电磁阀的故障状态
620 确定无故障

Claims (13)

1.用于电磁阀(10)的控制电路(20)，该电磁阀具有磁线圈(12)和与阀元件(16)耦联的可运动元件(14)，其中，所述磁线圈(12)在其激励时沿一个方向输送所述可运动元件(14)，以便使所述阀元件(16)从其初始位置运动到其激活位置中，其中，所述控制电路(20)具有：
用于可选地为电磁阀(10)的磁线圈(12)供应电流的电源(22)；
用于测量磁线圈(12)的电压水平和/或通过磁线圈(12)的电流水平的测量装置(24)；以及
与所述测量装置(24)连接的控制单元(26)，
其中，所述控制单元(26)配置用于，基于电源(22)的有意的电流供应状态和由测量装置(22)所测得的电流曲线和/或电压曲线根据所述电磁阀的阀元件(16)的位置来确定所述电磁阀(10)的切换状态。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，
该控制电路(20)还具有输出装置(28)；并且
所述控制单元(26)配置用于，基于所确定的电磁阀的切换状态确定电流供应的和/或电磁阀(10)的故障状态并且向所述输出装置(28)传输信号，以用于输出根据所确定的故障状态的故障报告。
3.根据权利要求1或2所述的控制电路，其中，所述控制单元(26)配置用于，在由测量装置(24)检测到信号峰值时推断出电磁阀(10)的可运动元件(14)的运动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制电路，其中，所述测量装置(24)经由信号放大器(25)与控制单元(26)连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制电路，所述控制电路还具有控制单元(30)，该控制单元用于操控电源(22)、电源(30)与电磁阀的磁线圈(12)的连接和/或控制电路(20)的安全装置(50)。
6.气体燃烧系统(40)，其具有：
气体燃烧器(42)，该气体燃烧器能经由气体输入管路(44)供应可燃烧气体并且具有用于产生气体火焰的点火元件(46)；
用于可选地打开或阻断通过所述气体输入管路(44)至气体燃烧器(42)的气体流入的电磁气阀(10)；以及
用于操控所述电磁气阀(10)的控制电路(20)，其中，该控制电路(20)是根据前述权利要求中任一项所述的控制电路。
7.根据权利要求6所述的气体燃烧系统，其中，所述控制电路(20)具有靠近气体燃烧器(42)定位的热电偶作为电源(22)，所述热电偶通过热电效应由热产生电能。
8.用于监控电磁阀(10)的切换状态的方法(60)，所述电磁阀具有能由电源(22)可选地供应电流的磁线圈(12)和与阀元件(16)耦联的可运动元件(14)，其中，所述磁线圈(12)在其激励时沿一个方向输送所述可运动元件(14)，以便使阀元件(16)从其初始位置运动到其激活位置中，其中，所述方法具有：
测量(602)磁线圈(12)的电压水平和/或通过磁线圈(12)的电流水平；并且
基于电源(22)的有意的电流供应状态和所测得的电流曲线和/或电压曲线根据电磁阀的阀元件(16)的位置确定电磁阀(10)的切换状态。
9.根据权利要求8所述的方法，还具有：
基于所确定的电磁阀(10)的切换状态确定(608、618)电流供应的和/或电磁阀(10)的故障状态，并且
向输出装置(28)传输(610)信号，以用于输出根据所确定的故障状态的故障报告。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在检测到所测得的电流曲线和/或电压曲线中的信号峰值时推断出电磁阀(10)的可运动元件(14)的运动。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在磁线圈(12)有意持续的电流供应期间检测到信号峰值时，推断出(608)无意失效的电流供应。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在切断磁线圈(12)的电流供应之后未检测到信号峰值时，推断出(618)阀元件(16)失效运动到其初始位置中。
13.用于运行气体燃烧系统(40)的方法，所述气体燃烧系统具有：气体燃烧器(42)，所述气体燃烧器能经由气体输入管路(44)供应可燃烧气体和具有用于产生气体火焰的点火元件(46)；以及用于可选地打开或阻断通过所述气体输入管路(44)至气体燃烧器(42)的气体流入的电磁气阀(10)；其中，通过根据权利要求8至12中任一项所述的方法监控电磁气阀(10)的切换状态。
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