CS209156B1

CS209156B1 - Flame watcher with phototube sensitive to ultraviolet radiation,fitted with semiconductive elements

Info

Publication number: CS209156B1
Application number: CS812672A
Authority: CS
Inventors: Milan Pachner; Otakar Zabransky
Original assignee: Milan Pachner; Otakar Zabransky
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1981-11-30

Description

(54) Hlídač plamene s fotonkou citlivou na ultrafialové záření, osazený polovodičovými prvky(54) Flame arrester with UV-sensitive photocell, fitted with semiconductor devices

Vynález se týká hlídače plamene, pracujícího na principu detekce ultrafialového spektra záření plamene fotonkou, jehož zapojení umožňuje používat bez seřízení i ve výkonové části polovodičových prvků v širokém rozsahu výrobních tolerancí při zachování vysoké citlivosti a provozní spolehlivosti. Nepůsobí rušivě na telekomunikační zařízení, což je podmínkou pro připuštění do běžného provozu.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a flame arrester operating on the principle of detecting the ultraviolet spectrum of a flame radiation by a photon, whose connection makes it possible to use, without adjustment, in the power section of the semiconductor elements within a wide range of manufacturing tolerances while maintaining high sensitivity and operational reliability. It does not interfere with telecommunications equipment, which is a condition for admission to normal operation.

Je známa řada provedení hlídačů plamene, používajících polovodičových prvků jak v části detekce plamene, tak i ve výkonové části, ovládající běžně elektromagnetický ventil na přívodu paliva a dávající impuls pro zařízení na automatické spouštění a odstavení hořáku. Mezi ně patří i hlídač plamene napájený střídavým proudem ze sítě, ve kterém fotonka citlivá na ultrafialové záření budí řídící elektrodu tyristoru přes sériově zařazený kondensátor. Některá zařízení pracují s převodním transformátorem a se stavitelnou regulací citlivosti čidla nebo s pomocným zesilovačem. V posledním případě jde jednak o regulaci citlivosti přístroje na ultrafialové záření, vyvolané různým druhem plamene, například plamenem plynovým nebo olejovým, jednak o změnu charakteristik součástek při jejich záměně v přístroji. Tato regulace je nutná v případech, kdy například stejně označené součásti, například fotonky citlivé na ultrafialové záření nebo tyristory, popřípadě triacy, vykazují různé hodnoty, způsobené výrobní technologií, což je běžné při dnešním stavu výroby. K tomu přistupuje okolnost, že hlavně fotonky citlivé na ultrafialové záření při delším používání mění svoje hodnoty, což vyvolává nutnost zařadit do hlídače plamene obvod pro kontrolu jejich stavu, ať již na principu elektronickém, mechanickém nebo pneumatickém, nebo jejich kombinací.Numerous embodiments of flame arresters are known using semiconductor elements both in the flame detection section and in the power section controlling a conventional solenoid valve on the fuel supply and giving an impulse to the device for automatically starting and shutting down the burner. These include a flame monitor powered by AC power, in which a UV-sensitive photocell drives the thyristor control electrode through a series capacitor. Some devices work with a transformer and adjustable sensitivity control or with an auxiliary amplifier. The latter is to regulate the sensitivity of the apparatus to ultraviolet radiation caused by a different kind of flame, for example a gas or oil flame, and to change the characteristics of the components when exchanged in the apparatus. This control is necessary when, for example, components of the same designation, such as ultraviolet-sensitive photons or thyristors or triacs, exhibit different values due to manufacturing technology, which is common in today's state of the art. In addition, in particular, ultraviolet-sensitive photons change their values during prolonged use, making it necessary to include a circuit in the flame monitor to check their condition, whether electronic, mechanical or pneumatic, or a combination thereof.

Hlídač plamene se tím stává značně komplikovaným a nákladným zařízením s větší možností poruchy. Vyžaduje odbornou kontrolu a údržbu, záležející například v nastavení citlivosti podle charakteru a druhu plamene, vyžadující prakticky laboratorní podmínky. Při neodborném zásahu do seřízení citlivosti na plamen může být hlídač plamene včetně celého zařízení vyřazen z provozu, nebo být příčinou havarijního stavu. Podobná situace nastává při výměně součástí.The flame guard thus becomes a very complicated and costly device with a greater possibility of failure. It requires expert inspection and maintenance, depending, for example, on sensitivity settings according to the nature and type of flame, requiring practically laboratory conditions. If the flame sensitivity adjustment is unauthorized, the flame monitor, including the entire device, can be taken out of operation or cause an emergency condition. A similar situation occurs when parts are replaced.

Společnou vadou polovodičových hlídačů plamene je vesměs rušící účinek na telekomunikační a jiné elektronické přístroje, způsobený tvarem proudu, který prochází fotonkou citlivou na ultrafialové záření nebo polovodičovými prvky, jako např. tyristorem nebo triacem. Poněvadž se na hlídače plamene vztahují předpisy o odrušení, shrnuté v normě ČSN 342850, která stanoví přípustné meze rušivého napětí pro různá prostředí í a různé rozsahy frekvencí, je nesnadné těmto i požadavkům vyhovět.A common defect in semiconductor flame detectors is the interference-disturbing effect on telecommunications and other electronic devices caused by the shape of the current passing through the ultraviolet-sensitive photocell or by semiconductor elements such as a thyristor or triac. Since flame arresters are subject to interference suppression regulations, summarized in CSN 342850, which establishes permissible interference voltage limits for different environments and different frequency ranges, it is difficult to meet these requirements.

j Při použití obvodů pro samokontrolu stavu fotonky citlivé na ultrafialové záření dochází k zastavení provozu hořáku často větší možností poruch v zapojení nebo součástkách, obzvláště při ! zařízeních kombinovaných s elektromagnetickými, pneumatickými nebo točivými prvky, kde stabilnost zacloňovacího a odcloňovacího cyklu fotonky citlivé na ultrafialové záření ve vazbě na sytící cykly fotonky, je snadno poruchová. Problémem je i nastavení mezní hodnoty pro správnou funkci fotonky citlivé na ultrafialové záření.j When using UV-sensitive photocell condition circuits, burner operation is often stopped by a greater possibility of wiring or component failure, especially when! equipment combined with electromagnetic, pneumatic or rotating elements, where the stability of the blanking and unlocking cycle of the ultraviolet-sensitive photocell in relation to the saturation cycles of the photocell is easily disturbed. Another problem is the setting of the limit value for the proper functioning of the ultraviolet-sensitive photocell.

Ve snaze vyrovnat se s výše uvedenými nedostatky byl sestaven hlídač plamene podle dále popsaného vynálezu, jehož podstata záleží v tom, že na základní svorku střídavého napětí je přes omezovači odpor, filtrační kondensátor a fotonku citlivou na ultrafialové záření připojena řídicí elektroda tyristoru. Na druhou svorku střídavého napětí je přes nabíjecí odpor připojena jednak anoda ochranné diody, jejíž katoda je spojena též s řídicí elektrodou tyristoru, jednak katoda tyristoru. Na anodu tyristoru je připojen jednak vstupní kondensátor, jednak odpor článku π, jehož druhá strana je spojena jednak s výstupním kondensátorem článku π, jednak diacem spolu s paralelně připojeným vybíjecím odporem, na které je dále připojena jednak anoda Zenerovy diody, jednak pulsní kondensátor, na jehož druhou stranu je zapojena řídicí elektroda triacu, jednak ochranný odpor, spojený druhou stranou s kolektorem transistoru. Na basi téhož transistoru je připojen odpor base a anoda komutační diody base a na jeho emitor katoda spínací diody, jakož i katoda komutační diody emitoru. Anoda této diody, spolu s katodou komutační diody base, je zapojena na budicí kondensátor, který je dále spojen s anodou dvě triacu a jednou stranou zátěže a druhá strana zátěže je spojena s druhou svorkou střídavého napětí. Druhé strany triacu, spínací diody, odporu base transistoru, Zenerovy diody, výstupního a vstupního kondensátoru článku π jsou všechny připojeny na základní svorku střídavého napětí.In order to overcome the above drawbacks, a flame arrester according to the invention described below has been constructed in which the thyristor control electrode is connected to a basic AC terminal via a limiting resistor, a filter capacitor and a UV-sensitive photocell. Anode of the protective diode, the cathode of which is also connected to the control electrode of the thyristor, and the cathode of the thyristor, is connected to the second terminal of the AC voltage. On the thyristor anode is connected both the input capacitor and the resistance of the π cell, the other side of which is connected both with the output capacitor of the π cell and the diac together with the parallel connected discharge resistor, to which the Zener diode and pulse capacitor are connected. the other side of which is connected to a triac control electrode and a protective resistor connected to the transistor collector by the other side. At the base of the same transistor, a base resistor and an anode of a commutating base diode are connected, and to its emitter a switching diode cathode as well as an emitter's commutating diode cathode. The anode of this diode, together with the cathode of the commutating base diode, is connected to an excitation capacitor which is further coupled to the anode by two triac and one side of the load and the other side of the load is connected to the other AC terminal. The other sides of the triac, the switching diode, the base transistor resistor, the Zener diode, the output and input capacitor of the π cell are all connected to a basic AC voltage terminal.

Hlídač plamene podle vynálezu dovoluje záměnu součástí v širokém rozmezí jejich výrobních tolerancí bez újmy na citlivosti vůči ultrafialovému spektru záření plamene a bez nutnosti jejich seřizování. Zaručuje základní stupeň kontroly funkce fotonky citlivé na ultrafialové záření pro případ podstatného úbytku jejího vnitřního odporu, popřípadě zkratu. V tom případě dojde k poklesu proudu procházejícího filtračním kondensátorem a neotevře se palivový ventil, ovládaný triacem. Tímto zapojením je též dán předpoklad pro úplné odrušení přístroje, které je možno doplnit podle zapojení uvedeného v bodech 2 a 3 definice, poskytujícího záruku plného odrušení podle platných norem. Funkce přístroje není závislá na velikosti zátěže, která je omezena pouze mezními hodnotami. Na vysokou citlivost přístroje na ultrafialové záření plamene nemá vliv kolísání napětí zdroje proudu, rovněž tak i změny teploty okolního prostředí. Zapojení bez pohyblivých částí umožňuje pevné a trvalé propojení jednotlivých součástí, čímž je docíleno vysoké provozní spolehlivosti.The flame arrester according to the invention permits the replacement of components over a wide range of their manufacturing tolerances without compromising the sensitivity to the ultraviolet spectrum of the flame radiation and without having to adjust them. It guarantees the basic level of control of the function of the UV-sensitive photocell in case of a substantial loss of its internal resistance or short-circuit. In this case, the current flowing through the filter capacitor drops and the triac-controlled fuel valve does not open. This wiring also provides the prerequisite for complete EMC suppression, which can be supplemented according to the wiring set out in Sections 2 and 3 of the definition, providing full EMC guarantee in accordance with applicable standards. The function of the device does not depend on the size of the load, which is limited only by the limit values. The high sensitivity of the instrument to ultraviolet flame radiation is not affected by fluctuations in the voltage of the power source, as well as changes in the ambient temperature. Wiring without moving parts enables a firm and permanent connection of individual components, which ensures high operational reliability.

Zapojením filtračního kondensátoru mezi anodu ochranné diody a omezovači odpor se docílí snížení úrovně rušivých napětí, která z přístroje zpětně pronikají do síťového přívodu.By connecting a filter capacitor between the anode of the protective diode and the limiting resistor, the level of disturbing voltages that leak back from the device into the mains supply is reduced.

Zapojením odrušovacích prvků, to znamená kondensátorů a odporů, podle bodu 3 definice se dosáhne úplného odrušení podle požadavku normy pro podobná zařízení. Stejného účinku lze však i dosíci například zapojením filtru složeného z kon' densátorů a tlumivek do síťového přívodu. Toto ^provedení ji však nákladnější a výrobně složi tější.By incorporating suppression elements, ie capacitors and resistors, as defined in point 3 of the definition, complete suppression is achieved as required by the standard for similar equipment. However, the same effect can be achieved, for example, by connecting a filter composed of capacitors and chokes to the mains supply. However, this embodiment makes it more expensive and more complicated to manufacture.

Příklady provedení hlídače plamene podle vynálezu budou dále popsány na dvou, případech, jejichž schámata jsou zobrazena na obr. 1 a 2. Obr. 1 představuje základní zapojení hlídače plamene bez některých prvků pro odrušení a obr. 2 úplné zapojení za použití kondensátorů a odporů jako odrušovacích prvků.The embodiments of the flame arrester according to the invention will be described below in two cases, the diagrams of which are shown in Figures 1 and 2. 1 shows the basic circuit of a flame arrester without some interference suppression elements; and FIG. 2 shows a complete circuit using capacitors and resistors as interference suppression elements.

Na základní svorku 1 střídavého napětí 220 V, 50 Hz je přes omezovači odpor 2, filtrační kondensátor 3 a fotonku 4, citlivou na ultrafialové záření, připojena řídicí elektroda tyristoru 5. Na druhou svorku 6 střídavého napětí je přes nabíjecí odpor 7 připojena jednak anoda ochranné diody 8, jejíž katoda, je spojena též s řídicí elektrodou tyristoru 5, jednak katoda tyristoru 5. Na jeho anodu je připojen jednak vstupní kondensátor 9, jednak odpor 10 článku π, jehož druhá strana je spojena i jednak s výstupním kondensátorem 11, jednak ' s diacem 12 spolu s paralelně připojeným vybíjecím odporem 13, na které je dále připojena jednak anoda Zenerovy diody 14, jednak pulsní kondensátor 15, na jehož druhou stranu je zapojena jednak řídicí elektroda triacu 16, jednak ochranný odpor 17, spojený druhou stranou s kolektorem transistoru 18. Na basi transistoru 18 je připojen odpor 19 base a anoda komutační diody 20 base a na jeho emitor katoda spínací diody 21, jakož i katoda komutační diody 22 emitoru. Anoda této diody 22, spolu s katodou komutační diody 20 base, je zapojena na budící kondensátor 23, který je dále spojen s anodou dvě triacu 16 a jednou stranou zátěže 24, a druhá svorka zátěže 24 je spojena s druhou svorkou 6 střídavého napětí. Druhé strany triacu 16, spínací diody 21, odporu 19 base, Zenerovy diody 14, výstupního kondensátoru 11 a vstupního kondensátru 9 jsou všechny připojeny na základní svorku 1 střídavého napětí.A thyristor control electrode 5 is connected to the AC 220 V, 50 Hz AC terminal 1 via a limiting resistor 2, a filter capacitor 3 and a UV sensitive photocell 4. A second anode 6 is connected via a charging resistor 7 with a protective anode a diode 8, the cathode of which is also connected to the control electrode of the thyristor 5 and the cathode of the thyristor 5. The input capacitor 9 and the resistor 10 of the π cell are connected to its anode. with a Diac 12 together with a parallel discharge resistor 13, to which a Zener diode 14 anode 14, a pulse capacitor 15, on the other hand a triac control electrode 16, and a protective resistor 17 connected to the transistor collector 18. The base resistor 19 and the anode of the base commutation diode 20 are connected to and based on the transistor 18 the cathode of the switching diode 21 as well as the cathode of the emitter commutation diode 22. The anode of this diode 22, together with the cathode of the commutation diode 20, is connected to an excitation capacitor 23, which is further coupled to the anode of two triacs 16 and one side of the load 24, and the other load terminal 24 is connected to the other AC terminal 6. The other sides of the triac 16, the switching diode 21, the base resistor 19, the Zener diode 14, the output capacitor 11, and the input capacitor 9 are all connected to a basic AC terminal 1.

Při zapojení hlídače plamene na zdroj střídavého napětí je na filtrační kondensátor 3 přiváděno střídavé napětí přes omezovači odpor 2. V případě, že na fotonku citlivou na ultrafialové záření dopadá ultrafialové spektrum záření plamene, se kondensátor 3 vybíjí přes fotonku 4, citlivou na ultrafialové záření, do řídicí elektrody tyristoru 5. Tyristor pracuje jako zesilovač s velkým ziskem. Ochran- , ná dioda 8 chrání jeho řídicí elektrodu před opačnou polaritou. Při zkratu na fotonce 4 citlivé na ultrafialové záření dojde k poklesu proudu procházejícího filtračního kondensátorem 3, a tedy nedojde k otevření tyristoru 5. Přes nabíjecí odpor : 7 a tyristor 5 se nabíjí vstupní kondensátor 9 a dále přes odpor 10 výstupní kondensátor 11. Z něho se přes diac 12 nabíjí pulsní kondensátor 15. Nabíjecí proud prochází řídicí elektrodou triacu 16, který spíná proud do zátěže 24, kterou bývá zpravidla elektromagnetický ventil přívodu paliva a další prvky automatiky chodu hořáku. Pulsní kondensátor 15 se vybíjí na počátku každé půlperiody přes ochranný odpor 17, transistor 18 a spínací diodu 21. Transistor 18 je buzen do base a do emitoru přes budící kondensátor 23 a komutační diody 20 a 22. Odpor 19 base omezuje velikost budícího napětí. Při otevřeném triacu 16 je transistor 18 otevřen po krátké časové úseky. Odběr proudu z výstupního kondensátoru 11 je velmi malý. Dojde-li k situaci, kdy triac 16 po některou půlperiodu neotevřel, pak doba otevření transistoru 18 se podstatně prodlouží a výstupní kondensátor 11 se vybíjí přes vybíjecí odpor 13. Tím se ; urychlí otvírání a zavírání triacu 16, které se děje í skokem, a při závislosti na napětí vstupního kondensátoru 9 se objevuje hysterese. Zenerova dioda ; 14 slouží k ochraně transistoru 18 před přepětím. : V případě, že na fotonku 4 citlivou na ultrafialové | záření přestane dopadat záření plamene, stane se fotonka 4 nevodivou a nedojde k otevření tyristoruWhen the flame arrester is connected to an AC source, AC voltage is applied to the filter capacitor 3 via a limiting resistor 2. If the ultraviolet-sensitive photon photocells on the ultraviolet radiation photon, the capacitor 3 discharges via the ultraviolet-sensitive photon 4, to the thyristor control electrode 5. The thyristor works as a high gain amplifier. The protective diode 8 protects its control electrode from the opposite polarity. Short-circuiting on the UV-sensitive photocell 4 will result in a drop in current passing through the filter capacitor 3 and thus do not open the thyristor 5. Through the charging resistor 7 and the thyristor 5 the input capacitor 9 is charged and further through the resistor 10 the output capacitor 11. The pulse capacitor 15 charges through the diac 12. The charging current passes through the control electrode of the triac 16, which switches the current to the load 24, which is typically a fuel supply solenoid valve and other elements of the burner automatics. The pulse capacitor 15 discharges at the beginning of each half-period through a protective resistor 17, a transistor 18 and a switching diode 21. The transistor 18 is excited to the base and to the emitter via the excitation capacitor 23 and commutation diodes 20 and 22. With triac 16 open, transistor 18 is open for short periods of time. The current draw from the outlet capacitor 11 is very small. If the situation occurs when the triac 16 does not open for some half-period, then the opening time of the transistor 18 is substantially extended and the output capacitor 11 discharges through the discharge resistor 13. This thereby; it accelerates the opening and closing of the triac 16, which happens by jumping, and hysteresis occurs depending on the voltage of the input capacitor 9. Zener diode; 14 serves to protect the transistor 18 from overvoltage. : In the case of photocell 4 sensitive to ultraviolet the radiation stops falling into the flame, the photocell 4 becomes nonconductive and the thyristor does not open

5.5.

Schéma zapojení podle obr. 2 je rozvinutím základního zapojení z obr. 1, pouze s rozdílem v zapojení filtračního kondensátoru 3, který je připojen mezi anodu ochranné diody 8 a omezovači odpor 2. Přitom společný bod filtračního kondensátoru 3 a omezovacího odporu 2 je spojen s fotonkou 4 citlivou na ultrafialové záření.The wiring diagram of FIG. 2 is an unfolding of the basic wiring of FIG. 1, with only the difference in the wiring of the filter capacitor 3 which is connected between the anode of the protective diode 8 and the limiting resistor 2. a photocell 4 sensitive to ultraviolet radiation.

Další uvedené prvky mají za účel odrušení a zvýšení spolehlivosti hlídače plamene. ParaleleněThe other elements are intended to suppress and increase the reliability of the flame guard. Parallel

Claims

SUBJECT

Flame arrester with an ultraviolet-sensitive photoconductor fitted with semiconductor elements, powered by an alternating current, in which the ultraviolet-sensitive photoconductor drives the thyristor control electrode through a series capacitor, characterized in that it is via a basic AC terminal (1) a thyristor control electrode (5) is connected to a limiting resistor (2), a filter capacitor (3) and a photocell (4), and a protective diode anode (8) is connected via the charging resistor (7) to the other terminal (6). ), the cathode of which is also connected to the control electrode of the thyristor (5), the cathode of the thyristor (5), to which the input capacitor (9) and the resistor (10) of the π cell are connected. an equalizing resistor 25 is connected to the protective diode 8. A suppression resistor 26 is inserted between the second terminal 6 and the charging resistor 7. The suppression filter capacitor 27 is connected from the common point of the charging resistor 7 and the suppression filter resistor 26. The cathode of the base transistor diode 20 is coupled to the anode of two triacs 16 separately via the RC members 29 and 30, similar to the anode of the commutator diode 22 of the transistor emitter via the RC members 31 and 32. An ancillary RC member consisting of the capacitor 33 and the resistor 34 are connected to the second AC voltage terminal 6. The anode of the discharge diode 36 is connected to the control electrode of the triac 16 and the other side of the interference filter capacitor 27, the resistor 34, the interference suppressor 35 and the cathode of the discharge diode 36 they are connected to the basic AC terminal 5.

The operation of the flame arrester of Fig. 2 is basically the same as that of Fig. 1. The compensating RC member 33, 34 is connected to improve the function of the arrester with an inductive load 24, for example using a solenoid valve. The discharge diode 36 takes over a portion of the discharge current of the pulse capacitor 15. The RC members 29, 30, 31, 32 before the commutating diodes 20 and 22 serve to increase protection of the transistor 18 against current overload.

The equalizing resistor 25 compensates for differences in manufacturing tolerances of the thyristor 5, thereby increasing the sensitivity of the instrument. The resistor 26 and the suppression filter capacitor 27 together with the suppression capacitor 35 prevent interference to the surrounding electronic devices.

The flame arrester according to the invention finds use in particular as part of the automatic operation of burners burning mainly gaseous fuels, but is also suitable for use in the combustion of liquid and solid fuels. It is suitable for low energy consumption wherever the presence of flame ultraviolet radiation needs to be indicated.

BACKGROUND OF THE INVENTION a capacitor (11), both a diac (12) together with a parallel connected discharge resistor (13), to which a Zener diode (14) anode and a pulse capacitor (15), on the other side of which a control electrode is connected a triac (16), a protective resistor (17) connected to the collector of a transistor (18), the base of which is connected to a base resistor (19) and a base commutating diode (20) and a switching diode cathode (21) as well as an emitter commutating diode (22), the anode of which, together with the base commutating diode (20) cathode, is connected to an excitation capacitor (23) which is further coupled to the anode by two triacs (16) and one side of the load (24). ), and the other side of the load (24) is connected to a second AC terminal (6), the other sides of the triac (16), the switching diode (21), the resistor (19) ί base, the Zener diode (14), the output capacitor ( 11) and the input capacitor (9) are! all connected to the basic AC terminal (1).

2. The flame arrester according to claim 1, characterized by: in that the filter capacitor (3) is connected between | an anode of a protective diode (8) and a limiting resistor (2), wherein the common point of the filter capacitor (3) and the limiting resistor (2) is coupled to a photocell (4) sensitive to ultraviolet radiation.

Flame arrester according to claim 1 or 2, characterized in that a compensation resistor (25) is connected in parallel to the protective diode (8), a resistor (26) is inserted between the second AC terminal (6) and the charging resistor (7). the suppression filter, and from the common point of the charging resistor (7) and the suppression filter resistor (26) a capacitor (27) of the suppression filter is connected, further that the cathode of the commutating diode (20) of base transistor (18) is connected to the two anode ) separately via the RC member (29, 30), similar to the anode of the commutating diode (22) of the emitter of the transistor (18) via the RC member (31,32), and a compensating RC member consisting of from the capacitor (33) and the resistor (34), finally to the second terminal (6); AC suppression capacitor is connected the anode of the discharge diode (36) is connected to the triac control electrode (16), the other side of the suppression filter capacitor (27), the RC compensation resistor (34), the suppression capacitor (35) and the discharge cathode ( 36) are connected to the basic AC terminal (1).