DE10123214A1

DE10123214A1 - Long-term safe flame monitoring method and monitoring device

Info

Publication number: DE10123214A1
Application number: DE10123214A
Authority: DE
Inventors: Marco Techt
Original assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-12
Filing date: 2001-05-12
Publication date: 2002-11-28
Also published as: EP1256763B1; EP1256763A2; DE50208634D1; EP1256763A3

Abstract

Eine Überwachungseinrichtung (1), die insbesondere zur Flammenüberwachung an ölbetriebenen Gebläsebrennern vorgesehen ist, weist einen Fotowiderstand (6) auf, der an einer Überwachungsschaltung (7) angeschlossen ist. Diese wertet das von dem Fotowiderstand (6) abgegebene Signal zweikanalig aus. Ein erster Kanal (11) dient zur Erfassung der mittleren Helligkeit. Ein zweiter Kanal (12) dient zur Erfassung von Wechselanteilen, die vom Flackern der Flamme herrühren. Die Flamme wird nur dann als ordnungsgemäß brennend anerkannt, wenn an beiden Kanalausgängen der Kanäle (11, 12) ein Signal vorhanden ist bzw. ein Signal jeweils in einem vorgegebenen Bereich liegt. Auf diese Weise lassen sich insbesondere schleichende Änderungen der Charakteristik des Fotowiderstands, wie sie bei Brennerdauerbetrieb auftreten und gefährlich sind, erkennen. Es wird sichergestellt, dass die Flammenüberwachung nicht mit einem defekten Fotowiderstand vorgenommen oder verursacht wird.A monitoring device (1), which is provided in particular for flame monitoring on oil-operated forced draft burners, has a photo resistor (6) which is connected to a monitoring circuit (7). This evaluates the signal emitted by the photo resistor (6) in two channels. A first channel (11) is used to record the average brightness. A second channel (12) is used to record alternating components resulting from the flickering of the flame. The flame is only recognized as properly burning if there is a signal at both channel outputs of the channels (11, 12) or a signal is in a predetermined range. In this way, in particular gradual changes in the characteristics of the photoresistor, such as those that occur during continuous burner operation and are dangerous, can be recognized. It is ensured that the flame monitoring is not carried out or caused with a defective photo resistor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flammenüber wachung an einem oder mehreren Brennern, insbesondere Ge bläsebrennern, sowie eine Überwachungseinrichtung zur Flam menüberwachung an solchen Brennern.The invention relates to a method for flame transfer watch on one or more burners, especially Ge blow burners, and a monitoring device for flame monitoring of such burners.

Bei Brennern, die mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betrieben werden, muss während des Betriebs des Brenners aus Sicherheitsgründen überwacht werden, ob der eingesetzte Brennstoff tatsächlich verbrennt. Dazu sind unterschiedliche Überwachungseinrichtungen in Gebrauch. Für Brenner mit blauer Flamme werden häufig sogenannte Ionisa tionsfühler eingesetzt. Darüber hinaus sind Flammenfühler in Gebrauch, die die unsichtbare oder die sichtbare Strah lung der Flamme erfassen.For burners with gaseous or liquid Fuels must be operated during operation of the burner are monitored for safety reasons whether the fuel actually burns. To do this different monitoring devices in use. For Blue flame burners are often called ionisa tion sensor used. In addition, there are flame sensors in use, the invisible or the visible beam capture the flame.

Die Sicherheit der Flammenerfassung hängt davon ab, ob das entsprechende Sensorelement für die zu erfassende Strahlung korrekt arbeitet. Das Sensorelement erzeugt ein elektrisches Signal, das die Stärke oder Leistung der auf genommenen Strahlung kennzeichnet. Hier sind insbesondere bei Brennerdauerbetrieb langfristige (schleichende) Ver änderungen der Eigenschaften des Sensorelements gefährlich. Wird der Sensor, der bspw. durch einen Halbleiter gebildet sein kann, durch Temperatur, Verbrennungsgase oder andere verschleißende Einflüsse beeinträchtigt, verschieben sich unter Umständen die Schaltschwellen und Erfassungsschwellen für die Strahlungsintensität, die als Kennzeichen für das Brennen einer Flamme oder ein Verlöschen derselben gelten soll.The security of the flame detection depends on whether the corresponding sensor element for the one to be detected Radiation works correctly. The sensor element generates a electrical signal that indicates the strength or power of the radiation taken. Here are in particular long-term (creeping) ver Changes in the properties of the sensor element dangerous. If the sensor is formed, for example, by a semiconductor can be by temperature, combustion gases or others deteriorating influences are shifted possibly the switching thresholds and detection thresholds for the radiation intensity, which is a characteristic of the Burning a flame or extinguishing it apply should.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ver fahren sowie eine Überwachungseinrichtung zur Flammenüber wachung zu schaffen, die Fehlfunktionen infolge von Ver schleiß des Sensorelements vermeidet.Based on this, it is an object of the invention to provide a ver drive and a monitoring device for flame over to create guard, the malfunction due to Ver avoids wear of the sensor element.

Diese Aufgabe wird mit dem Überwachungsverfahren, ge mäß Anspruch 1 sowie der Überwachungseinrichtung nach An spruch 6 gelöst.This task is carried out with the monitoring procedure according to claim 1 and the monitoring device according to An saying 6 solved.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das von der strahlungsempfindlichen Erfassungseinrichtung gelieferte elektrische Signal parallel durch zwei Filtereinrichtungen mit unterschiedlicher Charakteristik geleitet. Beide Fil terausgangssignale werden darauf überprüft, ob sie in einem Erwartungsbereich liegen. Nur dann, wenn dies für beide Filterausgangssignale der Fall ist, wird das Vorhandensein einer Flamme mit einem entsprechenden Ausgangssignal ange zeigt. Die Filter können Analogfilter oder Rechenblöcke eines Mikrorechnerprogramms sein.According to the method of the invention radiation-sensitive detection device supplied electrical signal in parallel through two filter devices headed with different characteristics. Both fil ter output signals are checked whether they are in a Expected range. Only if this is for both Filter output signals the case is the presence a flame with a corresponding output signal shows. The filters can be analog filters or arithmetic blocks of a microcomputer program.

Die Filterung des elektrischen Signals der Erfassungs einrichtung mit zwei unterschiedlichen Filtern ermöglicht, schleichende Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Erfassungseinrichtung zu bestimmen. Dies beruht darauf, dass die von der Flamme ausgesendete Strahlung zeitlich nicht konstant ist. Vielmehr ist in der Regel ein gewisses Flackern der Flamme zu verzeichnen. Dies gilt insbesondere für Gebläsebrenner, insbesondere Öl-Gebläsebrenner. Das Flackern der Flamme erzeugt einen Strahlungsanteil, der sporadisch schwankt. Die Schwankungen liegen dabei in einem Frequenzbereich zwischen 10 und 60 Hertz - je nach Brenner. Andererseits ist bei ständig brennender Flamme, auch wenn diese etwas flackert, ein festgelegter mittlerer Strah lungspegel vorhanden. Die erfindungsgemäße zweikanalige Auswertung des Strahlungssignals gestattet es nun, ver schiedene Frequenzanteile des Strahlungssignals separat zu erfassen und zu untersuchen.Filtering the electrical signal of detection with two different filters, creeping changes in electrical properties to determine the detection device. This is because that the radiation emitted by the flame is temporal is not constant. Rather, there is usually a certain Flickering of the flame. This is especially true for fan burners, especially oil fan burners. The Flickering of the flame creates a radiation component that fluctuates sporadically. The fluctuations are in one Frequency range between 10 and 60 Hertz - depending on the burner. On the other hand, with a constantly burning flame, even if this flickers a little, a fixed medium beam level present. The two-channel according to the invention Evaluation of the radiation signal now allows ver different frequency components of the radiation signal separately capture and investigate.

Beispielsweise kann in dem ersten Kanal ein zeitlich gewichteter Mittelwert des Strahlungssignals ausgewertet werden. Dieser wird, z. B. durch Tiefpassfilterung oder durch numerische Mittelwertbildung erhalten. Das so gefil terte Signal bildet, wenn die Erfassungseinrichtung ord nungsgemäß arbeitet, die empfangene Strahlungsleistung ab. Wird ein optischer Sensor für sichtbares Licht als Erfassungseinrichtung verwendet, entspricht das Signal der er fassten mittleren Flammenhelligkeit.For example, a temporally in the first channel weighted average of the radiation signal is evaluated become. This is, for. B. by low-pass filtering or obtained by numerical averaging. This is how it was ter signal forms when the detection device ord works according to the received radiation power. Becomes an optical sensor for visible light as a detection device used, the signal corresponds to that of caught medium flame brightness.

In dem anderen Kanal können bspw. die Wechselanteile des Strahlungssignals herausgefiltert werden, die das Fla ckern der Flamme kennzeichnen. Dies kann bspw. mit einem Hochpass oder mit einem Bandpass erfolgen. Der Bandpass kann zugleich dazu dienen, den Einfluss von Störlichtquel len, die ebenfalls Wechsellicht erzeugen können, drastisch zu reduzieren. Dies insbesondere, wenn der Bandpass aus reichend gegen übliche Netzfrequenzen (50 Hertz) verstimmt ist, so dass Lichtschwankungen, wie sie im 50 oder 100 Hertz-Rhythmus an Leuchtstofflampen auftreten, ohne Belang sind. Der Bandpass ist vorzugsweise auf eine Frequenz un terhalb der Netzfrequenz abgestimmt. Anstelle des Bandpas ses kann auch ein Rechenblock Anwendung finden, der die Summe der Beträge von Differenzen einer Anzahl aufeinander folgender Abtastwerte des Helligkeitssignals bestimmt. Un terschreitet die Summe einen Grenzwert, ist die sporadische Helligkeitsschwankung (Flackern) zu gering. Somit ist ent weder der Sensor defekt oder die Flamme erloschen; es wird ein Fehler angezeigt.For example, the alternating components can be in the other channel of the radiation signal are filtered out, which the Fla Mark the core of the flame. This can be done with a High pass or with a band pass. The band pass can also serve to influence the influence of stray light len, which can also generate alternating light, drastically to reduce. This is especially true when the band pass is out sufficiently detuned from the usual network frequencies (50 Hertz) is so that light fluctuations, as in the 50 or 100 Hertz rhythm occur on fluorescent lamps, irrelevant are. The bandpass is preferably at a frequency un tuned below the mains frequency. Instead of the band pass A calculation block can also be used, which Sum of the amounts of differences of a number on each other following samples of the brightness signal determined. Un If the sum exceeds a limit, it is sporadic Brightness fluctuation (flickering) too low. Thus it is ent neither the sensor defective nor the flame extinguished; it will an error is displayed.

Wird die strahlungsempfindliche Erfassungseinrichtung (z. B. ein Fotowiderstand) durch Temperatureinwirkung, Ein wirkung von Verbrennungsgasen oder sonstige Verschleißein flüsse langsam zerstört, geht sie ausgehend von einem Wi derstandswert, der der tatsächlichen Strahlungseinwirkung (Beleuchtungsstärke) entspricht, allmählich in den hoch ohmigen oder niederohmigen Zustand über. Mit anderen Wor ten, der aktuelle Widerstandswert des Fotowiderstands oder sonstigen Erfassungselements, bewegt sich von seinem ge wünschten Wert zu einem anderen Wert hin, wobei der Einfluss der Beleuchtungsstärke mit zunehmender Zerstörung des Erfassungselements (z. B. eines Halbleiters) allmählich ab nimmt. Liegt der Widerstandswert durch Zerstörung der Er fassungseinrichtung auch noch bei Flammenausfall in einem für die Flammenmeldung gültigen Bereich, kann allein durch Auswertung des Mittelwerts des Strahlungssignals kein Flam menausfall detektiert werden. Jedoch ging, wie erläutert, mit der Zerstörung der Erfassungseinrichtung auch eine Ver ringerung von deren Empfindlichkeit einher, so dass der Flackeranteil in dem Strahlungssignal auch bei noch bren nender Flamme immer weiter zurückging. Dies wird in dem zur Erfassung des stochastischen Wechselanteils vorgesehenen Kanal registriert. Unterschreitet das erfasste Flackern einen Minimalwert, liegt das Ausgangssignal dieses Kanals nicht mehr in dem Erwartungsbereich. Entsprechend wird kein Ausgangssignal zur Anzeige des Vorhandenseins einer Flamme mehr erzeugt, und es erfolgt somit eine Störungsmeldung.Will the radiation sensitive detection device (e.g. a photo resistor) by exposure to temperature, On effects of combustion gases or other wear slowly destroyed rivers, it starts from a Wi the level value, that of the actual exposure to radiation (Illuminance) corresponds to, gradually in the high ohmic or low impedance state over. With other wor ten, the current resistance value of the photo resistor or other detection element, moves from its ge desired value towards another value, with the influence the illuminance with increasing destruction of the Detection element (z. B. a semiconductor) gradually takes. Is the resistance value due to destruction of the Er Detection device even in the event of flame failure in one area valid for the flame detection, can only by Evaluation of the mean value of the radiation signal no flame failure can be detected. However, as explained, with the destruction of the detection device also a Ver reduction in their sensitivity, so that the Flicker content in the radiation signal even when burning flame continued to decrease. This is used in the Detection of the stochastic alternating component provided Channel registered. Falls below the detected flickering a minimum value, the output signal of this channel lies no longer in the expected range. Accordingly, no Output signal to indicate the presence of a flame generated more, and so there is a fault message.

Mit dem vorgestellten Konzept reagiert eine entspre chende Auswerteeinrichtung oder Überwachungseinrichtung auf die schleichende Zerstörung des Sensorelements der Erfas sungseinrichtung noch bevor ein wirklicher Fehler eintritt durch eine entsprechende Ausfallmeldung. Im praktischen Betrieb würde dies zum Stillsetzen des Brenners führen, d. h. die Anlage fällt zur sicheren Seite hin aus. Gefahren für Mensch und Material werden dadurch ausgeschlossen - die Sicherheit ist erhöht.With the presented concept, one responds appropriate evaluation device or monitoring device the gradual destruction of the sensor element of the Erfas solution even before a real error occurs through a corresponding failure report. In practical terms Operation would result in the burner stopping, d. H. the system fails on the safe side. hazards for people and material are excluded - the Security is increased.

Das vorgestellte Konzept ist insbesondere für Dauer lauffähige Ölbrenner von Bedeutung. Eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Erfassungseinrichtung der Überwa chungseinrichtung findet nicht nur zu Betriebsbeginn beim Zünden der Flamme, sondern durch die unterschiedliche Signalverarbeitung in beiden zueinander parallelen Kanälen, während des Betriebs des Brenners ständig statt.The concept presented is particularly long-lasting Running oil burners are important. A review of the Functionality of the monitoring device of the monitoring equipment is not only found at the start of operations at Ignite the flame, but through the different signal processing in both channels parallel to each other, during the operation of the burner.

Die schleichende Zerstörung eines Sensorbauelements (Erfassungseinrichtung) kann außerdem dazu führen, dass ein elektrischer Widerstand zu besonders niedrigen oder zu be sonders hohen Werten hin verschoben wird. Bei einer bevor zugten Ausführungsform der Erfindung, wird der Mittelwert des Strahlungssignals, das den Widerstand des Sensorbau elements kennzeichnet daraufhin untersucht, ob der aktuelle Widerstandswert des Sensorbauelements einen Minimalwert unterschreitet. Dieser als Grenzwert dienende Minimalwert ist dabei vorzugsweise auf einen Wert festgelegt, der einer überhellen Beleuchtung (Strahlungsintensität) entspricht, die von der Flamme nicht aufgebracht werden kann. Diese Maßnahme bringt sowohl Sicherheit gegen Kurzschlüsse an dem Sensorelement oder in den Zuleitungen, als auch gegen eine schleichende Widerstandsverschiebung. Eine weitere Sicher heitsmaßnahme kann darin liegen, als Kennzeichen für den Ausfall einer Erfassungseinrichtung zu werten, wenn das elektrische Signal vor Zündung einer Flamme in einem Be reich liegt, in dem es bei Vorhandensein einer Flamme er wartet wird.The gradual destruction of a sensor component (Detection device) can also cause a electrical resistance to particularly low or to be particularly high values is shifted. With a before preferred embodiment of the invention, the mean of the radiation signal, which is the resistance of the sensor construction elements then examines whether the current Resistance value of the sensor component a minimum value below. This minimum value serving as a limit is preferably set to a value that one corresponds to over-bright lighting (radiation intensity), that cannot be applied by the flame. This Measure brings both security against short circuits on the Sensor element or in the supply lines, as well as against one creeping resistance shift. Another sure measure can be used as a sign of the Failure of a detection device to be assessed if that electrical signal before ignition of a flame in a loading is rich in which it is present in the presence of a flame is waiting.

Tritt bei einer Flammenüberwachung nach dem vor gestellten Verfahren ein Zerstören des Sensorelements (Fo towiderstands) auf, das dazu führt, dass der Widerstand auf einen Wert hin driftet der noch im gültigen Bereich für eine Flammenmeldung liegt, wobei der Widerstand aber nur noch ungenügend oder überhaupt nicht mehr von dem Flammen bild, d. h. dem Flackern der Flamme beeinflusst wird, wird dies über die Wechselsignalerfassung erkannt (zweiter Ka nal). Die Erfassungseinrichtung kann aufgrund der Zerstörung ihres Halbleiters kein oder ein nur ungenügendes Fla ckersignal aus der Flamme erfassen. Durch dieses Verfahren ist es demnach möglich, Übergangszustände des Sensorele ments (Fotowiderstands), die aus einer langsamen und steti gen Zerstörung des Sensorelements entstehen, zu erkennen und unschädlich zu machen.Occurs with a flame monitoring after the provided a destruction of the sensor element (Fo towiderstands), which leads to the resistance on a value that drifts in the valid range for there is a flame message, but the resistance is only still insufficient or not at all from the flame picture, d. H. the flickering of the flame is affected this is recognized by the AC signal detection (second Ka nal). The detection device can due to the destruction their semiconductor has no or only insufficient fla Capture the signal from the flame. Through this procedure it is therefore possible to determine transition states of the sensor element elements (photo resistors), which consist of a slow and steady against the destruction of the sensor element and render it harmless.

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung weist zwei zueinander parallele Kanäle mit unterschiedlichen Sig nalauswerteinrichtungen auf, deren eine bspw. den Signal mittelwert und deren andere den Wechselanteil des Signals auswertet. Die Auswertung kann über Filtereinrichtungen hard- oder softwaremäßig erfolgen. Im Anschluss daran kann mittels Schwellwertschalter oder Fensterdiskriminatorschal tungen untersucht werden, ob die Signale in dem gewünschten und erwarteten Bereich liegen. Die Schwellwertschalter, Fensterdiskriminatoren, evtl. erforderliche Gleichrichter zur Signalgleichrichtung und ähnliches, können sowohl durch Hardware oder auch durch Software realisiert sein.The monitoring device according to the invention has two parallel channels with different sig nal evaluation devices, one of which, for example, the signal mean and the others the alternating component of the signal evaluates. The evaluation can be done via filter devices done in hardware or software. Following that can using a threshold switch or window discriminator scarf tions are examined whether the signals in the desired and expected range. The threshold switches, Window discriminators, possibly necessary rectifiers for signal rectification and the like, can both by Hardware or software.

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung eignet sich insbesondere zu Flammenüberwachung durch Erfassung des sichtbaren Lichts mit einem Fotowiderstand als Sensorele ment. Damit lassen sich einfache, kostengünstige und dabei auch bei Dauerbetrieb des Brenners sichere Überwachungsein richtungen realisieren.The monitoring device according to the invention is suitable focus in particular on flame monitoring by recording the visible light with a photo resistor as sensor element ment. It can be simple, inexpensive and at the same time Safe monitoring even when the burner is in continuous operation realizing directions.

Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung gehen aus der Zeichnung, der nachfolgenden Be schreibung oder Unteransprüchen hervor.Advantageous details of embodiments of the Invention go from the drawing, the following Be spelling or subclaims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung veranschaulicht. Es zeigen: In the drawing, embodiments of the invention are illustrated. Show it:

Fig. 1 einen Gebläsebrenner mit optischer Flammenüberwa chung in schematischer Darstellung, Fig. 1 shows a fan burner with optical monitoring Flammenüberwa in a schematic representation;

Fig. 2 die Helligkeit-Widerstands-Kennlinie eines Foto widerstands, in intaktem Zustand und in verschie denen Verschleißzuständen, Fig. 2 shows the brightness-resistance characteristic of a photoresist, in an intact state and in which various wear states,

Fig. 3 einen beispielhaften Zeitverlauf für ein von dem Fotowiderstand erzeugtes Signal, Fig. 3 shows an exemplary timing for a signal generated by the photo resistance signal,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungsein richtung für einen Gebläsebrenner, als Block schaltbild, und Fig. 4 shows an embodiment of a surveillance device for a forced draft burner, as a block diagram, and

Fig. 5 eine alternative Ausführungsform einer Über wachungseinrichtung als schematisiertes Schalt bild. Fig. 5 shows an alternative embodiment of a monitoring device as a schematic circuit diagram.

In Fig. 1 ist eine Überwachungseinrichtung 1 für die Flamme 2 eines Gebläsebrenners 3 schematisch veranschau licht. Der Gebläsebrenner 3 ist an ein Gebläse 4 und eine Brennstoffzuführungsleitung 5 angeschlossen. Der Brennstoff ist bspw. Heizöl. Die Flamme 2 weist ein turbulentes Flam menbild auf. Ihre Helligkeit ändert sich um einen Mittel wert. Zeitliche Schwankungen der Helligkeit L um den Mit telwert M entsprechen dem Flackern der Flamme, wie Fig. 3 veranschaulicht. Die Schwankungen sind stochastischer Na tur. Sie liegen häufig im Bereich von 10-60 Hertz.In Fig. 1, a monitoring device 1 for the flame 2 of a forced draft burner 3 is schematically illustrated. The fan burner 3 is connected to a fan 4 and a fuel supply line 5 . The fuel is, for example, heating oil. The flame 2 has a turbulent flame image. Their brightness changes by an average. Temporal fluctuations in the brightness L around the mean value M correspond to the flickering of the flame, as illustrated in FIG. 3. The fluctuations are stochastic in nature. They are often in the range of 10-60 Hertz.

Die Überwachungseinrichtung 1 überwacht das von der Flamme 2 ausgesandte sichtbare Licht mittels einer strah lungsempfindlichen Erfassungseinrichtung. Diese wird durch einen Fotowiderstand 6 gebildet, der an eine Überwachungs schaltung 7 angeschlossen ist. Diese ist bspw. Teil einer übergeordneten Steuereinrichtung und dient somit, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, zum Steuern des Gebläsebren ners 3 und insbesondere zum direkten und indirekten Still setzen des Gebläses 4, sowie der Absperrung der Brennstoff zufuhr mittels eines entsprechenden gesteuerten Ventils 8.The monitoring device 1 monitors the visible light emitted by the flame 2 by means of a radiation-sensitive detection device. This is formed by a photo resistor 6 , which is connected to a monitoring circuit 7 . This is, for example, part of a higher-level control device and thus, as indicated schematically in FIG. 1, serves to control the blower burner 3 and in particular to directly and indirectly shut down the blower 4 and to shut off the fuel supply by means of a correspondingly controlled valve 8 ,

Der Fotowiderstand 6 ist so angeordnet, dass er einen Teil des von der Flamme 2 ausgesendeten sichtbaren Lichts auffängt. An seinen Ausgangsklemmen erzeugt er somit ein Signal, das den in Fig. 3 veranschaulichten Helligkeitsver lauf wiedergibt. Der Innenwiderstand des Fotowiderstands 6 ist von der Beleuchtungsstärke abhängig. Dieser Zusammen hang ist in Fig. 2 veranschaulicht. Mit zunehmender Be leuchtungsstärke L nimmt der Widerstand R mehr und mehr ab. Bei Dunkelheit oder geringen Beleuchtungsstärken nimmt der Widerstand seinen Ruhewiderstand R₀ ein. Bei sehr hohen Be leuchtungsstärken, die höher sind als jede von der Flamme 2 erzeugbare Beleuchtung, nähert sich der Widerstand R seinem Minimalwert R_M an. In Fig. 2 ist als Kurve I die Abhängig keit des Widerstands R von der Beleuchtungsstärke L für einen intakten Fotowiderstands 6 veranschaulicht. Durch Temperatureinflüsse, Alterung und Einwirkung von Verbren nungsgasen, kann sich die Kennlinie des Fotowiderstands 6 mit der Zeit ändern. Jede Schädigung geht in der Regel da mit einher, dass die Steilheit der Kennlinie in dem Bereich zwischen dem Ruhewiderstand R₀ und dem Minimalwert R_M ab nimmt. Die in Fig. 2 gestrichelt veranschaulichte Kurve II veranschaulicht einen solchen Fall. Der Ruhewiderstand R₀ hat abgenommen; der Minimalwert hat zugenommen und die Steigung der Kennlinie ist vermindert.The photo resistor 6 is arranged in such a way that it collects part of the visible light emitted by the flame 2 . At its output terminals, it thus generates a signal which reproduces the brightness level illustrated in FIG. 3. The internal resistance of the photo resistor 6 depends on the illuminance. This relationship is illustrated in Fig. 2. With increasing illuminance L, the resistance R decreases more and more. In the dark or when the illuminance is low, the resistance assumes its rest resistance R ₀ . At very high illuminance levels, which are higher than any illumination that can be generated by the flame 2 , the resistance R approaches its minimum value R _M. In Fig. 2, the dependency of the resistance R on the illuminance L for an intact photoresistor 6 is illustrated as curve I. Due to temperature influences, aging and exposure to combustion gases, the characteristic curve of the photoresistor 6 can change over time. Any damage usually goes hand in hand with the fact that the steepness of the characteristic curve decreases in the range between the resistance to rest R ₀ and the minimum value R _M. Curve II, shown in broken lines in FIG. 2, illustrates such a case. The rest resistance R ₀ has decreased; the minimum value has increased and the slope of the characteristic curve has decreased.

In noch stärkerem Maße ist dies für einen noch weiter geschädigten Fotowiderstand 6 der Fall, wie in Fig. 2 durch eine dritte Kurve III veranschaulicht ist. Diese kann dabei auch insgesamt zu höheren Widerstandswerten oder zu niedri geren Widerstandswerten hin verschoben sein. Wie die Kurven jedoch auch immer verschoben sind - ihnen ist gemeinsam, dass die Fotoempfindlichkeit des Fotowiderstands 6 abnimmt.To an even greater extent, this is the case for an even further damaged photo resistor 6 , as illustrated in FIG. 2 by a third curve III. This can also be shifted overall to higher resistance values or to lower resistance values. However the curves are always shifted - they have in common that the photo sensitivity of the photo resistor 6 decreases.

Die Überwachungsschaltung 7 ist in Fig. 4 gesondert veranschaulicht. Die Überwachungsschaltung 7 weist einen ersten Kanal 11 zur Auswertung des Gleichanteils des von dem Fotowiderstand 6 erzeugten Signals und einen zweiten Kanal 12 zur Auswertung des Wechselsignalanteils auf. Beide Kanäle 11, 12, erhalten das gleiche Eingangssignal, das von einem R/U-Wandler 14 abgegeben wird, der eine dem Wider stand R entsprechende Spannung abgibt. Der R/U-Wandler ist eingangsseitig mit dem Fotowiderstand 6 verbunden und wird im einfachsten Fall durch einen Spannungsteiler (einen mit dem Fotowiderstand 6 in Reihe geschalteten ohmschen Wider stand) gebildet.The monitoring circuit 7 is illustrated separately in FIG. 4. The monitoring circuit 7 has a first channel 11 for evaluating the DC component of the signal generated by the photoresistor 6 and a second channel 12 for evaluating the AC signal component. Both channels 11 , 12 , receive the same input signal, which is emitted by an R / U converter 14 , which emits an opposing R corresponding voltage. The R / U converter is connected on the input side to the photoresistor 6 and, in the simplest case, is formed by a voltage divider (a resistor connected in series with the photoresistor 6 ).

Der erste Kanal 11 enthält zur Signalauswertung (als Signalauswerteeinrichtung) einen Tiefpass 15, der dazu dient, den Mittelwert von dem R/U-Wandler abgegebenen Sig nals zu bestimmen. Dazu bildet der Tiefpass 15 das zeitlich gewichtete Mittel. Seine Eckfrequenz liegt bspw. bei 20 Hertz. Durch diese Dimensionierung wird erreicht, dass ein Wegfall der Flamme, d. h. eine Änderung des Mittelwerts des Signals, sehr schnell erfasst und der Brenner 3 somit sehr schnell stillgesetzt werden kann.The first channel 11 contains a low-pass filter 15 for signal evaluation (as a signal evaluation device), which serves to determine the mean value of the signals output by the R / U converter. For this purpose, the low pass 15 forms the time-weighted average. Its corner frequency is, for example, 20 Hertz. This dimensioning means that a loss of flame, ie a change in the mean value of the signal, is detected very quickly and the burner 3 can thus be shut down very quickly.

An den Ausgang des Tiefpasses 15 ist ein Analog/ Digital-Wandler 16 angeschlossen (A/D-Wandler), der das Filterausgangssignal digitalisiert an einen Mikrocontroller 17 übergibt. Alternativ kann auf den Tiefpass 15 verzichtet werden. Der A/D-Wandler übergibt dann an den Mikrocontrol ler 17 Abtastwerte des aktuellen Zeitsignals. Der Mikrocon troller kann den Mittelwert des Zeitsignals rechnerisch bilden, indem er jeweils eine festgelegte Anzahl der letz ten Messwerte aufaddiert. Die so erhaltene Summe entspricht dem Mittelwert.An analog / digital converter 16 (A / D converter) is connected to the output of the low-pass filter 15 , which digitizes the filter output signal to a microcontroller 17 . Alternatively, the low pass 15 can be dispensed with. The A / D converter then transfers 17 samples of the current time signal to the microcontroller. The microcontroller can compute the mean value of the time signal by adding up a predetermined number of the last measured values. The sum thus obtained corresponds to the mean.

Der Kanal enthält als Signalauswerteeinrichtung 12 einen Bandpassfilter 18 (oder alternativ einen Hochpass filter). Die Mittelfrequenz des Bandpasses 18 liegt bspw. bei 30 Hertz, wobei die Bandbreite relativ groß bemessen sein kann. Beispielsweise liegen die 3 dE-Eckfrequenzen bei 10 und 40 Hertz. Netzkorrelierte Wechsellichtanteile von Fremdlichtquellen können somit ausgeschlossen werden, wobei das Flackern des Signals (siehe Fig. 3) breitbandig erfasst wird. Das Filterausgangssignal kann direkt an den Mikrocontroller 17 übertragen werden. Tastet dieser das Eingangs signal (gegebenenfalls über einen A/D-Wandler 19) peri odisch ab, werden hier, so lang ein Flackersignal vorhanden ist, stochastische Werte erhalten. Somit liegen die ein zelnen Abtastwerte in einem festgelegten Schwankungs bereich. Wird dieser unterschritten, ist der Wechselanteil unterhalb einer festgelegten Grenze. Der Mikrocontroller 17 kann diese überprüfen, indem er ständig Differenzen zwi schen aufeinander folgenden Signalwerten bildet und nur dann ein Flackersignal erkennt, wenn die einzelnen Diffe renzen einen Mindestwert überschreiten. Treten mehrmals hintereinander geringere Differenzen auf, ist davon auszu gehen, dass der Wechselanteil des Signals nach Fig. 3 unter einer vorgegebenen Grenze liegt. Alternativ kann die Summe über die Beträge mehrerer aufeinander folgender Differenzen gebildet und mit der Grenze verglichen werden.The channel contains a bandpass filter 18 (or alternatively a highpass filter) as the signal evaluation device 12 . The center frequency of the bandpass 18 is, for example, 30 Hertz, and the bandwidth can be relatively large. For example, the 3 dE corner frequencies are 10 and 40 Hertz. Network-correlated alternating light components from extraneous light sources can thus be excluded, the flickering of the signal (see FIG. 3) being recorded over a broad band. The filter output signal can be transmitted directly to the microcontroller 17 . If this periodically samples the input signal (possibly via an A / D converter 19 ), stochastic values are obtained here as long as a flickering signal is present. Thus, the individual samples lie in a defined fluctuation range. If the value falls below this, the exchange rate is below a specified limit. The microcontroller 17 can check this by constantly forming differences between successive signal values and only recognizing a flickering signal when the individual differences exceed a minimum value. If smaller differences occur several times in succession, it can be assumed that the alternating component of the signal according to FIG. 3 is below a predetermined limit. Alternatively, the sum can be formed from the amounts of several successive differences and compared with the limit.

Der Mikrocontroller 17 ist so programmiert, dass er ein gültiges Flammensignal (das eine brennende Flamme an zeigt) nur dann abgibt, wenn das über den Kanal 11 erfasste Gleichsignal in einem vorgegebenen Bereich liegt und zu gleich das in dem Kanal 12 erfasste Flackersignal einen Mindestwert übersteigt. Der vorgegebene Bereich für das Gleichsignal entspricht einem Widerstandsbereich B für den aktuellen Widerstandswert des Fotowiderstands 6 (Fig. 1). Das von dem Kanal 12 bereitgestellte Flackersignal muss über einem Grenzwert G liegen. Dieser ist in Fig. 3 ver anschaulicht.The microcontroller 17 is programmed in such a way that it only emits a valid flame signal (which indicates a burning flame) if the direct signal detected via the channel 11 is in a predetermined range and, at the same time, the flicker signal detected in the channel 12 exceeds a minimum value , The predetermined range for the direct signal corresponds to a resistance range B for the current resistance value of the photoresistor 6 ( FIG. 1). The flicker signal provided by channel 12 must be above a limit value G. This is illustrated in FIG. 3.

Die insoweit beschriebene Überwachungseinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Bei ordnungsgemäßem Betrieb erfasst der Fotowidertand 6 das von der Flamme 2 ausgesandte Licht. Die Helligkeit schwankt gemäß Diagramm nach Fig. 3. Entsprechend ist der Zeitverlauf des elektrischen Signals an dem Ausgang des Wandlers 14. Der Kanal 11 bestimmt den kurzfristigen Mit telwert dieses Signals durch Tiefpassfilterung. Hat die Flamme 2 eine solche Helligkeit, dass der Widerstandswert des Fotowiderstands 6 um den in Fig. 2 veranschaulichten Wert P schwankt, der in dem Bereich B liegt, erkennt dies der Mikrocontroller 17. Zugleich wird mit dem Bandpass 18 in dem Kanal 12 der Flackeranteil des Kanals ausgefiltert. Der Mikrocontroller 17 überprüft ob der Flackeranteil grö ßer ist als durch die Grenze G (Fig. 3) vorgegeben. Falls ja registriert der Mikrocontroller dies. Falls beide Bedin gungen (Kanal 11, Mittelwert im Bereich B; Kanal 12 Fla ckeranteil größer als Grenze G) erfüllt sind, gibt der Mi krocontroller ein Flammensignal aus, das das Vorhandensein einer Flamme kennzeichnet oder er erzeugt intern ein ent sprechendes Signal zur weiteren Verarbeitung.The monitoring device 1 described so far operates as follows:
When operating correctly, the photo resistance 6 detects the light emitted by the flame 2 . The brightness fluctuates according to the diagram in FIG. 3. The time profile of the electrical signal at the output of the converter 14 is corresponding. Channel 11 determines the short-term mean value of this signal by low-pass filtering. If the flame 2 has such a brightness that the resistance value of the photoresistor 6 fluctuates around the value P illustrated in FIG. 2, which lies in the region B, the microcontroller 17 recognizes this. At the same time, the bandpass 18 in the channel 12 filters out the flicker portion of the channel. The microcontroller 17 checks whether the flicker content is greater than that specified by the limit G ( FIG. 3). If so, the microcontroller registers this. If both conditions (channel 11 , mean value in area B; channel 12 flock percentage greater than limit G) are met, the microcontroller outputs a flame signal that indicates the presence of a flame or internally generates a corresponding signal for further processing ,

Altert der Fotowiderstand 6 oder ändern sich die elek trischen Eigenschaften mit der Zeit derart, dass er z. B. eine Kennlinie gemäß Kurve II oder III erhält, driftet sein Widerstandswert nicht aus dem Bereich heraus. Jedoch nimmt die Höhe des von dem Bandpass 18 des ausgesiebten Flacker signals mit abnehmender Kennliniensteilheit (Kurve II oder Kurve III) ab. Deshalb fällt das Flackersignal alsbald un ter seine Grenze G, womit der Mikrocontroller 17 nicht mehr beide Signale als gültig anerkennt. Somit meldet er Flam menausfall und ermöglicht somit ein Abschalten des Brenners 3. Does the photo resistor 6 age or do the electrical properties change over time such that it z. B. receives a characteristic curve II or III, its resistance value does not drift out of range. However, the level of the bandpass 18 of the screened flicker signal decreases with decreasing curve steepness (curve II or curve III). Therefore, the flicker signal soon falls below its limit G, with which the microcontroller 17 no longer recognizes both signals as valid. Thus, it reports flame failure and thus enables the burner 3 to be switched off .

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Mikrocon troller anhand der Feststellung, dass das Signal des Kanals 11 in dem Gültigkeitsbereich B liegt, das Flackersignal des Kanals 12 jedoch ausgefallen ist, ein Signal erzeugt, das den Ausfall des Fotowiderstands 6 kennzeichnet.In addition, it can be provided that the microcontroller generates a signal that identifies the failure of the photoresistor 6 based on the determination that the signal of the channel 11 is within the validity range B, but the flicker signal of the channel 12 has failed.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Überwachungseinrichtung 1 veranschaulicht. Die Überwa chungsschaltung 7 übernimmt hier Funktionen, die bei der Überwachungsschaltung 1 nach Fig. 4 von dem Mikrocontroller 17 übernommen worden sind.In Fig. 5 a modified embodiment of the monitoring device 1 is illustrated. The monitoring circuit 7 here takes over functions which have been taken over by the microcontroller 17 in the monitoring circuit 1 according to FIG. 4.

Soweit Funktionsgleichheit besteht, wird bei der nach folgenden Beschreibung auf gleiche Bezugszeichen zurück gegriffen, wie im Zusammenhang mit der vorstehenden Be schreibung, und generell auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.To the extent that the functions are the same, the after following description to the same reference numerals gripped, as in connection with the preceding Be spelling, and generally to the description above directed.

Der Fotowiderstand 6 ist mit einem Anschluss an einen Betriebsspannung U_b und mit seinem anderen Anschluss an den R/U-Wandler 14 angeschlossen, der ein Spannungsausgangs signal erzeugt, das dem durch den Fotowiderstand 6 fließen den Strom entspricht. Mit abnehmendem Widerstandswert des Fotowiderstands 6 nimmt die Ausgangsspannung des Wandlers 14 zu. Die Ausgangsspannung wird an dem Tiefpass 15 über tragen, der den zeitlichen Mittelwert des Wandlerausgangs signals bestimmt. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 15 ist zu einem Fensterdiskriminator 21 geleitet, der prüft, ob das Tiefpassausgangssignal in einem vorgegebenen Schalt bereich liegt, der dem Bereich B gemäß Fig. 2 entspricht. Die Grenzen des Schaltbereichs werden von zwei Trigger schaltungen 22, 23 überwacht, die Stelleingänge 24, 25 zur Festlegung der Triggerschwellen aufweisen. Die Triggerausgänge sind an ein Exklusiv-ODER-Gatter 26 angeschlossen, das an seinem Ausgang nur dann ein gültiges Ausgangssignal liefert, wenn nur eine der beiden Triggerschaltungen 22, 23 Grenzüberschreitungen feststellt.The photoresistor 6 is connected with a connection to an operating voltage U _b and with its other connection to the R / U converter 14 , which generates a voltage output signal which corresponds to the current flowing through the photoresistor 6 . As the resistance of the photoresistor 6 decreases, the output voltage of the converter 14 increases. The output voltage is transmitted to the low-pass filter 15 , which determines the time average of the converter output signal. The output signal of the low-pass filter 15 is sent to a window discriminator 21 , which checks whether the low-pass filter output signal is in a predetermined switching range, which corresponds to range B in FIG. 2. The limits of the switching range are monitored by two trigger circuits 22 , 23 , which have control inputs 24 , 25 for determining the trigger thresholds. The trigger outputs are connected to an exclusive OR gate 26 , which only delivers a valid output signal at its output if only one of the two trigger circuits 22 , 23 detects limit violations.

Die Stelleingänge 24, 25 dienen dazu, die Schalt schwellen der Triggerschaltungen 22, 23 bedarfsgerecht ein zustellen und an die jeweilige Betriebsart des Brenners 3 anzupassen. Beispielsweise kann insbesondere die für den geringen Lichteinfall zuständige untere Schaltschwelle bei Zündbetrieb anders (niedriger) festgelegt werden als nach erfolgter Zündung bei Brennerbetrieb (dies wird negative Schaltdifferenz genannt).The actuating inputs 24 , 25 serve to set the switching thresholds of the trigger circuits 22 , 23 as required and to adapt them to the respective operating mode of the burner 3 . For example, in particular the lower switching threshold responsible for the low incidence of light during ignition operation can be set differently (lower) than after ignition in burner operation (this is called a negative switching difference).

Der Kanal 12 kann im Anschluss an den Bandpass 18 ei nen Signalgleichrichter 27 enthalten, der das Flackersignal in ein Gleichsignal wandelt. Eine angeschlossene Trigger schaltung 28 dient dazu, zu überprüfen, ob das Wechselsig nal (Flackersignal) eine vorgegebene Grenze G überschrei tet. Die beiden Kanäle 11, 12 sind ausgangsseitig über eine Logikschaltung 29, die bspw. als UND-Schaltung ausgebildet ist, miteinander verknüpft, um ein Flackersignal zu erzeu gen.The channel 12 may contain a signal rectifier 27 following the bandpass 18 , which converts the flicker signal into a direct signal. A connected trigger circuit 28 is used to check whether the Wechselsig signal (flicker signal) exceeds a predetermined limit G. The two channels 11 , 12 are linked on the output side via a logic circuit 29 , which is designed, for example, as an AND circuit, in order to generate a flicker signal.

Eine dauerbetriebsichere Überwachungseinrichtung 1, die insbesondere zur Flammenüberwachung an ölbetriebenen Gebläsebrennern vorgesehen ist, weist einen Fotowiderstand 6 auf, der an einer Überwachungsschaltung 7 angeschlossen ist. Diese wertet das von dem Fotowiderstand 6 abgegebene Signal zweikanalig aus. Ein erster Kanal 11 dient zur Er fassung der mittleren Helligkeit. Ein zweiter Kanal 12 dient zur Erfassung von Wechselanteilen, die vom Flackern der Flamme herrühren. Die Flamme wird nur dann als ordnungsgemäß brennend anerkannt, wenn an beiden Kanalausgän gen der Kanäle 11, 12 ein Signal vorhanden ist, bzw. das Signal jeweils in einem vorgegebenen Bereich liegt. Auf diese Weise lassen sich insbesondere schleichende Änderun gen der Charakteristik des Fotowiderstands, wie sie bei Brennerdauerbetrieb auftreten und gefährlich sind, erken nen. Es wird sichergestellt, dass die Flammenüberwachung nicht mit einem defekten Fotowiderstand vorgenommen oder versucht wird.A continuously reliable monitoring device 1 , which is provided in particular for flame monitoring on oil-operated forced draft burners, has a photo resistor 6 , which is connected to a monitoring circuit 7 . This evaluates the signal emitted by the photo resistor 6 in two channels. A first channel 11 is used to record the average brightness. A second channel 12 is used to detect alternating components resulting from the flickering of the flame. The flame is only recognized as properly burning if a signal is present on both channel outputs of channels 11 , 12 , or the signal is in a predetermined range. In this way, in particular gradual changes in the characteristics of the photoresistor, as they occur during continuous burner operation and are dangerous, can be identified. It is ensured that the flame monitoring is not carried out or attempted with a defective photo resistor.

Claims

1. Method for flame monitoring on one or more burners, in particular fan burners,
by means of a radiation-sensitive detection device ( 6 ) which emits an electrical signal which characterizes the radiation power,
wherein in the method the electrical signal is passed par allel through at least two filter devices ( 15 , 18 ) with different characteristics and
both filter output signals are checked to determine whether they are within an expected range (B, G),
an output signal characterizing the presence of a flame is only generated if the filter output signals are in their respective expected range (B, G).

2. The method according to claim 1, characterized in that that signal swan by means of a filter device electrical signal and with the other Filter means a mean signal value can be detected.

3. The method according to claim 1, characterized in that the signal fluctuations of the electrical signal are used as an indicator for the operability of the radiation-sensitive detection device ( 6 ).

4. The method according to claim 1, characterized in that it is evaluated as a flag for a failure of the detection device ( 6 ) when its signal value is below a predetermined limit (R _k ).

5. The method according to claim 1, characterized in that the indicator for the failure of the detection device ( 6 ) is evaluated if the electrical signal before ignition of a flame is in the area in which it is expected in the presence of a flame.

6. Monitoring device ( 1 ) for flame monitoring on one or more burners ( 3 ), in particular fan burners,
with a radiation-sensitive detection device ( 6 ) which emits an electrical signal which characterizes the absorbed radiation power,
with a first channel ( 11 ) which is connected to the detection device ( 6 ) and contains a signal evaluation device ( 15 ) which is supplied with the electrical signal of the detection device ( 6 ) and which outputs a flame signal at its output if that electrical signal corresponds to a first criterion,
with a second channel ( 12 ) which is connected to the detection device ( 6 ) and contains a signal evaluation device ( 18 ) which is supplied with the electrical signal of the detection device ( 6 ) and which emits a flame signal at its output if that electrical signal meets a second criterion,
wherein the signal evaluation devices ( 15 , 18 ) of the two channels ( 11 , 12 ) are set up for checking under different criteria, and
with a logical evaluation device ( 17 , 21 , 29 ) which has two inputs which are connected to the channels ( 11 , 12 ) and which only emits a flame detection signal when both channels ( 11 , 12 ) each emit a flame signal.

7. Monitoring device according to claim 6, characterized in that the signal evaluation devices ( 15 , 18 ) are filter devices.

8. Monitoring device according to claim 6, characterized in that a channel ( 11 ) as a signal evaluation device ( 15 ), a device ( 15 ) for forming a time average and the other channel ( 12 ) as a signal processing device ( 18 ) a device for detection of signal changes is.

9. Monitoring device according to claim 6, characterized in that a channel ( 11 ) as a signal evaluation device ( 15 ) for detecting the radiation power contains a low-pass filter ( 15 ).

10. Monitoring device according to claim 9, characterized in that the channel ( 11 ) following the low pass ( 15 ) has a window discriminator ( 21 ).

11. Monitoring device according to claim 10, characterized in that the window discriminator ( 21 ) has at least one control input ( 25 ) for determining its switching limits.

12. Monitoring device according to claim 6, characterized in that one of the signal evaluation devices ( 15 , 18 ) is set up for the selection of flicker signals.

13. Monitoring device according to claim 12, characterized in that the signal evaluation device ( 18 ) is a filter device with high-pass behavior.

14. A monitoring device according to claim 12, characterized in that the signal evaluation device (18) is a filter means (18) with band-pass behavior.

15. Monitoring device according to claim 6, characterized in that the detection device ( 6 ) is a photo resistor.