DE102020108006A1 - Circuit device and method for monitoring a burner flame - Google Patents

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    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/12—Flame sensors with flame rectification current detecting means

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners (1), insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners (1), umfassend einen Flammenverstärker, eine lonisationselektrode (2), eine Flammensignalaufbereitung (5, 6 und 7), einen Ionisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Ionisationsspannung (3), ein Tiefpassfilter (6) und ein Steuergerät (9) für die Messung eines lonisationsstromes (4) zur Regelung der Verbrennungsgüte des Brenners (1), wobei der beim Betrieb des Brenners durch die Brennerflamme fließende Flammenstrom (4) über den Tiefpassfilter (6) geführt wird und dieser so ausgelegt ist, den Strom so zu filtern, dass in dem Signal neben dem Gleichstromanteil noch ein Wechselspannungsanteil verbleibt und dieses Signal einer Signalauswertung zugeführt wird.The invention relates to a method and a circuit device for operating a burner (1), in particular for monitoring a burner flame of a burner (1), comprising a flame amplifier, an ionization electrode (2), a flame signal processor (5, 6 and 7), and an ionization voltage generator (10) for generating an ionization voltage (3), a low-pass filter (6) and a control unit (9) for measuring an ionization current (4) to regulate the combustion quality of the burner (1), the combustion quality flowing through the burner flame during operation of the burner Flame current (4) is passed through the low-pass filter (6) and this is designed to filter the current in such a way that an alternating voltage component remains in the signal in addition to the direct current component and this signal is fed to a signal evaluation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren für den Betrieb eines Brenners, insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme.The present invention relates to a circuit device and a method for operating a burner, in particular for monitoring a burner flame.

Eine Gasflamme eines Gasbrenners wirkt bei Einbindung in einen Ionisationsstromkreis bekanntlich als Reihenschaltung aus einem hochohmigen Widerstand (ca. 10 bis 100 Megaohm) und einer Diode, dass ein Gleichrichtereffekt bewirkt wird. Dieser Effekt wird zum Beispiel bei einer aus der Druckschrift EP 01 59 748 B bekannten Schaltung zur Flammenüberwachung ausgenutzt. Der über die Flamme fließende Ionisationsstrom erzeugt eine Messgleichspannung an einem dazu vorgesehenen Kondensator, die an einen Signaleingang eines Komparators angelegt und mit einer von der Netzfrequenz abgeleiteten Rechteckimpulsfolge verglichen wird. Aus dem Vergleichsergebnis wird ein Signal zur Flammenüberwachung abgeleitet, dessen Frequenz der Netzfrequenz entspricht. Diese bekannte Anordnung ermöglicht zwar zusätzlich zu der Überwachung des Vorhandenseins der Flamme selbst auch eine Überwachung einiger besonders gefährdeter Schaltungskomponenten und erzeugt ein Abschaltsignal bei einer Fehlfunktion dieser Komponenten, ist jedoch trotzdem für den Dauerbetrieb nicht zuverlässig genug. Bei Fehlern in denjenigen Komponenten, welche die dem Vergleich dienende Referenzspannung erzeugen, kann ein das Vorhandensein einer Brennerflamme simulierendes Signal entstehen. Außerdem können Netzfrequenzeinstrahlungen zum Schalten der Komparatoranordnung führen. Dies ist ein generelles Problem, wenn - wie bei der bekannten Schaltung - eine Referenzspannung bei Netzfrequenz vorgesehen ist.When integrated into an ionization circuit, a gas flame from a gas burner acts as a series connection of a high-ohm resistor (approx. 10 to 100 megohms) and a diode, creating a rectifier effect. This effect is shown, for example, in one from the publication EP 01 59 748 B known circuit used for flame monitoring. The ionization current flowing over the flame generates a DC measurement voltage on a capacitor provided for this purpose, which is applied to a signal input of a comparator and compared with a square-wave pulse sequence derived from the mains frequency. A flame monitoring signal is derived from the comparison result, the frequency of which corresponds to the mains frequency. In addition to monitoring the presence of the flame itself, this known arrangement also enables some particularly endangered circuit components to be monitored and generates a switch-off signal in the event of a malfunction of these components, but is nevertheless not reliable enough for continuous operation. In the event of errors in those components that generate the reference voltage used for comparison, a signal simulating the presence of a burner flame can arise. In addition, line frequency irradiation can lead to switching of the comparator arrangement. This is a general problem when - as in the known circuit - a reference voltage is provided at line frequency.

Eine Flammenüberwachung für Gasbrenner nutzt den nach dem Stand der Technik bekannten Gleichrichteffekt einer Flamme, das heißt: bei Anlegen einer Wechselspannung zwischen der sogenannten Ionisationselektrode, die sich in der Flamme befindet, und der Brenneroberfläche, fließt durch die Flamme ein Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird verstärkt und zur Steuerung des Brenners genutzt. Da bedingt durch Übergangswiderstände dieser Gleichstrom auch von einem Wechselstromanteil überlagert ist, muss der Gleichstromanteil aus dem Flammensignal herausgefiltert werden, da nur dieser Gleichstromanteil die Flamme repräsentiert und zudem die Höhe des Gleichstromsignales zur Erfassung der Verbrennungsgüte ausgenutzt wird.A flame monitor for gas burners uses the rectifying effect of a flame, which is known from the prior art, i.e. when an alternating voltage is applied between the so-called ionization electrode, which is located in the flame, and the burner surface, a direct current flows through the flame. This direct current is amplified and used to control the burner. Since this direct current is also superimposed by an alternating current component due to contact resistances, the direct current component must be filtered out of the flame signal, since only this direct current component represents the flame and the level of the direct current signal is also used to determine the combustion quality.

Sicherheitstechnisch ist ein Gleichstrom allerdings schlecht zu überwachen. Die eingesetzten Verstärker könnten im Fehlerfall (z. B. ein Bauteilfehler) ein Flammensignal vortäuschen, auch ohne dass tatsächlich eine Flamme vorhanden ist. Eine Überwachung ist daher in der Regel nur beim Start des Brenners möglich, d. h. es wird überprüft, ob ohne Vorhandensein einer Flamme der Flammenverstärker auch kein Signal herausgibt.From a safety point of view, however, direct current is difficult to monitor. In the event of a fault (e.g. a component fault), the amplifiers used could simulate a flame signal without actually having a flame. Monitoring is therefore usually only possible when the burner is started, i. H. It is checked whether the flame amplifier is not emitting a signal in the absence of a flame.

So beschreibt die DE 4027090 A hingegen einen Flammenverstärker für einen Dauerbetrieb, der allerdings nur zur prinzipiellen Erkennung einer Flamme geeignet ist, was allerdings nicht zuverlässig genug im Betrieb ist. Hierbei wird der Gleichstromanteil aus dem Flammensignal dazu genutzt, einen Oszillator zu betreiben und die Schwingungen des Oszillators als Flammensignal auszuwerten. Jedoch kann die Höhe des Flammensignals mit dieser Methode nicht ausgewertet werden, sondern lediglich das prinzipielle Vorhandensein eines Signales.So describes the DE 4027090 A on the other hand, a flame amplifier for continuous operation, which, however, is only suitable for the basic detection of a flame, which, however, is not reliable enough in operation. Here, the direct current component from the flame signal is used to operate an oscillator and to evaluate the oscillations of the oscillator as a flame signal. However, the level of the flame signal cannot be evaluated with this method, only the basic presence of a signal.

Aus der EP 3106753 A2 ist ein Flammenverstärker zur Ionisationsstromregelung mit abschaltbarer Versorgungspannung bekannt. Dabei wird die Versorgungsspannung des Flammenverstärkers zur Überprüfung der sicheren Funktion abgeschaltet. Für die Dauer der Überprüfung ist somit keine Flammenüberwachung möglich, wodurch insgesamt eine vollständige Betriebsüberwachung nicht sichergestellt werden kann.From the EP 3106753 A2 a flame amplifier for ionization current control with a supply voltage that can be switched off is known. The supply voltage of the flame amplifier is switched off to check the safe function. Flame monitoring is therefore not possible for the duration of the check, which means that, overall, complete operational monitoring cannot be ensured.

Eine weitere Möglichkeit einer Brennerüberwachung besteht darin, die Flammensignalauswertung sozusagen doppelt auszuführen und dann miteinander zu vergleichen. Auch diese Methode besitzt diverse Nachteile und ist aufwändig in der Umsetzung.Another possibility for burner monitoring is to carry out the flame signal evaluation twice, so to speak, and then to compare it with one another. This method also has various disadvantages and is complex to implement.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, vorbesagte Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine Lösung für eine Brennerüberwachung so weiter zu entwickeln, dass ein sicherer Betrieb gewährleistet ist bei der Möglichkeit einer kontinuierlichen bzw. dauerhafter Überwachung, wobei die Lösung möglichst kostengünstig und zuverlässig realisierbar sein sollte.The present invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages in the prior art and of further developing a solution for burner monitoring in such a way that safe operation is guaranteed with the possibility of continuous or permanent monitoring, the solution being as cost-effective as possible and should be reliably feasible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß sind hierzu eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren für den Betrieb eines Brenners, insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme bekannt, bei der ein Flammenverstärker die Höhe des Flammensignales kontinuierlich während des gesamten Brennerbetriebes fehlersicher überwachen und zur Regelung der Verbrennungsgüte messen kann.According to the invention, a circuit device and a method for operating a burner, in particular for monitoring a burner flame, are known in which a flame amplifier can continuously monitor the level of the flame signal during the entire burner operation in a fail-safe manner and measure it to control the combustion quality.

Der Erfindung liegt dabei das Konzept zugrunde den Wechselstromanteil aus dem Flammensignal nicht komplett herauszufiltern, sondern einen geringen und aktiv gesteuerten Wechselstromanteil beizubehalten. Dieser Wechselstromanteil kann sicherheitstechnisch besonders effizient und gut überwacht werden. Das Signal besteht damit aus einem Gleichstromanteil und dem geringen Wechselstromanteil. Der Gleichstromanteil wird durch eine gezielte Mittelwertbildung zur Flammenregelung genutzt.The invention is based on the concept of not completely filtering out the alternating current component from the flame signal, but rather of maintaining a small and actively controlled alternating current component. This alternating current component can be monitored particularly efficiently and well in terms of safety. The signal thus consists of a direct current component and the small alternating current component. The direct current component is used to regulate the flame through targeted averaging.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners, insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners vorgesehen, umfassend einen Flammenverstärker, eine Ionisationselektrode, eine Flammensignalaufbereitung, einen Ionisationsspannungsgenerator zur Erzeugung einer Ionisationsspannung, ein Tiefpassfilter und ein Steuergerät für die Messung eines lonisationsstromes zur Regelung der Verbrennungsgüte des Brenners, wobei der beim Betrieb des Brenners durch die Brennerflamme fließende Flammenstrom über den Tiefpassfilter geführt wird und dieser so ausgelegt ist, den Flammenstrom so zu filtern, dass in dem Signal neben dem Gleichstromanteil gezielt noch ein Wechselspannungsanteil verbleibt und dieses Signal einer Signalauswertung zugeführt wird.According to the invention, a circuit device for operating a burner, in particular for monitoring a burner flame of a burner, is provided, comprising a flame amplifier, an ionization electrode, a flame signal processor, an ionization voltage generator for generating an ionization voltage, a low-pass filter and a control unit for measuring an ionization current to regulate the Combustion quality of the burner, whereby the flame current flowing through the burner flame during operation of the burner is passed through the low-pass filter, which is designed to filter the flame current in such a way that an alternating voltage component remains in the signal in addition to the direct current component and this signal is fed to a signal evaluation will.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wechselspannungsanteil im gefilterten Stromsignal geringer, insbesondere wesentlich geringer im Vergleich zum Gleichspannungsanteil ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the AC voltage component in the filtered current signal is lower, in particular significantly lower, compared to the DC voltage component.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn mittels des Ionisationsspannungsgenerators eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz und Höhe vom Steuergerät variiert werden kann.It is also advantageous if an alternating voltage is generated by means of the ionization voltage generator, the frequency and level of which can be varied by the control device.

Eine weitere bevorzugte Maßnahme sieht vor, dass der Ionisationsspannungsgenerators ausgebildet ist, eine Ionisationsspannung als Rechteckspannung mit variablen Pulsbreiten zu erzeugen. Vorzugsweise, aber nicht beschränkt darauf, wird hierzu eine Rechteckfrequenz mit symmetrischen Pulsbreiten erzeugt.Another preferred measure provides that the ionization voltage generator is designed to generate an ionization voltage as a square-wave voltage with variable pulse widths. Preferably, but not limited to, a square-wave frequency with symmetrical pulse widths is generated for this purpose.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die vom Ionisationsspannungsgenerator erzeugte Ionisationsspannung über ein Koppelnetzwerk an eine Ionisationselektrode angeschlossen ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the ionization voltage generated by the ionization voltage generator is connected to an ionization electrode via a coupling network.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben der Vorrichtung auch ein Verfahren zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners beim Betrieb des Brenners mit einer wie zuvor beschriebenen Schaltungsvorrichtung mit den folgenden Schritten:

  1. a) der durch die Flamme des Brenners fließende Flammenstrom wird über den Tiefpass geführt, um den Gleichstromanteil herauszufiltern, wobei diese Filterung so ausgelegt ist, dass neben dem Gleichspannungsanteil noch ein vergleichsweise kleiner Wechselspannungsanteil verbleibt und
  2. b) dieses Signal wird um eine Referenzspannung Uref erhöht und vorzugsweise einem Verstärker zugeführt und von diesem verstärkt und als Auswertesignal dem Steuergerät zur Flammenüberwachung zugeführt und von diesem insbesondere zur Regelung der Verbrennungsgüte und der FlammenÜberwachung verwendet.
In addition to the device, a further aspect of the present invention also relates to a method for monitoring a burner flame of a burner during operation of the burner with a circuit device as described above with the following steps:
  1. a) the flame current flowing through the flame of the burner is passed over the low-pass filter in order to filter out the direct current component, this filtering being designed so that a comparatively small alternating voltage component remains in addition to the direct voltage component and
  2. b) this signal is increased by a reference voltage Uref and preferably fed to an amplifier and amplified by it and fed as an evaluation signal to the control unit for flame monitoring and used by the control unit in particular to regulate the combustion quality and flame monitoring.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens sieht vor, das Flammensignal gezielt zu den Zeitpunkten zu erfassen, in denen ein Mittelwert folgendermaßen gebildet wird, nämlich indem der Gleichspannungsanteil des gefilterten Flammensignals Uref und deren Minimal-Werte Umin und Maximal-Werte Umax erfasst werden, um daraus den für die Auswertung benötigten Mittelwert zu bilden.An advantageous variant of the method provides for the flame signal to be detected specifically at the times at which a mean value is formed as follows, namely by detecting the DC voltage component of the filtered flame signal Uref and its minimum values Umin and maximum values Umax in order to obtain the to form the mean value required for the evaluation.

Bevorzugt wird hierzu das das Flammensignal in Abhängigkeit der Phasenlage der Ionisationsspannung abgetastet, wobei der Abtastpunkt zur Erfassung der Minimal-Werte Umin vorzugsweise bei abnehmender Flanke der lonisationsspannung und der Abtastpunkt zur Erfassung der Maximal-Werte Umax bei steigender Flanke der Ionisationsspannung gewählt sind.For this purpose, the flame signal is preferably sampled as a function of the phase position of the ionization voltage, the sampling point for recording the minimum values Umin preferably being selected with a decreasing edge of the ionization voltage and the sampling point for recording the maximum values Umax with a rising edge of the ionization voltage being selected.

Weiter Vorteilhaft ist es, wenn eine konstante Verzögerungszeit zwischen den abnehmenden Flanken und den steigenden Flanken und den Abtastpunkten vorgesehen ist, um sicher zu stellen, dass die Abtastpunkte jeweils symmetrisch zu dem Mittelwert liegen.It is also advantageous if a constant delay time is provided between the falling edges and the rising edges and the sampling points in order to ensure that the sampling points are each symmetrical to the mean value.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures.

Es zeigen:

  • 1 eine Vorrichtung mit einem Regelschema nach dem Konzept der Erfindung und
  • 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der erzeugten Ionisationsspannung und dem erfindungsgemäßen Auswertesignal.
Show it:
  • 1 a device with a control scheme according to the concept of the invention and
  • 2 a representation to explain the relationship between the generated ionization voltage and the evaluation signal according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die 1 und 2 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.In the following, the invention will be explained using an exemplary embodiment with reference to FIG 1 and 2 described in more detail, the same reference numerals in the figures indicating the same structural and / or functional features.

In der 1 findet sich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in der Form eines Regelschemas. Gezeigt ist insofern eine Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners 1, insbesondere zum Überwachen der Brennerflamme eines Brenners 1. Die Anordnung umfasst hierzu einen Flammenverstärker, eine Ionisationselektrode 2, eine Flammensignalaufbereitung 5, 6 und 7, einen Ionisationsspannungsgenerator 10 zur Erzeugung einer Ionisationsspannung 3, einen Tiefpassfilter 6 und ein Steuergerät 9 für die Messung eines lonisationsstromes 4 zur Regelung der Verbrennungsgüte und zur fehlersicheren Flammenüberwachung des Brenners 1.In the 1 there is an exemplary embodiment of the invention in the form of a rule scheme. In this respect, a circuit device for operating a burner is shown 1 , especially for monitoring the burner flame of a burner 1 . For this purpose, the arrangement comprises a flame amplifier, an ionization electrode 2 , a flame signal processing 5 , 6th and 7th , an ionization voltage generator 10 to generate an ionization voltage 3 , a low pass filter 6th and a control unit 9 for measuring an ionization current 4 for controlling the combustion quality and for fail-safe flame monitoring of the burner 1 .

In dem Ionisationsspannungsgenerator 10 wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz und Höhe vom Steuergerät 9 variiert werden kann. Vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf diese Spannungsform, wird eine Rechteckfrequenz mit symmetrischen Pulsbreiten erzeugt. Diese so erzeugte Ionisationsspannung wird über das gezeigte Koppelnetzwerk 5 an die Ionisationselektrode 2 angeschlossen.In the ionization voltage generator 10 an alternating voltage is generated, its frequency and level from the control unit 9 can be varied. Preferably, but not limited to this voltage form, a square-wave frequency with symmetrical pulse widths is generated. The ionization voltage generated in this way is transmitted via the coupling network shown 5 to the ionization electrode 2 connected.

Sobald der Brenner 1 brennt, bildet sich eine Flamme und fließt durch sie ein Flammenstrom 4 hindurch. Da eine Flamme wie bereits zuvor erläutert wie ein Gleichrichter wirkt, fließt durch die Flamme hindurch ein pulsierender Gleichstrom, auch wenn die besagte Wechselspannung anliegt. Der durch die Flamme fließende Flammenstrom 4 wird dann über den Tiefpassfilter 6 geführt, um nur den relevanten Gleichstromanteil herauszufiltern.As soon as the burner 1 burns, a flame forms and a stream of flame flows through it 4th through. Since a flame acts like a rectifier, as already explained above, a pulsating direct current flows through the flame, even if the said alternating voltage is present. The current of flame flowing through the flame 4th is then over the low pass filter 6th led to filter out only the relevant direct current component.

Diese Tiefpassfilterung erfolgt aber nach dem Konzept der Erfindung gezielt unvollständig. Diese ist daher so ausgelegt, dass neben dem Gleichspannungsanteil noch ein kleiner Wechselspannungsanteil verbleibt. Dieser Wechselspannungsanteil wird um eine Referenzspannung Uref 11 erhöht, dann im Verstärker 7 verstärkt und anschließend als Auswertesignal 8 vom Steuergerät 9 zur Flammenüberwachung und zur Regelung der Verbrennungsgüte genutzt.However, according to the concept of the invention, this low-pass filtering takes place in a targeted manner incomplete. This is therefore designed in such a way that a small AC voltage component remains in addition to the DC voltage component. This AC voltage component is around a reference voltage Uref 11 increased, then in the amplifier 7th amplified and then as an evaluation signal 8th from the control unit 9 used for flame monitoring and to regulate the combustion quality.

Die Aufgabe der Auswerteschaltung besteht nun darin, dass Flammensignal zu den Zeitpunkten zu erfassen, in denen ein Mittelwert gebildet werden kann, wie auch eine ständige Signaländerung zur Überprüfung der sicheren Funktion der Verstärkerschaltung dient.The task of the evaluation circuit is to detect the flame signal at the times at which a mean value can be formed, and a constant signal change is also used to check the reliable function of the amplifier circuit.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Abtastung des Flammensignales immer abhängig von der Phasenlage der Ionisationsspannung geschieht.This is achieved by the fact that the flame signal is always scanned depending on the phase position of the ionization voltage.

In der 2 ist der Zusammenhang zwischen der Abtastung des Ionisationssignales und der Phasenlage der Ionisationsspannung dargestellt.In the 2 the relationship between the scanning of the ionization signal and the phase position of the ionization voltage is shown.

Im oberen linken Teil der (dargestellt mit dem Bezugszeichen 20) ist der Verlauf der erzeugten Ionisationsspannung 3 in Abhängigkeit von der Zeit (Zeitachse 12) ohne Vorhandensein einer Flamme dargestellt.In the upper left part of the (shown with the reference number 20th ) is the course of the generated ionization voltage 3 as a function of time (time axis 12th ) shown without the presence of a flame.

Im unteren linken Teil der 2 ist hierzu der zeitliche Verlauf des gefilterten Flammensignales 8 exemplarisch gezeigt. Die Aufgabe der Auswerteschaltung besteht nun darin das Flammensignal bzw. Uref 11 und deren Minimal-Werte Umin 24 und Maximal-Werte Umax 25 zu erfassen, um daraus den Mittelwert 26 zu bilden.In the lower left part of the 2 is the time course of the filtered flame signal 8th shown as an example. The task of the evaluation circuit is now the flame signal or Uref 11 and their minimum values Umin 24 and maximum values Umax 25th to record in order to derive the mean value 26th to build.

Die Differenz Umax- Umin ist bedingt durch entsprechende Dimensionierung der Filter 6 und Verstärkerschaltung 8 weitestgehend unabhängig vom Flammenstrom 4 und kann als nahezu konstant angesehen werden. Diese Differenz sollte immer in einem möglichst engen Toleranzband liegen.The difference Umax-Umin is due to the appropriate dimensioning of the filters 6th and amplifier circuit 8th largely independent of the flame current 4th and can be viewed as almost constant. This difference should always be in the narrowest possible tolerance band.

Der ermittelte Mittelwert 26 muss wie dargestellt ohne Flammensignal dem Wert Uref 11 entsprechen, während die Signalveränderung zur Überprüfung der sicheren Funktion der Verstärkerschaltung dient.The determined mean value 26th must have the value Uref as shown without a flame signal 11 correspond, while the signal change is used to check the safe function of the amplifier circuit.

Wie in 2 weiter dargestellt wird das Flammensignal in Abhängigkeit der Phasenlage 21 der Ionisationsspannung abgetastet, wobei der Abtastpunkt 24 bei sinkender Flanke 22 der Ionisationsspannung und der Abtastpunkt 25 bei steigender Flanke 23 der Ionisationsspannung liegen.As in 2 the flame signal is also shown as a function of the phase position 21 the ionization voltage is sampled, the sampling point 24 with falling edge 22nd the ionization voltage and the sampling point 25th with a rising edge 23 the ionization voltage.

Im oberen rechten Teil ist das Diagramm 30 gezeigt, welches den Verlauf der Ionisationsspannung 3 bei Vorhandensein einer Flamme repräsentiert. Es ist erkennbar, dass sich der Nullpunkt dieser Spannung aufgrund des nun hinzukommenden Gleichstromes relativ um den Gleichstromanteil verschiebt. Der untere rechte Teil zeigt den Verlauf des entsprechenden Auswertesignales 8 bei Vorhandensein einer Flamme. Daraus ist erkennbar, dass sich der nach den Abtastungen 32 und 33 gebildete Mittelwert 36 aus den Werten Umin 34 und Umax 35 um den Gleichspannungsanteil aufgrund des Flammenstromes erhöht hat. Aus der Differenz der beiden Mittelwerte 26, 36 wird das relevante Flammensignal ermittelt.In the upper right part is the diagram 30th shown, which shows the course of the ionization voltage 3 represented in the presence of a flame. It can be seen that the zero point of this voltage is shifted relative to the direct current component due to the direct current that is now being added. The lower right part shows the course of the corresponding evaluation signal 8th in the presence of a flame. It can be seen from this that the after the scans 32 and 33 formed mean value 36 from the values Umin 34 and Umax 35 has increased by the DC voltage component due to the flame current. From the difference between the two mean values 26th , 36 the relevant flame signal is determined.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit durch unterschiedliche Impulsbreiten oder Frequenzen der Ionisationsspannung 3 kontrolliert einen anderen Differenzwert Umax-Umin zu erzeugen, um den nachgeschalteten Verstärker auf Plausibilität zu überprüfen.The implementation of the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs. For example, there is the possibility of using different pulse widths or frequencies of the ionization voltage 3 controls to generate another difference value U max -U min in order to check the downstream amplifier for plausibility.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 0159748 [0002]EP 0159748 [0002]
  • DE 4027090 A [0005]DE 4027090 A [0005]
  • EP 3106753 A2 [0006]EP 3106753 A2 [0006]

Claims (10)

Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners (1), insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners (1), umfassend einen Flammenverstärker, eine Ionisationselektrode (2), eine Flammensignalaufbereitung (5, 6 und 7), einen Ionisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Ionisationsspannung (3), ein Tiefpassfilter (6) und ein Steuergerät (9) für die Messung eines Ionisationsstromes (4) zur Regelung der Verbrennungsgüte des Brenners (1), wobei der beim Betrieb des Brenners durch die Brennerflamme fließende Flammenstrom (4) über den Tiefpassfilter (6) geführt wird und dieser so ausgelegt ist, den Strom so zu filtern, dass in dem Signal neben dem Gleichstromanteil noch ein Wechselspannungsanteil verbleibt und dieses Signal einer Signalauswertung zugeführt wird.Circuit device for operating a burner (1), in particular for monitoring a burner flame of a burner (1), comprising a flame amplifier, an ionization electrode (2), a flame signal processor (5, 6 and 7), an ionization voltage generator (10) for generating an ionization voltage (3), a low-pass filter (6) and a control unit (9) for measuring an ionization current (4) to regulate the combustion quality of the burner (1), the flame current (4) flowing through the burner flame during operation of the burner via the low-pass filter (6) and this is designed to filter the current in such a way that an alternating voltage component remains in the signal in addition to the direct current component and this signal is fed to a signal evaluation. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungsanteil im gefilterten Stromsignal geringer, insbesondere wesentlich geringer als der Gleichspannungsanteil ist.Circuit device according to Claim 1 , characterized in that the AC voltage component in the filtered current signal is lower, in particular significantly lower than the DC voltage component. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Ionisationsspannungsgenerators (10) eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz, Tastverhältnis und Höhe vom Steuergerät (9) variiert werden kann oder variiert wird.Circuit device according to Claim 1 or 2 , characterized in that an alternating voltage is generated by means of the ionization voltage generator (10), the frequency, duty cycle and level of which can be or is varied by the control device (9). Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, eine lonisationsspannung als Rechteckspannung mit vorzugsweise symmetrischen Pulsbreiten zu erzeugen.Circuit device according to Claim 3 , characterized in that the ionization voltage generator (10) is designed to generate an ionization voltage as a square wave voltage with preferably symmetrical pulse widths. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Ionisationsspannungsgenerators (10) erzeugte Ionisationsspannung über ein Koppelnetzwerk (5) an eine Ionisationselektrode (2) angeschlossen ist.Circuit device according to Claim 3 or 4th , characterized in that the ionization voltage generated by the ionization voltage generator (10) is connected to an ionization electrode (2) via a coupling network (5). Verfahren zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners (1) beim Betrieb des Brenners (1) mit einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten: a. der durch die Flamme des Brenners (1) fließende Flammenstrom (4) wird über den Tiefpass (6) geführt, um den Gleichstromanteil herauszufiltern, wobei diese Filterung so ausgelegt ist, dass neben dem Gleichspannungsanteil noch ein vergleichsweise kleiner Wechselspannungsanteil im Spannungssignal verbleibt und b. dieses Signal wird um eine Referenzspannung Uref (11) erhöht und vorzugsweise einem Verstärker (7) zugeführt und von diesem verstärkt und als Auswertesignal (8) dem Steuergerät (9) zur Flammenüberwachung zugeführt und von diesem insbesondere zur Regelung der Verbrennungsgüte und zur fehlersicheren Flammenüberwachung verwendet.Method for monitoring a burner flame of a burner (1) during operation of the burner (1) with a switching device according to one of the preceding claims, comprising the following steps: a. the flame current (4) flowing through the flame of the burner (1) is passed over the low-pass filter (6) in order to filter out the direct current component, this filtering being designed so that, in addition to the direct voltage component, a comparatively small alternating voltage component remains in the voltage signal and b. this signal is increased by a reference voltage U ref (11) and preferably fed to an amplifier (7) and amplified by it and fed as an evaluation signal (8) to the control unit (9) for flame monitoring and from this in particular for regulating the combustion quality and for fail-safe flame monitoring used. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Flammensignal zu den Zeitpunkten erfasst wird, in denen ein Mittelwert (26) folgendermaßen gebildet wird, indem der Gleichspannungsanteil des gefilterten Flammensignals Uref (11) und deren Minimal-Werte Umin (24) und Maximal-Werte Umax (25) erfasst werden, um daraus den Mittelwert (26) zu bilden.Procedure according to Claim 6 , the flame signal being recorded at the times at which a mean value (26) is formed as follows, in that the direct voltage component of the filtered flame signal Uref (11) and its minimum values Umin (24) and maximum values Umax (25) are recorded to calculate the mean value (26). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Flammensignal in Abhängigkeit der Phasenlage (21) der Ionisationsspannung abgetastet wird.Procedure according to Claim 6 or 7th , wherein the flame signal is scanned as a function of the phase position (21) of the ionization voltage. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Abtastpunkt zur Erfassung der Minimal-Werte Umin (24) bei abnehmender Flanke (22) der Ionisationsspannung und der Abtastpunkt zur Erfassung der Maximal-Werte Umax (25) bei steigender Flanke (23) der Ionisationsspannung gewählt sind.Procedure according to Claim 8 , wherein the sampling point for detecting the minimum values Umin (24) with a falling edge (22) of the ionization voltage and the sampling point for detecting the maximum values Umax (25) with a rising edge (23) of the ionization voltage are selected. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine konstante Verzögerungszeit zwischen den abnehmenden Flanken (22) und den steigenden Flanken (23) und den Abtastpunkten (24, 25) vorgesehen ist, um sicher zu stellen, dass die Abtastpunkte (24, 25) jeweils symmetrisch zu dem Mittelwert (26) liegen.Procedure according to Claim 9 , wherein a constant delay time is provided between the falling edges (22) and the rising edges (23) and the sampling points (24, 25) in order to ensure that the sampling points (24, 25) are each symmetrical to the mean value (26 ) lie.
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