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Fotoelektrischer Fühler, insbesondere für Flammenwächter Die Erfindung
betrifft einen fotoelektrischen Fühler, insbesondere für Flammenwächter, mit temperaturabhängigem
Meßglied und in die Strahlungsbahn geschalteter Vorrichtung zur Strahlungsbeeinflussung.
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Es ist bekannt, daß sich die Meßdaten eines fotoelektrischen Meßgliedes
mit der Temperatur des Meßgliedes ändern. Beispielsweise steigt der Dunkelstrom
eines Fotowiderstandes an, wenn die Temperatur des Widerstandkörpers wächst. Bei
zu hohem Dunkelstrom wird deshalb fälschlicherweise eine Belichtung vorgetäuscht,
was zu Fehlfunktionen im Schaltgerät führen kann. Dieser Nachteil tritt immer dann
auf, wenn nicht nur das Vorhandensein von Licht festgestellt werden muß, sondern
gleichzeitig auch höhere Temperaturen auftreten können. Derartige Temperaturen können
von dem Gegenstand ausgehen, der optisch überwacht werden soll, bei einem Flammenwächter
also von der Flamme der Feuerungsanlage, bei einer Walzgutüberwachungseinrichtung
von dem glühenden Walzgut usw., sie können aber auch von Fremdquellen herrühren,
bei beliebigen Anwendungszwecken, wie optischen Registriervorrichtungen, optischen
Zählern, Niveaureglern oder Türöffnern, z. B. durch zu starke Sonnenbestrahlung.
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Besonders offenkundig sind diese Nachteile bei Flammenwächtern, bei
denen normalerweise der fotoelektrische Fühler getrennt vom Schaltgerät, das er
steuern soll, in einer Schutzhaube unmittelbar in der Wand des Feuerungsraumes,
z. B. der Kesselwand einer Zentralheizungsanlage, montiert ist. Wenn wegen der erhöhten
Temperatur des Fühlers der Dunkelstrom zu groß ist, kann das Fotorelais trotz ausgeschalteter
Flamme noch angezogen bleiben. Ein erneuter Zündversuch scheitert so lange, bis
die Temperatur des gesamten Kessels so weit abgesunken ist, daß auch der Dunkelstrom
den Haltestrom des Fotorelais unterschreitet. Damit pendelt die Kesseltemperatur
zwischen weit auseinanderliegenden Werten, was z. B. bei der Zentralheizung eine
entsprechende Pendelung in der Vorlauftemperatur des Wassers nach sich zieht.
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Aus diesem Grunde war es bisher üblich, daß die Hersteller von Flammenwächtern
vorschrieben, daß die Temperatur der Schutzhaube einen bestimmten Wert nicht überschreiten
durfte. Diese Vorschrift wurde bei der Montage aber nicht immer beachtet, teils
aus Nachlässigkeit, teils aus Unkenntnis über die später auftretenden Temperaturen
bei höherem Heizbedarf.
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Es ist bereits bekannt, ein temperaturempfindliches Meßglied durch
Kühlung auf einer etwa konstanten Temperatur zu halten. Des weiteren hat man zwischen
Strahlungsquelle und Meßglied ein oder mehrere Filter geschaltet, die die Wärmestrahlung
zurückhalten, die Lichtstrahlung aber hindurchlassen sollten. Mit diesen, teils
recht aufwendigen Maßnahmen wurde aber immer nur der Versuch gemacht, eine unzulässige
Erwärmung des Meßgliedes zu verhindern. Wenn trotzdem eine Temperaturerhöhung eintrat,
z. B. infolge fehlerhafter Montage, durch Sonnenbestrahlung, durch Ausfall der Kühlluftpumpe
u. dgl., gab das Meßglied fehlerhafte Meßwerte ab. Im Gegensatz dazu liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, wie man trotz Erwärmung des Meßgliedes einwandfreie Meßwerte
oder zumindest einen von Fehlsteuerungen oder -regelungen freien Betrieb der überwachten
Anlage erreichen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar
auf den Körper des Meßgliedes oder dessen Schutzhülle eine Filterschicht aus einem
Material aufgetragen ist, dessen Lichtdurchlässigkeit sich in Abhängigkeit von der
Temperatur ändert.
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Die zu einem Fehler im Ausgangsmeßwert führende Erwärmung des Meßgliedes
wird also ausgenutzt, um diesen Ausgangswert zu korrigieren. Die Korrektur erfolgt
durch eine Änderung des Eingangswerts, also der auf das Meßglied einfallenden Lichtintensität.
Dadurch, daß die Filterschicht unmittelbar auf den Körper des Meßgliedes oder dessen
Schutzhülle
aufgetragen ist, ergibt sich eine großflächige Berührung
der Filterschicht mit dem zu überwachenden Element, so daß der Wärmetransport auf
die Filterschicht unbehindert vor sich geht und eine etwa gleichmäßige Temperaturbeeinflussung
der Filterschicht über die gesamte Filterfläche sichergestellt ist.
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Wesentlich für' die Erfindung sind zwei Betriebsarten. Einerseits
kann die temperaturabhängige Steuerung der Filterschicht derart erfolgen, daß der
Temperaturfehler im Ausgangswert vollständig kompensiert wird, so daß trotz Erwärmung
des Meßgliedes der richtige Ausgangswert erscheint. Andererseits kann die Filterschicht
von der Temperatur des Meßgliedes nur dann beeinflußt werden, wenn die Erwärmung
des Meßgliedes einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dann aber wird der Lichteinfall
so stark beeinflußt, daß der Fühler unwirksam ist. In beiden Fällen können keine
Fehlsteuerungen der überwachten Anlage erfolgen, weil im ersten Fall immer genaue
Meßwerte vorliegen und weil im zweiten Fall bei fehlerhaften Meßwerten der Fühler
und damit auch die überwachte Anlage außer Betrieb gesetzt wird. Selbstverständlich
gibt es auch Zwischenlösungen zwischen diesen beiden Fällen.
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Im Fall eines Flammenwächters kann die Temperatur der Anlage dann
nur noch absinken, bei einem erneuten Zündversuch wird das Meßglied nicht mehr belichtet,
und der Sicherheitsschalter der Anlage spricht an. Der Fehler, auf den das Versagen
der Anlage zurückzuführen ist, läßt sich leicht dadurch erkennen, daß die in den
Lichtweg geschaltete Vorrichtung angesprochen hat. Der Monteur kann dann sofort
eine kühlere Zone der Feuerraumtemperatur für den Fühler auswählen oder aber eine
Wärmeisolierung zwischen Schutzhaube der Fühler und Feuerraumwand anbringen. Des
weiteren ist hierdurch sichergestellt, daß das Meßglied niemals längere Zeit hindurch
höheren Temperaturen ausgesetzt ist, was die Lebensdauer des Meßgliedes erheblich
beeinträchtigen würde, weil nach dem Ansprechen der Sicherung ein erneutes Zünden
der Flamme unterbunden ist, da der Sicherheitsschalter im Schaltgerät anspricht,
wenn das Fotorelais bei einem Zündversuch nicht anzieht.
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Zwar ist es bereits bekannt, ein Strahlungspyrometer mit einem Thermoelement
als Meßglied auszustatten und in den Strahlengang eine Blende einzuschieben, deren
Öffnung sich in Abhängigkeit von der Raumtemperatur ändert. Diese Blendenabhängigkeit
kann aber nicht von der Temperatur des Meßgliedes gesteuert werden, weil die Temperatur
des Thermoelementkörpers dem gesuchten Meßwert selbst entspricht.
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Des weiteren ist es bekannt, ein Filter mit veränderlicher Lichtdurchlässigkeit
zu schaffen, indem eine Fotozelle von der gleichen Lichtstrahlung beeinflußt wird
und deren Energie eine aus Germanium bestehende Filterplatte mit Gleichstrom versorgt,
so daß diese ihre Lichtdurchlässigkeit ändert. Hierbei erfolgt die Steuerung durch
die Energie der Eingangsstrahlung, nicht aber durch die Temperatur eines nachgeschalteten
Meßgliedes, die mit der Eingangsstrahlungsenergie nichts zu tun haben muß.
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Sodann ist es bekannt, bei einer kapazitiven Anordnung die eine Belegung
aus einer durchsichtigen Metallschicht herzustellen und auf eine durchsichtige Unterlage
aufzubringen, während mit der anderen Belegung eine Fotozellenschicht vereinigt
ist, die von dem die erste Belegung durchdringendem Licht beeinflußt wird. Eine
Steuerungsabhängigkeit der lichtdurchlässigen Schichten ist hierbei nicht vorgesehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Filter
ganz einfach aus einer thermor empfindlichen, lichtdurchlässigen Lackschicht. Man
kann Filter benutzen, deren Lichtdurchlässigkeit mit steigender Temperatur abnimmt
und/oder deren Spektralbereiche für das durchgelassene Licht sich bei steigender
Temperatur aus dem Empfindlichkeitsbereich des Meßgliedes verschiebt.
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Um eine Daueranzeige des Fehlers zu erzielen, verwendet man am besten
ein Filter, das hinsichtlich der temperaturabhängigen Änderung irreversibel ist.
Es eignen sich aber auch reversible Filter für diesen Zweck, weil die Fehleranzeige
zumindest noch kurze Zeit nach Ansprechen des Filters sichtbar ist. Auf der anderen
Seite haben diese reversiblen Filter den Vorteil, daß man keine Einzelteile auszuwechseln
braucht.
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Ein Ausführungsbeispiel der in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend an Hand dieser Zeichnung
näher erläutert.
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Ein Fotowiderstand 9 ist in üblicher Weise in eine Glashülle
10 eingesetzt, aus der die Leitungen 11 herausführen. Über die Stirnseite
12 und teilweise über die Seitenwand 13 der Glashülle ist eine Schicht 14
aus temperaturempfindlichem Lack aufgetragen. Die Lackschicht kann beispielsweise
durch einfaches Eintauchen der Glashülle in einen Lackvorrat hergestellt werden.
Die Lichtdurchlässigkeit des Lackes verändert sich mit steigender Temperatur in
der Weise, daß dem Fotowiderstand eine geringere Lichtmenge zugeführt wird. Insbesondere
kann der Umschlag in der Lichtdurchlässigkeit plötzlich beim Erreichen einer bestimmten
Grenztemperatur erfolgen.