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Die Erfindung betrifft einen Flammenwächter unter Verwendung der ultravioletten,
von einer anzuzeigenden Flamme ausgehenden und eine Gasentladungsröhre zündenden
Strahlung zur Betätigung eines bei Stromdurchgang durch die Röhre ansprechenden
Anzeigerelais und unter Speisung der Röhre mittels der Sekundärspannung eines Transformators.
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Eine derartige Schaltung, bei welcher das Anzeigerelais an den Sekundärkreis
des Transformators angeschlossen ist, ist bekannt und in F i g.1 der Zeichnung dargestellt.
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Zur Vermeidung der bei dieser bekannten- Schaltung bestehenden Notwendigkeit,
Schaltelemente, die der Anzeige dienen, in der Nähe der Röhre in einer heißen Umgebung
anzuordnen, wird gemäß der Erfindung das Anzeigerelais durch kurze Stromimpulse
betätigt, welche im Zündungsfall der Röhre dem Primärstrom des Transformators überlagert
sind.
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Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele an Hand
der Zeichnung erläutert.
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F i g.1 zeigt eine herkömmliche Schaltungsanordnung in einem Flammen-Überwachungssystem
zur Erfassung ultravioletter Strahlung; F i g. 2 zeigt ein Schaltbild gemäß einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung; F i g. 3 a und 3
b zeigen Kurven, welche die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß F i g. 2 demonstrieren;
F i g. 4 zeigt ein teilweises Schaltbild einer Ausführungsform der elrfindungsgemäßen
Überwachungseinrichtung, wobei mehrere Aufnahmeorgane an einem gemeinsamen Auskopplungskreis
angeschlossen sind.
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Die Überwachungseinrichtung enthält eine Gasentladungsröhre
10, welche so angeordnet ist, daß die zu überwachende Flamme 11 in
der Verbrennungskammer 12 optisch auf sie einwirken kann. Die Röhre enthält zwei
Elektroden 14 und 16 in einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen
Kolben 18.
Die beiden Elektroden sind symmetrisch und parallel zueinander
unter genauer Einhaltung ihres gegenseitigen Abstands montiert. Die Elektroden bestehen
aus Wolfram hohen Reinheitsgrades; das Füllgas der Röhre ist vorzugsweise reiner
Wasserstoff.
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Liegt an den Elektroden eine Spannung von etwa 700 Volt und fällt
auf eine der Elektroden ultraviolette Strahlung, dann werden aus der Oberfläche
des Wolframs ein oder mehrere Elektronen freigesetzt, und das Gas zwischen den Elektroden
wird ionisiert. Dadurch ergibt sich eine relativ niedrige Impedanz der Elektrodenstrecke,
so daß ein verhältnismäßig starker Strom zwischen den Elektroden entsteht. Dieser
Strom hat beispielsweise einen Anfangswert von etwa 100 mA; dieser fällt jedoch
durch die Wirkung der Schaltelemente sehr schnell auf einen viel kleineren Wert
ab, welcher bestehenbleibt, bis die Spannung über den Elektroden so weit gesunken
ist, daß die Entladung nicht mehr aufrechterhalten bleibt.
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In F i g.1 ist eine übliche Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines
Signalimpulses durch Gasentladung mit Gasentladungsröhren dieser Art dargestellt.
Da die Elektroden der Röhre symmetrisch sind, kann jede von ihnen als Kathode wirken,
so daß zur Speisung Wechselstrom verwendet werden kann. Die Primärwicklung
22 des Transformators 20
ist an die Spannungsquelle 24 angeschlossen,
die eine Spannung von 115 Volt bei einer Frequenz von 60 Hertz abgibt. An der Sekundärwicklung
26 des Transformators entsteht eine Spannung von etwa 700 Volt. Ein. durch einen
Widerstand 30 überbrückter Kondensator 28 ist in Reihe mit der Sekundärwicklung
und einem Strombegrenzungswiderstand 32 geschaltet, der an eine der Elektroden der
Röhre angeschlossen ist. Die andere Elektrode ist mit der anderen Seite der Sekundärwicklung
verbunden, wodurch der Kreis geschlossen wird.
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Der Kondensator 28 hat eine viel kleinere Reaktanz als die
Röhre. Wenn in der Röhre eine Entladung entsteht, wird der Strom bestimmt durch
die Differenz zwischen der Sekundärspannung des Transformators und dem Spannungsabfall
über der Röhre 10, dem Widerstand 32 und dem effektiven Innenwiderstand
des Transformators. Von diesem Strom wird ein Ausgangssignal abgeleitet, und zwar
entweder am Widerstand 30 oder mit Hilfe einer auf Strom ansprechenden Fühlvorrichtung.
Der genannte Strom fließt weiter, fällt jedoch stetig ab, bis der Kondensator
28 geladen ist und der Strom dann durch die in Reihe geschalteten Widerstände
30 und 32 begrenzt wird. An einer bestimmten Stelle der Halbperiode,
in welcher die Spannung abfällt, hört die Entladung auf, jedoch bleibt der Kondensator
28 bis zu einem gewissen Grad geladen.
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Während der nächsten Halbperiode ist der Kondensator bestrebt, sich
über den Parallelwiderstand 30 zu entladen; jedoch hat die Restladung des
Kondensators eine Polarität, welche die Sekundärspannung während dieser Halbperiode
erhöht, so daß die Gesamtspannung über der Röhre so groß werden kann, daß die Röhre
überempfindlich wird oder sogar eine spontane Entladung entsteht.
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Da in dem dargestellten Kreis das Ausgangssignal von der hohe Spannung
führenden Seite des Transformators 20 abgeleitet wird, ist es erforderlich,
für die Isolation der Röhre einen anderen Transformator zu verwenden. Da das Ausgangssignal
auf Leitungen entsteht, die hohe Spannung führen, ist es zweckmäßig, den Isolationstransformator
nahe au der Röhre anzuordnen, damit die Länge der hohe Spannung führenden Leitungen
möglichst klein wird. Weiter müssen alle zwischen der Sekundärwicklung 26 des Transformators
und der Röhre 10 angeordneten Schaltelemente eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen
und dürfen auch nicht durch die hohen Temperaturen nachteilig beeinflußt werden,
die in der Umgebung der Röhre in der Nachbarschaft der Flamme 11 des zu überwachenden
Verbrennungsraumes 12 bestehen. Der Kondensator 28 ist besonders kritisch, da Kondensatoren
für hohe Temperaturen und zugleich hohe Spannungen sehr kostspielig sind.
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Gemäß F i g. 2 ist die Röhre 10 gemäß einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung direkt an die Sekundärwicklung 36 des Transformators
38 angeschaltet; alle Schaltelemente liegen zwischen der Spannungsquelle
40 und der Primärwicklung 42. Der Kondensator 44 ist parallel
zur Primärwicklung geschaltet; er wird über den Widerstand 46 aus der Spannungsquelle
40 aufgeladen. Der Kondensator ist über die in Reihe geschalteten Signalimpedanzen
48 und 49 an der Primärwicklung 42
des Transformators
angeschlossen. Der als Eisenkerntransformator ausgebildete Transformator 38 hat
ein Windungsverhältnis von nahezu 7:1, wobei wie bereits gesagt, die Röhre
10 direkt an die Klemmen der Sekundärwicklung angeschlossen ist.
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Der den Transformator 38 speisende Strom erzeugt an den Elektroden
eine Spitzenspannung von mehr als 700 Volt. Wenn in der Röhre 10 eine Entladung
erfolgt, wirkt der Kondensator 44 unabhängig von der Spannungsquelle 40 als Spannungsquelle
für den Primärkreis. Der Strom durch die Primärwicklung 42 und die Auskopplungsimpedanzen
48
und 49 wird bestimmt durch die Differenz zwischen der Momentanspannung
am Kondensator 44 und dem in den Primärkreis transformierten Spannungsabfall
über der Sekundärwicklung. Der Kondensator 44 liefert weiter Strom an die
Primärwicklung, bis er so weit entladen ist, daß der Speisestrom allein über den
Widerstand 46 geliefert wird. Die Größe dieses Widerstandes wird so bestimmt, daß
der verbleibende Röhrenstrom erheblich kleiner ist als der Strom in der ersten Entladungsspitze.
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F i g. 3 a zeigt den Verlauf 50 des Stroms in der Primärwicklung
42 des Transformators 38, solange keine Entladung zwischen den Elektroden
der Röhre 10 stattfindet. Die normale Sinuskurve ist dabei infolge der magnetischen
Wirkung des Transformators 38 etwas verzerrt. Bei Eintreten einer Entladung wird
ein Stromimpuls 52 erzeugt, der sich, wie in F i g. 3 b dargestellt, der 60-Hertz-Sinuskurve,
d. h. dem auch bei nicht gezündeter Röhre fließenden Primärstrom, überlagert. Dieser
Impuls hat eine steile Vorderflanke; die Spitze des Impulses ist während einer Dauer
von etwa 100 Mikrosekunden etwa fünfmal höher als das Maximum des erregenden Stroms.
Dieser Impuls wird in einen abgestimmten Kreis eingekoppelt, der an den beiden Auskopplungswiderständen
48 und 49 liegt. Diese beiden Widerstände sind vorgesehen, um sowohl positive als
auch negative Impulse ermitteln zu können.
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Der Auskopplungskreis enthält beispielsweise einen Kreis, der sowohl
auf die Form als auch auf die Höhe des steilen Anfangsimpulses anspricht, sowie
anschließend einen monostabilen Multivibrator 54, einen Integrator 56 und ein Steuerrelais
58, welches durch die im Integrator gespeicherte Energie betätigt wird. Der Kreis
spricht nicht auf den 60-Hertz-Strom an, sondern nur auf Signale mit erheblich steilerem
Anstieg.
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Gemäß F i g. 2 wird der Stromimpuls in einen Eingangskreis
60 eingekoppelt, der aus dem Kondensator 60 und den beiden Widerständen
62 und 64 besteht, welche eine Amplitudenunterscheidung und auch ein
Ansprechen auf steilen Impulsanstieg ermöglichen. Der über den Eingangskreis laufende
Impuls wird der Basis eines normalerweise leitenden Transistors 66 eines Multivibrators
zugeführt; dadurch wird dieser Transistor gesperrt und der andere Transistor 68
während einer Zeitdauer entsperrt, die durch die kreuzweise angeordneten Kopplungsglieder
des Multivibrators bestimmt wird. Dabei entsteht ein Ausgangsimpuls, der zum Integrator
gelangt und dort den Kondensator 70 auflädt. Beim Aufladen des Kondensators 70 wird
der an den Integrator angeschlossene Transistor 72 weniger leitend, bis der Transistor
74 leitend wird und das Relais 58 betätigt wird. Der Anker des Relais 58 zeigt dann
die Gegenwart einer vom Aufnahmeorgan 10 ermittelten Flamme an. Der Stromimpuls,
der bei Ansprechen der Röhre vom Kondensator 44 geliefert wird, ist unabhängig von
der Wechselspannungsquelle 40, so daß diese Quelle keine großen Spitzenströme
zu liefern braucht. Zusätzlich kann der Innenwiderstand der Quelle 40 dazu
dienen, zusammen mit dem Widerstand 46 die Größe des auf die erste Impulsspitze
folgenden Stroms zu regeln. Ferner liegt an dem Kondensator keine Restspannung,
die sich in der dem Ansprechen der Röhre folgenden Halbperiode der Röhrenspannung
überlagern könnte.
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Die dargestellte Schaltungsanordnung ist besonders zweckmäßig, da
bei ihr nur ein Transformator in der Nähe der Röhre in einer heißen Umgebung angeordnet
werden muß, während temperaturempfindliche Schaltelemente, wie Kondensatoren, an
entfernter Stelle bei niedrigerer Temperatur angebracht werden können, wodurch eine
größere Zuverlässigkeit beim Betrieb und ein geringer Aufwand für die Einrichtung
erzielbar ist. Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß der Ausgangsimpuls
durch Änderung einer Kondensatorladung erzeugt wird, die durch Übertragung des bei
Entladung der Röhre gelieferten Impulses auf die Primärseite des Transformators
entsteht. Dadurch wird es möglich, eine Anzahl von Aufnahmekreisen induktiv an einen
einzigen Signalauskopplungskreis anzuschließen, wie dies in F i g. 4 dargestellt
ist. Bei dieser Art der Schaltung wird ein Ausgangssignal stets dann erzeugt, wenn
eine der Röhren 10, 10', 10" eine Entladung aufweist. Die Transformatoren
38, 38' und 38" sind so ausgebildet, daß sie geringe Magnetisierungsströme benötigen,
so daß durch Ankopplung mehrerer parallelgeschalteter Transformatoren der Primärkreis
nicht übermäßig belastet wird. Die Anschlußleitungen des Aufnahmeorgans haben eine
niedrige Impedanz, so daß auch bei längerem Betrieb keine nachteilige Änderung der
Leitungskapazität eintritt. Eine solche Einrichtung kann als Brandüberwachungsanlage
dienen; durch Verwendung hitzefest gewickelter Transformatoren wird es mÖglich,
die Aufnahmeorgane bei erhöhten Temperaturen einzusetzen, wie sie z. B. bei Flugmotoren
auftreten.
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Geeignete Werte für die in F i g. 2 dargestellten Schaltkomponenten
sind beispielsweise die folgenden: Widerstand 46 . . . . . . . . . . . .
. . . . 750 Ohm Widerstand 48 . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Ohm Widerstand
49 . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Ohm Widerstand 62 . . . . . . . . . . . .
. . . . 100 Ohm Widerstand 64 . . . . . . . . . . . . . . . . 470 Ohm Kondensator
44 . . . . . . . . . . . . . . . 2 nF Kondensator 60 . . . . . . . . . .
. . . . . 0,5 nF Transformator 30
Primärwicklung 42 . . . . . . . .
. . 46 Ohm Sekundärwicklung 36 . . . . . . . . 1200 Ohm Der Eisenkern des Transformators
38 ist so dimensioniert, daß der Magnetisierungsstrom klein ist gegenüber dem Spitzenstrom,
der bei Entladung der Röhre 10 entsteht, wie dies in F i g. 3 b dargestellt ist.