DE19650972C2 - Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen, insbesondere in Öl- oder Gasbrennern, durch die Auswertung von Strah­ lungsmessungen der jeweiligen Verbrennungsflamme. Fer­ ner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Allgemein bekannt ist, daß von einer Verbrennungs­ flamme eine elektromagnetische Strahlung in verschiedenen Spektralbereichen, wie im ultravioletten (UV), im sichtba­ ren und im infraroten (IR) Bereich emittiert wird.
Bekannte Verbrennungsstrahlungsdetektoren, die übli­ cherweise optische Sensoren benutzen, arbeiten in spezifi­ schen, normalerweise schmalbandigen Spektralbereichen. Dabei wird die von der Verbrennungsflamme emittierte Strahlung von einer Sensorelektronik in eine Spannung um­ gewandelt und unter Verwendung einzelner oder mehrerer Parameteranalysemethoden ausgewertet, wie
  • - Flackerfrequenzanalyse,
  • - Strahlungsenergievergleich,
  • - mathematische Korrelation verschiedener Signale,
  • - Vergleichstechnik (Verhältnis UND, ODER) und
  • - Korrelation mit gespeicherten Spektren.
Die bisher bekannten Verbrennungsstrahlungsdetektoren lassen sich entsprechend den Spektralbereichen nach 5 Wirkprinzipien einordnen, wie
  • 1. UV (ultraviolett)-Bereich,
  • 2. IR (infrarot)-Bereich,
  • 3. VIS (sichtbarer)-Bereich
  • 4. Kombination UV/IR-Bereich und
  • 5. Kombination zweier IR-Spektralbereiche,
die je nach Einsatzzweck Vor- und Nachteile aufweisen.
So ist es gemäß der DE 90 11 973.8 U1 bekannt, ein schmales Bandspektrum zwischen 280 und 410 nm auszuwerten, vorzugsweise durch eine GaP Photodiode mit UV Filter. Hierzu ist eine zusätzliche Pulsationsbewertung der Strahlung erforderlich, weil Amplitude und Frequenz der Strahlung von den brennstofftypischen Parametern und der Art des Oxidationsvorganges bestimmt werden (hohe Luftzufuhr, hohe Frequenz, niedrige Amplitude; geringe Luftzufuhr, niedrige Frequenz, hohe Amplitude), damit liegt ein nachteiliger direkter Zugang zum Brennstoffluftverhältnis vor.
Zur Bestimmung der frequenzabhängigen Amplituden werden einstellbare Bandpässe im niederfrequenten Bereich 15 bis 600 Hz verwendet. Die beanspruchte Detektierung der Flammenzustände "Gelbbrennen aktiv/inaktiv" oder "Blaubrennen aktiv/inaktiv" im detektierten Signal wird damit unmittelbar nahegelegt. Demzufolge ist es nach dieser Erfindung nur möglich, in dem angeführten schmalen Bandspektrum zu arbeiten.
Die DD 245 030 A1 offenbart eine selektive Flammenüberwachung, die nach dem Wechselstrahlungsprinzip arbeitet, wobei der Nutzsignalauswertebereich lediglich durch eine Frequenzbegrenzung erfolgt.
Diese Erfindung verwendet einen Frequenzfensterkomparator auf der Basis retriggerbarer Monoflops, die logisch verknüpft sind. Damit ist nur eine Flammenerkennung mit der Methode einer reinen Frequenzerkenung mit digitaler Schaltungstechnik möglich.
Mit dem so beschriebenen Verfahren wäre nur eine gestufte Signalbewertung entsprechend der Anzahl realisierter Monoflops möglich.
Schließlich wurde in der Literatur von K.-H. Mindermann "Die neue Flammenwächter- Generation . . ." in Industriefeuerung 1982, H. 23, S. 40 bis 49, ein Flammenfühler beschrieben, der in einer Bandbreite von 200 bis 1150 nm arbeitet. Hierbei ist die automatische Verstärkungsregelung der ersten Signalverstärkerstufe umgekehrt proportional zur Strahungsintensität der DC Komponente des Flammensignales.
Die zweite Signalverstärkerstufe verstärkt die AC Signalkomponente in einer Bandbreite von 1 bis über 1000 Hz, wobei die Flammenüberwachung nur auf bestimmte Frequenzen durch variable Hochpaßfilterstufen hinter der zweiten Verstärkerstufe reagiert. Zusätzlich ist ein Breitbandflammenfühler in Verbindung mit nachgeschaltetem Flammenbewertungsprozessor zur Regelung des Brennstoff-Luft- Gemisches vorgesehen.
Es wurden bereits nach der DE 195 09 704 A1 ein Verfahren und eine brauchbare Anordnung vorgeschlagen, wonach verfahrensgemäß mindestens zwei verschiedene Spektralbe­ reiche einer Flamme durch eine Sensoranordnung detektiert werden, die selektiv verstärkten Signale durch Verknüpfung mit empirisch ermittelten Verfahrenskonstanten ausgewertet und dann als Steuergrößen zur Regelung und zur Überwa­ chung des Verbrennungsprozesses eingesetzt werden. Hier­ bei ist typisch, daß mindestens zwei verschiedene Spektral­ bereiche durch einen Mehrbereichsspektralsensor oder eine Mehrbereichsspektralsensoranordnung detektiert werden.
Dabei wird aus den Sensorsignalen eine Steuerspannung erzeugt, die eine phasenempfindliche Gleichrichtung mit dem Ziel der Unterdrückung von Signalspannungsanteilen steuert.
Dieser eigene zuvor entwickelte Stand der Technik ist im Hinblick auf die Erfordernisse
  • - der Detektierung von zwei verschiedenen Spektralbereichen einer Flamme,
  • - einer immer noch aufwendigen Schaltungstechnik zur phasenempfindlichen Gleichrichtung und
  • - der Verknüpfung der Ausgangssignale mit empirisch ermittelten Verfahrenskonstanten zur Auswertung von Steuergrößen zwecks Regelung und Überwachung des Verbrennungsprozesses
für die Praxis nicht ausreichend erkennungssicher und gewährleistet noch keine einfache Kalibrierung der Steuerspannung für die Regelung des Verbrennungsprozesses entsprechend dem jeweiligen Brennertyp.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die effektive Über­ wachung und Regelung des Verbrennungsprozesses bei wei­ terhin hohem feuerungstechnischen Wirkungsgrad, gleich­ zeitiger minimaler Schadstoffemission und kostengünstiger Anordnung, insbesondere in Kleinverbrennungsanlagen, derart zu verbessern, daß die Strahlungsmessung durch sen­ sorische Detektierung eines, sowohl schmal- als auch breitbandigen und vorzugsweise sichtbaren Spektral­ bereiches erfolgt.
Dieser Aufgabe liegt zugrunde, die aus dem oben zitierten Stand der Technik analysierten Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem Verfah­ ren dadurch gelöst, daß zunächst zur Unterdrückung der In­ frarotstrahlung
  • a) die Auswertung der unterschiedlichen Frequenzan­ teile im Nutz- und Störsignal zur Unterdrückung des Störsignales eingesetzt wird,
  • b) dabei der Infrarotanteil (Störsignal) im Meßsignal durch ein sich langsam änderndes DC-Signal abgebil­ det wird,
  • c) wobei die Lichtemission der Ramme als Nutzsignal Frequenzanteile zwischen 100 und 10 000 Hz enthält
  • d) so daß die Abtrennung der Störgrößen im Meßsi­ gnal mittels entsprechender unterer und oberer Grenz­ frequenz der Signalverarbeitung erfolgt,
und weiterhin zur Vergrößerung des Signal-/Rauschab­ standes
  • a) die Erkennung der Flamme durch eine Auswertung einer vorgegebenen Anzahl von Meßperioden definier­ ter Länge erfolgt und
  • b) dabei in jeder Meßperiode der Spitzenwert des je­ weiligen Signals erfaßt und mit einem Referenzwert für diese Periode "FLAMME EIN" detektiert wird,
  • c) ein "FLAMME EIN"-Zustand erst dann gültig ge­ geben wird, wenn in der überwiegenden Anzahl von Meßperioden der Spitzenwert über dem Referenzwert liegt,
wobei schließlich zur Unterdrückung von potentiellen Fehlalarmquellen
  • a) eine Unterscheidung von Gelb- und Blaubrennen durch Diskriminierung von Amplituden- und/oder Fre­ quenzanteilen im detektierten Signal erfolgt.
Weitere verfahrensgemäße Merkmale sind in den Ansprü­ chen 2 bis 7 dargestellt. Die erfindungsgemäßen Anord­ nungsmerkmale zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 8-10 enthalten.
Mit der Erfindung wird eine äußerst günstige "low cost"- Ausführung eines Sensorsystems zur Überwachung und Re­ gelung des Verbrennungsprozesses auch vorzugsweise von Ölbrennern möglich. Der Aufgabenstellung folgend wird damit der optimale Arbeitsbereich einer Verbrennungsan­ lage, d. h. der feuerungstechnisch hohe Wirkungsgrad bei gleichzeitiger minimaler Schadstoffemission, durch einen brennerspezifischen CO2-Wert definiert. Dabei wurde über­ raschend herausgefunden, die Frequenz und die Amplitude der detektierten Strahlung auf den Wirkungszusammenhang einzustellen, daß bei hoher Luftzufuhr eine hohe Frequenz mit niedriger Amplitude und bei geringerer Luftzufuhr eine niedrigere Frequenz mit hoher Amplitude erzeugt wird. Die empirischen Vergleichsparameter für die Verbrennungs­ steuerung sind jeweils für einen Brennertyp bzw. Brennstoff konstant. Die technisch bedingte Brennstoffvarianz wird to­ leriert.
Die erfindungsgemäßen Vorteile sind im einzelnen:
  • 1. Es wird nur ein schmal- oder breitbandiger Spektralbereich detektiert, wodurch normale, sehr preiswerte Photodioden einsetzbar sind und Kostenvorteile erzielt werden.
  • 2. Es ist keine aufwendige Schaltungstechnik zur phasenempfindlichen Gleichrichtung erforderlich. Die Unterdrückung der Hintergrundstrahlung im Signal erfolgt durch breitbandige Bandpaßverstärkung 100-10 000 Hz, was kostengünstiger ist und die Störsicherheit erhöht.
  • 3. Durch Einbeziehung eines statistischen Auswertalgorithmus wird eine zusätzliche Erhöhung der Empfindlichkeit bewirkt, wodurch preiswerte Photodioden auch für Blaubrener einsetzbar (bisher nur sehr teure UV- empfindliche Bauelemente) sind.
  • 4. Die teuren abbildenden, optischen Komponenten (Linsen) werden überflüsssig.
  • 5. Die Flammenerkennung benötigt keine Verknüpfung mit empirisch ermittelten Verfahrenskonstanten. Das Funktionsprinzip sichert maximale Erkennungssicherheit auch bei geringem Signal/Rauschabstand, wie sie bei einem "kalten" Blaubrenner auftreten.
  • 6. Das Problem, die Steuerspannung für die Regelung des Verbrennungsprozesses für den jeweiligen Brennertyp zu kalibrieren, wird mit einem einfach durchzuführenden Zweipunktabgleich gelöst (Toleranzgrenzen um den gewünschten Arbeitspunkt CO2 im Abgas), der bei der Inbetriebnahme eines Brenners durchgeführt werden kann.
  • 7. Neben Teilbereichen kann mit Detektoren gearbeitet werden, die vom sichtbaren Bereich bis zum IR-Bereich empfindlich sind. Dadurch ist ein preisgünstiger Einsatz von normalen Si-Photodioden möglich, da keine Einschränkung des zu erfassenden Spektralbereiches notwendig ist.
  • 8. Es ist ein Bandmaß (100-10 000 Hz) erforderlich, da auch eine reine Amplitudenbewertung in diesem Frequenzbereich für die Abbildung der Verbrennungsqualität ausreicht.
  • 9. Die Erfindung vermeidet die Kombination von Amplituden und Frequenzauswertung. Dies ist in den Ansprüchen 2 und 3 dargestellt. Damit wird die Störsicherheit (EMV) des Sensorsystems erhöht. Um nicht bereits die von den Brennerzündeinrichtungen ausgehenden starken Störungen einen Status "FLAMME EIN" auszulösen, wird für die Einschalterkennung der Vergleichswert hochgesetzt. Dabei kann überraschend der Umstand ausgenutzt werden, daß der Brenner zur stabilen Flammenbildung nach dem Einschalten der Zündung im Gelbbrennbetrieb arbeitet und so eine höhere Signalamplitude liefert als im Blaubrennbetrieb. Gleichzeitig wird eine Überwachung der Brennersteuerung realisiert.
  • 10. Der Flammendetektor schließt die Funktion der Bewertung der Verbrennungsqualität mit ein.
Funktionell verschmelzen die im einzelnen und in ihrer Gesamtheit neuen Verfahrensschritte nach Anspruch 1, wie die zur Unterdrüc­ kung der Infrarotstrahlung und die zur Vergrößerung des Si­ gnal/Rauschabstandes schließlich zur Unterdrückung von potentiellen Fehlalarmquellen zu dem einheitlichen Ergeb­ nis, daß sowohl infolge der Erfassung und Auswertung der Modulation im Spektralbereich vorzugsweise des sichtbaren Lichtes eine Steuerung des Brennstoff-/Luftgemisches mit dem Ziel der Schadstoffminimierung erlaubt als auch durch Auswertung der Modulation der Strahlungsemission im sichtbaren Spektralbereich für die Flammenerkennung eine Trennung von der IR-Störstrahlung gewährleistet ist.
Die Erfindung soll nachstehend an einem prinzipiellen Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In den Zeichnun­ gen zeigen
Fig. 1 das Schema einer Hardwareanordnung zur Reali­ sierung des Verfahrens,
Fig. 2 die Anordnung eines Meß- und Regelsystems zur Überwachung des Verbrennungsprozesses in schematischer Darstellung und
Fig. 3 die Anordnung des Verbrennungsstrahlungsdetek­ tors 1 nach Fig. 1.
Der Status "FLAMME AUS" beschreibt einen Zustand des Brenners, bei dem aufgrund nicht stattfindender Ver­ brennung keine Strahlung emittiert wird bzw. detektiert wer­ den kann.
Der Status "FLAMME EIN" ist durch eine Strahlungs­ emission der Verbrennungsflamme charakterisiert, die als solche detektiert werden kann.
Der Zustand "Gelbbrennen aktiv" wird bei geringer Luft­ zufuhr für den Verbrennungsvorgang eingenommen und ist durch eine niedrige Frequenz bei hoher Signalamplitude des Sensorsignals charakterisiert.
Gemäß Fig. 1 ist das Verfahren nach Anspruch 1 durch die Verwendung einer Hardwareanordnung reproduzierbar, die einen Verbrennungsstrahlungsdetektor 1 für den Spek­ tralbereich 380-780 nm (sichtbares Licht), hier eine Si-Pho­ todiode mit einer aktiven Fläche von 7,5 mm2 und einem spektralen Maximum bei 690 nm, eine Signalverstärkung 2 mit Spannungsabbildung des Meßsignales, eine Bandpaß­ verstärkung 3 mit einer unteren Grenzfrequenz von 100 Hz und einer oberen Grenzfrequenz von 1000 Hz, einen Spit­ zenwertspeicher 4 mit digitalem RESET-Eingang, einen Amplituden- und Frequenzdiskriminator 5 zur Gelb- bzw. Blaubrandbewertung einschließlich der Abbildung der Ver­ brennungsqualität auf ein Gleichspannungssignal und einen digitalen Rechner 6 zur Realisierung des Algorithmus nach Anspruch 1 bis 3 sowie die Funktion der Steuerung des Spit­ zenwertspeichers Control PEAK MEM 7 umfaßt. Mit 8 ist der Analogausgang "Verbrennungsqualität", der z. B. als CO2-Wert im Abgas kalibriert werden kann, bezeichnet. Das analoge Signal "Verbrennungsqualität" 8 kann entspre­ chend den Anforderungen der Reglerschnittstelle innerhalb der Hardwareanordnung auch bereits digitalisiert werden. Mit 9 ist der JA/NEIN-Ausgang für den Status "FLAMME EIN" bezeichnet. Zur Vergrößerung des Signal-/Rauschab­ standes wird die Erkennung einer Flamme durch eine ver­ fahrensgemäße Auswertung von in diesem Fall jeweils 10 Meßperioden mit je 30-60 ms Länge realisiert. Entschei­ dend ist für den Verfahrensschritt, daß eine vorgegebene Anzahl von Meßperioden definierter Länge eingehalten wird. Dabei wird in jeder Meßperiode der Spitzenwert des Sensorsignals erfaßt und mit einem Referenzwert vergli­ chen. Der Signal-/Störabstand kann durch den Vergleich mit einem höheren Referenzwert vergrößert werden. Der Wech­ sel vom Zustand "FLAMME AUS" zum Zustand "FLAMME EIN" zum Beispiel beim Zünden der Flamme kann dadurch störsicherer gemacht werden. Der Zustand "FLAMME EIN" gilt erst dann als erkannt, wenn in 8 von 10 Meßperioden der Spitzenwert über dem Referenzwert liegt, wobei grundsätzlich die erfindungswesentliche Regel gilt, daß in der überwiegenden Anzahl von Meßperioden der Spitzenwert über dem Referenzwert liegen muß. Der Zu­ stand "FLAMME AUS" gilt erst dann als erkannt, wenn in weniger als 3 von 10 Meßperioden der Spitzenwert der Sen­ sorsignalspannung über dem Referenzwert liegt. Mit dieser Anordnung kann der aktuelle Flammenzustand vorteilhaft in weniger als einer Sekunde erkannt werden, wodurch die zu realisierende erfindungstypische Aufgabenstellung wesent­ lich beeinflußt wird.
Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau des Meß- und Re­ gelsystems zur Steuerung des Verbrennungsprozesses. Das Emissionsspektrum einer Flamme 10 innerhalb einer Brenn­ kammer 12 wird durch den Verbrennungsstrahlungsdetektor 1 erfaßt. In Abhängigkeit von den Verbrennungsparametern ändert sich das Emissionsspektrum.
In einer Signalverarbeitungseinheit 13, die die Funktio­ nen 2 bis 9 der Hardwareanordnung nach Fig. 1 umfaßt, wird aus den Sensorsignalen eine Steuerspannung erzeugt, die das Flackern der Flamme 10 abbildet. Die Sensorsignale werden in der Signalverarbeitungseinheit 13 entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten durchgeführt und damit die IST-Werte für einen Regler 14 und das "FLAMME AUS"-Signal für eine Brennersteuerung 15 er­ zeugt.
Die Brennersteuerung 15 liefert die SOLL-Werte für den Regler 14. In Abhängigkeit vom Ergebnis der SOLL/IST- Vergleiche steuert der Regler 14 ein Luftzufuhr- bzw. Brennstoffstellglied 16, so daß ein Brenner 17 im Sinne der Aufgabenstellung stets mit einem hohen feuertechnischen Wirkungsrad bei gleichzeitig minimaler Schadstoffemis­ sion arbeitet.
In Fig. 3 ist die Ausbildung des Verbrennungsstrahlungs­ detektors 1 dargestellt. Durch ein z. B. breitbandiges Fenster 18 gelangt die Emissionsstrahlung der Flamme 10 (Fig. 2) in ein Gehäuse, das aus einer hermetisch verschweißten Ge­ häusekappe 19 und einem Gehäuseboden 20 mit Anschluß­ pins 24 besteht. Die Flammenemissionen werden durch ein Sensorelement 21 detektiert. Das Sensorelement 21 ist auf einem Sensorträger 22, und die Signalverstärkerschaltungen 23 sind auf der Unterseite des Sensorträgers 22 angeordnet.
Diese beispielsweise beschriebene Ausführungsform zeigt, daß eine einfache praktische Anwendung der Erfin­ dung in kompakter Bauweise und mit vergleichsweise nied­ rigen Kosten bei hohem feuerungstechnischen Wirkungs­ grad und minimaler Schadstoffemission erfolgen kann, um die bisher üblicherweise starken Zündstörungen und die dar­ aus resultierenden Störungen im Meßsystem wirksam aus­ zuschalten.
Bezugszeichenliste
1
Verbrennungsstrahlungsdetektor
2
Signalverstärkung
3
Bandpaßverstärkung
4
Spitzenwertspeicher
5
Amplituden- und Frequenzdiskriminator
6
Rechner
7
Control PEAK MEM
8
Verbrennungsqualität
9
"FLAMME EIN"
10
Flamme
12
Brennkammer
13
Signalverarbeitungseinheit
14
Regler
15
Brennersteuerung
16
Luftzufuhr- bzw. Brennstoffstellglied
17
Brenner
18
Fenster
19
Gehäusekappe
20
Gehäuseboden
21
Sensorelement
22
Sensorträger
23
Signalverstärkungsschaltung
24
Anschlußpin

Claims (10)

1. Verfahren zur Überwachung und Regelung von Ver­ brennungsprozessen mittels Strahlungsmessung durch sensorische Detektierung eines, sowohl schmal- als auch breitbandigen Spektralbereiches einer Flamme, bevorzugt im sichtbaren Bereich, Verknüp­ fung der selektiv verstärkten Signale mit empirisch er­ mittelten Verfahrenskonstanten, Auswertung und Ein­ setzung der Signale als Steuergröße zur Regelung und zur Überwachung des Verbrennungsprozesses, ge­ kennzeichnet durch die Schritte, daß zunächst zur Unterdrückung der Infrarotstrahlung
  • a) die Auswertung der unterschiedlichen Fre­ quenzanteile im Nutz- und Störsignal zur Unter­ drückung des Störsignales eingesetzt wird,
  • b) dabei der Infrarotanteil (Störsignal) im Meßsi­ gnal durch ein sich langsam änderndes DC-Signal abgebildet wird,
  • c) wobei die Lichtemission der Flamme (10) als Nutzsignal Frequenzanteile zwischen 100 und 10 000 Hz enthält,
  • d) so daß die Abtrennung der Störgrößen im Meßsignal mittels entsprechender unterer und oberer Grenzfrequenz der Signalverarbeitung er­ folgt,
und weiterhin zur Vergrößerung des Signal- /Rauschabstandes
  • a) die Erkennung der Flamme (10) durch eine Auswertung einer vorgegebenen Anzahl von Meßperioden definierter Länge erfolgt und
  • b) dabei in jeder Meßperiode der Spitzenwert des jeweiligen Signals erfaßt und mit einem Referenz­ wert für diese Periode "FLAMME EIN" (9) detek­ tiert wird,
  • c) ein "FLAMME EIN"-Zustand erst dann gültig gegeben wird, wenn in der überwiegenden Anzahl von Meßperioden der Spitzenwert über dem Refe­ renzwert liegt,
wobei schließlich zur Unterdrückung von poten­ tiellen Fehlalarmquellen
  • a) eine Unterscheidung von Gelb- und Blaubren­ nen durch Diskriminierung von Amplituden- und/oder Frequenzanteilen im detektierten Signal er­ folgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Übergang vom Status "FLAMME AUS" zum Status "FLAMME EIN" (9) durch die Identifika­ tion des Merkmales "Gelbbrennen aktiv" erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Übergang vom Status "FLAMME EIN" zum Status "FLAMME AUS" durch die Identifikation der Merkmale "Gelbbrennen inaktiv" und "Blaubren­ nen inaktiv" erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abbildung der Verbrennungsqualität (8) auf ein Meßsignal, das als Steuersignal für eine Ver­ brennungsregulierung genutzt wird, durch Unterschei­ dung von Amplituden- und/oder Frequenzanteilen im detektierten Signal erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Spektralbereich Teile vom sichtbaren Be­ reich, vorzugsweise Blau (380-480 nm) und/oder Gelb (560-620 nm) oder der gesamte sichtbare Bereich einschließlich des IR Bereiches (400-5000 nm) oder UV Bereich (250-350 nm), detektiert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung von Silizium- Photodioden für den sichtbaren Bereich oder solchen Sensoren, mit denen gemäß Anspruch 5 die spezifizier­ ten Spektralbereiche detektierbar sind, das sind UV- und IR-Detektoren.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Hardwa­ reanordnung mit den Funktionsbereichen
  • - Verbrennungsstrahlungsdetektor (1)
  • - Signalverstärkung (2) mit Spannungsabbildung des Meßsignals
  • - Bandpaßverstärker (3) mit spezifischer unterer und oberer Grenzfrequenz
  • - Spitzenwertspeicher (4) mit digitalem RESET- Eingang
  • - Amplituden- und Frequenzdiskriminator (5) zur Gelb- bzw. Blaubrand-Bewertung
  • - digitales Rechenwerk (6) zur Realisierung der Verfahrensschritte nach Anspruch 1 bis 3.
8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
  • - den Verbrennungsstrahlungsdetektor (1), der außerhalb einer Brennkammer (12) angeordnet ist und auf eine Flamme (10) gerichtet ist,
  • - eine Signalverarbeitungseinheit (13), die ein Flammenüberwachungssignal für eine Brenner­ steuerung (15) generiert und über eine weitere Leitung ein IST-Wertsignal einem Regler (14) zur Luft- bzw. Brennstoffzuführung zur Verfügung stellt und
  • - ein mit dem Regler (14) verbundenes Luftzu­ fuhr- bzw. Brennstoffstellglied (16) für die Ein­ stellung eines Brenners (17).
9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet da­ durch, daß der Verbrennungsstrahlungsdetektor (1) aus einer Gehäusekappe (19) und einem Gehäuseboden (20) besteht, auf dem auf einem Sensorträger (22) ein Sensorelement (21) derart angeordnet ist, daß die zu messende Strahlung über ein Fenster (18) in der Ge­ häusekappe (19) einwirkt und auf dem Sensorträger (22) zugleich eine Signalwandlung und -verstärkung realisierbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sensorelement (21) sowie die Signalverstärkungsschaltung (23) als Opto-ASIC-Bau­ einheit auf dem Sensorträger (22) ausgeführt ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10055832A1 (de) * 2000-11-11 2002-05-29 Bfi Automation Gmbh Regeleinrichtung zum Einstellen eines Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner
DE10055831A1 (de) * 2000-11-11 2002-05-29 Bfi Automation Gmbh Flammenwächter für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner
DE102004044640A1 (de) * 2004-09-13 2006-03-30 Bfi Automation Dipl.-Ing. Kurt-Henry Mindermann Gmbh Flammenüberwachungseinrichtung
DE102005008893A1 (de) * 2005-02-26 2006-08-31 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren zur Erhöhung des Gebindedurchsatzes in Drehrohranlagen

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19809653C1 (de) * 1998-03-06 1999-09-16 Giersch Gmbh Flammenwächter
DE19905788C1 (de) * 1999-02-12 2000-12-14 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen
DE19908945C1 (de) * 1999-03-02 2000-11-02 Satronic Ag Dielsdorf Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern mit adaptiven Eigenschaften
DE19933591A1 (de) * 1999-07-17 2001-01-18 Dungs Karl Gmbh & Co Überwachungsvorrichtung für Ölbrenner
US6652266B1 (en) * 2000-05-26 2003-11-25 International Thermal Investments Ltd. Flame sensor and method of using same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD245030A1 (de) * 1985-12-23 1987-04-22 Geraete & Regler Werke Veb Schaltungsanordnung zur selektiven flammenueberwachung in mehrbrenneranlagen
DE9011973U1 (de) * 1989-09-28 1990-11-08 Mindermann, Kurt-Henry, Dipl.-Ing., 4030 Ratingen Einrichtung zur Überwachung und Bewertung von Flammen
DE19509704A1 (de) * 1995-03-09 1996-09-12 Just Hans Juergen Dr Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD245030A1 (de) * 1985-12-23 1987-04-22 Geraete & Regler Werke Veb Schaltungsanordnung zur selektiven flammenueberwachung in mehrbrenneranlagen
DE9011973U1 (de) * 1989-09-28 1990-11-08 Mindermann, Kurt-Henry, Dipl.-Ing., 4030 Ratingen Einrichtung zur Überwachung und Bewertung von Flammen
DE19509704A1 (de) * 1995-03-09 1996-09-12 Just Hans Juergen Dr Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K.-H. Mindermann: Die neue Flammenwächter-Gernera-tion zum selektiven überwachen und Bewerten von Flammen aus festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen. In: Industriefeuerung 1982, H.23, S.40-49 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10055832A1 (de) * 2000-11-11 2002-05-29 Bfi Automation Gmbh Regeleinrichtung zum Einstellen eines Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner
DE10055831A1 (de) * 2000-11-11 2002-05-29 Bfi Automation Gmbh Flammenwächter für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner
DE10055832C2 (de) * 2000-11-11 2002-10-31 Bfi Automation Gmbh Regeleinrichtung zum Einstellen eines Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner
DE10055831C2 (de) * 2000-11-11 2002-11-21 Bfi Automation Gmbh Flammenwächter für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner
DE102004044640A1 (de) * 2004-09-13 2006-03-30 Bfi Automation Dipl.-Ing. Kurt-Henry Mindermann Gmbh Flammenüberwachungseinrichtung
DE102005008893A1 (de) * 2005-02-26 2006-08-31 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren zur Erhöhung des Gebindedurchsatzes in Drehrohranlagen
DE102005008893B4 (de) * 2005-02-26 2007-04-19 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren zur Erhöhung des Gebindedurchsatzes in Drehrohranlagen

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