DE19908945C1

DE19908945C1 - Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern mit adaptiven Eigenschaften

Info

Publication number: DE19908945C1
Application number: DE19908945A
Authority: DE
Inventors: Willi Nyffenegger; Daniel Albrecht
Original assignee: Satronic AG
Current assignee: Garrett Motion SARL
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: AU3805900A; WO2000052389A1; DE50002643D1; ES2204544T3; EP1157236A1; EP1157236B1; ATE243831T1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern verfügt über einen Sensor 10 und eine Verstärkerschaltung 11. Erfindungsgemäß paßt sich die Empfindlichkeit der Verstärkerschaltung 11 automatisch an den tatsächlichen Pegel des vom Sensor 10 erfaßten Signals 12 automatisch an. Hierdurch ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung über den gesamten Dynamikbereich einer zu überwachenden Flamme eine optimale Empfindlichkeit aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen zur Flammenüberwachung verfügen in der Regel über einen Sensor, der das Licht der Flamme des Brenners erfaßt und hieraus ein entsprechendes Signal erzeugt, sowie über eine Verstärkerschaltung zur Auswertung des vom Sensor erfaßten Signals.

Das vom Sensor zu erfassende Licht der Flamme verfügt abhängig vom Betriebszustand des Ölbrenners über einen großen Dynamikbereich. Bei einem "kalten" Ölbrenner - also beim Anfahren des Ölbrenners - wird vom Sensor nur ein kleines Signal erfaßt, bei einem "heißen" Ölbrenner hingegen liegt ein großes Signal vor. Diese Dynamik bringt das Problem mit sich, daß die Anforderungen an die Empfindlichkeit derartiger Vorrichtungen zeitlich variabel sind, da sowohl ein sicheres Anfahren als auch Abschalten des Ölbrenners gewährleistet sein muß.

Bei Vorrichtungen zur Flammenüberwachung nach dem Stand der Technik wird dem obigen Dynamikbereich keine Rechnung getragen, daß heißt die Empfindlichkeit der Vorrichtungen zur Flammenüberwachung wird lediglich auf einen festen Wert eingestellt. Daraus folgt unmittelbar, daß die Funktionsweise der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nur suboptimal sein kann.

Als Stand der Technik wird auf die DE 196 50 972 A1 verwiesen, die ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen offenbart.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern zu schaffen, die optimiert ist.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern als schematisiertes Blockschaltbild.

Die in der Zeichnung gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern verfügt über einen Sensor 10 sowie über eine dem Sensor 10 zugeordnete Verstärkerschaltung 11. Der Sensor 10 überwacht eine nicht-dargestellte Flamme eines ebenfalls nicht dargestellten Ölbrenners. Konkret handelt es sich bei dem Sensor 10 vorzugsweise um einen Infrarot-Sensor, der das Licht der Flamme des Ölbrenners im Infrarot-Bereich erfaßt und hieraus ein entsprechendes Signal 12 generiert. Die Verstärkerschaltung 11 dient der Auswertung des vom Sensor 10 erfaßten Signals 12. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, daß der Sensor 10 nicht als Infrarot-Sensor ausgebildet sein muß. Vielmehr können auch andere Sensoren zur Überwachung der Flamme des Ölbrenners eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung 11 paßt ihre Empfindlichkeit automatisch an den tatsächlichen Pegel des vom Sensor 10 erfaßten Signals 12 an. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Verstärkerschaltung 11 und damit die aus dem Sensor 10 und der Verstärkerschaltung 11 bestehende Vorrichtung zur Flammenüberwachung unabhängig vom Zustand des Brenners ist, also über den gesamten Dynamikbereich der Flamme des Ölbrenners zuverlässig arbeitet.

Die Verstärkerschaltung 11 verfügt hierzu über eine Spannungsteiler-Einrichtung 13, eine Filtereinrichtung 14, eine Gleichrichter-Einrichtung 15 und eine Verstärker-Einrichtung 16. Gemäß Fig. 1 dienen das vom Sensor 10 erfaßte Signal 12 sowie ein Regelsignal 17 als Eingangsgrößen für die Spannungsteiler-Einrichtung 13. In der Spannungsteiler- Einrichtung 13, die als Kombination von Festwiderstand und einstellbarem Widerstand ausgebildet ist, werden das vom Sensor 10 erfaßte Signal 12 sowie das Regelsignal 17 derart miteinander verrechnet, daß die Amplitude des vom Sensor erfaßten Signals 12 auf eine definierte Amplitude eingestellt wird. Dieses auf die definierte Amplitude eingestellte Signal ist das Ausgangssignal 18 der Spannungsteiler-Einrichtung 13, welches der Filter- Einrichtung 14 als Eingangssignal zugeführt wird. Die Filter-Einrichtung 14 umfaßt zwei Filter, nämlich einen ersten Bandpaßfilter 19 sowie einen dem ersten Bandpaßfilter 19 nachgeschalteten zweiten Bandpaßfilter 20. In der Filter-Einrichtung 14 wird das Ausgangssignal 18 der Spannungsteiler-Einrichtung 13 demnach gefiltert, und ein Ausgangssignal 21 der Filter-Einrichtung 14 wird anschließend der Gleichrichter- Einrichtung 15 zugeführt, die aus dem in Wechselspannung vorliegenden Ausgangssignal 21 ein gleichgerichtetes Ausgangssignal 22 erzeugt. Bei dem Ausgangssignal 22 handelt es sich demzufolge um ein auf die definierte Amplitude eingestelltes, gefiltertes sowie gleichgerichtetes Ausgangssignal des Sensors 10. Wie Fig. 1 entnommen werden kann, verfügt die Gleichrichter-Einrichtung 15 über einen mit einer Diode 23 in Reihe geschalteten Widerstand 24, wobei die Reihenschaltung aus der Diode 23 und dem Widerstand 24 jeweils mit einem Kondensator 25 und einem weiteren Widerstand 26 parallelgeschaltet sind.

Gemäß Fig. 1 wird das Ausgangssignal 22 der Gleichrichter-Einrichtung 15 der Verstärker-Einrichtung 16 als Eingangssignal zugeführt. Darüber hinaus wird der Verstärker-Einrichtung 16 ein über entsprechend dimensionierte Widerstände 27, 28 und 29 bereitgestelltes Referenzsignal als Sollwert zugeführt. Das Referenzsignal für die Verstärker-Einrichtung 16 wird gemäß Fig. 1 zwischen den Widerständen 27 und 28 abgegriffen. Die Verstärker-Einrichtung 16 erzeugt aus diesen Eingangssignalen das Regelsignal 17. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Verstärker-Einrichtung 16 dann, wenn dieselbe über eine Proportional/Integral-Verstärkungscharakteristik verfügt.

Das Ausgangssignal 22 der Gleichrichter-Einrichtung 15 wird zusätzlich einem Komparator 30 als Eingangssignal zugeführt, der das Ausgangssignal 22 der Gleichrichter- Einrichtung 15 mit einem Referenzwert vergleicht, der zwischen den Widerständen 29 und 27 abgegriffen wird. Dieser Referenzwert für den Komparator 30 beträgt beispielsweise 70% der definierten Amplitude, auf die das vom Sensor 10 ermittelte Signal 12 in der Spannungsteiler-Einrichtung 13 eingestellt wird. Als Ausgangsgröße 31 stellt der Komparator 30 ein Flammensignal bereit, welches Informationen über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein der Flamme des Ölbrenners enthält.

Da, wie oben dargestellt, die Amplitude des vom Sensor 10 erfaßten Signals 12 stets automatisch auf die definierte Amplitude normiert wird, ist die Empfindlichkeit der Verstärkerschaltung 11 über den gesamten Dynamikbereich der Flamme des Ölbrenners optimiert.

Wie bereits oben dargestellt wurde, verfügt die Verstärker-Einrichtung 16 über eine Proportional/Integral-Verstärkungscharakteristik. Die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung 16 ist dabei derart ausgelegt, daß ein größer werdendes Ausgangssignal 22 schnell ausgeregelt wird, während ein kleiner werdendes Ausgangssignal 22 langsam ausgeregelt wird. Hierdurch ist sichergestellt, daß bei einem Flammenausfall das Ausgangssignal 22 schnell unter den Schwellenwert von vorzugsweise 70% fällt und so der Komparator sicher und schnell einen entsprechenden Flammenausfall melden kann.

Die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung 16 ist gemäß Fig. 1 des weiteren durch ein Signal 32 veränderbar. Diese Eigenschaft ist dann von Bedeutung, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung bei mehrstufig arbeitenden Ölbrennern zum Einsatz kommen soll. So kann nämlich in Verbindung mit mehrstufigen Ölbrennern bei einer Umschaltung von einer Leistungsstufe in eine andere Stufe des Ölbrenners eine sprunghafte Veränderung der Lichtverhältnisse in bezug auf die Flamme des Ölbrenners stattfinden. Hier muß zuverlässig verhindert werden, daß eine hierdurch bewirkte Verringerung des vom Sensor 10 erfaßten Signals 12 als Flammenabriß bzw. Flammenausfall interpretiert wird. Hierzu wird synchron mit einer Stufenumschaltung des Ölbrenners über das Signal 32 die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung 16 auf ein Maximum eingestellt. Hierdurch wird demnach selektiv bei Stufenumschaltungen des Ölbrenners die Verstärkerschaltung 11 momentan derart empfindlich gemacht, daß bei einem sprunghaften Rückgang des Signals 12 infolge einer Stufenumschaltung sicher auf das Vorhandensein einer Flamme des Ölbrenners geschlossen werden kann.

Des weiteren verfügt die Verstärkerschaltung 11 über eine Selbsttest-Funktion. Hierzu ist der Verstärkerschaltung 11 ein Selbsttest-Signal 33 über eine zweite Spannungsteiler- Einrichtung 34 zuführbar. Das Selbsttest-Signal 33 dient hierbei der zweiten Spannungsteiler-Einrichtung 34 als Eingangsgröße, wobei eine Ausgangsgröße 35 der zweiten Spannungsteiler-Einrichtung 34 der Filter-Einrichtung 14, nämlich dem ersten Bandpaßfilter 19, als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt wird. Bei dem Selbsttest- Signal 33 handelt es sich um eine Folge von Impulsen, wobei über die Spannungsteiler- Einrichtung 34 synchron zu den Impulsen des Selbsttest-Signals 33 die Verstärkung des ersten Bandpaßfilters 19 auf vorzugsweise ein Drittel seiner nominellen Verstärkung reduziert wird. Eine nicht-dargestellte Auswerteschaltung, die dem Komparator 30 nachgeschaltet ist, überprüft, ob der Komparator 30 die im Takt der Impulse des Selbsttest- Signals 33 durchgeführte Signalreduzierung erkennt. Ist dies der Fall, so arbeitet die Verstärkerschaltung 11 fehlerfrei. Hierbei ist von Bedeutung, daß über die Spannungsteiler-Einrichtung 34 die Verstärkung des ersten Bandpaßfilters 19 nicht auf Null reduziert wird, sondern nur vorzugsweise gedrittelt oder auch halbiert wird. Übersteuert nämlich die Verstärker-Einrichtung 16 aufgrund eines Fehlers, so genügt das Dritteln oder das Halbieren der Verstärkung des ersten Bandpaßfilters 19 nicht, damit der Komparator 30 auf die Impulse des Selbsttest-Signals 33 entsprechend reagieren kann. Damit ist ein Fehler erkannt. Würde jedoch die Verstärkung des ersten Bandpaßfilters 19 auf Null reduziert werden, so würde auch bei einer übersteuernden Verstärker-Einrichtung 16 der Komparator 30 auf die Impulse im Selbsttest-Signal reagieren und könnte dann den Fehler nicht erkennen.

Von Vorteil ist des weiteren, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung aus dem Sensor 10 und der adaptiven Verstärkerschaltung 11 in ein digitales, mikroprozessorgesteuertes Steuergerät bzw. Regelgerät integriert wird. Bei dieser Integration kann nämlich die erfindungsgemäße Vorrichtung optimal eingesetzt werden. So kann ein digitales, mikroprozessorgesteuertes Steuergerät bzw. Regelgerät die Ausgangsgröße 31 des Komparators 30 direkt auswerten. Auch kann ein digitales Steuergerät bzw. Regelgerät das Selbsttest-Signal 33 sowie das Signal 32 sicher und leicht generieren. Darüber hinaus kann auf einfache Art und Weise das Regelsignal 17 einfach ausgewertet werden. Darüber hinaus ergibt sich bei einer Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einen Mikroprozessor eine Kosteneinsparung, da der konstruktive Aufbau vereinfacht wird.

Bezugszeichenliste

10

Sensor

11

Verstärkerschaltung

12

Signal

13

Spannungsteiler-Einrichtung

14

Filter-Einrichtung

15

Gleichrichter-Einrichtung

16

Verstärker-Einrichtung

17

Regelsignal

18

Ausgangssignal

19

Bandpaßfilter

20

Bandpaßfilter

21

Ausgangssignal

22

Ausgangssignal

23

Diode

24

Widerstand

25

Kondensator

26

Widerstand

27

Widerstand

28

Widerstand

29

Widerstand

30

Komparator

31

Ausgangsgröße

32

Signal

33

Selbsttest-Signal

34

Spannungsteiler-Einrichtung

35

Ausgangsgröße

Claims

1. Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern, mit einem Sensor (10) und einer Verstärkerschaltung (11) zur Auswertung des vom Sensor (10) erfaßten Signals (12), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Empfindlichkeit der Verstärkerschaltung (11) an den tatsächlichen Pegel des vom Sensor (10) erfaßten Signals (12) automatisch anpaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das vom Sensor (10) erfaßte Signal (12) von selbst auf eine definierte Amplitude einstellt, wobei hierzu ein von der Verstärkerschaltung (11) erzeugtes Regelsignal (17) mit dem vom Sensor (10) erfaßten Signal (12) verrechnet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (17) die Amplitude des vom Sensor (10) erfaßten Signals (12) auf die definierte Amplitude einstellt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (17) und das vom Sensor (10) erfaßte Signal (12) in einer Spannungsteiler-Einrichtung (13) der Verstärkerschaltung (11) miteinander verrechnet werden.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsgröße (18) der Spannungsteiler-Einrichtung (13) im Anschluß nacheinander eine Filter-Einrichtung (14), eine Gleichrichter- Einrichtung (15) und eine Verstärker-Einrichtung (16) durchläuft, und daß das Ausgangssignal der Verstärker-Einrichtung (16) das Regelsignal (17) ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteiler-Einrichtung (13) als einstellbarer Widerstand ausgebildet ist, und daß die Filter-Einrichtung (14) vorzugsweise zwei in Reihe geschaltete Bandpaßfilter (19, 20) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter-Einrichtung (15) einen mit einer Diode (23) in Reihe geschalteten Widerstand (24) und einen jeweils mit diesen Elementen parallel geschalteten Kondensator (25) sowie Widerstand (26) umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (11) weiterhin einen Komparator (30) aufweist, wobei der Komparator (30) das Ausgangssignal (22) der Gleichrichter- Einrichtung (15) mit einem Referenzwert vergleicht und hieraus einen Flammensignal (31) erzeugt, welches Informationen über das Vorhandensein einer Flamme des Ölbrenners enthält.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerschaltung (11) ein Selbsttest-Signal (33) zuführbar ist, welches einer Funktionsüberprüfung der Verstärkerschaltung (11) dient.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Selbsttest-Signal (33) einer zweiten Spannungsteiler-Einrichtung (34) zuführbar ist, die hieraus ein Eingangssignal für die Filter-Einrichtung (14) bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die zweite Spannungsteiler-Einrichtung (34) die Verstärkung eines ersten Bandpaßfilters (19) abhängig von einem Takt der Impulse des Selbsttest-Signals (33) reduziert, wobei die Funktionsüberprüfung der eigentlichen Flammenüberwachung dauernd überlagert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des ersten Bandpaßfilters (19) gedrittelt oder halbiert wird, also nicht auf Null reduziert wird.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker-Einrichtung (16) der Verstärkerschaltung (11) eine Proportional/Integral-Verstärkungscharakteristik aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung (16) von einem Signal (32) in einen vorbestimmten, empfindlichen Zustand gebracht wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (32) zur Veränderung des Integral-Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von Stufenumschaltungen des Ölbrenners bei mehrstufigem Brennerbetrieb aktiviert wird, um auch bei einer Stufenumschaltung das Vorhandensein einer Flamme des Ölbrenners sicher zu erkennen.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (11) in einen Mikroprozessor, insbesondere in ein mikroprozessorgesteuertes Steuergerät, integriert ist.