DE202005003642U1

DE202005003642U1 - Laborgasbrenner

Info

Publication number: DE202005003642U1
Application number: DE200520003642
Authority: DE
Original assignee: SCHUETT LABORTECHNIK GmbH
Current assignee: Schuett Labortechnik GmbH
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2015-03-04

Abstract

Laborgasbrenner mit
– einem Brennerkopf (12), dem über eine Brenngaszuleitung (20) ein brennbares Gasgemisch zuführbar ist,
– Leitfähigkeits-Messmitteln zur Erfassung einer elektrischen Leitfähigkeit im Bereich des Brennerkopfs, umfassend eine mit einer elektrischen Messspannung beaufschlagbare Elektrode (122) und eine Gegenelektrode (121),
– Auswertemitteln (30) zur Auswertung der erfassten Leitfähigkeit zur Feststellung einer Störung und zur Feststellung einer Flammenbildung am Brennerkopf (12)
– Steuermitteln (30) zum Ansteuern von Funktionen des Laborgasbrenners und zum Überführen der Funktionen in einen Störmodus in Abhängigkeit von der Feststellung einer Störung durch die Auswertemittel (30),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messspannung (U_M) eine elektrische Wechselspannung mit einem ersten und einem zweiten Halbwellenverlauf ist und
die Auswertemittel (30) einen während des ersten Halbwellenverlaufs erzeugten Stromfluss zwischen der Elektrode (122) und der Gegenelektrode (121) als Hinweis auf eine Flammenbildung am Brennerkopf und einen während des zweiten Halbwellenverlaufs erzeugten Stromfluss zwischen der Elektrode...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laborgasbrenner mit

– einem Brennerkopf, dem über eine Brenngaszuleitung ein brennbares Gasgemisch zuführbar ist,
– Leitfähigkeits-Messmitteln zur Erfassung einer elektrischen Leitfähigkeit im Bereich des Brennerkopfs, umfassend eine mit einer elektrischen Messspannung beaufschlagbare Elektrode und eine Gegenelektrode,
– Auswertemitteln zur Auswertung der erfassten Leitfähigkeit zur Feststellung einer Störung und zur Feststellung einer Flammenbildung am Brennerkopf
– Steuermitteln zum Ansteuern von Funktionen des Laborgasbrenners und zum Überführen der Funktionen in einen Störmodus in Abhängigkeit von der Feststellung einer Störung durch die Auswertemittel.

Ein solcher Laborgasbrenner ist bekannt. Der bekannte Laborgasbrenner weist eine Einrichtung zur Messung der Leitfähigkeit im Bereich des Brennerkopfs auf. Hierzu ist im Bereich des Brennerkopfs eine spezielle Messelektrode angeordnet, der gegenüber das Flammrohr des Brenners als Gegenelektrode wirkt. Zur Flammüberwachung wird die Leitfähigkeit zwischen Messelektrode und Gegenelektrode bestimmt. Es ist allgemein bekannt, Leitfähigkeitsmessungen durchzuführen, indem zwischen Messelektrode und Gegenelektrode eine elektrische Spannung angelegt und der Stromfluss zwischen den Elektroden gemessen wird. Im Fall einer Flammenbildung und bei geeigneter Anordnung der Elektroden liegt zwischen Mess- und Gegenelektrode ein ionisiertes Plasma vor, so dass bei Anlegen einer Messspannung ein Ionisationsstrom fließt. Ohne Flammenbildung hingegen liegt zwischen den Elektroden ein Luftspalt, der außer im Fall extrem hoher Spannungen isolierend wirkt und keinen Stromfluss zulässt. Bei dem bekannten Laborbrenner wird daher eine Leitfähigkeit zwischen den Elektroden oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes als ordnungsgemäße Flammenbildung und ein Absinken der Leitfähigkeit unter den Schwellenwert als ein Erlöschen der Flamme gewertet.
Allerdings ist eine ordnungsgemäße Flammenbildung nicht die einzige möglich Ursache für eine Leitfähigkeit zwischen den Elektroden oberhalb des Schwellenwertes. Beispielsweise können auch Verschmutzungen, etwa durch innenhaltige Flüssigkeiten, zwischen Messelektrode und Gegenelektrode einen Stromfluss ermöglichen. Um zu verhindern, dass ein solcher Stromfluss fälschlicherweise als ordnungsgemäße Flamme interpretiert wird, wird bei dem bekannten Laborbrenner eine Leitfähigkeitsmessung vor Beginn des Zündvorganges, d.h. zu einem Zeitpunkt, zu dem keine Flamme existieren kann, durchgeführt. Wird im Rahmen dieser Vorabmessung eine Leitfähigkeit festgestellt, werden die Funktionen des Brenners in einen Störmodus überführt.
Die bekannte Vorrichtung weist jedoch einen Nachteil auf. So ist sie nicht in der Lage, ein Erlöschen der Flamme durch Eintrag einer leitfähigen Verschmutzungssubstanz zu erkennen. Zerbricht beispielsweise ein über dem Brenner positioniertes Gefäß mit elektrisch leitfähiger Flüssigkeit und ergießt sich diese Flüssigkeit über den Brennerkopf, kann es sein, dass die Flamme erlischt und die Messstrecke zwischen der Messelektrode und der Gegenelektrode von der leitfähigen Flüssigkeit elektrisch überbrückt wird. Der bekannte Laborbrenner detektiert in diesem Fall nach wie vor eine Leitfähigkeit oberhalb des Schwellenwertes, so dass die erhebliche Zustandsänderung, nämlich das Erlöschen der Flamme, nicht erkannt wird. Stattdessen strömt unverbranntes Gas aus dem Flammrohr, was zu einer Explosionsgefahr führen kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Laborgasbrenner derart weiterzubilden, dass die Betriebssicherheit erhöht wird und insbesondere ein Erlöschen der Flamme durch Eintrag einer leitfähigen Verschmutzung detektiert werden kann.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Messspannung eine elektrische Wechselspannung mit einem ersten und einem zweiten Halbwellenverlauf ist und die Auswertemittel einen während des ersten Halbwellenverlaufs erzeugten Stromfluss zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes als Hinweis auf eine Flammenbildung am Brennerkopf und einen während des zweiten Halbwellenverlaufs erzeugten Stromfluss zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes als Hinweis auf eine Störung werten.
Dieser Erfindung liegt zunächst die Idee zugrunde, den als „Gleichrichterwirkung eines Flammenplasmas" bekannten Effekt zu nutzen. So ist es grundsätzlich bekannt, dass die Leitfähigkeit eines Flammenplasmas stark von der Polung von Messelektrode und Gegenelektrode abhängt. Bei Anlegen einer Wechselspannung stellt sich aufgrund der unterschiedlichen Beweglichkeit der Ladungsträger im Flammenplasma nur während eines Halbwellenverlaufs ein nennenswerter Stromfluss ein (der minimale Strom, der bei ausreichend hoher Spannung auch in der Gegenrichtung fließen kann ist vernachlässigbar und wird im Rahmen dieser Beschreibung auch von dem Ausdruck "kein Stromfluss" umfasst). Es fließt daher ein pulsierender Gleichstrom. Die Erfindung macht sich diesen Effekt zunutze, indem die beiden Halbwellenverläufe der angelegten Wechselspannung getrennt untersucht werden. Bei ordnungsgemäßer Flammenbildung kommt es aufgrund des vorgenannten Gleichrichtereffektes nur während einer der beiden Halbwellen zu einem Stromfluss zwischen den Elektroden. Eine Verschmutzung durch eine leitfähige Substanz hingegen zeigt diesen Effekt nicht, so dass in diesem Fall auch während der anderen Halbwelle ein Strom zwischen den Elektroden fließt. Gesonderte Analyse beider Halbwellenverläufe ermöglicht es daher, ein Erlöschen der Flamme durch Eintrag einer leitfähigen Verschmutzung anhand des Stromflusses im zweiten Halbwellenverlauf zu erkennen und von einer ordnungsgemäßen Flammenbildung, bei der nur im ersten Halbwellenverlauf ein Stromfluss detektierbar ist, zu unterscheiden. Die Sicherheit des Laborgasbrenners wird dadurch wesentlich erhöht.
Um die Zuverlässigkeit der Störungserkennung des erfindungsgemäßen Laborgasbrenners zu erhöhen, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Auswertemittel einen Hinweiszähler, der eine Mehrzahl von Störungs-Hinweisen während mehrerer zeitlicher Abschnitte des zweiten Halbwellenverlaufs akkumuliert, umfassen und bei Erreichen eines vorgegebenen Störungs-Grenzwertes eine Störung feststellen. Das Akkumulieren von Störungs-Hinweisen, d.h. von Stromflussereignissen während des zweiten Halbwellenverlaufs, dient der Steigerung der Zuverlässigkeit der Feststellung einer Störung. Typische Messspannungsfrequenzen bewegen sich im Bereich von einigen kHz bis einigen 10 kHz. Einen einzelnen Störungshinweis, d.h. ein Stromflussereignis während einer einzelnen zweiten Halbwelle, als ausreichendes Kriterium für die Feststellung einer Störung zu wählen, wäre daher sehr fehleranfällig. Trotz des Gleichrichtereffektes kann es nämlich beispielsweise durch Konvektion oder Eintrag gasförmiger Verschmutzungen kurzfristig zu einem detektierbaren Stromfluss während des zweiten Halbwellenverlaufs kommen, ohne dass dies notwendig eine Störung bedeuten würde. Werden hingegen viele aufeinanderfolgende Störhinweise registriert, kann bei Erreichen eines Zähler-Schwellenwertes von einer echten Störung ausgegangen werden, so dass eine Überführung in den Störmodus gerechtfertigt ist.
Bevorzugt wird der Hinweiszähler nach einer vorgegebenen Zeitspanne zurückgestellt und das Akkumulieren von Störungs-Hinweisen neu gestartet. Dies stellt sicher, dass nicht einzelne, weit voneinander beabstandete Störungshinweise schlussendlich zur fälschlichen Feststellung einer Störung führen.
Zum Zünden des Laborgasbrenners ist bevorzugt vorgesehen, dass während einer Zündphase eine Ladespannung an einem Ladungsspeicher anliegt, um diesen repetitiv aufzuladen und zur Erzeugung eines Zündfunkens zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode über eine induktive Einheit zu entladen. Beispielsweise kann ein Kondensator über Dioden oder eine Ladungspumpe aufgeladen werden und bei Erreichen einer Zündspannung über die Primärspule eines Zünd-Transformators entladen werden. Die Sekundärspule des Zünd-Transformators ist vorzugsweise mit der Messelektrode und der Gegenelektrode verbunden, so dass ein Zündfunken zwischen Elektrode und Gegenelektrode entsteht, der kurzfristig die angelegte Messspannung überlagert. Alternativ können auch Schaltmittel vorgesehen sein, die während der sehr kurzen Zeitspanne des Zündfunkens Elektrode und Gegenelektrode von einer die Messspannung liefernden Spannungsquelle trennen und stattdessen mit der Sekundärspule des Zünd-Transformators verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl der Elektroden im Vergleich zum Stand der Technik, der getrennte Mess- und Zündelektroden verwendet, zu reduzieren.
Vorteilhafterweise stammen sowohl die Ladespannung als auch die Messspannung aus einer gemeinsamen Spannungsquelle. Während der Zündphase weisen sie vorzugsweise eine Spannungshöhe auf, die geeignet ist, dem Ladungsspeicher vorgeschaltete Schaltmittel durchzuschalten, und während einer nachfolgenden Überwachungsphase weisen sie günstigerweise eine niedrigere Spannungshöhe auf, die geeignet ist, die Schaltmittel zu sperren. So kann die Spannungsquelle beispielsweise während der Zündphase eine Spannung von ca. 200 V liefern, die einerseits als Messspannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode anliegt und andererseits genutzt wird, um den Kondensator über die Ladungspumpe auf die Zündspannung aufzuladen. Gleichzeitig kann diese Spannung oder eine abgeleitete Teilspannung genutzt werden, um Schaltmittel, beispielsweise eine Transistorschaltung, durchzuschalten, die zwischen der Ladungspumpe und der Spannungsquelle angeordnet ist. Nach erfolgter Zündung kann die Spannung dann heruntergeregelt werden, auf beispielsweise ca. 70 V, so dass eine Leitfähigkeitsmessung zwischen Elektrode und Gegenelektrode weiter möglich ist, die Schaltmittel vor der Ladungspumpe jedoch gesperrt sind.
Vorzugsweise sind die Steuermittel so eingerichtet, dass ein Übergang von der Zündphase in die Überwachungsphase angesteuert wird, sobald die Auswertemittel während der Zündphase eine Flammenbildung und keine Störung feststellen. Durch die oben erläuterte Quasi-Gleichzeitigkeit von Leitfähigkeitsmessung und Zündvorgang kann nämlich bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung während der Zündphase eine Untersuchung auf Verschmutzung und eine Überwachung der Flammenbildung stattfinden. So kann im Gegensatz zum Stand der Technik ohne vorherige Verschmutzungsprüfung unmittelbar beim Start des Brenners ein Zündversuch unternommen werden kann, während gleichzeitig die Verschmutzungsuntersuchung durch Analyse des zweiten Halbwellenverlaufs der Messspannung sowie die Flammüberwachung durch Analyse des ersten Halbwellenverlaufs der Messspannung durchgeführt wird.
Vorteilhafterweise sind die Steuermittel weiter so ausgelegt, dass ein Übergang von der Zündphase in den Störmodus angesteuert wird, wenn die Auswertemittel während der Zündphase nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder einer vorgegebenen Anzahl von Zündfunken keine Flammenbildung feststellen. Beispielsweise können 30 bis 60 Zündversuche, d.h. 30 bis 60 Zündfunken, entsprechend beispielsweise etwa 10 Sekunden, abgewartet werden, bevor in den Störmodus übergegangen wird.
Günstigerweise sind die Steuermittel weiter so ausgelegt, dass sie nach dem Ausbilden der Flamme, d.h. während der Überwachungsphase, einen Übergang von der Überwachungsphase in die Zündphase ansteuern, sobald die Auswertemittel während der Überwachungsphase keine Flammenbildung feststellen. Dies bedeutet, dass ein Erlöschen der Flamme, was durch Ausbleiben von Flammenbildungs-Hinweisen im ersten Halbwellenverlauf der Messspannung erkannt wird, mit einem erneuten Zündversuch beantwortet wird. Dies sollte jedoch vorzugsweise nur dann geschehen, wenn nicht gleichzeitig eine Störung durch Verschmutzung anhand von Störungs-Hinweisen im zweiten Halbwellenverlauf der Messspannung festgestellt wird. Hierdurch wird es möglich, eine beispielsweise durch Zugluft erloschene Flamme rasch und automatisch neu zu zünden.
Für die konkrete Ausbildung des Störmodus stehen dem Fachmann verschiedene Optionen zur Verfügung. Beispielsweise kann im Störmodus die Brenngasleitung zum Brennerkopf geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal aktiviert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Funktionsoptionen des Brenners einzuschränken, beispielsweise eine kurze Maximalbrenndauer einzustellen.
Vorzugsweise werden die wenigstens Teile der Auswertemittel und der Steuermittel realisiert, indem ein Mikroprozessor und ein Speicher mit einem darin gespeicherten Datenverarbeitungsprogramm verwendet werden. Die konkrete Umsetzung, d.h. Wahl des Mikroprozessors und Implementierung der Steuersoftware, kann vom Fachmann im Lichte der hiesigen Erläuterungen an die konkreten Anwendungs- und Systemanforderungen angepasst werden. Es kann vorteilhaft sein, neben dem Mikroprozessor Teile der Steuermittel und/oder der Auswertemittel in Analog-Elektronik zu realisieren.
Vorzugsweise ist zum Eingeben von Funktionsparametern für die Steuermittel durch einen Benutzer eine Eingabevorrichtung vorgesehen. Diese umfasst günstigerweise einen mit dem Mikroprozessor wechselwirkenden, mehrfach belegten Multifunktionsschalter. Beispielsweise kann durch Ziehen des Multifunktionsschalters ein einzustellender Funktionsparameter ausgewählt und durch Drehen des Schalters der konkrete Wert eingestellt werden. Dabei ist es günstig, wenn, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, Anzeigemittel vorgesehen sind, die zur Anzeige einstellbarer, eingestellter und/oder aktueller Funktionsparameter dienen. Mit diesen Anzeigemitteln ist beispielsweise eine suggestive Menüführung zur Bedienung der Eingabevorrichtung möglich.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Anzeigemittel eine verbleibende Restbrenndauer anzeigen. Dies bedeutet, dass der Benutzer bei ordnungsgemäßem Betrieb des Laborgasbrenners jederzeit erkennen kann, wann eine automatische oder vom Benutzer eingestellte Gesamtbrenndauer endet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Laborgasbrenners,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
3 ein Signalschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laborbrenners. Erkennbar ist ein Gehäuse 10, an dessen Oberseite ein Brennerkopf 12 angeordnet ist. Die dargestellte Ausführungsform weist weiter eine Anzeige 14 auf, die beispielsweise als LCD- oder LED-Anzeige ausgebildet sein kann. Sie dient der Anzeige eingestellter, einstellbarer und/oder aktueller Funktionsparameter des Laborgasbrenners. Zur Einstellung von Funktionsparametern ist ein Multifunktionsknopf 16 vorgesehen, der mit einem in 1 nicht dargestellten Mikroprozessor derart wechselwirkt, dass beispielsweise durch Drücken und Drehen des Knopfes unterschiedliche Funktionsparameter eingestellt werden können. Weiter ist in 1 ein zweiteiliger Einstell-Drehknopf 18 dargestellt, der der Einstellung von Luft- und Gaszufuhr zum Brennerkopf dient.
2 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung den Aufbau einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung von 2 ist dabei nicht als exakter Schaltplan zu verstehen. Vielmehr werden funktionale Einheiten symbolisch dargestellt. Die konkrete Umsetzung bleibt dabei dem Fachmann in Anpassung an die Erfordernisse der speziellen Geräte- und Anwendungsumgebung vorbehalten. Es sei jedoch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere Weise und unter Verwendung anderer funktionaler Einheiten, als in 2 gezeigt, implementiert werden kann.
Im Bereich des Brennerkopfs 12 ist ein Flammrohr 121 angeordnet, in welches über eine Brenngaszuleitung 20 Brenngas zugeführt wird. Der Brenngaszustrom kann dabei über ein Regelventil 22 gesteuert werden. Man beachte, dass zur Vereinfachung der Skizze nur eine Brenngaszuleitung 20 dargestellt ist. Bei anderen Ausführungsformen können auch individuelle Leitungen für Luft und gasförmigen Brennstoff vorgesehen sein, die gemeinsam oder separat durch Regelventile steuerbar sind. Im Bereich des Brennerkopfs 12 ist weiter eine Elektrode 122 auf einem dem Flammrohr 121 benachbarten, elektrisch isolierenden Sockel 123 angeordnet. Die äußere Abschirmung des Brennerkopfs wird durch einen Schutzrohr 124 gebildet. Der gesamte Brennerkopf ist mit dem übrigen Gerät über einen thermisch und elektrisch isolierenden Ringsockel 125, vorzugsweise aus Keramik, verbunden.
Bei der dargestellten Ausführungsform dient die Elektrode 122 sowohl als Zündelektrode wie auch als Messelektrode zur Flammüberwachung. Als Gegenelektrode dient dabei das Flammrohr 121 selbst, das vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist. Alternativ könnte auch im Bereich des Flammrohrs eine separate Gegenelektrode angeordnet sein. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, für die Flammüberwachung und den Zündvorgang separate Elektroden zu verwenden, die das Flammrohr oder gesonderte Elektrodenelemente als Gegenelektrode nutzen.
Zur Flammüberwachung wird von einer Spannungsquelle 24 eine Wechselspannung erzeugt, die an Elektrode 122 und Gegenelektrode 121 angelegt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind hierzu Schaltmittel 26, 26' vorgesehen, die die Spannungsquelle 24 mit der Elektrode 122 und der Gegenelektrode 121 verbinden. In diesem Stromkreis ist eine Strommessungsvorrichtung 28 angeordnet, die einen Strom misst, wenn die Messstrecke zwischen Elektrode 122 und Gegenelektrode 121 leitend überbrückt ist. Die Strommessungseinrichtung 28 steht mit einem Eingang eines Mikroprozessors 30 in Verbindung, der in Abhängigkeit von dem Messergebnis Betriebsfunktionen des Laborgasbrenners ansteuern kann. In 2 ist dabei lediglich die Ansteuerung des Regelventils 22 sowie der Spannungsquelle 24 dargestellt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass weitere Funktionselemente, wie beispielsweise Schaltmittel in dem Laborgasbrenner über den Mikroprozessor 30 angesteuert werden. Die Datenverarbeitung in dem Mikroprozessor erfolgt nach Maßgabe eines in einem Speicher gespeicherten Datenverarbeitungsprogramms. Dieser Speicher kann Bestandteil des Mikroprozessors oder eine separater Speicher, beispielsweise ein ROM oder EEPROM sein.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird die von der Spannungsquelle erzeugte Wechselspannung auch genutzt, um die Zündspannung zum Zünden des Brenngases bereitzustellen. Bei der gezeigten Ausführungsform wird hierzu ein Kondensator 32 aufgeladen, der bei Erreichen einer bestimmten Ladungsmenge oder bei Erreichen einer Schwellenspannung über die Primärspule eines Zündtransformators 34 entladen wird. Der Entladezeitpunkt kann beispielsweise über Schaltmittel 36 gesteuert werden, die ihrerseits spannungsgesteuert oder von dem Mikroprozessor angesteuert werden. In der Sekundärspule des Transformators 34 wird daraufhin eine Spannung im Bereich einiger kV bis etwa 10 kV induziert, die zu einer Zündfunkenbildung zwischen Elektrode 122 und Gegenelektrode 121 führt. Um zu vermeiden, dass ein hoher Spannungsstoß den zuvor geschilderten Messstromkreis beeinträchtigt, können die Schaltmittel 26, 26' für die Zeit des Zündfunkens die Elektroden 121, 122 von dem Messstromkreis trennen und mit der Sekundärspule des Transformators 34 verbinden.
Zu Zeiten, in denen keine Zündfunkenbildung erforderlich ist, d.h., während des ordnungsgemäßen Betriebs des Brenners und der Überwachung der Flamme kann die Messspannung gegenüber der während der Zündphase benötigten kombinierten Mess- und Ladespannung reduziert werden. Dieses Herabregeln der Spannung kann erfolgen, sobald am Brennerkopf eine ordnungsgemäße Flammenbildung detektiert wird. Günstigerweise sind dem Kondensator 32 Schaltmittel 38, 38' vorgeschaltet, die bei Herabregeln der Spannung von der Spannungsquelle 24 automatisch sperren, so dass es zu keiner weiteren Funkenbildung kommt.
3 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung ein zeitliches Signalschema beim Betrieb des erfindungsgemäßen Laborbrenners. Dargestellt ist die angelegte Messspannung U_M und die resultierende Strommessung I_M an der Strommessvorrichtung 28. Während einer ersten Zündphase ϕ_Z erfolgt zum Zeitpunkt t_Z1 ein Zündfunken 40. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zu diesem Zeitpunkt keine Messspannung U_M zwischen Elektrode 122 und Gegenelektrode 121 angelegt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann jedoch simultan zur Erzeugung des Zündfunkens eine Messspannung U_M angelegt sein. Dies gilt insbesondere für Ausführungsformen mit getrennten Zünd- und Messelektroden. U_M ist in 3 daher während dieser Zeitspanne gestrichelt dargestellt. In jedem Fall wird bei unverschmutztem Brenner in dieser Phase kein Messstrom I_M gemessen. Selbst bei anliegender Spannung U_M besteht zwischen der Elektrode 122 und der Gegenelektrode 121 eine isolierende Luftbrücke. Nach erfolgter Zündung verursacht die Spannung U_M jedoch ein Stromsignal 44, welches den positiven Halbwellen von U_M entspricht. Während der negativen Halbwellen wird aufgrund der Gleichrichterwirkung der Flamme kein Stromfluss gemessen.
Nach Abschluss der Zündphase wird die Spannung U_M während der Überwachungs- oder Monitoring-Phase ϕ_M herabgeregelt (beispielsweise von ca. 200 V auf ca. 70 V). Das gemessene Stromsignal 46 ist im wesentlichen das gleiche wie zuvor (44), jedoch ggf. mit geringerer Amplitude. Erlischt zum Zeitpunkt t_L1 die Flamme beispielsweise durch einen Luftzug 48, wird die Messstrecke zwischen Elektrode 122 und Gegenelektrode 121 wieder vollständig isolierend, so dass kein Storm mehr gemessen wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung überführt der Mikroprozessor zu diesem Zeitpunkt die Funktionen des Brenners erneut in die Zündphase. Zum Zeitpunkt t_Z2 erfolgt eine erneute Zündung. Der Laborgasbrenner wird anschließend in eine erneute Überwachungsphase überführt.
Erlischt zum Zeitpunkt t_L2 die Flamme erneut (diesmal jedoch aufgrund des Eintrags einer leitfähigen Verschmutzungs-Flüssigkeit 50), bricht das gemessene Stromsignal nicht zusammen, weil die Messstrecke zwischen Elektrode 122 und Gegenelektrode 121 leitend überbrückt ist. Im Unterschied zu der leitenden Überbrückung durch ein Flammenplasma zeigt die leitende Überbrückung durch Verschmutzung keinen Gleichrichtereffekt. Zusätzlich zu den Stromsignalen 46' während der positiven Halbwellen der Messspannung U_M, die fälschlicherweise als ordnungsgemäße Flammenbildung interpretiert werden könnten, treten daher auch während der negativen Halbwellen Stromsignale 52 auf. Die Auswertemittel erkennen nun eine Störung durch Verschmutzung und die Steuermittel überführen die Funktionen des Brenners in den Störmodus ϕ_s, was z.B. eine Abschaltung der Spannung und ein Schließen der Brenngaszuleitung bedeuten kann.
Die erfindungsgemäße gesonderte Detektion der zusätzlichen Stromsignale 52 ermöglicht die Unterscheidung zwischen einer ordnungsgemäß brennenden Flamme und einer aufgrund eines Verschmutzungseintrags erloschenen Flamme, was nach dem Stand der Technik bislang nicht möglich war. Der erfindungsgemäße Laborgasbrenner ist daher erheblich sicherer als bekannte Laborgasbrenner.
Natürlich stellen die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen lediglich illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar, die keinesfalls einschränkend auszulegen sind. Insbesondere muss verstanden werden, dass die dargestellten zeitlichen und räumlichen Relationen der einzelnen Abbildungskomponenten zueinander nicht maßstabsgetreu sind. Auch ist die konkrete Umsetzung der Erfindung nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Im Lichte der obigen Beschreibung ist der Fachmann jedoch in der Lage, die durch die nachfolgenden Ansprüche definierte Erfindung technisch zu realisieren.

Claims

Laborgasbrenner mit – einem Brennerkopf (12), dem über eine Brenngaszuleitung (20) ein brennbares Gasgemisch zuführbar ist, – Leitfähigkeits-Messmitteln zur Erfassung einer elektrischen Leitfähigkeit im Bereich des Brennerkopfs, umfassend eine mit einer elektrischen Messspannung beaufschlagbare Elektrode (122) und eine Gegenelektrode (121), – Auswertemitteln (30) zur Auswertung der erfassten Leitfähigkeit zur Feststellung einer Störung und zur Feststellung einer Flammenbildung am Brennerkopf (12) – Steuermitteln (30) zum Ansteuern von Funktionen des Laborgasbrenners und zum Überführen der Funktionen in einen Störmodus in Abhängigkeit von der Feststellung einer Störung durch die Auswertemittel (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Messspannung (U_M) eine elektrische Wechselspannung mit einem ersten und einem zweiten Halbwellenverlauf ist und die Auswertemittel (30) einen während des ersten Halbwellenverlaufs erzeugten Stromfluss zwischen der Elektrode (122) und der Gegenelektrode (121) als Hinweis auf eine Flammenbildung am Brennerkopf und einen während des zweiten Halbwellenverlaufs erzeugten Stromfluss zwischen der Elektrode (122) und der Gegenelektrode (121) als Hinweis auf eine Störung werten.
Laborgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel (30) einen Hinweiszähler, der eine Mehrzahl von Störungs-Hinweisen während mehrerer zeitlicher Abschnitte des zweiten Halbwellenverlaufs akkumuliert, umfassen und bei Erreichen eines vorgegebenen Störungs-Grenzwertes eine Störung feststellen.
Laborgasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hinweiszähler nach einer vorgegebenen Zeitspanne zurückgestellt und das Akkumulieren von Hinweisen neu startet.
Laborgasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Zündphase (ϕ_Z) eine Ladespannung an einem Ladungsspeicher (32) anliegt, um diesen repetitiv aufzuladen und zur Erzeugung eines Zündfunkens (40) zwischen der Elektrode (122) und der Gegenelektrode (121) über eine induktive Einheit (34) zu entladen.
Laborgasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladespannung und die Messspannung aus einer gemeinsamen Spannungsquelle (24) stammen und während der Zündphase (ϕ_Z) eine Spannungshöhe aufweisen, die geeignet ist, dem Ladungsspeicher vorgeschaltete Schaltmittel (38, 38') durchzuschalten, und während einer nachfolgenden Überwachungsphase (ϕ_M) eine Spannungshöhe aufweisen, die geeignet ist, die Schaltmittel zu sperren.
Laborgasbrenner nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (30) einen Übergang von der Zündphase (ϕ_Z) in die Überwachungsphase (ϕ_M) ansteuern, sobald die Auswertemittel (30) während der Zündphase (ϕ_Z) eine Flammenbildung und keine Störung feststellen.
Laborgasbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (30) einen Übergang von der Zündphase (ϕ_Z) in den Störmodus (ϕ_S) ansteuern, wenn die Auswertemittel während der Zündphase nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder einer vorgegebenen Anzahl von Zündfunken (40) keine Flammenbildung feststellen.
Laborgasbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (30) einen Übergang von der Überwachungsphase (ϕ_M) in die Zündphase (ϕ_Z) ansteuern, sobald die Auswertemittel (30) während der Überwachungsphase (ϕ_M) keine Flammenbildung feststellen.
Laborgasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Störmodus die Brenngaszuleitung (20) zum Brennerkopf (12) geschlossen ist.
Laborgasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Störmodus ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal aktiviert wird.
Laborgasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertemittel und Steuermittel einen Mikroprozessor (30) und einen Speicher mit einem darin gespeicherten Datenverarbeitungsprogramm umfassen.
Laborgasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Eingabevorrichtung (16, 18) zum Eingeben von Funktionsparametern für die Steuermittel (30) vorgesehen ist.
Laborgasbrenner nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung einen mit dem Mikroprozessor (30) wechselwirkenden, mehrfach belegten Multifunktionsschalter (16) umfasst.
Laborgasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigemittel (14) zur Anzeige einstellbarer, eingestellter und/oder aktueller Funktionsparameter vorgesehen sind.
Laborgasbrenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (14) ansteuerbar sind, eine verbleibende Restbrenndauer anzuzeigen.