DE2142222A1

DE2142222A1 - Anzeigegerat, insbesondere fur die Überwachung einer Verbrennungskammer

Info

Publication number: DE2142222A1
Application number: DE19712142222
Authority: DE
Inventors: Elihu Craig Wellesley Mass Thomson (V St A ) P
Original assignee: Electronics Corp of America
Current assignee: Electronics Corp of America
Priority date: 1970-08-25
Filing date: 1971-08-23
Publication date: 1972-03-02
Also published as: GB1348550A; FR2103485A1; CH528703A; NL7111148A; CA996660A; FR2103485B1; US3651327A; BE771614A; DE2142222B2

Description

Electronics Corporation of America, Cambridge

(Mass., USA)

Anzeigegerät, insbesondere für die Ueberwaehung einer Verbrennungskammer

Die Erfindung betrifft ein Anzeigegerät mit einer Fühlvorrichtung für die Erzeugung eines fluktuierenden Ausgangssignal vorgegebenen Frequenzbereichs beim Vorliegen eines zu bestimmenden Zustandes, insbesondere für die Ueberwaehung einer Verbrennungskammer .

Die Betriebsweise von Geräten der genannten Art muss absolut zuverlässig sein, wenn sie für die Ueberwaehung von Verbrennungskammern verwendet werden sollen. Vor allem müssen sie in klar erkennbarer Weise das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Flamme anzeigen können, wobei es vor allem auf eine sofortige Anzeige des Fehlens einer Flamme ankommt, damit das Brennstoffventil schnell geschlossen werden kann, um zu verhindern, dass sich zuviel unverbrannter Brennstoff in der Verbrennungskammer■ ansammelt. Die fehlerhafte Funktion einer einzigen Komponente eines solchen Anzeigegerätes kann aber bereits dazu führen, dass fälschlicherweise das Vorliegen einer Flamme vorgetäuscht und damit ein nicht mehr sicherer Betriebszustand herbeigeführt wird, falls die Flamme tatsächlich ausgefallen ist und das

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Anzeigegerät weiterhin so reagiert als ob doch eine Flamme vorhanden wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Anzeigegerät der genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Ausfall einer Komponente nicht mehr dazu führen kann, einen unsicheren Betriebszustand herbeizuführen.

Bei dem eingangs genannten Anzeigegerät wird dies erfindungsgemäss erreicht durch:

a) eine Anzeigevorrichtung, die auf ein durch die Fühlvorrichtung geliefertes Fluktuieren des Ausgangssignal vorgegebenen Frequenzbereichs, welches den zu bestimmenden Zustand anzeigt, einen ersten Zustand und beim Fehlen eines fluktuierenden Ausgangssignals des vorgegebenen Frequenzbereiches der Fühlvorrichtung einen zweiten Zustand annimmt; und

b) Schaltungskomponenten, die auf das fluktuierende Ausgangssignal des vorgegebenen Frequenzbereichs der Fühlvorrichtung ansprechen und zwischen der Anzeigevorrichtung und der Fühlvorrichtung angeordnet sind und einen Induktor für die Blockierung von Signalen deren Frequenz den vorgegebenen Frequenzbereich des fluktuierenden Ausgangssignals übersteigt, einen mit dem Induktor in Reihe liegenden ersten Kondensator zur Blockierung von Signalen, deren Frequenz den vorgegebenen Frequenzbereich des fluktuierenden Ausgangssignals unterschreitet, und einen ausfallsieheren Gleichrichterkreis, der zwischen dem Induktur und dem mit diesem in Reihe liegenden ersten Kondensator einerseits und der Anzeigevorrichtung andererseits liegt, umfassen.

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Die Punktionstüchtigkeit und Ausfallsicherheit des erfindungsgemässen Anzeigegeräts beruht demnach darauf, dass nur ein Fluktuieren des Signals, welches innderhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegt durch den Induktor und den mit diesem in Reihe liegenden Kondensator durchgelassen und anschliessend gleichgerichtet wird, um die Anzeigevorrichtung in einen ersten Zustand zu versetzen. Ein solches Fluktuieren des Signals wird durch die Fühlvorrichtung geliefert und kann entweder dem zu bestimmenden Zustand, der von Natur aus bereits fluktuierend ist, entsprechen oder durch elektrische Modulation erzeugt werden. Weder durch Kurzschluss noch durch einen offenen Stromkreis kann ein dem genannten fluktuierenden Signal der Fühlvorrichtung ähnliches Signal entstehen! demzufolge wird auch keines dieser Signale durch das erfindungsgemässe Anzeigegerät durchgelassen. Damit ist aber sichergestellt, dass jeder Ausfall gleich welcher Art dieser auch sei, immer einen sicheren Betriebszustand herbeiführen wird, da die Anzeigevorrichtung beim Fehlen eines fluktuierenden Signals innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereiches immer den Zustand einnehmen wird, welcher das Fehlen dieses Signals anzeigt. Auch statische Störzustände irgendwelcher Komponenten können nicht von sich aus ein dynamisches Signal hervorrufen, welches dem des Zustandes ähnlich wäre, der durch das Anzeigegerät festgestellt werden soll. YJürde beispielsweise der mit dem Induktor in Reihe liegende Kondensator einen Kurzschluss erleiden, einen Leckwiderstand enthalten und daher den Strom unmittelbar an den Gleichrichterkreis durchlassen, so dass dieser womöglich an die Anzeigevorrichtung gelangt, dann wird der Gleichrichterkreis diesen Strom aber blockieren oder nebenschliessen. Sollte aber der Gleichrichterkreis aus-

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fallen, was entweder ebenfalls aufgrund eines Kurzschlusses oder offenen Stromkreises oder eines Leckes der Fall sein könnte, dann fällt die Gleichrichtung entweder vollständig aus oder wird praktisch soweit unterbunden, dass die Anzeigevorrichtung entweder teilweise oder vollständig in den Zustand gelangt, der dem Fehlen eines fluktuierenden Signales des vorgegebenen Frequenzbereichs entspricht.

Da? in ReJhe liegende Induktor sperrt beispielweise Signale mit Netz frequenz (d.h. vcn 50 bzw. 60 Hz) und Signale die unterhalb dies vorgegebenen Frequenzbereiches liegen, werden von dem Kondensator am Durchgang gehindert. Liefert die Fühlvorrichtung ein Signal ausreichender Stärke, dann wird die Anzeigevorrichtung in ihrem ersten Zustand bleiben, auch wenn ein Störsignale vorliegt. Ist aber das Signale der Fühlvorrichtung nur schwach, dann wird das Vorhandensein eines Störsignales das Ansprechen der Anzeigevorrichtung auf dieses schwache Fluktuieren des Signals der Fühlvorrichtung verhindern und die Anzeigevorrichtung bleibt in ihrem zweiten Zustand, der das Fehlen eines Signals der Anzeigevorrichtung anzeigt und demzufolge dann vorsorglich ein Abschalten erfolgen wird,

Gemäss einer'vorzugsweisen Ausbildungsform des Anzeigegeräts kann ein erster Gleichrichter im Nebenschluss und ein zweiter Gleichrichter in Reihe zifischen dem ersten Kondensator und der Anzeigevorrichtung vorgesehen sein und ferner ein zweiter Kondensator im Nebenschluss die Anzeigevorrichtung überbrücken, so

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dass die von dem ersten Kondensator benötigte Ladung an den zweiten Kondensator übergeführt wird, während der im Nebenschluss liegende erste Gleichrichter sperrt. Dieser zweite Kondensator kann dann gross genug gewählt werden, um einen stetigen Strom zu liefern und zusätzlich eine Umschaltverzögerung der Anzeigevorrichtung in ihren zweiten Zustand herbeizuführen.

Nach einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform kann das Anzeigegerät eine Frequenzauswahlvorrichtung, die ausschliesslich dann ein Steuersignal aussendet, wenn an sie gelangende Eingangssignale den vorgegebenen Frequenzbereich der Ausgangssignale der Fühlνorrichtung einschliessen, einen Bandpassverstärker, dessen Durchlassbereich auf Signale zwischen 5 und 25 Hz abgestimmt ist, und Kopplungsglieder für die Ankopplung der Ausgangssignale der Fühlvorrichtung an die Frequenzauswahlvorrichtung umfassen. Hierdurch lässt sich ein fluktuierendes Signal erzeugen, durch welches abwechselnd positive und negative Spannungen an den Induktor gelangen. Das hierbei entstehende Wechselstromsignal wird von dem ersten Kondensator durchgelassen und gleichgerichtet, so dass die Anzeigevorrichtung in ihren ersten Zustand gelangen kann.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Anzeigegerätes werden nachfolgend, insbesondere anhand der einzigen Figur näher beschrieben. Die Figur zeigt ein schematisches Schaltbild eines Anzeigegerätes, welches für die Ueberwachung der Flamme in einer Verbrennungskammer geeignet ist.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung umfasst einen Transformator .10 mit einer Primärwicklung 12, an die über die Zuleitungen 14 ein Signal von 60 Hz und 115 Volt angelegt wird.

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Die Sekundärwicklung 16 ist mit einem Zweiwegegleichrichter 18 verbunden, über den das gleichgerichtete Signal an die positive Sammelschiene 20 und die negative Sammelschiene 22 gelangt. Die Sammelschienen 20 und 22 sind durch einen Kondensator 24 und einen Widerstand 26 überbrückt. Ferner ist mit der Sammelschiene 20 über einen Widerstand 2ö eine Hilfssammelschiene 30 verbunden,' deren Spannung mittels einer Zenerdiode 32 auf plus 7 Volt gehalten wird. Zwischen den Sammelschienen 30 und 22 liegt ein Spannungsteiler, gebildet aus einem Widerstand 3^ und einem Flammenfühler 3>6 aus einer Photozelle mit einem Photowiderstand aus Bleisulfid. Letztere ist so angeordnet, dass er das Vorhandensein einer Flamme in einer Verbrennungskammer überwacht. Eine solche Flamme hat aber eine fluktuierende Charakteristik deren Schwankungsbreite innerhalb eines Bereiches von 5 bis 25 Hz liegt. Diese Charakteristik wird von der Photozelle 36 angezeigt.

Das Fluktuieren des Ausgangssignals der Photozelle 36 wird einer ersten Verstärkerstufe eingespeist, die durch einen Transistor 40 gebildet ist und ein in Brücken-T-Null-Schaltung in Gegenkopplung zwischen dem Kollektor 42 des Transistors 40 und dessen Basis 40 liegenden Filter enthält. Das Filter umfasst die Kondensatoren 36 und 4b und die Widerstände 50 und 52. Der Ausgangswert der ersten Verstärkerstufe ist unmittelbar an eine zweite Verstärkerstufe angekoppelt, die aus den Transistoren 5^ und 56 und einem weiteren Filter in BrUcken-T-Mull-Schaltung gebildet ist und eine Gegenkopplung zu dem Emitter 58 des Tran-

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sistors 5^ bildet. Dieses zweite Filter besteht aus den Kondensatoren 60 und 62 und den Widerständen 6h und 66. Jedes der genannten Filter hat einen Durchlassbereich von 5 bis 25 Hz, der somit dem Bereich des Ausgangssignals der Photozelle 36 entspricht.

Das verstärkte fluktuierende Flammensignal wird sodann über einen Kondensator 70, einem Schaltkreis mit den Transistoren 72, 74 und 76 angekoppelt. Im Ruhezustand erhält der Transistor 72 seinen Basisstrom über einen Widerstand 78 von der positiven Sammelschiene 20, so dass der Transistor 7^ sperrt und sich der Transistor 76 im Sättigungszustand befindet. Sobald der Kollektor des Transistors 56 positiv wird, lädt sich ein Kondensator 70 auf und liefert Strom an die Basis des Transistors 72. Während der Kollektor des Transistors 56 nach negativ pendelt, koppelt der Kondensator 70 das Signal an, die Transistoren 72 und 76 werden abgeschaltet und die Basis des Transistors 7^ erhält den Strom über einen Widerstand So und wird leitend. Dies führt zu dem Ergebnis, dass ansprechend auf das Flammensignal der Eingang einer Induktionsspule 82 abwechselnd zwischen der positiven Sammelschine 20 und der negativen Sammelschiene 22 hin- und hergeschaltet wird.

Die Induktionsspule 82 und ein Kondensator 84 sind in Reihe geschaltet und auf die Frequenz des Flammensignals abgestimmt. Die Induktionsspule 80 ist so ausgebildet, dass ein fester Ab-

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stand zwischen ihren Eingangs- und Ausgangsleitungen und ferner auch zwischen ihren einzelnen Wicklungen und Schichtungen vorgegeben ist. Daher ist die Induktionsspule ebenso ausfallsicher gegenüber einem Kurzschluss wie zwei beliebige andere Leitungen der Schaltanordnung. Ausserdem ist der Widerstand der Induktionsspule gross genug gewählt, um die Stromhöhe einer im Nebenschluss liegenden Diode 86 im Falle eines Kurzschlusses im Kondensator 84 zu begrenzen. Die Diode 86 liegt, wie gesagt, im Nebenschluss und eine Diode 88 liegt in Reihe zwischen dem Kondensator 84 und der Spule 90 eines Anzeigerelais. Ein Kondensator 92 überbrückt die Spule 90 des Relais. Da der Eingang der Spule 82 abwechselnd zwischen der positiven und negativen Sammelschiene 20 und 22 mit einer Frequenz die der Charakteristik einer festgestellten Flamme entspricht und zwar vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 10 Hz hin- und hergeschaltet wird, wird das sich hierbei ergebende Wechselstromsignal von dem Kondensator 84 hindurchgelassen und gleichgerichtet und lädt den Kondensator 92 auf, so dass das Relais 90 anzieht.

Gelangt ein sehr starkes 60 Hz Signal an den Eingang der Anzeigevorrichtung, dann reichen die Filter nicht aus, um dieses zu blockieren. Die Folge davon ist, dass die Transistoren 74 und 76 an die Spule 82 ebenfalls ein 60 Hz Signal liefern, dessen von Spitze zu Spitze Vorliegende Werte durch den Spannungsverlauf der Eingangsspannung bestimmt sind. Bei Wahl der Schaltungskomponenten mit den im Beispiel angeführten Grossen blockiert

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die Spule dieses Signal aber wirksam und ein vernachlässigbarer Strom wird gleichgerichtet und an die Relaisspule weitergeleitet. In ähnlicher Weise werden auch unter dem Durchlässigkeitsbereich der in Reihe geschalteten aus der Spule 82 und dem Kondensator 84 bestehenden Komponenten liegende Frequenzen durch den Kondensator 84 blockiert. Der Kondensator 92 bewirkt eine Verzögerung der Abfallzeit von lY2 Sekunden, so dass das Flammensignal während einer gewissen Cyclenzahl ausfallen muss, bevor das Relais abfällt.

Das beschriebene Anzeigegerät dient somit als ein in einfacher, wirtschaftlicher und zuverlässiger Schaltung aufgebauter Diskriminator beim Ausfallen einer einzelnen Komponente und beim Auftreten von sich gegenüber den gewünschten Zustandssignalen unterscheidenden Wechselstromsignalen.

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Claims

Patentansprüche

1Λ Anzeigegerät mit einer Fühlvorrichtung für die Erzeugung eines fluktuierenden Ausgangssignal vorgegebenen Frequenzbereichs beim Vorliegen eines zu bestimmenden Zustandes, insbesondere für die.üeberwachung einer Verbrennungskammer, gekennzeichnet durch:

a) eine Anzeigevorrichtung (90), die auf ein durch die Füllvorrichtung (56) geliefertes Fluktuieren des Ausgangssignal vorgegebenen Frequenzbereiches, welches den zu bestimmenden Zustand anzeigt, einen ersten Zustand und beim Fehlen eines fluktuierenden Ausgangssignals des vorgegebenen Frequenzbereiches der Fühl vorrichtung (j5o) einen zweiten Zustand annimmt; und

b) Schaltungskomponenten, die auf das fluktuierende Ausgangssignal des vorgegebenen Frequenzbereiches der Fühlvorrichtung (3&) ansprechen und zwischen der Anzeigevorrichtung (90) und der Fühlvorrichtung (j56) angeordnet sind und einen Induktor (j52) für die Blockierung von Signalen deren Frequenz den vorgegebenen Frequenzbereich des fluktuierenden Ausgangssignals übersteigt, einen mit dem Induktor (82) In Reihe liegenden ersten Kondensator (84) zur Blockierung von Signalen, deren Frequenz den vorgegebenen Frequenzbereich des fluktuierenden Ausgangssignals unterschreitet, und einen ausfallsicheren Gleichriehterkreis (86, 88, 9²), der zwischen dem Induktor (82) und dem mit diesem in Reihe liegenden ersten Kondensator (84) einerseits und der Anzeigevorrichtung (90) andererseits liegt, umfassen.

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2. Anzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ausfallsichere Gleichrichterkreis (86, 88, 92) einen im Nebenschluss zu dem mit dem Induktor (84) in Reihe liegenden ersten Kondensator (84) liegenden ersten Gleichrichter (86) enthält.

5. Anzeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ausfallsichere Gleichrichterkreis (86, 88, 92) einen zweiten Gleichrichter (88), der mit dem ersten Kondensator (84) in Reihe geschaltet ist, und ferner einen zweiten Kondensator (92), der die Anzeigevorrichtung (90) im Nebenschluss überbrückt, enthält.

4. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenzauswahlvorrichtung vorgesehen ist, die ausschliesslich dann ein Steuersignal aussendet, wenn an sie gelangende Eingangssignale den vorgegebenen Frequenzbereich der Ausgangssignale der Fühlvorrichtung (56) enthalten, wobei diese Frequenzauswahlvorrichtung einen Bandpassverstärker (40, 54, 56, 46, 48, 50, 52, 60, 62, o4, 66), dessen Durchlassbereich aus Signale zwischen 5 und 25 Hz abgestimmt ist, und Kopplungsglieder für die Ankopplung der Ausgangssignale der Fühlvorrichtung (36) an die Frequenzauswahlvorrichtung umfasst.

5. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bestimmende Zustand durch eine in einer Verbrennungskammer vorliegende Flamme gegeben und die Anzeigevorrichtung (90) durch die Spule eines Relais gebildet ist. _ΛΛΛΑ

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b. Anzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (^6) eine Photozelle mit einem Bleisulfid-Photowiderstand ist.

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