DE2424524C2

DE2424524C2 - Flammenwächter für Feuerungsanlagen

Info

Publication number: DE2424524C2
Application number: DE2424524A
Authority: DE
Inventors: Gianni Reggio Emilia Bianchini
Original assignee: SIE FORNEY SpA PERO MAILAND/MILANO IT
Current assignee: SIE FORNEY SpA PERO MAILAND/MILANO IT
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1974-05-21
Publication date: 1985-04-11
Also published as: ES426486A1; DE2424524A1; BE815326A; US3892999A; GB1460506A; CH572596A5; IT987855B; FR2230997B1; CA1032250A; NL7406812A; FR2230997A1

Description

Die Erfindung betrifft einen F'jnmenwächter für Feuerungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zum wirksamen Einsatz von Flammenwächtern in Feuerungsanlagen ist es erforderlich, eine Gasentladungsröhre als Detektor einsetzen zu können, die die charakteristischen Strahlungen der überwachten Flamme auch bei unterschiedlich auftretenden Strahlungen mit äußerst großer Empfindlichkeit erfaßt Der Detektor muß die Hauptflamme eines (Haupt- oder Steuer-) Brenners sicher von der Flamme daneben angeordneter Brenner unterscheiden können. Die Gasentladungsröhre muß ferner bei Ausfall der Flamme möglichst sofort ansprechen. Die zu Ionisation der Gasentladungsröhre herangezogene UV-Strahlung, der Brennflamme ist zwar quantitativ geringer als ihre infrarote Strahlung, die UV-Strahlung ist jedoch qualitativ besser, tritt nur in einem bestimmten Bereich der Flamme auf und ist mit anderen Störstrahlen nicht verwechselbar.

Bei einem aus der DE-AS 15 26 201 bekannten Flammenwächter mit einer Gasentladungsröhre ist eine Versorgungswechselspannung vorgesehen, deren geglättete positive Halbwelle einen Kondensator lädt, an dem die Vorspannung für die Gasentladungsröhre abgegriffen ist. Bei auftretender ionisierender UV-Strahlung wird die Gasentladungsröhre leitend, wodurch der Kondensator über einen Widerstand und die Steuerelektrode einer steuerbaren Diode entladen wird, bis die Löschspannung erreicht und der entladende Stromimpuls beendet ist. Ist die Diode einmal gezündet, so bleibt diese bis zur nächsten negativen Halbwelle leitend; wird die Diode als während einer positiven Halbwelle einmal gezündet so bleibt sie für den weiteren Verlauf der Halbwelle leitend und weitere, während dieser Halbwelle auftretenden Entladungen der Gasentladungsröhre bleiben unerkannt Aufgrund dieser Beschaltung bleibt die steuerbare Diode aber auch bei anliegenden Zündimpulsen während der negativen Halbwelle gesperrt, so daß eine Gasentladung und somit ein Brennen der Flamme nicht erkannt werden kann. Eine quantitative Bestimmung der Entladungsimpulse, die zur einfallenden UV-Strahlung proportional sind und anhand derer die Qualität der Flamme bestimmbar wäre, ist nic'M möglieh.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer möglichst geringen Anzahl von Bauelementen einen kontinuierlich arbeitenden Flammenwächter hoher Empfindlichkeit zu schaffen, der ein hohes Auflösungsvermögen aufweist und eine genaue Zählung der einfallenden Strahlungsquanten auch dann ermöglicht, wenn eine extreme UV-Einfallsfrequenz gegeben ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Jede Entladung der Gasentladungsröhre kann innerhalb einer äußerst kurzen Zeitspanne gelöscht und die maximale Empfindlichkeit sehr schnell wieder hergestellt werden. Auf der Sekundärseite des Impulstranformators kann daher eine der einfallenden UV-Strahlung proportionale Impulsfolge abgegriffen werden, so daß die überwachenden Flammen außerordentlich genau unterschieden werdf i. Ohne höheren schaltungstechnischen Aufwand kann daher unmittelbar eine Aussage über die Qualität der Flamme gemacht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Flammenwächter sind Sättigungserscheinangen bei sehr starker UV-Strahlung auf ein Minimum begrenzt, so daß bei allen in der Praxis vorkommenden Fällen die Flammen sehr gut unterschieden werden können. Besondere Erkennungsschaltungen, Filter oder dgl. sind daher nicht erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Flammenwächters und sein Aufbau wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Diagramme und Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Spannungs-Zeit-Diagramm und ein Empfindlichkeits-Zeit-Diagramm einer mit Wechselspannung und einer mit Gleichspannung vorgespannten Gasentladungsröhre,

Fig.2 eine Schaltung eines erfindungsgemäßen Flammenwächters,

F i g. 3 eine Schaltung eines Flammenwächters mit einem steuerbaren Halbleiter.

so Zum besseren Verständnis der Funktion der bei Flammenwächtern eingesetzten Gasentladungsröhren, deren Gasentladung durch Fremdionisation erfolgt und die auf UV-Strahlung ansprechen, werden folgende Kennwerte näher erläutert, wobei vorausgesetzt ist, daß die Röhre einen konstanten Gasdruck und einen bestimmten Elektrodenabstand aufweist:

V_m,n = Mindestzündspannung

V_m,„ ist die zwischen den Elektroden anliegende minimale Protentialdifferenz, unterhalb der auch unter Einwirkung einer stark ionisierenden Strahlung keine Gasentladung möglich ist.

V/j = Selbstzündspannung

V« ist die zwischen den Elektroden anliegende maximale Proteniialdifferenz, oberhalb der ohne ionisieren-

de Strahlung selbständig eine Gasentladung erfolgt (V& entspricht der Spannungsfestigkeit des in der Röhre eingeschlossenen Gases).

l_mie = Mindestbrennstrom

Imin ist der für eine Gasentladung erforderliche minimale Entladungsstrom, unterhalb dem eine Gasentladung erlischt

Wird die Vorspannung für eine Gasentladungsröhre zwischen V_mm und V* geändert, so ändert sich ihre Empfindlichkeit kontinuierlich von Null bis Eins. Eine in einem Flammenwächter verwendete Röhre soll eine möglichst große Empfindlichkeit haben, die jedoch ausreichend kleiner als Eins sein muß, um einen sicheren Abstand von der Selbstzündung der Röhre zu gewährleisten.

In dem im linken Teil der F i g. 1 dargestellten Spannungs-Zeit-Diagramm ist eine Gasentladungsröhre mit einer Wechselspannung Vi = V₀ sin (2λγ/ · t) vorgespannt Die Empfindlichkeit S verändert sich dabei abhängig von der Zeit t entsprechend dem qualitativ angedeuteten Verlauf s 1, was einer mittleren Empfindlichkeit 51 entspricht Diese mittlere Empfindlichkeit 51 kann nicht erhöht werden, ohne daß gleichzeitig zeitweise eine gefährliche Annäherung der Empfindlichkeit S an den Wert 1 erfolgt

In dem im rechten Teil der F i g. 1 dargestellten VA-Diagramm bzw. S/i-Diagramm ist die Röhre mit einer Gleichspannung zwischen V_n,;,, und V« vorgespannt Die Vorspannung gewährleistet einerseits einen ausreichend weiten Sicherheitsabstand gegenüber der Selbstzündung und andererseits eine hohe Strahlungsempfindlichkeit der Röhre. Auch die Empfindlichkeit ist nun zeitunabhängig und weist einen konstanten Verlauf s 2 auf, so daß die mittlere Empfindlichkeit 52 = s2 ist Wählt man eine Vorspannung V₂ = V₀, so wird die Empfindlichkeit 52 erheblich größer als 51. Bei einer mit Gleichspannug vorgespannten Gasentladungsröhre kann daher jederzeit eine durch Ionisation ausglöste Gasentladung erfolgen.

Zur Löschung von Gasentladungsröhren und zur Wiederherstellung ihrer vollen Empfindlichkeit muß der Strom auf einen unter I_m/„ liegenden Wert begrenzt werden, sobald der Beginn der Entladung durch ein impulsartiges Signal angezeigt wird.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltung ist eine Gasentladungsröhre X 3 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand A3 und einem Impulstransformator T3 an eine Betriebsquelle V gelegt Der Widerstand R 3 ist so ausgelegt, daß er für eine sofortige Löschung der Gasentladung ausreicht Mit jeder Entladung liegt am Ausgang des Transformators T3 ein Signal (Jan. Zur Erhöhung des Energiegehaltes des Signals U wird parallel zur Reihenschaltung aus der Gasentladungsröhre X 3 und dem Transformator T3 ein Kondensator C3 geschaltet wobei ein Ende der Sekundärdichtung des Impulsübertragers T3 mit dem mit dem Kondensator C3 verbundenen Ende seiner Primärwicklung verbunden ist, so daß die Enden auf gleichem Potential liegen. Der Kondensator C3 bildet zusammen mit dem Widerstand R 3 einen üblichen Kippkreis.

Durch den Kondensator C3 wird sowohl der Entladestrom vergrößert als auch die Impulsdauer bis zu einem Höchstwert verlängert, der sich für alle praktischen Anwendungsfälle bewährt hat. Die Impulsdauer sollte 300 μ$ες nicht überschreiten; sie wird vorteilhaft mit etwa 200 [Lsec gewählt. Dii so verstärkten Impulse bzw. Signale i/sind dann für eine Fernübertragung zu einem Kontroll- oder Meßgerät geeignet

Die Messung der einfallenden UV-Strahlung erfolgt über analoge oder digitale Zählung bzw. Anzeige der Impulse. Der Löschvorgang der Gasentladungsröhre erfolgt innerhalb sehr kurzer Zeit so daß der Flammenwächter auch bei hohen Strahlungswerten nicht vorzeitig in die Sättigung läuft und auch bei intensiver UV-Strahlung eine sichere Quantisierung und damit eine qualitätsmäßige Aussage über die Flamme möglich ist

Der Impulsträger 7"3 kann von beliebiger Bauart sein und an beliebiger Stelle in dem aus Kondensator C3 und Röhre X 3 bestehenden Leitungskreis eingeschleift sein. Der Impulsübertrager muß widerstandsmäßig an die Übertragungsleitung zur Fernübertragung angepaßt sein. Die Anpassung an die Übertragungsleitung kann auch mit Hilfe des einfachen Widerstandes oder eines an sich bekannten Anpassungaietzwerkes (z. B. eines Verstärkers) erfolgen. Bei Verwendung eines Übertrager.«= darf dessen Induktivität mit dem Kondensator C3 keinen Schwingkreis bilden ua sonst die Nachteile einer mit Wechselspannung vorgespannten, diskontinuierlich arbeitenden Röhre auftreten würde. Zur Vermeidung dieser Nachteile kann der Impulstransformator mit dem Kondensator so aufeinander abgestimmt sein, daP ein stark aperiodisch gedämpfter Schwingkreis gebildet ist

Der Kondensator C3 bildet einerseits eine niedrige Impedanz für den Entladestrom, der deshalb höhere Spitzenwerte erreicht und bestimmt andererseits die Energie eines jeden Impulses als auch die für die Wiederherstellung der Empfindlichkeit der Röhre erforderliche Zeitspanne.

Bei einer aufgrund der Eigenschaften der verwendeten Gasentladungsröhre gewählten Gleichspannung von V = 700 V haben sich für den Widerstand und den Kondensator Werte von R = 680 K und C = 500 pF am besten bewährt

Die in Fig.3 dargestellte Schaltung ermöglich', eine Abgabe von Impulsen noch höherer Leistung und eine noch kürzere Rückstellzeit. Sie weist eine Gasentladungsröhre X 4, einen Widerstand R 4, einen Kondensator C 4 und einem Impulsübertrager Γ 4 auf, die wie die entsprechenden Elemente beim Ausführu.igsbeispiel gemäß F i g. 2 geschaltet sind. Darüber hinaus ist in Reihe zur Röhre X 4 ein Widerstand R 5 geschaltet. Parallel zur Röhre X 4 und Widerstand R 5 und damit parallel zum Kondensator C4 und der Primärwicklung des Übertragers T4 ist ein steuerbarer Halbleiter in Form einer Diode SCR 4 geschaltet, deren Steuerelektrode zwischen Röhre X 4 und Widerstand /?5 angeschlossen ist. Die steuerbare Diode SCR 4 wird durch die Entladung der Röhre gezündet und besitzt bei ansonsten sinng^-niß gleicher Wirkungsweise wie die vorhergehende Schaltung im leitenden Zustand eine geringere Impedanz, wodurch cehr energiereiche Impulse abgegeben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flammenwächter für Feuerungsanlagen, mit einer durch UV-Strahlung ionisierbaren Gasentladungsröhre, die von einer Gleichspannungsquelle gespeist ist und die mit einem Vorwiderstand selbstlöschend geschaltet ist, mit einem aufladbaren Energiespeicher verbunden ist, der die zur Entladung der Gasentladungsröhre benötigte Energie liefert und die Zeitdauer der Gasentladung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der durch die Gasentladung erzeugten pulsförmigen Signale auf eine Übertragungsleitung und zur Anpassung des die pulsförmigen Signale erzeugenden Kreises an die Übertragungsleitung ein Impulstransformator (T3, Γ4) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung mit einem im wesentlichen rein ohmschen Lastwiderstand in Form der Übertragungsleitung oder eines Meßkreises verbunden ist

2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als aufladbarer Energiespeicher vorgesehene Kondensator (CZ, CA!) und der Impulstransformator (TZ, T4) einen stark aperiodisch gedämpften Schwingkreis bilden.

3. Flammenwächter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Gasentladungsröhre (X 4) ein steuerbarer Halbleiter (SCR 4) angeordnet ist, dessen Steuerelektrode von der Gasentladungsröhre (x 4) angesteuert ist