DE2447397A1

DE2447397A1 - Brenner-steuerschaltung

Info

Publication number: DE2447397A1
Application number: DE19742447397
Authority: DE
Inventors: John L Kabat
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1975-04-17
Also published as: JPS5741652B2; FR2247677B1; CA1037142A; US3852606A; JPS5065940A; AU7419974A; FR2247677A1

Description

10-4761 Ge, Sz ²· Oktober 1974

HONEYWELL INC.
2701 Fourth Avenue South Minneapolis, Minn., USA

Brenner-Steuerschaltung

Die Erfindung betrifft eine Brenner-Steuerschaltung mit einer die Flamme des Brenners überwachenden Fotozelle, einem an die Fotozelle angeschlossenen auf das Flackern der Flamme ansprechenden Verstärker (Flacker-Verstärker) und einem weiteren auf die zyklischen Flackersignale ansprechenden, an den Flacker-Verstärker angekoppelten und die Brennstoffzufuhr steuernden Signalverstärker, wobei beide Verstärker an eine geregelte Spannungsquelle angeschlossen sind.

Aus der US-PS 3 820 097 ist eine Brenner-Steuerschaltung bekannt, bei der als Flammen-Fühlelement eine Fotozelle vorgesehen ist. Das Flackern der Brenner-Flamme erzeugt in der Fotozelle Widerstandsänderungen mit einer entsprechenden Frequenz. Ein nachgeschalteter auf diese Widerstandsänderungen ansprechender Verstärker (Flacker-Verstärker) verstärkt selektiv die durch das Flackern der Flamme erzeugten Signale. An den Flacker-Verstärker ist über eine Kondensatorkopplung ein Signalverstärker angeschlossen, der beim Vorhandensein einer flackernden Flamme beispielsweise ein die Brennstoffzufuhr steuerndes Ventil geöffnet hält.

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Bei der bekannten Brenner-Steuerschaltung besteht die Gefahr,

daß das Vorhandensein einer flackernden Flamme durch Stören

spannung oder die Fehlfunktion eines Schaltungselementes simuliert wird. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannte Schaltung so zu verbessern, daß bei fehlender Flamme und beim Vorliegen solcher fehlerhafter, das Vorhandensein einer Flamme simulierende Betriebszustände ein Schließen des die Brennstoffzufuhr steuernden Ventils gewährleistet ist. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß im Ausgangskreis des Flacker-Verstärkers ein eine Strahlung aussendendes Element und im Eingangskreis des zyklischen Signalverstärkers ein auf die ausgesandte Strahlung ansprechendes Empfangselement angeordnet ist und daß das Empfangselement an einen zwischen der geregelten Spannungsquelle betriebenen Spannungsteiler angeschlossen und einem Teil dieses Spannungsteilers parallelgeschaltet ist, wobei der Signalverstärker an den durch das Empfangselement nebenschließbaren Teil des Spannungsteilers angeschlossen ist.

Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung, welche einen Flacker-Verstärker, eine elektrisch voneinander isolierte Koppelschaltung, eine Stromversorgungseinrichtung und einen zyklischen Signalverstärker zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgenden näher erläutert:

Gemäß der einzigen Figur ist eine Fotozelle, beispielsweise eine Bleisulfidzelle zwischen den Anschlußklemmen 11 und 12 eines Flacker-Verstäirkers 13 angeordnet. Der Flacker-Verstärker 13 umfaßt das in der gestrichelten Umrandung eingefaßte elektronische Netzwerk und stellt einen Verstärker dar, der auf die Widerstandsänderungen der Fotozelle 10 anspricht, wobei die Fotozelle 10 ihrerseits einer Flamme benachbart angeordnet ist. Wenn die Flamme flackert, so ändert sich der Widerstand der Fotozelle entsprechend der jeweiligen Flacker-Frequenz. Der Flacker-Verstärker' 13 kann prinzipiell jeden bekannten herkömmlichen Aufbau aufweisen; im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jedoch der Flacker-Verstärker die aus der eingangs erwähnten US-PS 3 820

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bekannte Bauform auf. Der Verstärker 13 wird daher nachfolgend in seinem generellen Aufbau beschrieben, ohne daß auf eine detaillierte Erklärung aller Netzwerkkomponenten eingegangen wird.

Die Anschlußklemme 12 ist in einem dem elektronischen Netzwerk der vorliegenden Erfindung gemeinsamen Erdungspunkt 14 geerdet. Die andere Anschlußklemme 11 ist an einen Verstärker 15 angeschlossen. Den Ausgang des Verstärkers 15 bildet eine Leitung Ein Spannungs-Rückkopplungspfad ist durch eine Leitung 17 gegeben, welche an einen elektronischen Schaltkreis mit einem Transistor Q1 und einem Transistor Q2 angeschlossen ist. Die Transistoren Q1 und Q2 zusammen mit ihren zugeordneten Widerständen und Kondensatoren bilden eine veränderliche Impedanz, welche durch die über die Leitung 17 rückgekoppelte Spannung gesteuert wird. Die veränderliche Impedanz wird herangezogen, um die Versorgungsspannung der Fotozelle 10 einzustellen, . daß die Spannung über der Fotozelle 10 beim Austausch der Fotozelle gegen eine andere unbeeinflußt bleibt. Ein weiterer Zweck dieser Schaltung ist es, die Spannungen über der Fotozelle 10 unabhängig von der im Zusammenhang mit der Brennerflamme auftretenden Hintergründstrahlung zu machen.

Das auf der Leitung 16 erscheinende Ausgangssignal des Verstärkers 15 wird über einen Widerstand 20 auf eine Begrenzerschaltung 21 , bestehend aus zwei parallelgeschalteten und entgegengesetzt angeordneten Dioden 22 und 23 gegeben. Die Begrenzerschaltung 21 begrenzt das Eingangssignal für ein weiteres Netzwerk und einen weiteren Verstärker 25. Das Netzwerk 24 zusammen mit dem Verstärker 25 bildet einen Bandpaßverstärker, welcher ein Ausgangssignal auf einer Leitung 26 ausgibt, wobei das Ausgangssignal eine mit der Flacker-Frequenz der Flamme veränderliche Spannung darstellt/Das auf der Leitung 26 erscheinende Ausgangssignal wird über einen Koppelkondensator 27 an eine lichtemittierende Diode 30 gelegt. Der lichteinittierenden Diode 30 ist eine entgegengesetzt gepolte Diode 31 parallelgeschaltet. Es fließt somit ein Strom durch die lichtemittierende Diode 30 über den

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Kondensator 27 bei jeder Spannungsänderung auf der Leitung 26 mit einer Frequenz, die der flackernden Flamme entspricht.

Der Flacker-Verstärker 13 wird durch eine auf einer Versorgungsleitung 33 anstehende Gleichspannung gespeist, welche von einer geregelten Stromversorgungseinheit 34 abgenommen wird, die Teil einer größeren Stromversorgungseinrichtung ist. Die größere Stromversorgungseinrichtung umfaßt eine Vollwellen-Gleichrichterbrücke 35, die vier Dioden 36 umfaßt, mit entsprechenden Eingangsklemmen 37 und 40, an welche eine herkömmliche Wechselspannungsquelle 41 angeschlossen ist. Ein ungefilterter Gleichstromausgang ist ^wischen der Erdungsklemme 14 und einer Leitung 42 vorgesehen. Die geregelte Stromversorgungseinheit 34 wird mit der erforderlichen Energie gespeist, so daß die geregelte Spannung auf der Leitung 33 für den Flacker-Verstärker 13 sowie für einennachstehend noch zu beschreibenden Schaltkreis verfügbar ist.

Dieser Schaltkreis dient der Ankopplung eines zyklischen Signalverstärkers 56 an den Flacker-Verstärker 13. Der Schaltkreis weist einen Spannungsteiler auf, der aus einer Zenerdiode 45, einem Widerstand 46, einer Diode 47 und einem Widerstand 48 besteht. Der Spannungsteiler ist zwischen der Leitung 33 und der Erdungsklemme 14 angeordnet. Parallel zu der Diode 47 und dem Widerstand 48 ist ein Strom-Nebenpfad, bestehend aus einem Widerstand 50 und einem Fototransistor-Schaltkreis in Darlington-Schaltung angeordnet, welcher das auf die ausgesandte Strahlung ansprechende Empfangselement 51 bildet. Das strahlungsempfindliche Empfangselement 51 und die lichtemittierende Diode 30 sind in einem Gehäuse 52 angeordnet, so daß die lichtemittierende Diode 30 das einzige Strahlung aussendende Element bildet, das auf das strahlungsempfindliche Empfangselement 51 einwirkt. Das strahlungsempfindliche Empfangselement 51 wird von einer lichtempfindlichen Darlington-Transistoranordnung, gebildet, wobei der Basisanschluß 53 der Transistoranordnung unbeaufschlagt

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bleibt. Dies ist möglich, da die Strahlung den erforderlichen Elektronenfluß für den Basisschaltkreis erzeugt. Der Basisanschluß 53 kann jedoch auch über einen Widerstand mit der Erdklemme verbunden werden, ohne daß dies die Wirkungsweise der Schaltung beeinflußt.

Die lichtemittierende Diode 30 und die Darlington-Fototransistoranordnung 51 innerhalb des Gehäuses 52 bilden eine im Handel erhältliche Einrichtung, wobei diese Einrichtung ohne weiteres durch irgendeinen anderen Typ einer Strahlungsquelle, beispielsweise eine Lampe, und durch eine strahlungsempfindliche Empfangseinrichtung, beispielsweise einen lichtempfindlichen Widerstand, ersetzt werden kann.

Ein Schaltungspunkt 55 zwischen der Diode 47 und dem Widerstand 48 ist an einen Transistor Q3 angeschlossen, der den Eingang eines zyklischen Signalverstärkers. 56 bildet', wie er beispielsweise in der US-PS 3 569 793 näher beschrieben ist. Der zyklische Signalverstärker. 56 besitzt die Eigenschaft, nur auf ein fortwährendes veränderliches zyklisches Signal innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches anzusprechen. Der Signalverstärker 56 wird über eine Leitung 57, eine Diode 58 und einen Filterkondensator 60 aus der Brückenschaltung 35 gespeist. Die auf einer Leitung 61 anstehende gefilterte Spannung wird über einen ersten Transistor Q4 und einen nachgeschalteten zweiten Transistor Q5 an die Erdungsklemme 14 gelegt. Ein gemeinsamer Schaltungspunkt 62 zwischen den beiden Transistoren Q4 und Q5 ist an eine Drossel 63 angeschlossen, welche die Aufgabe hat, alle Frequenzen oberhalb eines vorgegebenen Wertes abzublocken, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß eine Netzspannungsfrequenz durch diesen speziell entworfenen zyklischen Signalverstärker 56 verarbeitet wird. Die Drossel 63 ist an einen Kondensator 6 4 angeschlossen, der seinerseits über eine Diode 65 an Erde gelegt ist. Der Diode 65 ist eine umgekehrt gepolte Diode 66 sowie ein weiterer Kondensator 67 parallelgeschaltet. Parallel zu dem weiteren Kondensator 67 ist ein Relais 70 angeordnet, das

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eine Spule 71 und einen zugeordneten Schalter 72 aufweist. Wenn der Schalter 72 geschlossen ist, so fließt Strom von der Leitung 57 nach einer Leitung 73 und einer Klemme 74, welche über ein Relais oder ein Gasventil 75 mit einer weiteren geerdeten Klemme 76 verbunden ist. Dem Relais oder Gasventil 75 ist eine Gas-Abschaltröhre 77 parallelgeschaltet, welche die Funktion einer Freilaufdiode ausübt. Die Röhre 77 übt die Funktion einer Freilaufdiode aus, indem sie die beim Abschalten der induktiven Last auftretenden Spannungsspitzen kurzschließt.

Der zyklische Signalverstärker 56 bezieht am Schaltungspunkt eine veränderliche Spannung, wodurch der Transistor Q3 periodisch durchgeschaltet wird. Wenn der Transistor Q3 gesperrt ist, so ■iiieht der Transistor Q4 Strom, da seine Basis praktisch an dem auf der Schaltungsschiene 61 vorhandenen Potential liegt. Im leitenden Zustand des Transistors Q4 fließt ein Strom über den Kondensator 64, die Diode 65 nach Erde, wodurch der Kondensator 64 mit der eingezeichneten Polarität aufgeladen wird. Wenn die Basisansteuerung am Schaltung'spunkt 55 den Transistor Q3 in den leitenden Zustand bringt, so zieht der Transistor Q5 ebenfalls Strom und der Kondensator 64 wird über die Drossel entladen, wobei gleichzeitig der Kondensator 67 aufgeladen wird. Solange der Transistor Q3 abwechselnd durchgeschaltet und gesperrt wird, erfolgt eine periodische Aufladung des Kondensators 64 und eine anschließende Übertragung dieser Ladung auf den Kondensator 67. Diese fortwährende Ladungsübertragung ist erforderlich, um auf dem Kondensator 67 eine Ladung aufzubauen, die in der Lage ist, die Ausgangslast 70 zu speisen. In dem Augenblick, wo der Transistor Q3 fortwährend in den leitenden Zustand gerät oder fortwährend gesperrt ist, entfällt die abwechselnde Aufladung und Entladung des Kondensators 64, wodurch die Spannung über dem Kondensator 67 verschwindet und demgemäß die Ausgangslast 70 nicht mehr gespeist wird, was eine öffnung eines zugeordneten Schalters 72 zur Folge hat. Es ist somit klar ersichtlich, daß am Schaltungspunkt 55 ein fortwährend schwankendes Signal anstehen muß, um den Kontakt 72 geschlossen zu halten,

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was für' die Speisung einer Ausgangslast 75 erforderlich ist.

Um das für den zyklischen Signalverstärker 56 erforderliche zyklisch veränderliche Signal zu erzeugen, wurde das zuvor beschriebene Koppelnetzwerk so ausgelegt, daß die lichtemittierende Diode 30 eine Spannung über den Kondensator 27 mit-einer von der Fotozelle 10 abgetasteten und dem Flackern der Flamme entsprechenden Frequenz erhält. Solange die lichtemittierende Diode 30 über den Koppelkondensator 27 mit einer veränderlichen Spannung gespeist wird, wird von dieser eine flackernde Strahlung 32 erzeugt. Diese Strahlung veranlaßt ihrerseits den strahlungsempfindlichen, in einer Darlington-Schaltung betriebenen Fototransistor 51 mit der Frequenz der flackernden Strahlung durchzuschalten. Zu jedem Zeitpunkt, wo der Darlington-Transistor 51 Strom zieht, wird der normalerweise im Spannungsteiler über die Diode 47 und den Widerstand 48 fließende Strom im wesentlichen über den Widerstand 50 und die Darlington-Schaltung 51 nach Erde abgeleitet. Auf diese Weise wird der Ansteuerstrom für den Transistor Q3 nach Erde abgeleitet und der Transistor Q3 wird jedes Mal gesperrt, wenn die Darlington-Transistorschaltung 51 Strom zieht. Wenn die lichtemittierende Diode 30 kein Licht aussendet, gelangt die Darlington-Transistorschaltung 51 in den nicht-— stromführenden Zustand und der volle Strom innerhalb des Spannungsteilers fließt" über die Diode 47 und den Widerstand 48, wodurch der Transistor Q3 ausgesteuert wird und in den leitenden Zustand gelangt. Infolge dieser Schaltungsanordnung wird der Transistor Q3 mit einer der flackernden Lichtstrahlung der lichtemittierenden Diode 30 entsprechenden Frequenz durchgeschaltet und gesperrt. Bei geeigneter Auslegung und Dimensionierung der Schaltungskomponenten innerhalb des Spannungsteilers wird nahezu der ganze durch die Zenerdiode 45 und den Widerstand 46 fließende Strom im stromführenden Zustand der Dariington-Schaltung 51 nach Erde abgeleitet. Mit dieser Anordnung wird eine vollständige elektrische Isolierung zwischen dem Flacker-Verstärker 13 und dem zyklischen Signalverstärker 56 erzielt, obwohl die beiden Netzwerke funktionsmäßig miteinander gekoppelt sind.

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Durch die vorliegende erfindungsgemäße Koppelvorrichtung wird ferner ein Schutz bei zwei wichtigen fehlerhaften Betriebsweisen geschaffen. Die von der geregelten Spannungsquelle 34 erzeugte und auf der Leitung 33 anstehende Spannung kann plötzlich infolge eines fehlerhaften Bauelementes innerhalb der geregelten Spannungsquelle 34 ansteigen. Wenn die Spannung auf der Leitung 33 über den vorgegebenen Pegel ansteigt, so steigt ebenfalls der Strom über den aus der Zenerdiode 45, dem Widerstand 46, der Diode 47 und dem Widerstand 48 bestehenden Spannungsteiler ebenfalls an. Der Widerstand 50 begrenzt den durch die Darlington-Schaltung 51 fließenden Strom auf einen solchen Wert, daß die Darlington-Schaltung 51 nicht in der Lage ist, den gesamten innerhalb des Spannungsteilers fließenden Strom nach Erde abzuleiten, wodurch fortwährend ein Strom über die Diode 47 und den Widerstand 48 fließt, welcher ausreichend ist, den Transistor Q3 fortwährend im durchgeschalteten Zustand zu halten. Es ist somit ersichtlich, daß im Falle einer fortwährenden Durchschaltung des Transistors Q3 der zyklische Signalverstärker 56 seinen zyklischen Betrieb beendet, welche Betriebsweise erforderlich ist, um Energie von dem Kondensator 64 zu dem Kondensator 67 zu verschieben und das Relais 70 zu speisen. Bei einem fortwährend leitenden Zustand des Transistors Q3 infolge einer Spannungserhöhung auf der Leitung 33, fällt somit das Relais 70 ab und der Schalter 72 öffnet, wodurch die Brennstoffzufuhr abgeschaltet wird.

Eine andere fehlerhafte Betriebsweise,gegen welche die vorliegende Koppelanordnung Schutz bietet, kann durch einen Ausfall der Zenerdiode 45 oder durch einen Abfall der geregelten Spannung auf der Leitung 33 unterhalb des vorgegebenen Pegels gegeben sein, Im Falle eines Spannungsabfalls über dem Spannungsteiler gerät der Transistor Q3 in den gesperrten Zustand, wodurch das zyklische Signal ebenfalls ausbleibt und der Schalter 72 wiederum öffnet, was eine Abschaltung der Brennstoffzufuhr nach sich zieht.

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Mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Koppelnetzwerk, bestehend aus der lichtemittierenden Diode 30 und der Darlington-Schaltung eines Fototransistors 51 wird eine elektrische Isolierung zwischen den beiden Verstärkern erzielt. Diese Anordnung bietet ferner Schutz gegen einen plötzlichen Anstieg bzw. Abfall der geregelten Spannung aufgrund eines fehlerhaften Bauelementes. Die Einfügung des erfindungsgemäßen Koppelnetzwerkes zwischen den zyklischen Signalverstärker 56 und den Flacker-Verstärker führt zu einer ungewöhnlich sicheren Funktion der Schaltungsanordnung .

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Claims

Patentansprüche

11.JBrenner-Steuerschaltung mit einer die Flamme des Brenners Oberwachenden Fotozelle, einem an die Fotozelle angeschlossene$i auf das Flackern der Flamme ansprechenden Verstärker (Flacker-Verstärker) und einem auf die zyklischen Flackersignale ansprechenden, an den Flacker-Verstärker angekoppelten und die Brennstoffzufuhr steuernden Signalverstärker, wobei beide Verstärker an eine geregelte Spannungsquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des Flacker-Verstärkers (13)eiri eine Strahlung aussendendes Element (30) und im Eingangskreis des zyklischen Signalverstärkers (56) ein auf die ausgesandte Strahlung (32) ansprechendes Empfangselement (51) angeordnet ist, und daß das Empfangselement (51) an einen zwischen der geregelten Spannungsquelle (34) betriebenen Spannungsteiler (45_r46f47,48) angeschlossen und einem Teil (47,48) dieses Spannungsteilers parallelgeschaltet ist, wobei der Signalverstärker (56) an den durch das Empfangselement (51) nebenschließbaren Teil des Spannungsteilers angeschlossen ist.

2. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung aussendendes Element (30) ein lichtemittierender Halbleiter und als strahlungsempfindliches Empfangselement (51) ein lichtempfindlicher Halbleiter angeordnet ist.

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3.. Brenner-Steuerschaltung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtemittierender Halbleiter eine lichtemittierende Diode (30) und als lichtempfindlicher Halbleiter ein Fototransistor (51) angeordnet ist.

4. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fototransistor (51) in einer Darlington-Schaltung betrieben wird.

5. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode (45), eines ersten Widerstandes (46), einer Diode (47) und eines zweiten Widerstandes (47) besteht.

6. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fototransistor (51) an den gemeinsamen Schaltungspunkt von erstem Widerstand (46) und Diode (47) angeschlossen ist.

7. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Signälverstärkers (56) an den gemeinsamen Schaltungspunkt (55) von Diode (47) und zweitem Widerstand (48) angeschlossen ist.

8. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Fototransistor (51) ein strombegrenzender Widerstand (50) in Reihe geschaltet ist.

9. Brenner-Steuerschaltung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (30) und der Fototransistor (51) in einem gemeinsamen Gehäuse (52) angeordnet sind.

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10. Brenner-Steuerschaltung nach den Ansprüchen 5 und 8, gekennzeichnet durch eine derartige Dimensionierung des Spannungsteilers (45 bis 48) und des Strombegrenzungswiderstandes (50), daß bei einem Anstieg der Versorgungsspannung über einen vorgegebenen Pegel der zyklische Signalverstärker (56) dauernd durchgeschaltet und bei einem Abfall der Versorgungsspannung unter einem vorgegegebenen Pegel der Signalverstärker (56) dauernd ausgeschaltet bleibt.

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