DE2725774A1 - FLAME MONITORING DEVICE - Google Patents
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- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2229/00—Flame sensors
- F23N2229/06—Flame sensors with periodical shutters; Modulation signals
Description
Patentanwälte 27 25 7 7Patent attorneys 27 25 7 7
Dipl. Ing. Hans-Jürgen Müller Dipl. Ing.Hans -Jürgen Müller
Dr. rer. nat. Thomas Berondt Dr. rer. nat. Thomas Berondt
Dr.-Ing. Hans Leyh Dr. -Ing. Hans Leyh
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LGZ LANDIS & GYR ZUG AG CH-6301 ZUG. Schweiz LGZ LANDIS & GYR ZUG AG CH-6301 ZUG. Switzerland
FlammenüberwachungseinrichtungFlame monitoring device
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flammenüberwachungseinrichtung mit einem Flammenfühler sowie mit einer Vorrichtung zur Funktionsprüfung des Flammenfühlers durch Veränderung des ihn beeinflussenden Signals.The invention relates to a flame monitoring device with a flame sensor and with a device for checking the function of the flame sensor by changing the signal influencing him.
Flammenfühler in Feuerungsanlagen müssen das Entstehen und Vorhandensein einer Flamme sowie deren ungewolltes Erlöschen im Betrieb mit der durch Sicherheitsvorschriften geforderten Zuverlässigkeit erkennen. Flammenfühler neigen bekanntlich zu Arbeitspunktverschiebungen und anderen Fehlern, die ihre Zuverlässigkeit beeinträchtigen; sie werden daher im Betrieb von Zeit zu Zeit einer meist automatisch eingeleiteten Funktionsprüfung unterworfen. Bei bekannten Einrichtungen geschieht dies beispielsweise durch kurzzeitiges Abschirmen des FlammenfUhlers von allen auf ihn im Betrieb einwirkenden physikalischen Grossen, die ein Ansprechen des Flammenfühlers bewirken können. Bei Flammenfühlern, die auf Strahlung (z.B. sichtbares Licht, Ultraviolett) empfindlich sind, erfolgt das Abschirmen durch Veränderung des Strahlengangs zwischen Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger z.B. mittels einer Blende oder einer Ab-Flame sensors in combustion systems must be created and Presence of a flame and its unintentional extinction during operation with the one required by safety regulations Recognize reliability. As is well known, flame detectors tend to Operating point shifts and other errors that affect their reliability; they are therefore in operation from time to time subjected to a mostly automatically initiated functional test. In known facilities happens this, for example, by briefly shielding the flame sensor of all physical quantities that affect it during operation and that can cause the flame sensor to respond. In the case of flame scanners that are sensitive to radiation (e.g. visible light, ultraviolet), the shielding takes place through Change of the beam path between the radiation source and the radiation receiver, e.g. by means of a diaphragm or a
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lenkvorrichtung. Dabei gelangen auch Störgrössen, z.B. die in Feuerungsanlagen vorhandene Hintergrundstrahlung der glühenden Ofenauskleidung oder Tageslicht, nicht mehr zum FlammenfUhler; der Flammenfühler empfängt also bei der Funktionsprüfung ein nicht wesentlich von Null verschiedenes Signal.steering device. Disturbances, e.g. those in Furnace systems, existing background radiation from the glowing furnace lining or daylight, no longer to the flame sensor; the flame sensor receives a function test signal not significantly different from zero.
Ein Flammenfühler muss zwischen dem von der zu überwachenden Flamme ausgehenden Signal und Störgrössen unterscheiden können. Einige mögliche Fehler von Flammenfühlern haben jedoch einen Verlust dieses Unterscheidungsvermögens zu Folge, so dass eine Störgrösse das gleiche Ausgangssignal des Flammenfühlers bewirken kann wie das Nutzsignal. Solche Fehler bei der Funktionsprüfung erkennbar zu machen, ist die Aufgabe, deren Lösung erfindungsgemäss dadurch gelingt, dass der Flammenfühler mittels einer Umschaltvorrichtung abwechselnd wenigstens zwei unterschiedlichen, wesentlich von Null verschiedenen Signalen ausgesetzt ist.A flame detector must be between the one to be monitored Be able to differentiate between the signal emitted by the flame and disturbance variables. However, some possible flaws of flame sensors do have one Loss of this ability to differentiate, so that a disturbance variable causes the same output signal from the flame sensor can like the useful signal. To make such errors recognizable during the functional test is the task of solving them according to the invention succeeds in that the flame sensor by means of a switching device alternately at least two different, substantially different signals is exposed.
Eine bevorzugte Lösungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenfühler mittels einer Umschaltvorrichtung abwechselnd einerseits einem unmittelbar von der zu überwachenden Flamme ausgehenden Signal, das mit nicht von der Flamme ausgehenden Störgrössen vermischt ist, und andererseits einer Einflussgrösse ausgesetzt ist, die das gleiche Ausgangssignal des Flammenfühlers hervorruft wie die Störgrössen allein.A preferred variant of the solution is characterized in that the flame sensor is operated by means of a switching device alternately on the one hand a signal emanating directly from the flame to be monitored, which is not transmitted by the Flame outgoing disturbance variables is mixed, and on the other hand is exposed to an influencing variable that is the same The output signal of the flame sensor causes the disturbance variables alone.
Eine weitere Lösungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenfühler mittels einer Umschaltvorrichtung abwechselnd einerseits der Summe aus einem unmittelbar von der zu überwachenden Flamme ausgehenden Signal, das mit nicht von der Flamme ausgehenden Störgrössen vermischt ist, und einer Einflussgrösse, die das gleiche Ausgangssignal des Flammenfühlers hervorrufen kann wie die Störgrössen allein, und andererseits der Einflussgrösse allein ausgesetzt ist.Another variant of the solution is characterized in that the flame sensor alternates by means of a switching device on the one hand the sum of one directly from the to be monitored Flame emanating signal that is mixed with disturbance variables not emanating from the flame and an influencing variable, which can produce the same output signal from the flame sensor as the disturbance variables alone, and on the other hand is exposed to the influencing factor alone.
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Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen definiert. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Further refinements of the inventive concept are shown in Defined subclaims. In the following, exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the drawing.
Es zeigen in schematischer Darstellung:It shows in a schematic representation:
Fig. 1 eine Einrichtung mit Wechselblende Fig. 2 eine Einrichtung mit Schiebeblende Fig. 3 eine Einrichtung mit Flüssigkristallblenden.1 shows a device with an interchangeable panel. FIG. 2 shows a device with a sliding panel 3 shows a device with liquid crystal shutters.
In der Figur 1 ragt in einen Ofenraum 1 einer Feuerungsanlage eine Brennermündung 2, an der sich eine Flamme 3 gebildet hat. Der Ofenraum 1 besitzt eine feuerfeste Auskleidung 4 aus Chamotte, die einen Rauchgasabzug 5 frei lässt. Eine Flammenüberwachungseinrichtung 6 ist am Ofenraum 1 so angeordnet, dass das Signal der Flamme, hier als Strahlung S, zu einem Flammenfühler 7 gelangt. Der Flammenfühler 7 wird auch von einer Hintergrundstrahlung H erreicht, die von der glühenden Auskleidung 4 ausgeht und sich zur Strahlung S addiert; sie kann auch einen Anteil von eindringendem Tageslicht enthalten.In FIG. 1, a burner mouth 2, on which a flame 3 has formed, protrudes into a furnace chamber 1 of a combustion system. The furnace chamber 1 has a refractory lining 4 made of chamotte, which leaves a smoke vent 5 free. A flame monitoring device 6 is arranged on the furnace chamber 1 in such a way that the signal from the flame, here as radiation S, to a flame sensor 7 arrives. The flame sensor 7 is also exposed to background radiation H reached, which emanates from the glowing lining 4 and adds to the radiation S; she can too contain a proportion of penetrating daylight.
Im Beispiel der Figur 1 ist der Flammenfühler 7 eine auf ultraviolette Strahlung empfindliche Diode, die in fehlerfreiem Zustand weder von der Hintergrundstrahlung H noch vom Tageslicht ausgesteuert werden kann. Von diesen Dioden ist bekannt, dass sie mitunter fehlerhaft werden und dann auf Tageslicht oder Chamotteglühen ansprechen, dennoch aber in völlig abgedunkeltem Zustand eine Dunkelmeldung abgeben.In the example of Figure 1, the flame sensor 7 is an ultraviolet one Radiation-sensitive diode, which in fault-free condition neither from the background radiation H nor from daylight can be controlled. These diodes are known to be faulty sometimes and then to daylight or Address the chamotte glow, but still give a dark message in a completely darkened state.
Zur Funktionsprüfung des Flammenfühlers 7 ist in der Flammenüberwachungseinrichtung 6 eine Umschaltvorrichtung angeordnet, die ein Blendensystem aufweist. Es besteht aus einer ersten Abschirmscheibe 8 und aus einer gegenläufig zu dieser auf einer Welle 9 angeordneten zweiten Abschirmscheibe 1O. Die Welle 9 kann von einem Antriebsorgan 11, z.B. von einem Drehmagneten, um 18O° gedreht werden, so dass, wie in der Figur 1 dargestellt, die erste Abschirmscheibe 8 den Flammenfühler 7 vor der Strah-To test the function of the flame sensor 7 is in the flame monitoring device 6 a switching device is arranged, which has a diaphragm system. It consists of a first Shielding disk 8 and a second shielding disk 1O arranged opposite to this on a shaft 9. The wave 9 can be rotated by 180 ° by a drive element 11, e.g. by a rotary magnet, so that, as shown in FIG. the first shielding plate 8 the flame sensor 7 in front of the beam
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lung S+H abschirmt und dafür die Strahlung einer Quelle 12, die z.B. eine Glühlampe sein kann, zum Flammenfühler 7 gelangen lässt. Die Strahlung der Quelle 12 ist solcher Art, dass sie den gleichen Einfluss auf den Flammenfühler 7 ausübt, wie die Hintergrundstrahlung H allein. Die Quelle 12 dient demnach als Simulator für jene Einflussgrössen, welche bei fehlerhaftem Flammenfühler 7 und bei Abwesenheit der Strahlung S der Flamme das gleiche Ausgangssignal des Flammenfühlers 7 hervorrufen können wie die Strahlung S allein. Soll die Funktionsprüfung laufend periodisch mit einer Frequenz von mehreren Prüfungen pro Sekunde durchgeführt werden, so dient als Antriebsorgan 11 ein Schritt- oder ein Getriebemotor.treatment S + H and the radiation from a source 12, which can be an incandescent lamp, for example, reaches the flame sensor 7 leaves. The radiation from the source 12 is such that it exerts the same influence on the flame sensor 7 as the background radiation H alone. The source 12 is used accordingly as a simulator for those influencing variables which, if the Flame sensor 7 and in the absence of radiation S the Flame cause the same output signal of the flame sensor 7 can like the radiation S alone. Should the function test be continuously and periodically with a frequency are carried out by several tests per second, a stepping motor or a geared motor is used as the drive element 11.
In der Figur 2 ist auf vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszahlen hingewiesen, wie sie in der Figur 1 bereits genannt sind. Das Blendensystem weist hier eine feste, die Quelle 12 bis auf eine durch eine Schiebeblende 13 verschliessbare Oeffnung umschliessende Abschirmung 14 auf, welche, bewegt von dem hier als Hubmagnet ausgebildeten Antriebsorgan 11, abwechselnd einerseits die Strahlung S+H und andererseits die Strahlung der Quelle 12 zum FlammenfUhler gelangen lässt.In FIG. 2, reference is made to comparable parts with the same reference numerals as have already been mentioned in FIG. The diaphragm system here has a fixed opening that encloses the source 12 except for an opening that can be closed by a sliding diaphragm 13 Shield 14, which, moved by the drive element 11, which is designed here as a lifting magnet, alternately on the one hand allows the radiation S + H and on the other hand the radiation from the source 12 to reach the flame sensor.
Bei den Beispielen der Figuren 1 und 2 ist es wichtig, dass der Simulator sicher ordnungsgemäss funktioniert und kontrolliert ist. Dies wird - wie dargestellt - durch einfache Reihenschaltung der Quelle 12 mit dem Antriebsorgan 11 erreicht, so dass das Antriebsorgan 11 bei schadhaftem Simulator gesperrt bleibt.In the examples in FIGS. 1 and 2, it is important that the simulator functions and controls correctly is. As shown, this is achieved by simply connecting the source 12 in series with the drive element 11, so that the drive member 11 remains locked when the simulator is defective.
Bei den Beispielen gemäss den Figuren 1 und 2 ist die Strahlung der Quelle 12 während des Normalbetriebs, also ausserhalb der Funktionsprüfung, abzuschirmen oder auszuschalten, damit nicht die Summe der simulierten und der echten Hintergrundstrahlung eine Flamme vortäuschen kann. Dies wird sehr einfach mit der erwähnten Reihenschaltung erreicht. Bei der Funktionsprüfung sind also das Antriebsorgan 11 und die Quelle 12 stets gemeinsam eingeschaltet, ausserhalb der Funktionsprüfung dagegen gemeinsam ausgeschaltet. Verschwindet die von der Quelle 12 simu-In the examples according to FIGS. 1 and 2, the radiation is the source 12 during normal operation, i.e. outside the functional test, to shield or switch off, so not the sum of the simulated and the real background radiation can simulate a flame. This becomes very easy with the mentioned series connection achieved. During the functional test, the drive element 11 and the source 12 are always common switched on, but together outside of the functional test switched off. Disappears from the source 12 simu-
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lierte Einflussgrösse sofort mit dem Abschalten der Quelle 12, so ist die in der Figur 1 eingezeichnete zweite Abschirmscheibe 1O, die im Normalbetrieb in den Strahlengang von der Quelle 12 zum Flammenfühler 7 geschwenkt würde, entbehrlich.the influencing variable immediately when the source is switched off 12, the second shielding disk 1O shown in FIG. 1, which in normal operation is in the beam path from the Source 12 would be pivoted to the flame sensor 7, dispensable.
Die zweite Abschirmscheibe 10 ist auch dann entbehrlich, wenn die Quelle 12 bei einer anderen Betriebsart der Einrichtung dauernd eingeschaltet bleiben soll. In diesem Fall wirkt einerseits die Strahlung S+H zusammen mit der vom Simulator erzeugten Einflussgrösse und andererseits nur die Einflussgrösse allein auf den Flammenfühler 7. Der Flammenfühler 7 muss dann bei der Funktionsprüfung, wenn also die Strahlung S+H von der ersten Abschirmscheibe 8 zurückgehalten wird, ein Dunkelsignal abgeben. Um zu vermeiden,dass bei einem Ausfall der Flamme die Hintergrundstrahlung H mit der Einflussgrösse zusammen eine Flamme vortäuschen kann, ist bei dieser Betriebsart vorteilhaft der auf den Flammenfühler 7 treffende Teil der Einflussgrösse der Intensität nach wesentlich grosser zu bemessen, als der den Flammenfühler 7 erreichende Teil der Hintergrundstrahlung H.The second shielding plate 10 can also be dispensed with if the source 12 is to remain permanently switched on in another operating mode of the device. In this case works on the one hand the radiation S + H together with the influencing variable generated by the simulator and, on the other hand, only the influencing variable only on the flame sensor 7. The flame sensor 7 must then during the functional test, that is to say when the radiation S + H is retained by the first shielding disk 8, a dark signal hand over. In order to avoid that the Background radiation H together with the influencing variable Can simulate a flame, the part of the influencing variable that hits the flame sensor 7 is advantageous in this operating mode to be measured in terms of intensity to be significantly greater than the part of the background radiation reaching the flame sensor 7 H.
Die Figur 3 erläutert die Anwendung der beschriebenen Lösung beim Abfackeln von Gichtgas an einem Hochofen 15. Eine Gichtgasfackel 16 wird von einer Flammenüberwachungseinrichtung 6 mit einem Flammenfühler 7 kontrolliert. Als schädliche Einflussgrösse wirkt die Hintergrundstrahlung H des Tageslichts. Zwei abwechselnd aussteuerbare Flüssigkristallblenden 17 und 18 gestatten die Durchführung der Funktionsprüfung analog zu den schon beschriebenen Beispielen, wobei als "Simulator" hier neutrale Himmelsstrahluhg dient und das "Antriebsorgan" in den Blenden integriert ist.FIG. 3 explains the use of the solution described for the flaring of furnace gas in a blast furnace 15. A furnace gas flare 16 is controlled by a flame monitoring device 6 with a flame sensor 7. As a harmful influencing factor the background radiation H of daylight acts. Two alternately controllable liquid crystal screens 17 and 18 allow the functional test to be carried out analogously to the examples already described, the "simulator" here being the neutral sky ray and the "drive element" in the Bezel is integrated.
Der Gedanke, bei der Funktionsprüfung eines FlammenfUhlers einen vom Nutzsignal nicht trennbaren Anteil von Störgrössen durch einen Simulator nachzubilden, ist auf jede Art von Flammenfühlern anwendbar, also nicht nur auf Strahlungsfühler, sondern beispielsweise auch auf Fühler für akustisches und Strah-The thought of having a function test of a flame sensor Using a simulator to simulate the portion of disturbance variables that cannot be separated from the useful signal can be done on any type of flame sensor applicable, not only to radiation sensors, but for example also on sensors for acoustic and radiation
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lungs-Flammenrauschen, auf Ionisationsfühler u.s.w. Die simulierte Einflussgrösse kann aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sein und jedweden für den Flammönfühler schädlichen Einfluss verkörpern, also z.B. auch den Einfluss von Feuchtigkeit, chemischen Einwirkungen und dergleichen. Anwendungen des beschriebenen Lösungsprinzips ergeben sich auch ausserhalb des Fachgebietes der Flammenüberwachung bei Fühlern von Ueberwachungsgeräten aller Art, bei denen eine vergleichbare Ueberwachungsproblematik vorliegt und hohe Sicherheitsstandards einzuhalten sind.lungs flame noise, on ionization sensors, etc. The simulated Influencing variable can be composed of several components his and anything harmful to the flame sensor Embody influence, e.g. also the influence of moisture, chemical influences and the like. Applications of the The solution principle described also arise outside the field of flame monitoring with sensors of monitoring devices of all kinds with comparable monitoring problems and high security standards must be adhered to.
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