DE3026787C2

DE3026787C2 - Intrinsically safe flame monitor

Info

Publication number: DE3026787C2
Application number: DE3026787A
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich Ing.(grad.) 7550 Rastatt Haupenthal
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1982-08-26
Also published as: GB2078415B; FR2485164A1; SE8103825L; DE3026787A1; JPS5728916A; GB2078415A; SE454018B; FR2485164B1

Description

entgegengesetzt gepolten Strompfaden gebildet ist, die beide einen gemeinsamen dritten Kondensator 35 aufweisen. Der erste Strompfad, welcher der Stromflußrichtung der Gleichspannungsquelle entspricht, besteht aus der Reihenschaltung einer ersten Diode 36, einer ersten Wicklung 37 des Flammenrelais 34, einer zweiten Diode 38 und des Kondensators 35. Der zweite Strompfad umfaßt wiederum den Kondensator 35, eine dritte Diode 39, eine zweite Wicklung 40 des Flammenrelais 34 und eine vierte Diode 41, die alle miteinander in Reihe geschaltet sind.oppositely polarized current paths are formed, both of which share a third capacitor 35 exhibit. The first current path, which corresponds to the direction of current flow of the DC voltage source, exists from the series connection of a first diode 36, a first winding 37 of the flame relay 34, a second Diode 38 and the capacitor 35. The second current path in turn includes the capacitor 35, one third diode 39, a second winding 40 of the flame relay 34 and a fourth diode 41, all are connected in series with each other.

Das Flammenrelais 34 weist in den Figuren nicht dargestellte Schaltkontakte auf, mit denen es in erregtem Zustand das Vorhandensein einer Flamme anzeigt. Seine je einem der beiden Strompfade zugeordneten Wicklungen 37 und 40 sind so ausgelegt, daß nur der eine der beiden Strompfade das Flammenrelais 34 zum Anziehen bringen kann, während der andere Strompfad lediglich einen Haltestrom für das Flammenrelais 34 liefert.The flame relay 34 has switching contacts, not shown in the figures, with which it is in when excited indicates the presence of a flame. Its each one of the two current paths associated windings 37 and 40 are designed so that only one of the two current paths Can bring flame relay 34 to attract, while the other current path only a holding current for the flame relay 34 supplies.

Im vorliegenden Beispiel kann nur der im zweiten Strompfad 35, 39, 40, 41 fließende Entladestrom des Kondensators 35 das Flammenrelais 34 zum Anziehen bringen, während der im ersten Strompfad 36,37,38,35 durch die erste Wicklung 37 fließende Ladestrom des Kondensators 35 das Flammenrelais 34 nur für eine beschränkte Zeitdauer erregt halten kann.In the present example, only the discharge current des flowing in the second current path 35, 39, 40, 41 can be used Capacitor 35 bring the flame relay 34 to attract, while the in the first current path 36,37,38,35 through the first winding 37 charging current of the capacitor 35 the flame relay 34 only for one can keep excited for a limited period of time.

Zum Flammenrelais-Kreis 4 gehört ferner eine Schalteinrichtung, bestehend aus einer Kippstufe aus drei Transistoren 42, 43, 44, deren Eingang 19 die mit den Widerständen 16 und 17 an die Gleichspannungsquelle 29,30,31 angeschlossene Seite des Kondensators 15 bildet. Der Ausgangs-Transistor 44 der Kippstufe ist mit seiner Kollektor-Emitterstrecke an die Speiseleitung 33 und an die Sammelleitung 11 angeschlossen und schließt in leitendem Zustand den das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis kurz. Der Ausgangs-Transistor 44 ist so gepolt, daß er die Speisespannung über dem ersten Strompfad 36, 37, 38, 35 wegnimmt und an den Lastwiderstand 32 legt, und gleichzeitig den zweiten Strompfad 35, 39, 40, 41 für die Entladung des Kondensators 35 schließt.The flame relay circuit 4 also includes a switching device consisting of a flip-flop three transistors 42, 43, 44, the input 19 of which is connected to the resistors 16 and 17 to the DC voltage source 29,30,31 connected side of the capacitor 15 forms. The output transistor 44 of the flip-flop is with its collector-emitter path connected to the feed line 33 and to the collecting line 11 and short-circuits the circuit containing the flame relay 34 in the conductive state. The output transistor 44 is polarized so that it removes the supply voltage via the first current path 36, 37, 38, 35 and turns it on the load resistor 32 sets, and at the same time the second current path 35, 39, 40, 41 for the discharge of the Capacitor 35 closes.

Der zweite Transistor 43 ist mit seiner Kollektor-Emitterstrecke der Kollektor-Basisstrecke des Ausgangs-Transistors 44 parallel geschaltet. Die Basis des zweiten Transistors 43 ist über einen Spanungsteiler aus zwei Widerständen 45 und 46 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 16 und 17 und damit an die Gleichspannungsquelle 29, 30, 31 angeschlossen. Der erste Transistor 42 verbindet in leitendem Zustand mit seiner Kollektor-Emitterstrecke den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 45 und 46 des Spannungsteilers mit der Sammelleitung 11. Seme Basis bildet den Eingang 19.The collector-emitter path of the second transistor 43 is the collector-base path of the output transistor 44 connected in parallel. The base of the second transistor 43 is off through a voltage divider two resistors 45 and 46 to the connection point between the resistors 16 and 17 and thus to the DC voltage source 29, 30, 31 connected. The first transistor 42 connects with in the conductive state its collector-emitter path is the connection point between the resistors 45 and 46 of the voltage divider with the manifold 11. Seme Basis forms the Entrance 19.

In der beschriebenen Anordnung bestimmt die Polarität der Spannung über dem zweiten Kondensator 15 den momentanen Schaltzustand der drei Transistoren 42,43,44.In the arrangement described, it determines the polarity of the voltage across the second capacitor 15 shows the current switching state of the three transistors 42, 43, 44.

Unter Verwendung des Ionisationsfühlers 2 arbeitet die beschriebene Einrichtung wie folgt:Using the ionization sensor 2, the device described works as follows:

Beim Anschließen des Transformators 9 an eine Netzspannung laden sich die Kondensatoren 15 und 35 auf. Der Kondensator 15 am Eingang 19 der Kippstufe 42, 43, 44 ist innerhalb etwa 25 ms aufgeladen und bewirkt in diesem Zustand, daß der Ausgangs-Transistor 44 sperrt Der Kondensator 35 im Stromkreis des Flammenrelais 34 kann sich daher über die Dioden 36 und 38 sowie die erste Wicklung 37 des Flammenrelais 34 aufladen. Der dabei durch die Wicklung 37 fließende Strom genügt nicht, um das Flammenrelais 34 zu erregen.When the transformer 9 is connected to a mains voltage, the capacitors 15 and 35 are charged on. The capacitor 15 at the input 19 of the flip-flop 42, 43, 44 is charged and within about 25 ms causes in this state that the output transistor 44 blocks the capacitor 35 in the circuit of the Flame relay 34 can therefore be via the diodes 36 and 38 and the first winding 37 of the flame relay 34 charging. The current flowing through the winding 37 is not sufficient to close the flame relay 34 irritate.

Sobald am lonisationsfühler eine Flamme auftrifft, lädt sich der erste Kondensator 7 innerhalb von etwa 0,5 Sekunden bis zur oberen Schwellenspannung des Schwellenschalters 74 auf, das heißt, bis über der Zenerdiode 22 die Durchbruchspannung erreicht ist. Dann wird der erste Transistor 20 leitend und durch die ίο Mitkopplungsschaltung schlagartig auch der zweite Transistor 21. Beide aktivieren einen ersten und einen zweiten Entladestromkreis des ersten Kondensators 7. Der zweite Entladestromkreis dient zur Umladung des zweiten Kondensators 15, wobei ein Entladestrom vom ersten Kondensator 7 über den zweiten Kondensator 15, den Widerstand 28, die Zenerdiode 27, den Widerstand 23 und den Transistor 20 zurück zum Kondensator 7 fließt. Die Durchflußspannung der Diode 18 begrenzt die Ladespannung des zweiten Kondensators 15. Sobald der Kondensator 7 soweit entladen ist, daß die Spannung über der als spannungsabhängiger Schalter dienenden Zenerdiode 27 unter deren Durchbruchspannung sinkt, beginnt wieder die Umladung des Kondensators 15 in seinen ursprünglichen Zustand.
Der erste, länger aktivierte Entladestromkreis des ersten Kondensators 7 verläuft über den zur Hauptsache die Restentladedauer bestimmenden Widerstand 24, den Widerstand 23 und den Transistor 20. Sobald der Spannungsabfall über dem Widerstand 23 die den Transistor 21 leitend haltende Einitter-Basis-Spannung unterschreitet, kippen infolge der Mitkopplung beide Transistoren 21 und 20 zurück und machen den Entladekreis wieder hochohmig. Die Größe des Widerstandes 24 ist dabei nicht kritisch, sie muß nur genügend tief liegen, um den ersten Kondensator 7 bis zum Rückkippen der Transistoren 20 und 21 genügend entladen zu können.As soon as a flame hits the ionization sensor, the first capacitor 7 charges up to the upper threshold voltage of the threshold switch 74 within about 0.5 seconds, that is, until the breakdown voltage is reached across the Zener diode 22. Then the first transistor 20 becomes conductive and through the positive feedback circuit suddenly the second transistor 21 too. Both activate a first and a second discharge circuit of the first capacitor 7. The second discharge circuit is used to charge the second capacitor 15, with a discharge current from the first capacitor 7 Flows back to the capacitor 7 via the second capacitor 15, the resistor 28, the Zener diode 27, the resistor 23 and the transistor 20. The forward voltage of the diode 18 limits the charging voltage of the second capacitor 15. As soon as the capacitor 7 is discharged so far that the voltage across the Zener diode 27 serving as a voltage-dependent switch falls below its breakdown voltage, the charge reversal of the capacitor 15 begins again in its original state.
The first, longer activated discharge circuit of the first capacitor 7 runs through the resistor 24, which mainly determines the remaining discharge duration, the resistor 23 and the transistor 20. As soon as the voltage drop across the resistor 23 falls below the one-base voltage that keeps the transistor 21 conductive, tilt as a result of the positive feedback, both transistors 21 and 20 return and make the discharge circuit high-resistance again. The size of the resistor 24 is not critical, it only has to be sufficiently low to be able to discharge the first capacitor 7 sufficiently until the transistors 20 and 21 tilt back.

Sobald die Transistoren 20 und 21 wieder sperren und unter der Voraussetzung, daß die Flamme noch vorhanden ist, lädt sich der Kondensator 7 erneut auf, und das Spiel beginnt von neuem.As soon as the transistors 20 and 21 block again and provided that the flame is still is present, the capacitor 7 charges up again and the game begins again.

Die beschriebene Umladung des zweiten Kondensators 15 bewirkt daß der Eingangstransistor 42 zum Flammenrelais-Kreis 4 sperrt Damit werden der zweite sowie der Ausgangs-Transistor 43 bzw. 44 leitend, der Kondensator 35 entländt sich über die Dioden 39 und 41 und die zweite Wicklung 40. Das Flammenrelais 34 zieht an und wird nun während den folgenden ca. 50 ms vom Entladestrom erregt gehalten. Mit Beendigung der Umladung des zweiten Kondensators 15 bildet sich am Eingang 19 die von der Spannungsquelle 29, 30, 31 erzwungene Polarität innerhalb von etwa 50 ms wieder zurück, was iiiii dem Widerstand 15 einstellbar ist Der Eingangs-Transistor 42 wird wieder leitend und damit der Ausgangs-Transistor 44 gesperrt Der den Kondensator 35 ladende erste Strompfad wird wieder aktiviert und hält das Flammenrelais 34 erregtThe described charge reversal of the second capacitor 15 causes the input transistor 42 to Flame relay circuit 4 blocks So that the second and the output transistor 43 and 44 are conductive, the Capacitor 35 is released via diodes 39 and 41 and the second winding 40. Flame relay 34 pulls on and is now kept excited by the discharge current for the next approx. 50 ms. With the termination of the Charge reversal of the second capacitor 15 is formed at the input 19 from the voltage source 29, 30, 31 forced polarity back again within about 50 ms, which iiiii the resistor 15 is adjustable Input transistor 42 becomes conductive again and thus output transistor 44 is blocked The capacitor 35 charging first current path is reactivated and keeps the flame relay 34 energized

Der vom Flammenfühler 2 beeinflußte Ladezustand des Kondensators 7 erzeugt, wie vorangehend beschrieben, ein in einem bestimmten vom Flammenfühler beeinflußten Takt erfolgendes Umladen des Kondensators 15. Der sich dauernd ändernde Ladezustand des Kondensators 15 bewirkt seinerseits im Flammenrelais-Kreis 4 ein im gleichen Takt erfolgendes Schalten des Ausgangs-Transistors 44, wodurch das Flammenrelais 34 erregt gehalten werden kann. Um dies zu gewährleisten, darf die Zeit zwischen zwei Entladungen des Kondensators 35 max. etwa 900 ms betragen,The state of charge of the capacitor 7 influenced by the flame sensor 2 generates, as described above, a charge reversal of the capacitor taking place in a certain cycle influenced by the flame sensor 15. The constantly changing state of charge of the capacitor 15 in turn causes it in the flame relay circuit 4 a switching of the output transistor 44 taking place in the same cycle, whereby the flame relay 34 can be kept excited. To ensure this, the time between two discharges is allowed of the capacitor 35 are max. approx. 900 ms,

andernfalls der Haltestrom für das Flammenrelais 34 unterschritten wird. Ebenfalls darf die Entladezeit des Kondensators 35 nicht wesentlich kleiner als 50 ms sein, weil sonst der Kondensator 35 für die nachfolgende Wiederaufladung zu wenig entladen ist.otherwise the holding current for the flame relay 34 is not reached. The discharge time of the Capacitor 35 should not be significantly smaller than 50 ms, otherwise the capacitor 35 for the following Recharge is insufficiently discharged.

Zur Gewährleistung des nötigen Taktes ist es vorteilhaft, wenn die Zeit des Stromflusses im zweiten Entladestromkreis des Kondensators 7 im Vergleich zur Zeit des Stromflusses im ersten Entladestromkreis klein ist und das Verhältnis der beiden Zeiten mindestens 1:10 beträgt. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Umladung des Kondensators 15, erzeugt durch den zweiten Entladestromkreis innerhalb etwa 2 ms, während die Entladung des Kondensators 7 nach etwa 30 ms durch Unterschreiten der unteren Schwellenspannung des Schwellenschalters 74 gestoppt wird.To ensure the necessary cycle, it is advantageous if the time of the current flow in the second Discharge circuit of the capacitor 7 is small compared to the time of the current flow in the first discharge circuit and the ratio of the two times is at least 1:10. In the present example, the Charge reversal of the capacitor 15, generated by the second discharge circuit within about 2 ms, during the discharge of the capacitor 7 after about 30 ms by falling below the lower threshold voltage of the threshold switch 74 is stopped.

Da jedes Bauteil der Schaltung am Zustandekommen der beschriebenen Lade- und Entladezyklen beteiligt ist, wird jeder Ausfall durch eine Störung dieses Zyklus und damit durch ein Abfallen des Flammenrelais 34 angezeigt. Daraus ergibt sich die geforderte Eigensicherheit. Since every component of the circuit is involved in the creation of the charging and discharging cycles described, Every failure is caused by a fault in this cycle and thus by the flame relay 34 dropping out displayed. This results in the required intrinsic safety.

Bei der bisherigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß der Flammenfühler ein Ionisationsfühler ist. Das Folgende bezieht sich auf die Verwendung eines UV-Fühlers 3. Dieser besteht aus einer UV-Zelle 47, mit der eine Diode 48 und ein Schutzwiderstand 49 in Reihe geschaltet sind. Da die Reihenschaltung des UV-Fühlers 3 mit dem verhältnismäßig hochohmigen Fühlerkreis 1 keine eindeutige Glimmentladung der UV-Zelle 47 gewährleistet, ist der Kondensator 7 und der dem Kondensator 7 parallel geschaltete Schwellenschalter 74 durch einen Shunt-Widerstand 50 überbrückt.In the previous description it was assumed that the flame sensor is an ionization sensor. The following are related to usage a UV sensor 3. This consists of a UV cell 47, with a diode 48 and a Protective resistor 49 are connected in series. Since the series connection of the UV sensor 3 with the relatively The high-resistance sensor circuit 1 does not guarantee a clear glow discharge of the UV cell 47, is the Capacitor 7 and the threshold switch 74 connected in parallel to capacitor 7 by means of a shunt resistor 50 bridged.

Die Zenerdiode 13 in der Zuleitung zum UV-Fühler 3 verhindert einerseits eine Entladung des Kondensators 7 über die Widerstände 14 und 50 während den Strompausen und verunmöglicht andererseits eine Flammenvortäuschung durch eingestreute Wechselspannung in eine allenfalls sehr lange Fühlerleitung. Solche Spannungen überschreiten die Zenerspannung bei weitem und werden daher abgeleitet.On the one hand, the Zener diode 13 in the supply line to the UV sensor 3 prevents the capacitor from discharging 7 across the resistors 14 and 50 during the current breaks and on the other hand makes one impossible Flame simulation through interspersed alternating voltage in a possibly very long sensor line. Such stresses by far exceed the Zener stress and are therefore diverted.

Bei vorhandener Flamme ist der durch die UV-Zelle 47 gesteuerte Ladestrom des Fühlerkreises 1 allenfalls trotz des Shunt-Widerstandes 50 noch größer als der Haltestrom des Schwellenschalters 74. In diesem Fall muß dafür gesorgt werden, daß nach erfolgter Aufladung des ersten Kondensators 7 keine weiteren Stromimpulse mehr zum Kondensator 7 gelangen. Diesem Zweck dient der Schaltkreis 5 bzw. 6, der zur zeitweiligen Unterdrückung des von der UV-Zelle 47 gesteuerten Ladestromes zum ersten Kondensator 7 im Takte der Transistoren 42. 43. 44 des Flammenrelais-Kreises 4 wirksam istIf there is a flame, it is through the UV cell 47 controlled charging current of the sensor circuit 1 is at most still greater than that despite the shunt resistor 50 Holding current of the threshold switch 74. In this case, care must be taken that after Charging of the first capacitor 7 no more current pulses reach the capacitor 7. This is the purpose of the circuit 5 or 6, which is used to temporarily suppress the energy generated by the UV cell 47 controlled charging current to the first capacitor 7 in the cycle of the transistors 42. 43. 44 of the flame relay circuit 4 is effective

Im Beispiel der F i g. 1 dient zuammen mit dem durch eine gestrichelte Linie abgegrenzten Schaltkreis 5 eine die Strahlung zur UV-Zelle 46 unterbrechende Vorrichtung 51 zur zeitweiligen Unterdrückung des Ladestromes zum ersten Kondensator 7. Im Strahlengang befinden sich eine feste Blende 52 und eine bewegliche Klappe 53, die durch einen Elektromagneten 54 verschiebbar die Blendenöffnung abdecken kann. Die erwähnten Teile der Vorrichtung 51 sind alle in einem den UV-Fühler 3 bildenden Gehäuse untergebracht. Die eine Zuleitung des Elektromagneten 54 ist mit dem Pluspol der Gleichstromquelle 29,30,31 verbunden. In einer zweiten Zuleitung zum Elektromagneten 54, die an den Minuspol, das heißt, an die Sammelleitung 11 angeschlossen ist, befindet sich die Kollektor-Emitterstrecke eines Ausgangs-Transistors 55 einer aus zwei· Transistoren 55 und 56 bestehenden Kippschaltung. In dieser ist die Basis-Emitterstrecke des Ausgangs-Transistors 55 der Kollektor-Emitterstrecke des Eingangs-Transistors 56 parallel geschaltet, wobei beide Emitter an der Sammelleitung 11 angeschlossen sind. Die Basis des Ausgangs-Transistors 55 ist zusammen mit dem Kollektor des Eingangs-Transistors 56 über einen gemeinsamen Widerstand 57 mit dem Pluspol der Gleichstromquelle 29, 30, 31 verbunden. Die Basis des . Eingangs-Transistors 56 ist durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 58 mit einer Zenerdiode 59 und einem vierten Kondensator 60 an die Sammelleitung 11 angeschlossen. Durch einen Abgriff zwischen dem Kondensator 60 und der Zenerdiode 59 ist der Kondensator 60 ferner mit einem Ladewi^sr⁰*⁰"^ S^ und einer den Ladewiderstand 6 überbrückenden Diode 62 zwischen die Speiseleitung 33 und die Sammelleitung 11 und daher mit dem das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis 35 bis 41 parallel geschaltet. Die Reihenschaltung des Kondensators 60 mit dem Ladewiderstand 61 bzw. der Diode 62 ist daher zusammen mit dem das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis 35 bis 41 vom Ausgangstransistor 44 kurzschließbar.In the example of FIG. 1, together with the circuit 5 delimited by a dashed line, a device 51 which interrupts the radiation to the UV cell 46 is used to temporarily suppress the charging current to the first capacitor 7 Electromagnet 54 can slidably cover the aperture. The mentioned parts of the device 51 are all accommodated in a housing which forms the UV sensor 3. One feed line of the electromagnet 54 is connected to the positive pole of the direct current source 29, 30, 31. The collector-emitter path of an output transistor 55 of a flip-flop circuit consisting of two transistors 55 and 56 is located in a second supply line to the electromagnet 54, which is connected to the negative pole, that is to say to the bus line 11. In this, the base-emitter path of the output transistor 55 is connected in parallel with the collector-emitter path of the input transistor 56, both emitters being connected to the bus line 11. The base of the output transistor 55 is connected together with the collector of the input transistor 56 via a common resistor 57 to the positive pole of the direct current source 29, 30, 31. The basis of the. Input transistor 56 is connected to bus line 11 through the series connection of a resistor 58 with a Zener diode 59 and a fourth capacitor 60. Through a tap between the capacitor 60 and the Zener diode 59, the capacitor 60 is also with a Ladewi ^ sr ⁰ * ⁰ "^ S ^ and a diode 62 bridging the charging resistor 6 between the feed line 33 and the bus line 11 and therefore with the flame relay 34 connected in parallel with the circuit 35 to 41. The series connection of the capacitor 60 with the charging resistor 61 or the diode 62 can therefore be short-circuited by the output transistor 44 together with the circuit 35 to 41 containing the flame relay.

Der Schaltzustand der Kippschaltung 55, 56, und damit auch die Stellung der Klappe 53 im UV-Fühler 3, ist von der Spannung über dem Kondensator 60 abhängig. Im Ruhezustand, das heißt vorerst ohne UV-Strahlung, lädt sich der Kondensator 60 in etwa 300 ms auf die Summe aus der Zenerspannung der Zenerdiode 59 und dem Spannungsabfall über der Basis-Emitterstrecke des Transistors 56 auf, wodurch der Eingangs-Transistor 56 leitet und der Ausgangstransistor 55 sperrt. Die Blende 52 ist dann offen. Eine dem Elektromagneten 54 parallej geschaltete Diode 63 schützt den Transistor 55 vor Überspannungen.The switching state of the toggle switch 55, 56, and thus also the position of the flap 53 in the UV sensor 3, is dependent on the voltage across the capacitor 60. In the idle state, i.e. without it for the time being UV radiation, the capacitor 60 charges in about 300 ms to the sum of the Zener voltage Zener diode 59 and the voltage drop across the base-emitter path of transistor 56, whereby the input transistor 56 conducts and the output transistor 55 blocks. The aperture 52 is then open. A dem Electromagnet 54 connected in parallel diode 63 protects transistor 55 from overvoltages.

Sobald in der UV-Zelle 47 Stromimpulse auftreten, beginnt sich der Kondensator 7 aufzuladen, wozu die Impulse dreier Halbwellen der Speise-Wechselspannung bereits genügen. Die Impulse müssen nicht zusammenhängend auftreten, sie können im Falle einer schwachen Strahlungsquelle auch einzeln innerhalb 600 ms auftreten und trotzdem noch als Signal für die Meldung einer Flamme, wie nachfolgend erläutert, ausgewertet werden. Daraus ist erkennbar, daß von den während 600 ms bei einer Frequenz von 50 Hz auftretenden 30 Halbwellen nur 10% bereits zu einer Flammenerkennung genügen. Dies bedeutet einen entscheidenden Vorteil des beschriebenen Flammenwächters, dessen UV-Fühlerempfindlichkeit daher sehr hoch liegtAs soon as current pulses occur in the UV cell 47, the capacitor 7 begins to charge, including the Pulses of three half-waves of the alternating voltage supply are already sufficient. The impulses don't have to occur together; in the case of a weak radiation source, they can also occur individually within 600 ms occur and still as a signal for the message of a flame, as explained below, be evaluated. From this it can be seen that of the 600 ms at a frequency of 50 Hz Occurring 30 half-waves only 10% already suffice for a flame detection. This means one decisive advantage of the flame monitor described, its UV sensor sensitivity is therefore very high is high

Sobald die Spannung über dem Kondensator 7 im Fühlerkreis 1 die Triggerspannung seines Schwellenschalters 74 erreicht, wird die bereits vorangehend beschriebene Umladung des Kondensators 15 eingeleitet Damit kommt die Kippstufe im Flammenrelais-Kreis 4 zum Ansprechen und deren Ausgangs-Transistör 44 wird leitend und bewirkt zweierlei: Erstens läßt der entstehende Entladestromkreis des Kondensators 35 im einen Strompfad über die Wicklung 40 das Flammenrelais 34 anziehen, und zweitens entlädt sich der Kondensator 60 im Schaltkreis 5. Dessen Kippschaltung spricht an, der Elektromagnet 54 wird erregt und die Klappe 53 unterbricht die UV-Strahlung. Eine weitere Ladungszuführung zum Kondensator 7 entfällt und dessen Entladung wird nach etwa 30 ms durchAs soon as the voltage across the capacitor 7 in the sensor circuit 1, the trigger voltage of its threshold switch 74 is reached, the previously described charge reversal of the capacitor 15 is initiated The flip-flop in the flame relay circuit 4 is thus activated and its output transistor 44 becomes conductive and does two things: Firstly, the discharging circuit of the capacitor leaves the circuit 35 attract the flame relay 34 in a current path via the winding 40, and secondly it discharges the capacitor 60 in the circuit 5. Its flip-flop responds, the electromagnet 54 is excited and the flap 53 interrupts the UV radiation. A further charge supply to the capacitor 7 is omitted and its discharge is through after about 30 ms

Zurückkippen des Schwellenschalters 74 beendet. Dabei ist die Schaltung so ausgelegt, daß auch von guten UV-Zellen 47 unmittelbar nach Fortfall der UV-Strahlung noch ein oder zwei Stromimpulse auftreten können, ohne daß die Umladung zum Kondensator 15 und damit der gesamte Zyklus gestört wird. Demgegenüber wird der Lade- und Entladezyklus im Flammenrelais-Kreis 4 gestört, wenn während der ca. 300 ms dauernden Zellenabdeckung durch die Klappe 53 die UV-Zelle 47 trotzdem unregelmäßig auftretende Stromimpulse liefert, eine Erscheinung, die bei alternden UV-Zellen auftritt. Dann fällt das Flammenrelais 34 ab, auch wenn die Flammen korrekt brennt.Tilting back the threshold switch 74 ended. The circuit is designed so that also of good UV cells 47 one or two current pulses occur immediately after the UV radiation has ceased can without the charge reversal to the capacitor 15 and thus the entire cycle is disturbed. In contrast the charge and discharge cycle in flame relay circuit 4 is disrupted if during the approx. 300 ms If the cells are continuously covered by the flap 53, the UV cell 47 will still have irregular current pulses provides, a phenomenon that occurs with aging UV cells. Then the flame relay 34 drops out, even if the flames are burning correctly.

Bei störungsfreiem Betrieb bleibt das Flammenrelais 34 innerhalb einer Wiederholungszeit der Entladung des Kondensators 35 zwischen ca. 350 und 950 ms angezogen. Sobald diese Zeiter, unter- bzw. überschritten werden, fällt es ab. Dank dem beschriebenen Schaltkreis 5 besteht ein weiterer Vorteil der Einrichtung darin, daß trotz großer Fühlerempfindlichkeit jeder Defekt sowohl im Schaltkreis 5 als auch in der UV-Zelle 47 selbst jederzeit, also auch während des Betriebes sehr rasch, das heißt innerhalb weniger als einer Sekunde nach dessen Auftreten angezeigt wird. Daher eignet sich die beschriebene Einrichtung insbesondere für eine im Dauerbetrieb stehende Anlage.In the case of trouble-free operation, the flame relay 34 remains within a repetition time of the discharge of the Capacitor 35 attracted between approx. 350 and 950 ms. As soon as this time is exceeded or fallen short of it falls off. Thanks to the circuit 5 described, there is a further advantage of the device in the fact that, despite great sensor sensitivity, every defect in both the circuit 5 and in the UV cell 47 itself at any time, so also very quickly during operation, that is to say within less than is displayed one second after it occurs. The device described is therefore suitable especially for a system that is in continuous operation.

Demgegenüber ist der Flammenwächter nach der F i g. 2 bezüglich der UV-Überwachung nur in Anlagen rut intermittierendem Betrieb eigensicher, da keine sich wiederholende Abdeckung der UV-Zelle 47 erfolgt. Der UV-Fühler 3 kann jedoch im Aufbau einfacher gestaltet werden. Die Schaltung ist bis auf das für den UV-Fühler 3 Gesagte und mit Ausnahme des mit einer unterbrochenen Linie eingefaßten Schaltkreises 6 genau gleich wie in der Fig. 1. Der Schaltkreis 6 dient analog dem Schaltkreis 5 der F i g. 1 der zeitweiligen Unterdrückung des weiteren Ladestromes zum Kondensator 7, was jedoch rein elektrisch erfolgt. Bewegliche Teile fallen daher weg.In contrast, the flame monitor according to FIG. 2 with regard to UV monitoring only in systems rut intermittent operation intrinsically safe, since there is no repetitive covering of the UV cell 47. Of the UV sensor 3 can, however, be made simpler in structure. The circuit is except for the UV sensor 3 and exactly the same with the exception of the circuit 6 enclosed by a broken line as in Fig. 1. The circuit 6 is used analogously Circuit 5 of FIG. 1 of the temporary suppression of the further charging current to the capacitor 7, what but is done purely electrically. Moving parts are therefore no longer necessary.

Der Schaltkreis 6 besteht aus einem mit seiner Emitter-Kollektorstrecke dem ersten Kondensator 7 parallel geschalteten Transistor 64, dessen Kollektor an der Verbindung zwischen der Zenerdiode i3 und dem Widerstand 14 abgegriffen und dessen Emitter an der Sammelleitung 11 angeschlossen ist Der Basis-Emitterstrecke des Transistors 64 ist ein fünfter Kondensator 65 parallel geschaltet. Zu diesem Zweck ist der Kondensator 65 einerseits an der Sammelleitung 11 angeschlossen und andererseits über eine Zenerdiode 66 und einen Widerstand 67 mit der Basis des Transistors 64 verbunden. Der Basis-Emitterstrecke ist ferner eine dieser Strecke entgegengesetzt gepolte Diode 73 parallel geschadet. Außerdem ist der Kondensator 55 in Reihe mit einem Widerstand 68, dem eine Diode 69 parallel geschaltet ist, sowie einem weiteren Widerstand 70 auch dem das Flammenrelais 34 enthaltenden Stromkreis parallel geschaltet. Der Kondensator 65 kann daher ebenfalls zusammen mit dem Stromkreis des Flammenrelais 34 vom Ausgangs-Transistor 44 des Flammenrelais-Kreises 4 kurzgeschlossen werden. Von der Basis des Transistors 64 aus besteht eine weitere Reihenschaltung eines Widerstandes 71 und einer Diode 72 zu dem die Sammelleitung 33 speisenden Anschluß der Wicklung 29. Dabei ist die Diode 72 so gepolt, daß die an der Basis des Transistors 64 wirkenden Halbwellen phasengleich mit den die UV-Zelle 47 durchfließenden Halbwellen sind.The circuit 6 consists of a first capacitor 7 with its emitter-collector path parallel connected transistor 64, whose collector at the connection between the Zener diode i3 and the Resistor 14 tapped and its emitter is connected to the bus line 11 of the base-emitter path of the transistor 64, a fifth capacitor 65 is connected in parallel. For this purpose is the capacitor 65 connected on the one hand to the bus line 11 and on the other hand via a Zener diode 66 and a Resistor 67 connected to the base of transistor 64. The base-emitter path is also a Diode 73 with opposite polarity is damaged in parallel on this path. In addition, the capacitor 55 is in Series with a resistor 68, to which a diode 69 is connected in parallel, and another resistor 70 also connected in parallel to the circuit containing the flame relay 34. The capacitor 65 can therefore also together with the circuit of the flame relay 34 from the output transistor 44 of the Flame relay circuit 4 are short-circuited. There is another from the base of transistor 64 Series connection of a resistor 71 and a diode 72 to the terminal feeding the bus 33 of winding 29. The polarity of diode 72 is such that those acting on the base of transistor 64 Half-waves are in phase with the half-waves flowing through the UV cell 47.

Der beschriebene Schaltkreis 6 arbeitet wie folgt: In der Betriebsbereitschaft, das heißt wenn noch keineThe circuit 6 described works as follows: In operational readiness, that is, if not yet

ίο Flamme vorhanden ist, lädt sich der Kondensator 65 über die Widerstände 68 und 70 von der Spannungsquelle 29, 30, 31 her auf. Die Ladespannung wird begrenzt durch den Spannungsabfall über der Zenerdiode 66, dem Widerstand 67 und der Diode 73. Während den negativen Halbwellen an der Diode 72 fließt nur ein Teil des in die Diode 73 eingeprägten Stromes durch den Widerstand 71 und die Diode 72 ab, so daß der Transistor 64 immer sperrt. Nach dem Entstehen einer Flamme beeinträchtigt daher der dem Fühlerkreis 1 parallel geschaltete Transistor 64 vorerst die Aufladung des Kondensators 7 nicht. Es spielt sich der gleiche Vorgang, wie dies für F i g. 1 beschrieben wurde, ab. Der Kondensator 15 wird umgeladen und der Ausgangs-Transistor 44 schließt einerseits den Entladestromkreis für den Kondensator 35, und das Flammenrelais 34 zieht an. Andererseits entlädt der Transistor 44 den Kondensator 65 über die Diode 69 und den Widerstand 70. Dadurch kann jetzt jede Halbwelle, für welche die Diode 72 leitend ist, einen Basisstrom im Transistor 64 erzeugen, so daß dieser periodisch leitend wird. Diese Basisstromhalbwellen sind phasengleich mit den Stromimpulsen der UV-Zelle 47. Der UV-Zellen-Strom fließt daher nicht mehr zum Kondensator 7, sondern wird über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 64 direkt abgeleitet Damit kann der Kondensator 7 entladen werden, sein Schwellenschalter 74 kippt zurück und der ganze Vorgang läuft von neuem ab.ίο there is a flame, the capacitor 65 charges via the resistors 68 and 70 from the voltage source 29, 30, 31. The charging voltage is limited by the voltage drop across the Zener diode 66, the resistor 67 and the diode 73. During the negative half-waves at the diode 72, only part of the current impressed in the diode 73 flows through the Resistor 71 and diode 72 from so that transistor 64 always blocks. After the emergence of a Flame therefore initially affects the charging of the transistor 64 connected in parallel with the sensor circuit 1 of the capacitor 7 does not. The same process takes place as for F i g. 1 has been described. Of the Capacitor 15 is recharged and the output transistor 44 closes the discharge circuit on the one hand for the capacitor 35, and the flame relay 34 picks up. On the other hand, the transistor 44 discharges the Capacitor 65 through the diode 69 and the resistor 70. As a result, each half-wave for which the Diode 72 is conductive, generate a base current in transistor 64, so that it is periodically conductive. These Base current half-waves are in phase with the current pulses of the UV cell 47. The UV cell current flows therefore no longer becomes capacitor 7, but becomes via the collector-emitter path of transistor 64 directly derived so that the capacitor 7 can be discharged, its threshold switch 74 toggles back and the whole process starts all over again.

Der beschriebene Flammenwächter schließt den Vorteil ein, nur aus einer einzigen, eigensicheren Verstärkerschaltung mit nur einem Relais zu bestehen, die sowohl für Ionisationsfühler als auch für UV-Fühler verwendbar ist, und bei der auch mit einem durch eine periodische Abdeckung eigensicher gemachten UV-Fühler noch hohe Fühlerempfindlichkeiten erreichbar sind. Dank der beschriebenen, dauernd erfolgenden Zustandsänderung der Baugruppen ergibt sich die auf alle Bauteile bezogene Eigensicherheit Jeder Ausfall eines Bauteiles läßt das Flammenrelais abfallen.The flame monitor described includes the advantage of only a single, intrinsically safe Amplifier circuit with only one relay to exist for both ionization sensors and UV sensors can be used, and also with a UV sensor made intrinsically safe by a periodic cover high sensor sensitivities can still be achieved. Thanks to the described, ongoing A change in the state of the assemblies results in the intrinsic safety of all components. Every failure of a component causes the flame relay to drop out.

Durch die bewußt groß gewählten TaktverhältnisseDue to the deliberately chosen large clock ratios

so der Lade- und Entladezyklen der verschiedenen Kreise, und weil deren Taktfrequenzen überall weit außerhalb der 50 Hz-Netzfrequenzen liegen, wird die Gefahr einer Flammenvortäuschung infolge der in der Praxis meist unvermeidlichen Wechselspannungseinstreuung auf den Verstärkereingang gänzlich ausgeschlossen.so are the charging and discharging cycles of the various circuits, and because their clock frequencies are far outside of the range the 50 Hz mains frequencies are, the risk of a flame simulated as a result of the in practice mostly unavoidable AC voltage interference on the amplifier input is completely excluded.

Die zweckmäßige Verwendung der beschriebenen Schaltungen mit UV-Fühlern ist nicht auf diese Fühlertype allein beschränkt, sie könnten entsprechend angepaßt auch mit einem Photowiderstand betrieben werden.The appropriate use of the described circuits with UV sensors is not based on this Sensor type only limited, they could also be operated with a photoresistor when adapted accordingly will.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Intrinsically safe flame monitor for monitoring flames on oil or gas burners with a series circuit of a first capacitor and one that can be connected to AC voltage Flame sensor, a threshold switch influenced by the capacitor voltage, which is used with Reaching its switching threshold causes a signal to attract a flame relay while at the same time Discharge of the first capacitor via a first discharge circuit with a die Discharge duration-determining resistor, with a switching device for periodic blocking of the is Signal to the flame relay and with a circuit containing the flame relay, which the Flame relay only holds in its position indicating a flame when there is an alternating signal, characterized in that the voltage is applied to a second capacitor (15), which is connected to at least one charging resistor (16, 17) is connected to a direct current source (29,30,31), the Switching state of the switching device (42, 43, 44) determines that the threshold switch (74) for Discharge of the first capacitor (7) a second, only effective at the beginning of the discharge Discharge circuit (15, 18, 20, 23, 27, 28) activated, which is used to charge the second capacitor (15) serves and from a parallel connection of the second capacitor (15) with a the size of the polarity reversed voltage across the second capacitor (15) limiting diode (18), a resistor (28) and a voltage-dependent switch (27) which interrupts the recharging process.

2. Intrinsically safe flame monitor according to claim 1, characterized in that the time of the Current flow in the second discharge circuit (15, 18, 27, 28) compared to the time of the current flow in first discharge circuit (20,23,24) is small and that The ratio of the two times is at least 1:10.

3. Intrinsically safe flame monitor according to claim 1 or 2, characterized in that the a switching device influenced by the polarity of the voltage on the second capacitor (15) The flip-flop is whose input (19) is connected to the DC voltage source (29, 30, 31) Connection of the second capacitor (15) forms and from which an output switch (44) in conductive State the circuit (35 to 41) containing the flame relay (34) short-circuits while in the of the direct current source (29, 30, 31) mediated state of charge of the second capacitor (15) of the Output switch (44) is open.

4. Intrinsically safe flame monitor according to claim 3, characterized in that the the Flame relay (34) containing circuit (35 to 41) from two oppositely polarized, a common diitten capacitor (35) having current paths (36,37,38,35; 35,39,40,41) is formed, of which the first, the current flow direction of the DC voltage source (29,30,31) corresponding Current path (36, 37, 38, 35) from the series connection of a first winding (37) of the Flame relay (34), at least one diode (36,38) and the third capacitor (35) consists while in the second current path (35, 39, 40, 41) the third capacitor (35), at least one further diode (39, 41) and a second winding (40) of the flame relay (34) are connected in series, and that only one of the two current paths can attract the flame relay (34) during the other current path only supplies a holding current for the flame relay (34)

5. Intrinsically safe flame monitor according to claim 4, characterized in that only the at closed output switch (44) in the second current path (35, 39, 40, 41) flowing discharge current of the third capacitor (35) the flame relay

(34) attracts, while in the first current path (36, 37, 38, 35) through the first winding (37) flowing charging current of the third capacitor

(35) the flame relay (34) can only keep energized for a limited period of time.

6. Intrinsically safe flame monitor according to one of the preceding claims, characterized in that that the flame sensor (2) is an ionization sensor.

7. Intrinsically safe flame monitor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the Flame sensor is a UV cell (47) connected in series with a diode (48) that is a shunt resistor (50) the first capacitor (7) and the threshold switch connected in parallel to the first capacitor (7) (74) bridged and that also an effective circuit in the Tak * of the flip-flop (42, 43, 44) (5, 6) for the temporary suppression of the charging current controlled by the UV cell (47) for the first capacitor (7) is present.

8. Intrinsically safe flame monitor according to claim 7, characterized in that the circuit (5) a device (51) which interrupts the radiation to the UV cell (47) and which by means of a flip-flop (56,55) can be controlled by the voltage across a fourth capacitor (60), which in Row with at least one charging resistor (61) and one bridging the charging resistor (61) Diode (62) connected in parallel to the circuit (35 to 41) containing the flame relay (34) and thus from the output switch (44) together with the circuit (35 to 41) can be short-circuited.

9. Intrinsically safe flame monitor according to claim 7, characterized in that the circuit (6) from one with its emitter-collector path parallel to the first capacitor (7) switched transistor (64) and a fifth capacitor (65), which is the base emitter path of the transistor (64) is connected in series with a Zener diode (66) in parallel that furthermore the fifth capacitor (65) in series with at least one resistor (68, 70) and one the Resistance (68) bridging diode (69) and the circuit containing the flame relay (34) (35 to 41) is connected in parallel, and that also at the base-emitter path of the transistor (64) a diode (73) with opposite polarity is connected to this path and in series an alternating voltage acts with a further diode (72) at the base of the transistor (64) so that that their half-waves are in phase with the half-waves flowing through the UV cell (47).

10. Intrinsically safe flame monitor according to one of claims 7 to 9, characterized in that in the series connection of the first capacitor (7)

a Zener diode (13) is arranged with the UV cell (47)

The invention relates to an intrinsically safe flame monitor according to the preamble of the patent claim 1.

For the fully automatic commissioning and monitoring of oil or gas burners wereen m Flame monitors are required, the task of which is to indicate the presence of a flame at all times. These flame monitors, together with their flame sensors, must be largely intrinsically safe, i.e. every possible defect of a component must be indicated by the signal "flame extinguished". It can This is done by checking the function of the flame sensor in each case before each one Commissioning of the system. Furthermore, there are also systems with two working independently of one another Flame monitors were used and monitored for continuous signaling in the same direction. this means a great effort. In addition, flame monitors are particularly sensitive to ultraviolet radiation Feelers, henceforth called UV cells, became known, in which the radiation to the sensor at least covered once per second in the same cycle and constant cycle ratio and thus the erasure capability of the UV cell is monitored within the permitted logoff time. However, a constant clock ratio leads to noticeable loss of sensitivity.

It is also known from DE-OS 28 09 993, 'ie Voltage influenced by an ionization sensor across a capacitor to control an amplifier to use and this DC voltage with an additional transistor one of the mains frequency overlay dictated alternating signal. A series connection of two transistors with a flame relay and two capacitors keep the flame relay energized only when the flame signal the alternating signal is superimposed and thus it is proven that the amplifier is functional. These The circuit is not yet intrinsically safe because its switching elements are not all monitored: Point to Example of a transistor on a short circuit, then this is not recognized and every further short circuit one of the other components is then no longer tested and can lead to the pretense of a flame.

The invention is based on the object of specifying a flame monitor which, with little effort intrinsically safe flame monitoring is permitted and, moreover, optionally with both ionization electrodes as well as working with a UV cell.

The invention is characterized in claim 1.

Two exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 an intrinsically safe flame monitor circuit with a first UV sensor circuit and

2 shows a similar flame monitor circuit with a second UV sensor sound circuit.

The circuits described below, of which initially the one according to FIG. 1 is described in more detail, consist essentially of the following circuit parts, structured according to their functional task:
A sensor circuit 1 with pulse generation, which can be operated either with an ionization sensor 2 or with a UV sensor 3, a flame relay circuit 4 and

a circuit 5 (Fig. 1) or 6 (Fig.2) for alternative use when operating with a UV sensor.

The sensor circuit 1, hereinafter with reference to FIG. 1 explained, consists of a series circuit of a flame sensor fed by an alternating voltage Ui, be it ionization sensor 2 or UV sensor 3, with a first capacitor 7. The alternating voltage Ui is a first winding 8 of a network transformer 9 and taken with a first line 10 to earth and to the two sensors 2 and 3, while a collecting line 11 serves as the second line. The condenser 7 connects the collecting line 11 on the one hand via a protective resistor 12 to the ionization sensor 2 and on the other hand via a Zener diode 13 and a resistor 14 with the UV sensor 3. The further description of FIGS. 1 takes place for the time being together with the use of the ionization sensor 2.

The rectifying effect of a flame creates a DC voltage across the capacitor 7, whose polarity on the side of the bus line 11 is positive.

A second capacitor is located on the collecting line 11

15 is connected to a DC voltage source, which is positive with respect to the bus line 11 and is described further below, via two charging resistors 16 and Y1 . A diode 18 is connected in parallel with the capacitor 15 and blocks the aforementioned direct voltage. The connection point of the diode 18 with the second capacitor 15 and the charging resistor

16 forms an input 19 to the flame relay circuit 4. The voltage across the first capacitor 7 is

by a toggle formed mainly from two transistors 20 and 21 and a Zener diode 22 Threshold switch 74 monitored. The collector-emitter path of the first transistor 20 is in series with two resistors 23 and 24 connected in parallel to the first capacitor 7, while its base on the Zener diode 22 is connected to the bus line 11. Furthermore, starting from the connection point 25 of the two resistors 23 and 24, a series connection of the emitter-collector path of the second transistor 21 and a resistor 26 to the negative side of the capacitor 7. The base of the first transistor 20 is also on the side of the resistor 26 connected to the second transistor 21, while the Base of the second transistor 21 to the connection of the resistor 23 to the first transistor 20 closed is. There is between the connection point 25 and the input 19 to the flame relay circuit 4 also a series connection of a further Zener diode 27 with a resistor 28.

Before the mode of operation of the sensor circuit described is discussed, a Explanation of the flame relay circuit 4. It is powered by the one already mentioned above DC voltage source, which consists of a second winding 29 of the network transformer 9, a diode 30 and a smoothing capacitor 31 and its negative potential connected to the bus line 11 The DC voltage source feeds the flame relay circuit 4 via a load resistor 32 and a Feed line 33. Between the feed line 33 and the collecting line 11 there is a flame relay 34 containing circuit that consists of two each other