DE3314211C2

DE3314211C2 - Amplifier circuit for the input signal of a flame monitoring arrangement

Info

Publication number: DE3314211C2
Application number: DE19833314211
Authority: DE
Inventors: Kurt-Henry Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Mindermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1983-04-20
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3314211A1

Abstract

Eine Verstärkerschaltung für elektrische Signale, insbesondere das Eingangssignal einer Flammenüberwachungsanordnung weist in einem Zweig der Übertragungsstrecke ein nichtlineares Bauelement in Form eines Varistors auf. Dessen Eigenschaften machen die Schaltung unempfindlich gegen Transienten.An amplifier circuit for electrical signals, in particular the input signal of a flame monitoring arrangement, has a non-linear component in the form of a varistor in a branch of the transmission path. Its properties make the circuit insensitive to transients.

Description

2020th

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung für das Eingangssignal einer Flammenüberwachungsanordnung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Merkmalen. Eine derartige Schaltung ist aus der DE-AS 26 11 763 bekannt.The invention relates to an amplifier circuit for the input signal of a flame monitoring arrangement with the features mentioned in the preamble of the claim. Such a circuit is off the DE-AS 26 11 763 known.

Flammenwächter werden in Feuerungsanlagen eingesetzt, um beim ungewollten Erlöschen einer Flamme eine Sicherheitseinrichtung zu betätigen, beispielsweise die Brennstoffzufuhr zu dem betreffenden Brenner abzuschalten. Hierzu verwendet man eine Fotodiode, die das von der Flamme erzeugte Licht in ein elektrisches Signal umsetzt. Dabei besteht das Problem, daß bei Erlöschen einer Flamme immer noch Licht auf die Fotodi- J5 ode gelangt, herrührend zumindest von den heißen Brennkammerwänden, aber meist auch noch von den Flammen anderer Brenner. Das Ausgangssignal der Fotodiode ist jedoch unterschiedlich: Bei funktionierendem zugeordnetem Brenner enthält es mehr Komponenten im Bereich höherer Frequenzen (oberhalb z. B. 100 Hz) mit geringerer Amplitude. Das Ausgangssignal des nachgeschalteten Verstärkers soll nun repräsentativ sein für das Vorhandensein einer Flamme; infolgedessen sollen höherfrequente Signalanteile mit niedrigerer Amplitude durchgelassen werden, niedrigerfrequerte mit höherer Amplitude dagegen nicht.Flame monitors are used in combustion systems to prevent a flame from going out unintentionally to operate a safety device, for example to switch off the fuel supply to the burner in question. To do this, a photodiode is used, which converts the light generated by the flame into an electrical one Signal converts. The problem here is that when a flame is extinguished, light still shines on the photodi J5 or comes from, at least from the hot combustion chamber walls, but mostly also from the Flames from other burners. However, the output signal of the photodiode is different: When working assigned burner, it contains more components in the range of higher frequencies (above e.g. 100 Hz) with a lower amplitude. The output signal the downstream amplifier should now be representative of the presence of a flame; Consequently higher-frequency signal components with a lower amplitude should be allowed to pass through, and lower-frequency signal components with higher amplitude, however, does not.

Um dies zu erreichen, wurde in der DE-AS 26 11 763 vorgeschlagen, den Verstärker über einen Optokoppler gegenzukoppeln. Dabei liegt im Ausgangskreis des Verstärkers eine Lichtemissionsdiode, deren Licht auf einen im Gegenkopplungskreis des Verstärkers liegenden Fotowiderstand fällt. Dieser ist ein relativ träges Bauelement, das höheren Frequenzen nicht folgt, so daß im wesentlichen die niedrigerfrequenten Anteile gegengekoppelt werden. ]e höher dabei die Ausgangssignalamplitude des Verstärkers ist, desto stärker ist die Gegenkopplung. In order to achieve this, it was proposed in DE-AS 26 11 763 to use an optocoupler for the amplifier counter-coupling. There is a light emitting diode in the output circuit of the amplifier, the light of which is directed to a The photoresistor in the negative feedback circuit of the amplifier falls. This is a relatively sluggish component, that does not follow higher frequencies, so that essentially the lower-frequency components are fed back will. ] e higher the output signal amplitude of the amplifier, the stronger the negative feedback.

Ein weiteres Problem in solchen und vergleichbaren Schaltungen stellen die sogenannten »Transienten« dar. ω das sind Spannungsspitzen, die durch irgendwelche Schalt- oder Entladevorgänge im System selbst entstehen oder aber auch von außen einstreuen, insbesondere bei hingen Vcrbindungsleitungcn. Solche Transienten können gewisse empfindliche Schaltkreise mit extrem b5 dünnen Isolierschichten, z. B. CMOS-Schaltkreise, zerstören: aber selbst wenn der Schaltkreis so ausgelegt ist. dal3 er Transienten verträgt, können diese Nutzsignale vortäuschen, die in Wirklichkeit nicht vorhanden sind. Im Beispielsfalle könnte also das Vorhandensein einer Flamme vorgetäuscht werden, obwohl der Brenner abgeschaltet werden müßte.Another problem in such and comparable Circuits represent the so-called "transients". Ω these are voltage peaks caused by any Switching or discharging processes occur in the system itself or also scatter from the outside, in particular connecting lines were hanging. Such transients can cause certain sensitive circuits with extremely b5 thin insulating layers, e.g. B. CMOS circuits, destroy: but even if the circuit is designed that way. Since it can withstand transients, these useful signals can pretend that are not actually there. In the example case, the presence of a Flame can be simulated, although the burner should be switched off.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgleichc Verstärkerschaltung derart weiterzubilden, daß nach wie vor eine eindeutige Aussage hinsichtlich des Vorhandenseins der zu überwachenden Flamme gewährleistet ist, gleichwohl aber die Schaltung gegen die beschriebenen Transienten geschützt ist.The object of the invention is to develop the generic amplifier circuit in such a way that after as before, a clear statement regarding the presence of the flame to be monitored is guaranteed is, but the circuit is protected against the described transients.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs. Dabei ist anzumerken, daß es aus der DE-OS 27 48 647 an sich bekannt ist, einen Varistor im Gegenkopplungszweig eines opto-elektrischen Verstärkers einzusetzen, wie es auch aus »Wireless World«, 1969, Seite 214, bekannt ist, einen stromabhängigen Widerstand im Rückkopplungszweig eines Verstärkers vorzusehen. The solution provided according to the invention results from the characterizing features of the patent claim. It should be noted that it is known per se from DE-OS 27 48 647, a varistor in the negative feedback branch to use an opto-electrical amplifier, as it is also from "Wireless World", 1969, Page 214, it is known to provide a current-dependent resistor in the feedback branch of an amplifier.

Varistoren sind seit Jahren bekannte Bauelemente. Sie sind ähnlich wie ein keramischer Kondensator aufgebaut, wobei jedoch die Isoliermasse verpreßte Zinkoxidkörnchen umfaßt. Eine Darstellung der Eigenschaften von Varistoren wurde in der Zeitschrift »elektronik Industrie«, Heft 2, 1983, S. 43-48 veröffentlicht. Varistoren verhalten sich ähnlich wie Zenerdioden und wurden bisher ausschließlich — wie in der genannten Veröffentlichung ausgeführt — als Überspannungsschutz parallel zu einer zu schützenden Schaltung an die Versorgungsspannung angeschlossen. Bleibt diese unter einem durch Bauart und Größe des Varistors vorgegebenen Wert, ist dieser extrem hochohmig und belastet die Versorgungsspannung nur in sehr geringem Maße: steigt die Spannung aber auf höhere Werte, schneidet der dann im wesentlichen als Kurzschluß wirkende Varistor die Spitzen ab.Varistors have been known components for years. They are constructed similarly to a ceramic capacitor, however, the insulating compound comprises compressed zinc oxide granules. A representation of the properties of varistors was published in the journal "elektronik Industrie", Issue 2, 1983, pp. 43-48. Varistors behave similarly to Zener diodes and have so far only been - as in the publication mentioned designed - as overvoltage protection parallel to a circuit to be protected to the supply voltage connected. If this remains below a given by the type and size of the varistor Value, it is extremely high-resistance and only loads the supply voltage to a very small extent: increases however, the voltage to higher values is cut by the varistor, which then essentially acts as a short circuit the tips off.

Die genannte Veröffentlichung zeigt auch das Ersatzschaltbild eines Varistors. Danach wirkt er wie eine Reihenschaltung aus einem Festwiderstand (»Kornwiderstand«) und einem spannungsabhängig variablen Widerstand, wobei dem letzteren eine Kapazität parallclliegt. Wichtig für die gemäß der Erfindung vorgesehenen Applikationen ist die Eigenschaft des Varistors, schnellen Spannungsänderungen — etwa den obenerwähnten Transienten — sehr schnell zu folgen, wobei die erwähnte Kapazität zusätzlich noch spannungsabhängig ist und mit steigender Spannung abnimmt. Wegen dieser besonderen Eigenschaften wird nun erfindungsgemäß der Varistor im Signalpfad einer Verstärkerschaltung eingesetzt, wobei durch Zuschalten einer Diode die Klcinsignalverstärkung zusätzlich beeinflußbar ist.The mentioned publication also shows the equivalent circuit diagram of a varistor. Then it works like a series connection from a fixed resistor ("grain resistor") and a voltage-dependent variable resistor, the latter having a capacitance in parallel. Important for those provided according to the invention Applications is the property of the varistor, rapid voltage changes - such as those mentioned above Transients - to follow very quickly, whereby the mentioned capacitance is also voltage-dependent and decreases with increasing voltage. Because of these special properties, the invention is now the Varistor used in the signal path of an amplifier circuit, with the Klcinsignal gain by connecting a diode can also be influenced.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing and will be described below explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt den Eingangsverstärker einer Flammenüberwachungsanordnung, wie sie oben diskutiert wurde.The drawing shows the input amplifier of a flame monitoring arrangement as discussed above became.

Licht der zu überwachenden Flamme fällt auf die Fotodiode PD, und das resultierende elektrische Signal steht als Potentialdifferen/ über den beiden Eingängen » + « und » —«(nicht-invertiercnd b/.w. invertierend) des Operationsverstärkers A. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird mittels eines Koppelkondensjtors Cl an einen kleinen Teil der vorliegenden Erfindung bildenden und daher nicht dargestellten Vcrarbeitungsschaltkreis gegeben. Ferner wird das Ausgangssignal auf den invertierenden Eingang des Verstärkers Λ über eine Serienschaltung aus einer Diode D 1 und ei-Light from the flame to be monitored falls on the photodiode PD, and the resulting electrical signal is available as a potential difference / over the two inputs "+" and "-" (non-inverting b / .w. Inverting) of the operational amplifier A. The output signal of the operational amplifier is given by means of a coupling capacitor C1 to a small part of the present invention and therefore not shown processing circuit. Furthermore, the output signal is sent to the inverting input of the amplifier Λ via a series connection of a diode D 1 and a

nem Varistor V gegengekoppelt; dieser Serienschaltung liegen noch ein Kondensator C2 und eine weitere Diode D 2 parallel, die zu der Diode D1 entgegengesetzt gepolt ist.nem varistor V fed back; A capacitor C2 and a further diode D 2, which is polarized opposite to that of the diode D 1, are also connected to this series circuit.

Wesentlich für die Wirkung der Schaltung ist die Serienschaltung Dl— V für die Übertragungsfunktion der weiterzuverarbeitenden Ausgangsspannung. Im Bereich kleinerer Spannungen unterhalb des Knickbercichs der Diodenkennlinie erfolgt praktisch keine Glcichsignal-Gegenkopplung; mit zunehmender Amolitudc wird die Gegenkopplung des Varistots zunächst nur für höherfrequente Anteile wirksam (wegen der Panillclkapazität im Ersatzschaltbild), und bei weiter ansteigenden Amplituden werden auch die niedrigfrequenten Anteile nun stark gegengekoppelt, wobei freilieh der Rückkopp'ungspfad seinen Hochpaßcharakter beibehält und insbesondere die etwa eingestreuten Transicntcn gewissermaßen kurzschließt. The series connection DI-V for the transfer function of the output voltage to be processed is essential for the effect of the circuit. In the area of lower voltages below the kink of the diode characteristic, there is practically no direct signal negative feedback; with increasing amplitude, the negative feedback of the varistot is initially only effective for higher-frequency components (because of the panic capacitance in the equivalent circuit diagram), and with further increasing amplitudes, the low-frequency components are now strongly negative feedback, although the feedback path retains its high-pass character and especially the interspersed ones Transicntcn to a certain extent short-circuited.

Oben wurde erörtert, daß bei einer solchen Flammenüberwachungsanordnung nach dem Stand der Technik der Rückkopplungspfad Tiefpaßcharakter aufweist, was logisch erscheint angesichts der erläuterten Einsatzbedingungen. Von dieser Überlegung wird bei der hier gezeigten Schaltung abgewichen, die gleichwohl eine eindeutige Unterscheidung zwischen Vorhandensein und Ausfall der Flamme ermöglicht. Dies beruht darauf, daß zu niedrigeren Frequenzen des Nutzsignals — naturgegeben — höhere Amplituden gehören, die dann entsprechend stärker gegengekoppelt werden. Im Ergebnis erhält man hinter dem Kondensator Cl ein Nutzsignal, das bei Übersteigen eines voreingestellten Pegels mit hoher Sicherheit das Vorhandensein der Flamme signalisiert, das aber von den erwähnten Transienienstörungen frei ist. Der zusätzliche Parallelkondensator C2 unterstreicht den Hochpaßcharakter des Gegenkopplungszweigs; allerdings ist seine Kapzität von beispielsweise 100 pF sehr gering gegenüber der spannungsabhängigen Kapazität des Varistors in der Größenordnung von ηF.It was discussed above that in such a flame monitoring arrangement according to the prior art, the feedback path has the character of a low-pass filter, which appears logical in view of the conditions of use explained. The circuit shown here deviates from this consideration, which nevertheless enables a clear distinction between the presence and failure of the flame. This is based on the fact that lower frequencies of the useful signal - naturally - have higher amplitudes, which are then fed back correspondingly more strongly. As a result, a useful signal is obtained behind the capacitor C1 which, when a preset level is exceeded, signals the presence of the flame with a high degree of certainty, but which is free from the aforementioned transient disturbances. The additional parallel capacitor C2 underlines the high-pass character of the negative feedback branch; however, its capacitance of, for example, 100 pF is very low compared to the voltage-dependent capacitance of the varistor in the order of magnitude of ηF.

4040

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

4545

5050

6060

Claims

Claim:

Amplifier circuit for the input signal of a flame monitoring arrangement in which the light is a Flame is converted into the input signal to be amplified by means of a photodiode and that Output signal of the amplifier if higher-frequency signal components are present a flame, the output signal of the amplifier via a non-linear component containing negative feedback branch is coupled to the amplifier input, characterized in that that a varistor is provided as a non-linear component in a manner known per se which is in series with a diode and this series connection is preferably another Reverse polarity diode in parallel.