DE3321167C2 - Elektronischer Flammenwächter - Google Patents

Abstract

In der Flammenbewertungsschaltung wird das Eingangssignal in zwei kaskadengeschalteten Integrationsstufen zum Ausgangssignal verarbeitet, wobei in der zweiten Stufe eine Konstantspannung integriert wird, deren Zeitfläche eingangssignalabhängig ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Flammenwächter nach dem Oberbegriff des Patentanis Spruchs 1. Ein solcher Flammenwächter ist aus der CH-PS 4 78 384 bekannt

Der bekannte Flammenwächter umfaßt eine Schaltung mit zwei kaskadegeschalteten Integrator-Komparator-Stufen, wobei die Referenzsignale der Kompara-

toren festliegen.

Es versteht sich, daß ein Flammenwächter einerseits zuverlässig das Vorhandensein einer Ramme, der er zum Beispiel in einem Kessel zugeordnet ist erfassen muß, da bei einem Erlöschen der Flamme ein erhebliches Gefahrenpotential besteht Andererseits darf der Flammenwächter aber auch nicht überrsagieren, das heißt schon bei kleinen Flammenstörungen eine Fehlmeldung abgeben. Dieses Problem stellt sich insbesondere in dem erwähnten Fall der Anwendung in Kesseln, wo bei Erlöschen einer von einem Flammenwächter beobachteten Flamme noch Licht von den anderen Flammen und den heißen Kesselwandungen in den Rammenwächter gelangt Diese letzteren Lichtquellen erzeugen hier und im folgenden als »Störsignale« bezeichnete elektrische Ausgangsgrößen, während die von der eigenen Ramme erzeugten Signale als Nutzsignale bezeichnet werden sollen.

Bei dem bekannten Rammenwächter kommt der Mittelwert eines Impulszuges am Eingang oberhalb einer vorgegebenen Schwelle zu liegen, um das Vorhandensein einer Flamme anzuzeigen, wodurch diese Schwelle ein für allemal festgelegt ist.

Die Diskriminierung zwischen Nutz- und Störsignalen ist dabei umso schwieriger, als die Amplituden der Störsignale in aller Regel höher sind als die der Nutzsignale.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Rammenwächter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine bessere Unterscheidung Nutz-/Störsignal

so mittels variabler Referenzsignale erzielt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Flammenwächter der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Dabei werden die Referenzsignale in Abhängigkeit von dem Eingangssignal selbst verändert, vorzugsweise zwischen zwei Werten umgeschaltet, wobei in zwei Stufen quantisiert wird.

Solange das Eingangssignal normal das Vorhandensein einer Flamme anzeigt, liegt die durch das Referenzsignaldefinierte Schwelle relativ tief. Fällt jedoch das Eingangssignal, wenn auch nur kurzzeitig, einmal unter diese Schwelle, so spricht zwar noch nicht der zweite Komparator an, doch wird die Schwelle der ersten Stufe angehoben, womit diese kritischer gegen S;örsignalc eingestellt wird. Duraus resultiert eine Feineinstellung des Eingangssignals für die zweite Stufe, was eine optimale Anpassung des Flammenwächters an die Flammencharakteristik ermöglicht.

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Die im vorstehenden Absatz verwendeten Begriffe zweiten Integrierkondensator, und sein Potential liegt

»Schwelle« und »Schwellenanhebung« sind bildlich zu am nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Kompa-

verstehen und bedeuten nicht unbedingt, daß das Refe- rators OA 2. Dessen Referenzspannung am invertieren-

renzpotential gegenüber Massepotential tatsächlich den Eingang steht auf einem Kondensator C4, der über

steigt, denn es kann ja auch mit dem jeweils anderen 5 den Spannungsteiler R WR12 geladen bzw. fiber R 12

logischen Pegel gearbeitet werden. Mit anderen Wor- entladen wird.

ten, wenn die Schwelle angehoben wird, wird die Diffe- Das Ausgangssignal des Komparators OA 2 verhält

renz zwischen dem Potential, das bei brennender Flam- sich umgekehrt wie das des Komparators OA 1: Liegt

me vorliegt, und dem dann eingestellten Referenzpoten- der Pegel an nichtinvertierenden Eingang höher als der

tial verringert ίο am Referenzeingang, so geht sein Ausgang auf Kochpo-

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel einer tential L, andernfalls auf Niederpegel O. Im ersteren

erfindungsgemäßen Schaltung dar. Falle wird über Widerstand R13 und Zenerdiode ZD 2

Am Eingang A eines Inverters Jnv 1 liegt das aufbe- der Transistor Ti entsperrt, so daß sein Kollektor Mas-

reitete Signal von vorhergehenden Stufen eines optisch- sepotential annimmt Damit kann die Relaisspule ReI 1

elektronischen Flammenwächters. Dieses Signal besteht 15 en-egt werden, und eine Signal-Leuchtdiode LD1 leuch-

aus Impulsfolgen von hinsichtlich Amplitude und Dauer tet auf. Zugleich wird dem Entladewiderstand R12 die

normierten Impulsen, unterbrochen von Ausblendpau- Serienschaltung aus Widerstand R14 und Diode D 3

sen. Die einzelnen Impulse können beispielsweise eine parallelgelegt, so daß die am Kondensator C 4 stehende

Dauer von 50 Mikrosekunden besitzen, und ihre Anzahl Referenzspannung absinkt

pro Impulsfolge ist ein Maß für die Helligkeit, die der 20 Demgemäß wird auch für den zweiten Komparator

optische Teil der Anordnung »sieht«. Es werden bei- eine eingangssignalabhängige Referenz eingeführt, hier

spielsweise 0,7 Sekunden lang Impulse übertragen, und als »zweite Hysterese« bezeichnet

danach wird der optische Kanal durch eine Blende für Die Zeitkonstanten für die erste und zweite Hystere-

z. B. 03 Sekunden gesperrt, so daß die erwähnten Aus- severschiebung sind unterschiedlich. Für die erste be-

blendpausen resultieren. 25 trägt sie beispielsweise 500 Millisekunden, für die zweite

Das Ausgangssignal des Inverters /ην 2 wird einer z.B. einige Sekunden. Durch Umlegen des Schalters 52

ersten Integrationsstufe zugeführt, umfassend die Diode in die gezeichnete Position (Verbindung Y-Z durchver-

D1, den Ladespannungsteiler aus R1 und R 2, den Inte- bunden) kann auch der erste Komparator mit der »lang-

grierkondensator Cl und den Entladewiderstand RZ samen« Hysterese beaufschlagt werden. Dies geschieht

Die Ladespannung des Kondensators CX wird durch 30 jedoch nur in besonderen Fällen, z.B. bei sehr schwa-

die Zenerdiode ZD lauf ein Maximum begrenzt chem Eingangssignal. Normalerweise ist die Position

Das fluktuierende Gleichsignal am hochliegenden X-Z eingeschaltet, und die Wirkungsweise der beschrie-Kondensatoranschluß gelangt auf den nichtinvertieren- benen Schaltung soll unter Annahme dieser Schalterpoden Eingang eines als Komparator geschalteten Opera- sition erläutert werden:

tionsverstärkers OA 1. Am invertierenden Eingang liegt 35 Die Ladespannung am Kondensator Cl der ersten

eine Referenzspannung, deren Erzeugung weiter unten Integrationsstufe folgt ziemlich rasch den Veränderun-

erläutert wird. gen des am Inverter Inv 1 stehenden Eingangssignals.

Ist der Pegel am Signaleingang von OA 1 niedriger als Durch die jeweilige Vorwahl der ersten Hysterese am

der am Referenzeingang, führt der Ausgang Niederpo- Schalter S3 werden die meistcharakteristischen Signale

tential O, im anderen Falle Hochpotential L Mit diesem 40 für die Weiterverarbeitung herausgegriffen, wobei man

Potential wird ein Kondensator C2 aufgeladen, wobei den jeweils verwendeten optischen Teil der Anlage, die

im Ladekreis die Widerstände R 3 und einer der Wider- Art des Brennstoffs, die Anordnung des Sichtrohrs, die

stände R 41 ... R 46 je nach Stellung des Schalters S1 Art des Brennstoffs, die Anordnung des Sichtrohrs, die

liegen. Wenn der Ausgang von OA 1 wieder Niederpo- Bauweise des Kessels und andere Parameter berück-

tential annimmt, entlädt sich der Kondensator C2 über 45 sichtigen kann. Am Ausgang des ersten Komparators

Widerstand R 5 sowie den dann paralllelliegenden vom steht dann ein quantisiertes Signal, wobei die Amplitude Schalter S1 eingeschalteten Widerstand R 4/ der Impulse normiert ist, nämlich der Versorgungsspan-

Die Referenzspannung am invertierenden Eingang nung Ub gleich ist Diese Impulse werden in der zweiten des Komparators OA 1 liegt an einem Kondensator C3 Integrationsstufe integriert, bei der durch die zweite und wird zunächst einmal aus der Versorgungsspan- 50 Hysterese eine automatische Zeitverzögerung während nung Ub mittels eines Spannungsteiles aus den Wider- der Zündsicherheitszeit gegeben ist. Solange der Pegel ständen R 6 und R 7 abgeleitet Es sei ferner angenom- am Referenzeingang von OA 2 hoch ist, kann sich C 2 men, daß der Schalter 52 — abweichend von der zeich- aufladen; erst wenn der Komparator durch Kippen seinerischen Darstellung — die Anschlüsse »X« und »Z« nes Ausgangssignals infolge hinreichender Aufladung durchverbindet Dann wird, bei Hochpotential am Aus- 55 von C2 den Transistor Π durchschaltet, springt die gang von OA 1, über den Inverter Inv2 die Serienschal- zweite Hysterese auf den empfindlicheren Wert, und die tung aus Diode D 2, Widerstand R 9 und einem der Wi- Relaisspule ReIi bleibt nur solange erregt (entsprederstände R101... R106 zu dem Widerstand R 7 paral- chend der Bedeutung »Flamme brennt korrekt«), solanlelgelegt. Die Folge ist daß bei längere Zeit anstehen- ge jetzt auch ständig Impulse hinreichender Dauer und dem fluktuierendem Gleichsignal am nichtinvertieren- 60 Anzahl von dem Komparator OA 1 nachgeliefert werden Eingang des Komparators OA 1 oberhalb einer an- den. Dabei wird das Aufladepotential der zweiten Inteliegenden Referenzspannung diese abgesenkt wird; fällt grationsstufe durch die sehr fein einstellbare erste Hydie fluktuierende Gleichspannung jedoch mehrmals un- sfrese festgelegt

ter eine anliegende Referenz, wird diese mehr und mehr Die beschriebene Schaltung gestattet die Diskrimi-

angehoben. Auf diese Weise erhält man also eine varia- 65 nierung des Nutzsignals der der betreffenden Anlage

ble Referenz, die hier als »erste Hysterese« des Kompa- zugeordneten Flamme gegenüber Fremdlicht, das im

rators bezeichnet werden soll. allgemeinen sehr kurzzeitig, aber mit sehr hoher Ampli-

Wie man erkennt, bildet der Kondensator C2 einen tude auftritt da die hohe Amplitude zwar in der ersten

Integrationsstufe zum Tragen kommt, jedoch wegen der
kurzen Dauer nicht eine hinreichende Aufladung des
Kondensators der zweiten Integrationsstufe ermöglicht,
deren Ladespannung ja immer U_B ist

Die Schalterstellung des Schalters 51 wird je nach 5 der geforderten Abschaltzeit festgelegt, abhängig von

den Einbau- und Einsatzbedingungen, und erfolgt nach ;/':

Installation der Anlage. :'.;

ι"·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen io

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Claims (12)

Patentansprüche:

1. An einen opto-elektronischen Flammensensor angeschlossener elektronischer Flammenwächter mit einer Integrationsanordnung für die Flammenstrahlung repräsentierende Impulsfolgen und mit einer Komparatoranordnung zum Vergleich des Integrator-Ausgangssignals mit einem Referenzsignal, dadurch gekennzeichnet,daß das Referenzsignal in Abhängigkeit von einem logischen Ausgangssignal der Komparatoranordnung (OA1, OA 2) derart umschaltbar ist, daß bei Abfall des Impulsfolge-Signals unter die von dem Referenzsignal definierte Schwelle die letztere angehoben wird, und daß das Impulsfolgesignal in mindestens zwei Schaltstufen quantisiert wird.

2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Integrationsstufe (Di, Ri/R.2, Ct) die Impulsfolgen selektiv in Abhängigkeit von ihrem Pegel relativ zu dem Referenzsignal fiber kurze Zeitintervalle integriert werden und die so gebildeten Impulse einer zweiten Integrationsstufe (RM, RS, C 2) zugeführt werden, deren Ausgangssignal als Bewertungskriterium dient

3. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Integrationsstufe als RC-Integrator (Rl,Dl,R2, Ci) mit nachgeschaltetem Komparator (OA 1) ausgebildet ist, an dessen anderem Eingang eine Referenzspannung liegt und dessen logisches Ausgangssignal die Übertragung einer Konstantspannung (Ub) an den Eingang der zweiten, ebenfalls als ÄC-Integrator ausgebildeten Integrationsstufe (R 4i, RS.C2) sperrt bzw. entsperrt

4. Flammenwächter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Integrator ein zweiter Komparator (OA 2) nachgeschaltet ist, dessen logisches Ausgangssignal Anzeigeorgane (LDl, ReI 1) sperrt bzw. entsperrt

5. Flammenwächter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung des ersten !Comparators (OA i) durch das logische Ausgangssignal eines der Komparatoren (OA1, OA 2) derart umschaltbar ist, daß bei Abfall des Impulsfolge-Signals unter die von der Referenzspannung definierte Schwelle die letztere angehoben wird.

6. Flammenwächter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle jedes !Comparators (OA 1, OA 2) durch sein eigenes logisches Ausgangssignal umschaltbar ist

7. Flammenwächter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung auf einem Speicherkondensator (C3 oder/und C4) gehalten ist, der an einer konstanten Ladespannung (Ub) liegt und dessen Entladewiderstand mittels des logischen Ausgangssignals umschaltbar ist

8. Flammenwächter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung des ersten Komparators (OA 1) wahlweise vom logischen Ausgangssignal des ersten oder des zweiten Komparators (OA 1, OA 2) umschaltbar ist.

9. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Integrationsausgangssignal durch eine Zenerdiodc (ZD 1) auf einen Maximalwert begrenzt ist.

10. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationszeitkonstanten der ersten Integrationsanordnung deutlich kürzer sind als die der zweiten.

11. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Aufladezeitkonstante der reiten Integrationsanordnung umschaltbar ist

12. Flammenwächter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Entlade widerstand in Stufen umschaltbar ist