DE4343497B4

DE4343497B4 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE4343497B4
Application number: DE4343497A
Authority: DE
Inventors: Peter Goebel; Klaus Richter; Uwe Schürbrock
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2013-12-21
Also published as: AT399234B; DE4343497A1; ATA252192A

Abstract

Sensoreinrichtung zur Versorgung einer Regeleinrichtung für brennerbeheizte Geräte, insbesondere solchen mit einer Gas-Luft-Verbund-Regelarmatur mit einem, einem an einer Luftblende abgenommenem Differenzdruck entsprechenden Signal, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gemeinsamen Gehäuse (2) ein den Differenzdruck Δp an der Luftblende erfassender Sensor (7) und ein den barometrischen Druck p₀, zumindest im Ruhezustand des Brenners, erfassender Sensor (8) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zur Versorgung einer Regeleinrichtung für brennerbeheizte Geräte, insbesondere solchen mit einer Gas-Luft-Verbund-Regelarmatur, mit einem, einem an einer Luftblende abgenommenem Differenzdruck entsprechenden Signal.
Bekannt ist es, dass allgemein brennerbeheizte Geräte bei einer Änderung des barometrischen Druckes deren Leistung verändert wird. Dies trifft besonders bei der Verwendung einer Gas-Luft-Verbund-Regelarmatur zur Regelung von Geräten zu, die an einer definierten Luftblende ihren Führungsdruck abnimmt, der bekanntlich über die Dichte mit dem barometrischen Druck gekoppelt ist.
Aus der DE 32 22 297 A1 sind ein Sensor und eine Anordnung zum Korrigieren der barometrischen Höhe bei Verbrennungsmotoren mit Abgasturbolader bekannt. Bei fallendem Luftdruck wird über den Hub einer Membran manuell eine Bypassleitung zur Abgasseite eines Turboladers verschlossen, wodurch mehr Abgas durch den Turbolader gelangt und somit auf der Saugseite mehr Luft zum Ausgleich der geringeren Luftdichte angesaut wird.
Bisher erfolgte die Einstellung der Regelung eines brennerbeheizten Gerätes nach einem Mittelwert des Luftdruckes am Aufstellungsort des Gerätes.
Dies führt aber dazu, dass die Geräteleistung neben einer sich verändernden Gasdichte auch noch von der Luftdichte beeinflusst wird, was zum Beispiel bei einer Barometerstandsabweichung vom eingestellten Nennpunkt von + 50 mbar/–150 mbar zu einer Leistungsänderung von + 5 %/–15 % führt.
Um diesen Effekt auszugleichen, soll jedem barometrischen Druck eine erforderliche Führungsgröße zugeordnet und als Soll-Kennlinie abgelegt werden. Aus Versuchsdaten wird dabei eine Zuordnung zu der mittleren und der maximalen Führungsgröße für die Ersteinstellung festlegt. So kann zum Beispiel der mittlere barometrische Druck bei der geodätischen Höhe der Fertigungsstätte als Festlegung des Referenzwertes genutzt werden.
Kapazitive Drucksensoren sind beispielsweise aus der DE 41 11 119 A1 bekannt. Eine bewegliche Elektrodenplatte auf einer Membran steht einer Festelektrode gegenüber. Die Membran wird durch eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran bewegt, wodurch die Kapazität zwischen den Elektrodenplatten ändert. Durch die Stapelung mehrerer Druckmesszellen können Differenz- oder Additivdrücke ermittelt werden.
Ziel der Erfindung ist es, eine Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die bei einem einfachen Aufbau eine sehr weitgehende Konstanz der Leistung eines brennerbeheizten Gerätes trotz sich änderndem barometrischen Druck ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in einem gemeinsamen Gehäuse ein den Differenzdruck p an der Luftblende erfassender Sensor und ein den barometrischen Druck p₀, zumindest im Ruhezustand des Brenners, erfassender Sensor angeordnet sind.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, den Soll-Wert der Regelung nach einem festgelegten Algorithmus in Abhängigkeit vom barometrischen Druck zu ändern.
Eine permanente Erfassung des barometrischen Druckes und die entsprechende Korrektur der Auswertung des dem Differenzdruck an der Luftblende entsprechenden Signales ist dabei nicht notwendig. Es genügt, im Ruhezustand des Brenners, das heißt vor dem Start seines Gebläses, den barometrischen Druck in der Umgebung des Brenners zu erfassen, um die Korrektur der Soll-Wert-Kurve durchzuführen.
Bei Abweichung vom Referenzdruck führt diese Korrektur zu einer neuen Zuordnung des maximalen Differenzdruckes Δp_max und der Geräteleistung. Dies führt zu einer geänderten Drehzahl-Soll-Kennlinie für das Gebläse des Brenners. Bei höheren barometrischen Drücken muß dabei die Drehzahl abgesenkt werden und bei niedrigeren barometrischen Drücken erhöht werden.
Dabei kann weiter auch der untere Modulationsgrad sowie jede Teillasteinstellung vom barometrischen Druck unabhängig gemacht werden, wobei der den Differenzdruck erfassende Sensor im unteren Bereich ein Unterschreiten der für die jeweilige Gas-Luft-Verbund-Regelarmatur vorgesehenen minimalen Führungsgröße verhindert. Durch die Erfassung des Istwertes des Differenzdruckes ist es möglich, auf alle Veränderungen von Umgebungsbedingungen, sowie auf unterschiedliche Installationsgegebenheiten so zu reagieren, daß praktisch keine Verminderung der Geräteleistung und auch keine Überlastung entsteht.
Außerdem ist es auch möglich, mit Hilfe der Erfassung des Differenzdruckes und der in der vorgesehenen Kennlinie festgelegten Endpunkte beziehungsweise deren datenmäßige Verarbeitung, eine Leistungsanpassung unterschiedlicher Gasqualitäten vorzunehmen, so daß niedrigkalorische Gase nicht zu Leistungseinbußen führen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in einem mehrteiligen Gehäuse, das vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, zwei auf einer Platine angeordnete, vorzugsweise piezoresistive Druckmeßzellen angeordnet sind, wobei die eine Druckmeßzelle in eine vom barometrischen Luftdruck, zumindest zeitweise, beaufschlagten Kammer des Gehäuses hineinragt und die zweite Druckmeßzelle von einem vom Differenzdruck p gesteuerten Stößel beaufschlagt ist.
Auf diese Weise ergibt sich ein in konstruktiver Hinsicht sehr einfacher Aufbau. Dabei erfaßt die eine Druckmeßzelle, die der im Stillstand mit barometrischem Luftdruck beaufschlagten Kammer zugeordnet ist, den barometrischen Druck des Brenners, wogegen während der Betriebszeiten des Brenners diese Kammer von an einer Seite der Luftblende abgenommenem Druck beaufschlagt ist. Die entsprechende Unterscheidung des jeweiligen Betriebszustandes des Brenners kann durch eine Auswerteschaltung durchgeführt werden, wobei nur die während der Stillstandszeiten einlangenden Signale dieser Druckmeßzelle zur Adaptierung der Kennlinie verwendet wird.
Weiter kann vorgesehen sein, daß der Stößel mit einen vom Differenzdruck gesteuerten Hebel verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform kann eine ständige Erfassung des barometrischen Drucks vorgesehen sein, wobei der Hebel in beliebiger Weise vom Differenzdruck an der Luftblende beaufschlagt sein kann, zum Beispiel über eine vom Differenzdruck beaufschlagte Membrane.
Nach einer anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in einem mehrteiligen Gehäuse zwei von einer Membrane getrennte Kammern angeordnet sind, in deren einer ein Biegebalken, vorzugsweise ein keramischer Biegebalken, angeordnet ist, auf den die Membrane einwirkt, wobei die beiden Kammern von den zu beiden Seiten der Luftblende abgenommenen Drücken beaufschlagt sind und für die Erfassung des barometrischen Luftdruckes auf dem Biegebalken ein Chip mit Siliziummembrane und eine Auswerteelektronik mit einer Temperaturkompensation angeordnet ist.
Bei dieser Lösung wird der Biegebalken in Abhängigkeit vom an der Luftblende abgenommenen Differenzdruck mehr oder weniger ausgelenkt, womit die Differenzdruckerfassung vorgenommen wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 bis 3 Schnitte verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensoreinrichtungen.
Bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 ist ein mehrteiliges Gehäuse 2 vorgesehen, in dem eine Platine 1 gehalten ist, auf der zwei Druckmeßzellen 7 und 8 samt einer entsprechenden Auswerteelektronik, die über eine Temperaturkompensation verfügt, angeordnet sind. Von dieser Platine 1 führen Ausleitungen 11, 12 zu einem Anschlußstecker 6.
Die Druckmeßzelle 8 befindet sich in einer Kammer 18 und die Druckmeßzelle 7 in einer Kammer 19, die durch eine Membrane 3 von einer Kammer 20 getrennt ist. Dabei sind die beiden Kammern 19, 20 über die Meßstutzen 5, 5a mit den zu beiden Seiten einer Luftblende (nicht dargestellt) abgenommenen Drücken beaufschlagt.
In der Membrane 3 ist ein Stößel 13 gehalten, der auf die Druckmeßzelle 7 einwirkt, wenn sich der Brenner im Betriebszustand befindet und daher ein entsprechender Differenzdruck an der Luftblende auftritt. Dabei ist die Membrane 3 durch die Feder 4 belastet.
Die Kammer 18 ist mit der Kammer 19 verbunden. Bei Stillstand des Brenners wirkt daher der barometrische Druck auf alle drei Kammern 18, 19, 20 ein. Dabei erfaßt die Druckmeßzelle 8 den barometrischen Druck, wobei das Signal der Druckmeßzelle 8 durch die Auswerteschaltung während der Betriebszeiten des Brenners unterdrückt wird.
Die Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich von jener nach der 1 dadurch, daß der Stößel 13 an einem He bel 9 gehalten ist, der in nicht dargestellter Weise vom Differenzdruck an der Luftblende gesteuert ist. Die Kammer 18 ist dabei ebenfalls mit einer Druckabnahme an der Luftblende über den Meßstutzen 5a verbunden. Während der Stillstandszeiten des Brenners wird daher die Kammer 18 vom barometrischen Druck beaufschlagt. Ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform nach der 1 liegt darin, daß die Kammer 19 nicht durch eine Membrane unterteilt ist, wie dies nach der Ausführungsform nach der 1 der Fall ist.
Bei der Ausführungsform nach der 3 sind in einem mehrteiligen Gehäuse 2 zwei von einer Membrane 3 getrennte Kammern 18, 19 angeordnet, die über die Meßstutzen 5, 5a mit den Druckabnahmestellen an der nicht dargestellten Luftblende verbunden sind.
In der Kammer 18 ist ein keramischer Biegebalken 14 angeordnet, der über den Stößel 13 von der Membrane 3 auslenkbar ist. An diesem Biegebalken 14 ist weiter eine Auswerteelektronik 15 angeordnet, die über eine Temperaturkompensation verfügt. Diese Auswerteelektronik 15 ist mit einem Anschlußstecker 6 verbunden.
In der Kammer 18 ist ein Anschlag 16 angeordnet, der den Bewegungsweg beziehungsweise die Auslenkung des Biegebalkens 14 begrenzt.
Weiterhin befindet sich eine Druckmeßzelle auf dem Balken, deren Signal bei Brennerstillstand als Barometerstand ausgewertet wird.

Claims

Sensoreinrichtung zur Versorgung einer Regeleinrichtung für brennerbeheizte Geräte, insbesondere solchen mit einer Gas-Luft-Verbund-Regelarmatur mit einem, einem an einer Luftblende abgenommenem Differenzdruck entsprechenden Signal, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gemeinsamen Gehäuse (2) ein den Differenzdruck Δp an der Luftblende erfassender Sensor (7) und ein den barometrischen Druck p₀, zumindest im Ruhezustand des Brenners, erfassender Sensor (8) angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mehrteiligen Gehäuse (2), das vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, zwei auf einer Platine (1) angeordnete, vorzugsweise piezoresistive Druckmeßzellen (7, 8) angeordnet sind, wobei die eine Druckmeßzelle (8) in eine vom barometrischen Luftdruck zumindest zeitweise be aufschlagten Kammer (18) des Gehäuses (2) hineinragt und die zweite Druckmeßzelle (7) von einem vom Differenzdruck Δp gesteuerten Stößel (13) beaufschlagt ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (13) an einer Membrane (3) angeordnet ist, die zwei Kammern (19, 20) des Gehäuses (2) voneinander trennt, wobei diese Kammern (19, 20) von den an der Luftblende herrschenden Drücken beaufschlagt sind, wobei eine dieser beiden Kammern (19) mit der die den barometrischen Luftdruck erfassenden Druckmeßzelle (8) aufnehmenden Kammer (18) verbunden ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (13) mit einem vom Differenzdruck gesteuerten Hebel (9) verbunden ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mehrteiligen Gehäuse (2) zwei von einer Membrane (3) getrennte Kammern (18, 19) angeordnet sind, in deren eine ein Biegebalken (14), vorzugsweise ein keramischer Biegebalken, angeordnet ist, auf den die Membrane (3) einwirkt, wobei die beiden Kammern (18, 19) von den zu beiden Seiten der Luftblende abgenommenen Drücken beaufschlagt sind und für die Erfassung des barometrischen Luftdruckes auf dem Biegebalken (14) eine Druckmeßzelle inkl. einer Auswerteelektronik (15) mit einer Temperaturkompensation angeordnet ist.