DE69219215T2

DE69219215T2 - Anordnung einer Flammenelektrode und Kompensationsschaltung und Regelungsverfahren dazu

Info

Publication number: DE69219215T2
Application number: DE69219215T
Authority: DE
Inventors: Soo Young Cha
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2012-06-27
Also published as: KR950005093B1; EP0728991A3; EP0520507B1; EP0520507A2; KR950006166B1; JPH05280734A; EP0728991A2; DE69227642D1; US5300836A; KR930000885A; DE69219215D1; EP0728991B1; JP2558204B2; EP0520507A3

Description

Der Erfindung zugrundeliegender allgemeiner Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Flammenelektrodenaufbau, eine Kompensationsschaltung zum Unterstützen eines zuverlässigen Betriebs des Flammenelektrodenaufbaus und ein Steuerverfahren dazu.

Stand der Technik

Meistens haben ein kundenspezifisches Heizgerät oder ein Heizgerät und eine Verbrennungsvorrichtung fossile Brennstoffe verwendet, um eine Anzahl an Kalorien, die während des Heizens erzeugt werden, basierend auf einer Flamnenerfassung zu steuern, bei dem eine Flammenerfassung ein metallisches Material erfordert, das relativ großer Hitze standhalten kann. Der Flammenelektrodenaufbau wird, mit anderen Worten, in der Form einer Metallelektrode als ein Sensor zum Erfassen der erzeugten Wärmemenge, der Sauerstoffkonzentration, des Heizens und Nicht-Heizens bezüglich des Flammenzustandes der fossilen Brennstoffe, wie Petroleum, angefertigt. Die Flammenelektrode erfaßt einen Flammenstrom einer festgelegten Spannung, die beim Verbrennen der fossilen Brennstoffe erzeugt wird, so daß ihre Ersatzschaltung in einem Modellmuster entwickelt werden kann.
Während der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird er Flammenstrom auf der Flammenelektrode in Abhängigkeit der Verbindung des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs, zuerst in einen lonenstrom geringer Höhe umgewandelt. Deshalb kann, wie in Figur 1 gezeigt, die Flammenelektrode als eine ideale Diode betrachtet werden, weil ihr Ionenstrom in eine Richtung fließt oder in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Dann wird der Unterschied Ri des Flammenwiderstandes erzeugt, der von der Wärmemenge abhängt, die während des Heizens erzeugt wird. Die Drift der Ladungskomponenten (bezüglich des Zeitverlaufs) bringt die Flammenelektrode dazu, in Abhängigkeit des Heizzustands eine kleine Menge elektrostatischer Kapazität Ci aufzuweisen. Auch weist die Flammenelektrode wegen des Verluststromes, der durch ihre Strukturfaktoren und die Verbrennungsbedingung erzeugt wird, einen Widerstandswert RL auf.
Die Kennlinie der Spannung gegenüber dem Strom der Flammenelektrode wird in Fig. 2 verdeutlicht. Die Durchlaßkennlinie des Gleichstroms (D.C.) stellt den Vektorwert des Verlustromwertes RL zum Flammenwiderstandswert pro Stunde dar. Der Flammenwiderstand Ri ist der Gesamtwärmemenge Ro (bezogen auf die Temperatur und die Zeit) proportional und der Verluststromwiderstand RL ist dem Wert von R (dem Strukturfaktor der Flammenelektrode) proportional, wobei das Quadrat des Flammenwiderstandes Ri multipliziert wird.
Die elektrische Wechselstromkennlinie (A.C.-Kennlinie) der Flammenelektrode wird in Fig. 3 gezeigt. Das heißt, das Verhältnis des elektrischen Wechselstroms zu dem Flammenstrom ändert sich mit einer Änderung der Wärme in Abhängigkeit der absorbierten Wärmemenge, die durch die Kombinationsrate in Abhängigkeit der Bedingung des Verbrennungsverhältnisses bestimmt wird. Die kapazitive Last C ist über eine inverse Exponentialfunktion von der zusätzlichen Wärmemenge abhängig. Sie stellt die Gleichung Ci Co(w) dar, worin w der Verbrennungsverhältniszustandsfaktor ist.
Die Flammenelektrode wird aus metallischem Material angefertigt und dient als ein Leiter (Medium) der Wärme, die durch die Verbrennungsflamme erzeugt wird, aber sie weist einen Leitfähigkeitskennwert auf, der sich in Abhängigkeit der abgelaufenen Zeit und dem Temperaturanstieg verschlechtert. Sie weist des weiteren ein Problem mit der Zuverlässigkeit der äußere Störung (der Petroleumqualität und der Effizienzverringerung der gesamten Verbrennung bei einem festgelegten Verbrennungsverhältniszustand) und elektrische Probleme ihres zugehörigen Schaltkreises auf, die zur Verschlechterung der Leitfähigkeit führen, die dadurch schließlich den Verlust der Funktion eines Leitfähigkeitsmediums, wie in Fig. 4 gezeigt, hervorruft.
Die metallische Flammenelektrode vergrößert, wie in Fig. 5 gezeigt, aufgrund des Temperaturanstiegs auch ihren Flammenwiderstand Ri mehr und mehr, weil ihr Leitfähigkeitskennwert den elastischen Zusammenstoß freier Elektronen beschleunigt.
Zusätzlich fließt der Ionenstrom, der aus dem Flammenstrom umgewandelt wurde, entlang der Hautoberfläche der Flammenelektrode. Die Ladungsmenge verringert sich in Abhängigkeit der abgelaufenen Zeit und je kleiner die Wärmemenge ist, desto mehr verschlechtert sich, wie in Fig. 6 verdeutlicht, der elektrische Wechselstromkennwert des Oberflächenstrons relativ zu der zusätzlichen Wärmemenge.
Als ein Ergebnis befindet sich die Metallflammenelektrode unter relativ großen, äußeren Einflüssen, einschließlich der aufgenommenen Kalorien, der Zeit und der Temperatur, so daß ihr elektrischer Kennwert plötzlich geändert wird. Es ist ersichtlich, daß die metallische Flammenelektrode als ein(e) Leitfähigkeitsmedium oder -einrichtung hinsichtlich des zugehörigen Schaltkreises nicht ideal ist.
Die elektrische Ladungsmenge QF stellt sich wie folgt dar:
QF > αQC, α ≤ 1
worin QF: eine Menge der elektrischen Ladung, die durch den Flammenstrom erzeugt wird,
QC: eine Menge der elektrischen Ladung, die dem elektrischen Netzwerk durch die Flammenelektrode zugeführt wird, und
α: die Leitfähigkeit der Flammenelektrode ist (abhängig von dem Temperaturkennwert und der zugeführten Menge elektrischer Ladungen QF)
Auf der anderen Seite wird der Widerstandswert der metallischen Flammenelektrode in dem nichtleitenden Bereich basierend auf der Zeitkennlinienkurve plötzlich vergrößert, wobei der in Fig. 4 gezeigte elektrische Verlust hervorgerufen wird. Der Flammenwiderstand Ri hängt relativ zur abgelaufenen Zeit der metallischen Flammenelektrode von der Brennstoffqualität ab, aber die Zunahme des Flammenwiderstandes sollte nur innerhalb des Umfangs des Leitfähigkeitbereiches eingeführt werden Vorausgesetzt, daß die Oberflächenstromkomponente eine maximale elektrische Ladung aufweist, tritt benachbart an die Hautoberfläche der Flammenelektrode zu diesem Zeitpunkt die Verbrennung von Kohlenstoffmaterial auf, wobei sich eine Kohlenstoffbeschichtung darauf ausbildet und die Kohlenstoffbeschichtung als ein Widerstand wirkt, der den Flammenwiderstand Ri unendlich vergrößert. Entsprechend wird bemerkt, daß die Flammenelektrode sich durch Verwendung von Materialien, die nicht Objekt der äußere Einflüsse wie der Wärmemenge, der Zeit und der Temperatur usw. sind, auffallend verbessert werden kann.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flammenelektrodenaufbau vorzusehen, um einen Strom daran zu hindern, an der Hautoberfläche erzeugt zu werden, um den Verlust aufgrund der Veränderlichkeit ihrer strukturellen Innenimpedanz davon zu reduzieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flammenelektrodenaufbau vorzusehen, der eine verbesserte Leitfähigkeit und einen Temperaturkennwert, der durch den Flammenwiderstand beeinflußt wird, aufweist, um ihren Oberflächenstrom zu reduzieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Flammenelektrodenaufbau vorzusehen, der als ein Sensor wirkt, der einen innere Kennwert hoher Impedanz aufweist, die durch die abgelaufene Zeit und äußere Störungen minimal beeinflußt wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Kompensationsschaltung zum Verbessern der Funktion des Flammenelektrodenaufbaus durch Anlegen einer Wechselstromvorspannung an eine Gleichstromvorspannung vorzusehen, welche wegen der Erzeugungsfaktor des Oberflächenstromes aufgrund der Innenimpedanz der Flammenelektrode ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der Kompensationsschaltung zum Anlegen der Wechselstromvorspannung an einen Flammenelektrodenaufbau vorzusehen.
Diese Aufgaben werden durch die unabhängigen Ansprüche 1, 2, 5, 6 beziehungsweise 7 gelöst. Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Es ist besonders vorteilhaft, das Metall-Halbleiter- Material aus einer Ferrit-Zusammensetzung (Anspruch 3) oder einem Materialaufbau, der eine hohe Innenimpedanz aufweist (Anspruch 4), anzufertigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine elektrische Ersatzschaltung einer metallischen Flammenelektrode in einem Brenner ist, in dem fossile Brennstoffe verwendet werden;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das eine elektrische Kennlinie in Abhängigkeit der Gleichstromvorspannung der metallischen Flammenelektrode verdeutlicht;
Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine elektrische Kennlinie in Abhängigkeit der Wechselstromvorspannung der metallischen Flammenelektrode verdeutlicht;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das den Innenwiderstandswert der metallischen Flammenelektrode in Abhängigkeit der abgelaufenen Zeit verdeutlicht;
Fig. 5 ein Diagramm ist, das den Innenwiderstand der metallischen Flammenelektrode in Abhängigkeit des Temperaturanstiegs verdeutlicht;
Fig. 6 ein Diagramm ist, das einen elektrischen Kennwert in Abhängigkeit der zusätzlichen Wärmemenge, die mit dem Ein-Wechselstrom verbunden ist, verdeutlicht;
Fig. 7 ein Diagramm der Leitfähigkeit gegen die Temperatur ist, die einen elektrischen Kennwert eines metallischen Flammenelektrodenaufbaus verdeutlicht, die so konstruiert ist, daß sie in Abhängigkeit der vorliegenden Erfindung ein metallisches und ein Halbleitermaterial aufweist;
Fig. 8 eine Ansicht ist, die den Fluß des Driftstromes verdeutlicht, der mit dem elektrischen Feld und der Richtung des metallischen Flammenelektrodenaufbaus in Abhängigkeit der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
Fig. 9 eine Ansicht einer Ersatzschaltung einer metallischen Flammenelektrode ist, die den elektrischen Kennwert des metallischen Flammenelektrodenaufbaus während des Erfassens der Flamme verdeutlicht;
Fig. 10 eine Ansicht ist, die ein Beispiel für das Entfernen einer geringen Frequenz und einer hohen Impedanz verdeutlicht, während die Innenimpedanz des metallischen Flammenelektrodenaufbaus variiert wird;
Fig. 11 eine Prinzipskizze ist, die das Konzept des Anlegens der Wechselstromvorspannung an die Gleichstromvorspannung verdeutlicht, das in dem metallischen Flammenelektrodenaufbau in Abhängigkeit dem Prinzip der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 12 ein Blockdiagramm ist, das eine Kompensationsschaltung zum Verbessern des elektrischen Kennwerts des Flammenelektrodenaufbaus gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht;
Fig. 13 ein Fließdiagramm ist, das ein Verfahren zum Steuern der Kompensationsschaltung in Abhängigkeit dem Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht;
Fig. 14 eine Wellenformansicht ist, die eine gesteuerte Konstantspannungswelle A, eine Anregungsfrequenzwelle B und deren Kombinationswelle C verdeutlicht.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wenn der metallische Flammenelektrodenaufbau imstande ist, die Erzeugung des Flammenstroms zu erleichtern, eine Heizwiderstandseigenschaft aufzuweisen und den Oberflächenstrom zu vermindern, kann angenommen werden, daß er ein idealer Flammensensor ist. Mit anderen Worten, das Material, das die Verminderung des Oberflächenstroms und die Verbesserung des Leitfähigkeits- und des Temperaturkennwerts bewirkt, die den Flammenwiderstand Ri betreffen, bewirkt, um die in Fig. 4 und 5 offenbarten Unzulänglichkeiten zu beseitigen , ist ein Halbleiter. Halbleiter sind als ein Leitfähigkeitsmedium bekannt, das ausgezeichnete Kennwerte der Leitfähigkeit und der Heizwiderstandeigenschaft aufweist.
Deshalb kann ein idealer Flammensensor in der Praxis vorhanden sein, wenn die Mängel der metallischen Flammenelektrode beseitigt werden und die Vorteile eines Halbleitermaterials an die metallische Flammenelektrode angepaßt werden. Um den idealen Flammensensor zu verwirklichen, kann der Flammenelektrodenaufbau aus der Kombination eines Metalls und eines Halbleiters angefertigt werden.
Das Halbleitermaterial wird erhitzt, um seine Temperatur zu erhöhen, so daß die inneren Elektronen von einem gebundenen Energieniveau angeregt werden, um freie Elektronen zu werden. Als ein Ergebnis wird die Flammenkomponente wegen der negativen Ladung negativer Ionen geladen, so daß sich die Elektronen der metallischen Flammenelektrode mit den positiven Löchern des Halbleitermaterials verbinden, um als Ladungskomponenten zu dienen und um in Abhängigkeit der Heiztemperatur eine entsprechende Stromdrift zu unterstützen. Dieser Effekt bewirkt, daß durch das Anheben der Temperatur die Ladungskomponenten des Halbleitermaterials die Oberflächenstromverringerung von negativen Ionen, die beim Altern erzeugt werden, kompensiert wird.
Deshalb stellt sich der Ladungsfluß wie folgt dar:
Ju = n(Ec - µ + 3/2 KBT) (-µe)E
Wobei Ju: Ladungsfluß
n: die Anzahl der Halbleiteratome
Ec: Energieniveau (Leitfähigkeitsband)
KB: Boltzrnannkonstante
T: absolute Temperatur
-µe: Elektronenbeweglichkeit
E: Stärke des angelegten elektrischen Driftfeldes
Wie in Fig. 7 gezeigt, stellt die Leitfähigkeit des negativen lons einen Zustand dar, bei dem der Gradient in einem nicht-leitendem Bereich bei hoher Temperatur geringfügig kleiner ist als der im Gebrauchsbereich bzw. Einsatzbereich ist.
Fig. 8 verdeutlicht eine Flammenelektrode einschließlich eines Querschnitteils A und eines seitlichen Bereiches B. Die Flammenelektrode wird mit einer festgelegten Dicke von einem Halbleitermaterial umhüllt. Die elektrische Feldstärke E ist in der Mitte des Querschnitteils A Null und die elektrische Querschnittsfeldstärke E ist einer Länge 1 umgekehrt proportional und dem Differenzwert, der durch Subtrahieren der Endspannung V&sub2; von der anfänglichen Spannung V&sub1; erhalten wird, proportional.
E (V&sub1; - V&sub2;)/l
An dieser Stelle können die Metallelektronen mit den positiven Löchern des Halbleitermaterials kombinieren.
Durch das Ausbilden der elektrischen Driftfeldstärke erhöht das Halbleitermaterial nicht nur die innere Beweglichkeit des Halbleitermaterials bezüglich der negativen Ionen, sondern leitet aufgrund des Effekts (Ju = 3/2 KT), der entsprechend dem Temperaturanstieg durch dessen Ladungsfluß erhalten wird, auch den Driftstrom. Zu diesem Zeitpunkt kompensieren die Driftstromkomponenten die Reduktion des Oberflächenstroms, der beim Altern des Verbrennungsflammenoberflächenwiderstandes einer auftritt. Es wird angenommen, daß es die Leitfähigkeit der Flammenelektrode als Ganzes nicht beeinflußt. Folglich trägt das Halbleitermaterial dazu bei, den Leitfähigkeitsstrom herauszuholen.
Auf der anderen Seite verursacht eine Fluid-(Luft-) Schwingung der Flammenelektrode, die durch eine Verbrennungsflamme bewirkt wird, die Ladungsschwankung, so daß die Leitfähigkeit des Mediums, das die Flammenelektrode bildet, reduziert wird, wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, eine zusätzliche Wärmemenge gering ist. Die Ersatzschaltung dieser Flammenelektrode während der Verbrennung ist in Fig. 9 dargestellt. Hierin ist die Gleichstromrichtung die gleiche wie die in Fig. 1. Wie dies in der Wechselstromkennlinie in Fig. 2 verdeutlicht ist, weist jedoch die Flammenelektrode gegenüber einem Strom Ii, eine Schwierigkeit beim Verarbeiten eines elektrischen Signals, wie z. B. von einer regulierten Konstantspannungsquelle, auf, weil ihre Innenimpedanz relativ groß und variabel ist.
Sie wird durch die folgende Gleichung dargestellt.
Zi (Wärmemenge) = VFR/Ji
Zi(W) = VFR(W)/Ji(W)
Worin VFR: Spannung der Flammenelektrode
Ji: Strom der Flammenelektrode
W: Wärmeänderung (bzw. Kaloneänderung)
Folglich wirkt der Flammenwiderstand Ri, wie in Fig. 9 gezeigt, bei niedrigen Frequenzen als eine Innenimpedanz. Demgemäß benötigt die Flammenelektrode wegen der Veränderlichkeit des Widerstandswertes eine zugehörige Vorspannungs-/Anregungsschaltung&sub1; um ein größeres Signal zu übertragen. Das Verfahren zum Verarbeiten des Niedrigfrequenzsignals ist in Fig. 10 verdeutlicht. Bei Fig. 10 wird bemerkt, daß das Niedrigfrequenzband (zwischen WE und WB) zu der Referenzfrequenz hw hinzuaddiert und dann entfernt wird.
Zum Beispiel: Q'FR = QFR * hw.
Auch tritt die Innenimpedanz hauptsächlich wegen des Oberflächenwiderstandes auf. Deshalb kann der Impedanzwert Zi durch geeignetes Anlegen der Wechselstromvorspannung an eine Gleichstromvorspannungsschaltung ohne Reduzieren der Kapazitätskomponente Ci, die durch den Fluß des Oberflächenstroms erzeugt wird, verringert werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt wird.
Zum Beispiel: Zi = 1 / WCi.
Deshalb ist die Bedingung für den Entwurf der Vorspannungsschaltung wie folgt:
Wie in Fig. 11 verdeutlicht, sollte der Stromverlust an der Hautoberfläche vermieden werden.
Zum Beispiel: ZA = ZB + Zc
ZA(W) = ZB(W) + Zc(W)
Wobei ZA: Innenimpedanz der Anregungsschaltung
ZB: Spannung der Verbrennungsflamme + Impedanz Z der Leitfähigkeitsspannung des Flammenelektrodenmediums
Zc: Impedanz Z der Schaltung C
Entsprechend ist es nötig, die maximale Wechselstromvorspannung an Schaltung C anzulegen, um den Impedanzwert von ZA zu minimieren.
Wie oben beschrieben wirkt die Flammenelektrode, ein sogenannter Flammensensor, wenn sie auf dem Flammenelektrodenaufbau und der beigeordneten Schaltung basiert, während des Betriebs als eine veränderliche Signalquelle, so daß ihr Leitfähigkeitsverlust reduziert werden kann und sie die zugehörigen&sub1; elektrischen Signale in Abhängigkeit der fraktionierten Flammenzustände verarbeitet.
Wie in Fig. 8 gezeigt, erzeugt ein Flammenelektrodenaufbau 100 einen Driftstrom, um als ein Leiter die innere Elektronenbeweglichkeit zu erhöhen, wobei der Oberflächenstrom reduziert und die Quantität des Driftstroms entsprechend einem Temperaturanstieg erhöht wird. Der Temperaturanstieg erhöht den Ladungsfluß Ju um etwa 3/2 KT.
Der Flammenelektrodenaufbau der vorliegenden Erfindung wird durch eine von zwei Methoden gefertigt.
Eine Methode ist es, eine Halbleiterzusammensetzung herzustellen, die eine micro-partikuläre, magnetische Substanz aufweist. Zum Beispiel wird eine Eisen- Halbleiterlegierung unter Verwendung eines Feinstpulvers aus Silizium und Germanium als Halbleiter sowie Eisen und Nickel als ein Metallpulver hergestellt. Zum Beispiel wird die typische Siliziumlegierung so ausgebildet, daß das Siliziumpulver von 3-5 % Anteil am Gewicht mit dem Metallpulver gesintert wird, in die Mikroteilchen zerdrückt wird, mit dem festgelegten Klebemittel, wie z.B. einem elastischen Klebemittel, geschmolzen wird, abgekühlt und bei hohem Druck gepreßt/geformt wird.
Vorzugsweise ist das Metall-Halbleiter-Material eine Ferrit-Zusammensetzung und vorzugsweise weist das Metall- Halbleiter-Material eine hohe Innenimpedanz auf.
Der Flammenelektrodenaufbau wird elektrisch an eine Hochfrequenzanwendung angepaßt, wie der Hüllenaufbau eines Beschichtungstyps auf der Flammenelektrode, wie unten beschrieben, so daß er aufgrund des Ansteigens des elektrischen Widerstands verbesserte elektrische Kennwerte aufweist, wie z.B. die Leitfähigkeit im Hochtemperaturzustand, insbesondere einen geringen Kernverlust, eine hohe Permeabilität und einen geringen Wirbelstromverlust.
Der andere Flammenelektrodenaufbau wird durch Beschichten der metallischen Flammenelektrode mit dem Halbleitermaterial mit einer festgelegten Dicke hergestellt. Hierin bildet das Metall- Halbleiterübergangsteil den Bereich geringen Widerstands eines Gleichrichterübergangs. Deshalb kann dieses Übergangsteil als eine Hochfrequenzdiode benutzt werden.
Unterdessen sieht diese Halbleiter(Dielektrizitätssubstanz-) Oberfläche eine elektrische Leiterbahn parallel zu dem Volumenteil der metallischen Flammenelektrode vor, bei der die elektrische Leitung durch den Oberflächenwiderstandswert gekennzeichnet wird.
Die dielektrische Substanz des Siliziums bewirkt die elektrische Oberflächenleitung in einer feuchten Umgebung. Zu diesem Zeitpunkt kann die dielektrische Substanz, wenn sie als ein Flammensensor verwendet wird, nicht die Ladung, die auf der Hautoberfläche driftet, erzeugen, wodurch die Leitfähigkeitsfunktion verloren geht.
Zusätzlich wird bei einer hohen Frequenz der Strom angrenzend an die Hautoberfläche des Leiters oder des Flammenelektrodenaufbaus induziert, bei dem die Hauttiefe so definiert ist, daß sich bei dieser Stromdichte auf der Hautoberfläche um 1/e reduziert, und der Hautwiderstand Rs der Gleichstromwiderstandswert des Leiters ist, der die Dicke der Hauttiefe aufweist.
Der Oberflächen-(Haut-)widerstand ist wie folgt:
Rs = p / δ = 1 / δ
wobei p = elektrischer Widerstand (Ω-m)
δ = Dicke (m)
= elektrische Leitfähigkeit ( /m)
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Kompensationsschaltung in Abhängigkeit dem Prinzip der vorliegenden Erfindung.
Die Kompensationsschaltung 10 ist mit einem Mikroprozessor 20 vorgesehen, um die Anregungsfrequenz bezüglich des Flammenelektrodenaufbaus, der ein Flammensensor ist, zu erzeugen. Mit anderen Worten, der Flammenelektrodenaufbau 100 ist mit seinem einen Ende mit einem Mischer 24 verbunden, der Eingabesignale von einer Schaltung 22 zum Erzeugen einer Referenzspannung und einer Schaltung 26 zum Erzeugen eines Anregungssignals erhält.
Die Schaltung 22 zum Erzeugen einer Referenzspannung wird als eine gesteuerte Schaltung mit konstanter Spannung ausgebildet, um eine Gleichstromvorspannung an den Flammenelektrodenaufbau 100 anzulegen, wobei die Gleichstromvorspannung das Signal einer in Fig. 14 gezeigten Wellenform A ist.
Die Schaltung 26 zum Erzeugen eines Anregungsfrequenzsignals erzeugt das Anregungssignal einer Wechselstromkomponente mit einer festgelegten Frequenz die durch den Mikroprozessor 20 eingestellt wird. Das Anregungssignal erscheint in Fig. 14 als Wellenform B, wobei eine Spannung Vm oder Vex(t) wie folgt dargestellt wird:
Vex(t) = Vm sin(wt + Φ).
Demgemäß erzeugt der Mischer 24 das Signal des Frequenzbandes zum Verbessern des elektrischen Kennwerts des Flammenelektrodenaufbaus 100, bei dem das Signal eine Wellenform C aufweist, in dem die Wellenform A zu der Wellenform B addiert wird, die die Wechselstromkomponente wie folgt darstellt:
Vc = Vref + Vm sin(wt + Φ)
Zusätzlich zum Empfangen des Signals von dem Mischer 24 erfaßt der Flammenelektrodenaufbau 100 den Flammenzustand und erzeugt dann in Abhängigkeit des mittleren Materials des Flammenelektrodenaufbaus 100 die Flammenerfassungsspannung. Das von der Flamme erfaßte Signal wird in eine Schaltung 28 zum Erfassen eines Flammensignals und eine Schaltung 34 zum Trennen einer Anregungsfrequenz eingegeben.
Die Schaltung 28 zum Erfassen des Flammensignals faltet (hebt) das von einer Flamme erfaßte Signal auf eine Spannung in Abhängigkeit der Frequenz und der zusätzlichen Wärmemenge Hierin wird die Spannung wie folgt dargestellt:
VD = Vref + Vm sin(wt + Φ) * VFR.
Das gefaltete Flammenerfassungssignal wird an einen Tiefpaßfilter 30 angelegt. Das Tiefpaßfilter 30 erhält mittels eines Abschwächers 38, der über einen Spannungsfrequenzumwandler 36 mit dem dritten Analog/Digital- (A/D-)Wandleranschluß P&sub3; verbunden ist, nur das Flammenerfassungssignal VFR, weil der Abschwächer 38 das Signal von der Schaltung 28 zum Erfassen des Flammensignals zu einem Spannungssignal der Wechselstromkomponente zwingt, wobei die Wellenform A zu der Wellenform B hinzugefügt wird, damit die Anregungssignalkomponente von der Schaltung 28 zum Erfassen des Flammensignals entfernt wird. Hierin wird das Spannungssignal wie folgt dargestellt:
VE = VD - VB.
Demgemäß führt der Tiefpaßfilter 30 nur die Frequenzkomponente des tatsächlichen Flammenerfassungssignals der Schaltung 32 zum Formen der Wellenform zu. Das heißt, das Flammenerfassungssignal wird wie folgt dargestellt:
VF = VFR = VE.
Die Schaltung 32 zum Formen der Wellenform legt das festgelegte, rechtwinklige Wellensignal an den ersten A/D-Wandleranschluß P&sub1; des Mikroprozessors 20 an. Zur gleichen Zeit wird das Signal von dem Flammenelektrodenaufbau 100 an die Schaltung 34 zum Trennen einer Anregungsfrequenz angelegt. Die Schaltung zum Trennen einer Anregungsfrequenz entfernt die Anregungsfrequenz, wandelt sie in ein Frequenz- Spannungssignal um und legt dann dieses umgewandelte Signal an den zweiten A/D-Wandleranschluß P&sub2; des Mikroprozessors 20 an.
Der Mikroprozessor 20 steuert, wie in Fig. 13 gezeigt, die Kompensationsschaltung.
Fig. 13 betreffend erhält der Mikroprozessor 20 bei einem Schritt 40 die Signale von der Schaltung 34 zum Trennen einer Anregungsfrequenz und der Schaltung 32 zum Formen einer Wellenform. Der Schritt 40 geht zu einem Schritt 41 über, um zu beurteilen, ob die Eingabefrequenz- Spannungsdaten, die Frequenz-Spannungsdaten sind, die vorher in seinem RAM gespeichert wurden, oder nicht. Wenn sie gleich sind, geht der Schritt 41 zu einem Schritt 44 über, um das Anregungssignal in ein Spannungs-Frequenz- Signal umzuwandeln und gibt das umgewandelte Signal bei dem dritten A/D-Wandleranschluß P&sub3; an den Spannungsfrequenzumwandler 36 aus. Andernfalls rückt der Schritt 41 zu einem Schritt 42 vor, um zu beurteilen, ob das Flammenerfassungssignal VFR gleich der minimalen Spannung ist, die vorher in dem RAM des Mikroprozessors gespeichert wurde. Wenn nicht, rückt der Schritt 42 zu dem Schritt 44 vor, um das Flammenerfassungssignal in das Spannungs-Frequenz-Signal umzuwandeln und gibt das umgewandelte Signal bei dem dritten A/D-Wandleranschluß P&sub3; an den Spannungsfrequenzumwandler 36 aus. Wenn das Flammenerfassungssignal VFR gleich der minimalen Spannung ist, geht der Schritt 42 zu einem Schritt 43 über, um die vorher gesetzten RAM-Daten in die minimale Spannung umzuwandeln und geht dann zum Schritt 44 über.
Deshalb gibt der Mikroprozessor 20 in Abhängigkeit des Heizschritts des Flammenelektrodenaufbaus das Spannungs- Frequenz-Umwandlungssignal mit der festgelegten Anregungsfrequenz über den dritten A/D-Wandleranschluß P&sub3; an den Spannungsfrequenzumwandler 36 aus, wobei der Spannungsfrequenzumwandler 36 das Signal des Mikroprozessors 20 in das Spannungs-Frequenz-Signal umwandelt, und es der Schaltung 26 zum Erzeugen eines Anregungsfrequenzsignals zuführt.
Wie oben beschrieben liefert eine Kompensationsschaltung der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu dem Signal der Gleichstromkomponente den Strom der Wechselstromkomponente an einen Flammenelektrodenaufbau 100, so daß sie verhindert, daß der Fluß des Oberflächenstroms reduziert wird.

Claims

1. Flammenelektrodenaufbau gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, die ein Feinstpulver aus einem Silicium- und Gerrnanium-Halbleitermaterial und ein metallisches Feinstpulver aus Eisen und Nickel enthält, bei der das Halbleitermaterial 3 - 5 % seines Gewichtsanteil beträgt, mit dem Metallpulver gesintert wird, in Mikroteilchen zerdrückt wird, mit einem Klebemittel geschmolzen wird, abgekühlt und bei hohen Druck gepreßt/geformt wird.

2. Flammenelektrodenaufbau gekennzeichnet durch ein Halbleitermaterial, das mit einer festgelegten Dicke die Oberfläche eines metallischen Aufbaus bedeckt.

3. Flammenelektrodenaufbau gemäß Anspruch 1, bei dem das Metall-Halbleiter-Material eine Ferrit- Zusammensetzung ist.

4. Flammenelektrodenaufbau gemäß Anspruch 1, bei der der Metall-Halbleiter-Materialaufbau eine hohe Innenimpedanz aufweist.

5. Schaltung zum Kompensieren eines Oberflächenstroms an einem Flammenelektrodenaufbau durch Anlegen einer Wechselstromvorspannung an eine Gleichstromvorspannung eines Flammenelektrodenaufbaus, gekennzeichnet durch Mittel (22) zum Anlegen der Gleichstromvorspannung an einen Flammenelektrodenaufbau (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4;

Mittel (26) zum Erzeugen eines Anregungsfrequenzsignals, welches die Wechselstromvorspannung bezüglich des Flammenelektrodenaufbaus (100) ist;

Mittel (24) zum Mischen des Signals von den Gleichstromvorspannungsanlegemitteln (22) mit dem Signal von den Anregungsfrequenzerzeugungsmittteln (26) und zum Erzeugen eines Signals mit einem festgelegten Frequenzband;

Mittel (28) zum Empfangen des Signals vom Flammenelektrodenaufbau (100), um eine Flamme zu erfassen;

Mittel (38), um unter den Signalen von den Flammenerfassungsmitteln nur das Anregungssignal einzufangen;

Mittel (30) zum Filtern des Signals, von dem das Anregungssignal eingefangen wurde, um nur die eigentliche Erfassungsfrequenz des Flammensignals durchzulassen;

Mittel (32) zum Formen der Wellenform des gefilterten Signals, um es an einen ersten Analog-Digital- Wandleranschluß (P1) eines Mikroprozessors (20) auszugeben;

Mittel (34), die mit dem Flammenelektrodenaufbau (100) verbunden sind, um die Anregungsfrequenz zu trennen und um nur die Referenzfrequenz, die mit der Anregungsfrequenz übereinstimmt, in ein Spannungssignal umzuwandeln und um es an einen zweiten Analog-Digital-Wandleranschluß (P2) des Mikroprozessors (20) auszugeben; wobei der Mikroprozessor (20) die an seinen ersten und seinen zweiten Analog- Digital-Wandleranschluß (Pl, P2) empfangenen Signale verarbeitet und ein Kompensationssignal erzeugt; und

Mittel (36), um das Kompensationssignal vom Mikroprozessor (20) in ein spannungsabhängiges Frequenzsignal umzuwandeln und um dieses an die Anregungsfrequenzerzeugungsschaltung (26) anzulegen.

6. Verfahren zum Kompensieren eines Oberflächenstroms an einem Flammenelektrodenaufbau durch Anlegen einer Wechselstromvorspannung an eine Gleichstrornvorspannung eines Flammenelektrodenaufbaus, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Anlegen der Gleichstromvorspannung an einen Flammenelektrodenaufbau (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4;

Erzeugen eines Anregungsfrequenzsignals, welches bezüglich des Flammenelektrodenaufbaus (100) die Wechselstromvorspannung ist;

Mischen des Signals von einem Gleichstromvorspannungsanlegemittel (22) mit dem Signal von einem Anregungsfrequenzerzeugungsmittel (26) und Erzeugen eines Signals eines festgelegten Frequenzbandes;

Empfangen des Signals von dem Flammenelektrodenaufbau (100), um die Flamme zu erfassen;

Einfangen nur des Anregungssignals unter den Signalen von den Flammenerfassungsmitteln;

Filtern des Signals, von dem das Anregungssignal eingefangen wurde, um nur die eigentliche Erfassungsfrequenz vom Flammensignal durchzulassen;

Formen der Wellenform des gefilterten Signals, um es an einen ersten Analog-Digital-Wandleranschluß (P1) eines Mikroprozessors (20) auszugeben;

Trennen der Anregungsfrequenz und Umwandeln von nur der Referenzfrequenz, die mit der Anregungsfrequenz übereinstimmt, in ein Spannungssignal und Ausgeben dieses Signals an einen zweiten Analog-Digital-Wandleranschluß (P2) des Mikroprozessors (20); wobei der Mikroprozessor (20) die an seinem ersten und zweiten Analog-Digital- Wandleranschluß (P1, P2) empfangenen Signale verarbeitet und ein Kompensationssignal erzeugt; und

Umwandeln des Kompensationssignals vom Mikroprozessor (20) in ein spannungsabhängiges Frequenzsignal und Anlegen dieses Signals an eine Anregungsfrequenzerzeugungsschaltung (26).

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Feststellen (41), ob erste Daten von der eingegebenen Eingangsfrequenzspannung, die an dem ersten Analog-Digital- Wandleranschluß (P1) des Mikroprozessors angelegt werden, gleich sind mit zweiten Frequenz-Spannungs-Daten, die zuvor gespeichert wurden;

Feststellen (42), ob die Amplitude des Flammenerfassungssignals, das am zweiten Analog-Digital- Anschluß (P2) des Mikroprozessors angelegt wird, gleich ist mit einer erfaßten, unteren Spannung, die zuvor gespeichert wurde, wenn die erste Feststellung (41) nicht positiv war;

Erzeugen eines Anregungsfrequenzsignals (44), wenn die ersten Daten und die zweiten Daten gleich sind oder die Amplitude des Flammenerfassungssignal nicht gleich ist mit der unteren Spannung; und

Erzeugen eines Anregungsfrequenzsignals in Abhängigkeit einer Heizstufe des Flammenelektrodenaufbaus, wenn die ersten und die zweiten Daten nicht gleich sind und die Amplitude des Flammenerfassungssignals gleich der unteren Spannung sind.