EP0867660B1 - Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners - Google Patents

Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners Download PDF

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EP0867660B1
EP0867660B1 EP98104241A EP98104241A EP0867660B1 EP 0867660 B1 EP0867660 B1 EP 0867660B1 EP 98104241 A EP98104241 A EP 98104241A EP 98104241 A EP98104241 A EP 98104241A EP 0867660 B1 EP0867660 B1 EP 0867660B1
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sensor
amplifier circuit
voltage
resistor
flame
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Klaus Krieger
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means

Definitions

  • the invention is based on a device for monitoring a burner according to the preamble of the independent claim.
  • AU 510 294 B is a device for monitoring a Burner with a sensor for detecting a flame of the Brenners known that an amplifier circuit and a Has voltage source.
  • the sensor and the amplifier circuit are supplied by the voltage source, whereby as AC source is used.
  • the circuit part containing the sensor is via a complex voltage divider connected to the mains AC voltage.
  • the amplifier circuit is over one Protection resistor directly on the network.
  • EP 634 611 A1 Another device for monitoring a burner with a sensor for detecting a flame of the burner and with an amplifier circuit, to which the signal from the sensor is fed is known from EP 634 611 A1.
  • both the sensor and the amplifier circuit from one 24 volt AC power source supplied.
  • the sensor is over a capacitor and the amplifier circuit through a resistor connected to the AC voltage source.
  • the invention has for its object a simplified Circuit arrangement for monitoring the flame of a burner specify which is supplied with a mains AC voltage, however, without an internal supply of a DC voltage source gets along.
  • the object is achieved with the device according to the invention Monitor a burner according to the characteristic features of claim 1, wherein both the sensor and the amplifier circuit via a complex voltage divider connected to the voltage source and to the most complex Voltage dividers occurring AC are supplied. This eliminates the need to provide an internal one DC. In addition, using a complex voltage divider through targeted voltage increases achieved higher sensor currents. The sensitivity the sensor signal evaluation also improves.
  • An advantageous embodiment is, for example, that between voltage source and sensor as impedance an ohmic resistor and / or a capacitance is used are. With the help of the impedance, the desired one Set the amplitude of the supply voltage for the sensor.
  • FIG. 1 shows a block diagram
  • FIGS. 2 and 3 Circuit arrangements of exemplary embodiments.
  • a sensor 10 monitors a flame of a burner 12 is grounded. With the sensor 10 are parallel to each other switched first capacitance 24 and second resistor 26 electrically connected. Their shared potential is fed to an amplifier circuit 14. A second common potential of first capacitance 24 and second Resistor 26 forms a further input variable Amplifier circuit 14. The second common potential serves the amplifier circuit 14 as in a third Connection supplied supply. Over an impedance 20 is the second potential is connected to a first terminal L, which is supplied by a voltage source 16. A second Connection of the voltage source 16 is a second terminal N fed. Via a first resistor 18 Amplifier circuit 14 connected to the second terminal N.
  • the signal from sensor 10 is transmitted via a sixth and seventh resistors 44, 46 with a first common potential of the first capacitance 24, a first Zener diode 28, the second resistor 26 and a gate connection an amplifier 30 A connected.
  • On one second common potential are first capacitance 24, first zener diode 28, second resistor 26, source connection of the amplifier 30 A, second Zener diode 36, eighth Resistor 48 and electrical isolation 34.
  • a fourth Resistor 40 connects a base of a bipolar transistor 32 with the drain of the amplifier 30 A.
  • a third Resistor 38 is between the drain terminal of amplifier 30 A and a potential on which a second connection of the second zener diode 36 and the collector of Bipolar transistor 32 are arranged. That potential is via the first resistor 18 to the second terminal N. connected.
  • the potential separation 34 gives an output signal 22 from.
  • a second connection of the eighth resistor 48 is contacted with the first terminal L.
  • the amplifier circuit 14 according to FIG. 3 differs from that of Figure 2 in that as an amplifier 30 B.
  • Darlington transistor is used. Whose Collector connection is immediately with the potential isolation 34 connected.
  • a second capacity replaces 50 den eighth resistor 48.
  • the voltage source 16 secures both the Power supply to the sensor 10 and the Amplifier circuit 14.
  • the desired ones Tensions can be determined from the Impedance 20 and the first resistor 18 formed Set the voltage divider. Will be held as an impedance 20 eighth resistor 48 can use the second capacitance 50 a voltage increase can thereby be realized.
  • impedance 20 and first resistor 18 can also refer to the Arrangement according to Figure 1 can be interchanged.
  • the sensor 10 monitors the flame of the burner 12.
  • the sensor 10 can be formed as a simple, in the flame area extending electrode, for example in the form of a Wire, be formed. If the sensor 10 with a Voltage supplied in the manner described flows in an existing ionization current against earth. The ionizing effect of the flame leaves only one Current flow in one direction. If there is no flame, the Ionization current prevented.
  • the path to sensor 10 is high-resistance.
  • the diode effect of the ionization path does not come with it to carry.
  • the second resistor 26 serves as Base load to at very small ionization current, for example less than 0.3 ⁇ A, the input signal for to adjust the amplifier circuit 14 in such a way that at this current flow is concluded that there is no flame.
  • the first capacitance 24 is loaded onto a certain tension on.
  • the rectifier property of Flame prevents discharge.
  • the one in the first Capacity 24 stored voltage is the Amplifier circuit 14 supplied and evaluated. That from the output signal 22 generated by the amplifier circuit 14 indicates whether there is a flame or not.
  • the amplifier 30 A is as self-conducting field effect transistor, for example a Junction field effect transistor.
  • Capacitance 24 If the flame of the burner 12 burns, the first one charges Capacitance 24 to a voltage. This tension lies between gate and source of the amplifier 30 A. The drain-source route becomes high impedance, so that the Current amplification for the optocoupler LED serving Bipolar transistor 32 switches. Through the optocoupler LED of the Isolation 34 then flows during each positive Half wave a current. The associated recipient of the Potential separation 34 recognizes on the basis of the pulsating DC signal that a flame is present.
  • the second zener diode 36 protects potential isolation 34 and Bipolar transistor 32 from overvoltages.
  • the first and eighth resistance lie in a realization 18, 48 in the order of 40 k ⁇ , third resistor 38 at 50 k ⁇ , fourth resistor 40 at 200 k ⁇ and first Capacitance 24 at 100 nF.
  • a Darlington transistor serves as amplifier 30B two for reasons of higher current gain according to the Darlington circuit contains arranged transistors. On the circuit for processing the sensor signal changes nothing. If there is a flame, the first one loads Capacity 24 on. In this case, amplifier 30 switches B through so that the LED of potential isolation 34 with each positive half wave to the receiver an existing flame signaled. If there is no flame, the amplifier 30 blocks B. This is a current flow through the LED Isolation 34 prevented.
  • the circuit arrangements can be advantageous in use public power supply network.
  • a mix up the connections of phase L and neutral conductor N are straightforward possible.
  • the network instead of the network as a voltage source 16 there is one Generation of an oscillating voltage with, for example Possible with the help of a transformer.

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Aus der AU 510 294 B ist eine Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners mit einem Sensor zum Erfassen einer Flamme des Brenners bekannt, die eine Verstärkerschaltung und eine Spannungsquelle aufweist. Der Sensor und die Verstärkerschaltung werden von der Spannungsquelle versorgt, wobei als Spannungsquelle eine Netz-Wechselspannung genutzt wird. Der den Sensor enthaltende Schaltungsteil ist dabei über einen komplexen Spannungsteiler mit der Netz-Wechselspannung verbunden. Die Verstärkerschaltung hingegen liegt über einen Schutzwiderstand unmittelbar am Netz an.
Eine weitere Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners mit einem Sensor zum Erfassen einer Flamme des Brenners und mit einer Verstärkerschaltung, der das Signal des Sensors zugeführt wird, ist aus der EP 634 611 A1 bekannt. Hierbei wird sowohl der Sensor als auch die Verstärkerschaltung von einer 24 Volt-Wechselspannungsquelle versorgt. Der Sensor ist über einen Kondensator und die Verstärkerschaltung über einen Widerstand mit der Wechselspannungsquelle verbunden.
Aus der EP-A 0 525 345 ist ebenfalls eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen einer Flamme bekannt. Ein die Flamme überwachender Sensor gibt in Abhängigkeit von dem Zustand der Flamme ein Signal ab, das einen Gleichanteil enthält. Die entsprechende Gleichspannung wird in ein binäres Signal umgesetzt, dessen Frequenz proportional zum Betrag der Gleichspannung ist. Hierzu ist einem Komparator neben der Gleichspannung auch ein oszillierendes Dreiecksignal zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Schaltungsanordnung zum Überwachen der Flamme eines Brenners anzugeben, die mit einer Netz-Wechselspannung versorgt wird, jedoch ohne eine interne Bereitstellung einer Gleichspannungsquelle auskommt.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei sowohl der Sensor als auch die Verstärkerschaltung über einen komplexen Spannungsteiler mit der Spannungsquelle verbunden und mit der am komplexen Spannungsteiler auftretenden Wechselspannung versorgt werden. Dadurch entfällt die Bereitstellung einer internen Gleichspannung. Darüberhinaus werden mit der Verwendung eines komplexen Spannungsteilers durch gezielte Spannungsüberhöhungen höhere Sensorströme erzielt. Die Empfindlichkeit der Sensorsignalauswertung verbessert sich ebenfalls.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Maßnahmen der Unteransprüche.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht beispielsweise darin, dass zwischen Spannungsquelle und Sensor als Impedanz ein ohmscher Widerstand und/oder eine Kapazität verwendet sind. Mit der Hilfe der Impedanz lässt sich die gewünschte Amplitude der Versorgungsspannung für den Sensor einstellen.
Zeichnung
Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild, die Figuren 2 und 3 Schaltungsanordnungen von Ausführungsbeispielen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Sensor 10 überwacht eine Flamme eines Brenners 12, der geerdet ist. Mit dem Sensor 10 sind zueinander parallel geschaltene erste Kapazität 24 und zweiter Widerstand 26 elektrisch leitend verbunden. Deren gemeinsames Potential ist einer Verstärkerschaltung 14 zugeführt. Ein zweites gemeinsames Potential von erster Kapazität 24 und zweitem Widerstand 26 bildet eine weitere Eingangsgröße der Verstärkerschaltung 14. Das zweite gemeinsame Potential dient der Verstärkerschaltung 14 als in einem dritten Anschluß zugeführte Versorgung. Über eine Impedanz 20 ist das zweite Potential mit einer ersten Klemme L verbunden, die von einer Spannungsquelle 16 versorgt wird. Ein zweiter Anschluß der Spannungsquelle 16 ist einer zweiten Klemme N zugeführt. Über einen ersten Widerstand 18 ist die Verstärkerschaltung 14 mit der zweiten Klemme N verbunden.
Gemäß Figur 2 wird das Signal des Sensors 10 über einen sechsten und siebten Widerstand 44, 46 mit einem ersten gemeinsamen Potential der ersten Kapazität 24, einer ersten Zenerdiode 28, des zweiten Widerstands 26 und eines Gate-Anschlusses eines Verstärkers 30 A verbunden. Auf einem zweiten gemeinsamen Potential liegen erste Kapazität 24, erste Zenerdiode 28, zweiter Widerstand 26, Source-Anschluß des Verstärkers 30 A, zweite Zenerdiode 36, achter Widerstand 48 sowie Potentialtrennung 34. Ein vierter Widerstand 40 verbindet eine Basis eines Bipolartransistors 32 mit dem Drain-Anschluß des Verstärkers 30 A. Ein dritter Widerstand 38 ist zwischen Drain-Anschluß des Verstärkers 30 A und einem Potential, auf dem ein zweiter Anschluß der zweiten Zenerdiode 36 und der Kollektor des Bipolartransistors 32 liegen, angeordnet. Dieses Potential ist über den ersten Widerstand 18 mit der zweiten Klemme N verbunden. Die Potentialtrennung 34 gibt ein Ausgangssignal 22 ab. Ein zweiter Anschluß des achten Widerstands 48 ist mit der ersten Klemme L kontaktiert.
Die Verstärkerschaltung 14 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der nach Figur 2 dadurch, daß als Verstärker 30 B ein Darlington-Transistor verwendet ist. Dessen Kollektoranschluß ist unmittelbar mit der Potentialtrennung 34 verbunden. Zudem ersetzt eine zweite Kapazität 50 den achten Widerstand 48.
Die Spannungsquelle 16 sichert sowohl die Spannungsversorgung des Sensors 10 als auch der Verstärkerschaltung 14. Die gewünschten Spannungsverhältnisse lassen sich über einen aus der Impedanz 20 und dem ersten Widerstand 18 gebildeten Spannungsteiler einstellen. Wird als Impedanz 20 statt achtem Widerstand 48 die zweite Kapazität 50 verwendet, kann hierdurch eine Spannungserhöhung realisiert werden. Impedanz 20 und erster Widerstand 18 können auch bezogen auf die Anordnung gemäß Figur 1 vertauscht werden.
Der Sensor 10 überwacht die Flamme des Brenners 12. Unter Ausnutzung der ionisierenden Eigenschaften der Flamme kann der Sensor 10 als einfache, sich in den Flammenbereich erstreckende Elektrode, beispielsweise in Form eines Drahtes, ausgebildet sein. Wird der Sensor 10 mit einer Spannung in der beschriebenen Weise versorgt, fließt bei vorhandener Flamme ein Ionisierungsstrom gegen Erde ab. Die ionisierende Wirkung der Flamme läßt jedoch nur einen Stromfluß in eine Richtung zu. Bei fehlender Flamme ist der Ionisierungsstrom unterbunden.
Bei fehlender Flamme ist der Pfad zum Sensor 10 hochohmig. Die Diodenwirkung der Ionisierungsstrecke kommt damit nicht zum Tragen. Mit jeder Halbwelle der Spannungsquelle 16 wechselt der Stromfluß durch die erste Kapazität 24. Dadurch lädt sich die erste Kapazität 24 nicht auf eine betragsmäßig hohe Spannung auf. Der zweite Widerstand 26 dient quasi als Grundlast, um bei sehr kleinem Ionisierungsstrom, beispielsweise kleiner als 0,3 µA, das Eingangssignal für die Verstärkerschaltung 14 in der Weise anzupassen, daß bei diesem Stromfluß auf ein Fehlen der Flamme geschlossen wird.
Ist eine Flamme vorhanden, fließt der Ionisierungsstrom über die Flamme gegen Erde ab. Wegen der Gleichrichtereigenschaft der Flamme handelt es sich hierbei um einen pulsierenden Gleichstrom. Die erste Kapazität 24 lädt sich auf eine bestimmte Spannung auf. Die Gleichrichtereigenschaft der Flamme unterbindet eine Entladung. Die in der ersten Kapazität 24 gespeicherte Spannung wird der Verstärkerschaltung 14 zugeführt und ausgewertet. Das von der Verstärkerschaltung 14 generierte Ausgangssignal 22 zeigt an, ob eine Flamme vorhanden ist oder nicht.
In dem Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 sind zwischen Sensor 10 und erster Kapazität 24 aus Berührungsschutzgründen sechster und siebter Widerstand 44, 46 geschaltet. Sie liegen jeweils in der Größenordnung von 5 MΩ. Parallel zu erster Kapazität 24 und zweitem Widerstand 24 ist die erste Zenerdiode 28 angeordnet. Sie weist beispielsweise eine Durchbruchspannung von 12 V auf und schützt somit die Verstärkerschaltung 14 vor zu hohen Eingangsspannungen. Der Verstärker 30 A ist als selbstleitender Feldeffekttransistor, beispielsweise ein Sperrschichtfeldeffekttransistor, ausgeführt.
Liegt aufgrund der fehlenden Flamme eine betragsmäßig kleine, gegen Null gehende Spannung zwischen Gate und Source, wird die Drain-Source-Strecke niederohmig. Die sich daraufhin am Bipolartransistor 32 einstellenden Spannungsverhältnisse bewirken, daß der als Schalter wirkende Bipolartransistor 32 einen Stromfluß durch eine LED der Potentialtrennung 34 unterbindet. Damit sperrt ein das Licht der LED empfangender Transistor der Potentialtrennung 34. Das zugehörige Ausgangssignal 22 signalisiert, daß keine Brennerflamme vorhanden ist.
Brennt die Flamme des Brenners 12, lädt sich die erste Kapazität 24 auf eine Spannung auf. Diese Spannung liegt zwischen Gate und Source des Verstärkers 30 A an. Die Drain-Source-Strecke wird hochohmig, sodaß der der Stromverstärkung für die Optokoppler-LED dienende Bipolartransistor 32 schaltet. Durch die Optokoppler-LED der Potentialtrennung 34 fließt dann während jeder positiven Halbwelle ein Strom. Der zugehörige Empfänger der Potentialtrennung 34 erkennt anhand des pulsierenden Gleichsignals, daß eine Flamme vorhanden ist.
Die zweite Zenerdiode 36 schützt Potentialtrennung 34 und Bipolartransistor 32 vor Überspannungen.
In einer Realisierung liegen erster und achter Widerstand 18, 48 in der Größenordnung von 40 kΩ, dritter Widerstand 38 bei 50 kΩ, vierter Widerstand 40 bei 200 kΩ sowie erste Kapazität 24 bei 100 nF.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 versorgt die nicht gezeigte Spannungsquelle 16 mittels der Klemmen L, N sowohl den Sensor 10 als auch die Verstärkerschaltung 14 über einen komplexen Spannungsteiler, der durch zweite Kapazität 50 und ersten Widerstand 18 gebildet ist. Die zweite Kapazität 50 ist hierbei so dimensioniert, daß deren Blindwiderstand bei Netzfrequenz ungefähr so groß ist wie der Wert des ersten Widerstands 18. Würde statt der zweiten Kapazität 50 ein ohmscher Widerstand in gleicher Größe des ersten Widerstands 18 verwendet, würde die Sensorspannung nur die halbe Netzspannung, bezogen auf Masse, betragen. Bei der hier vorgeschlagenen Realisierung jedoch wird die genannte Sensorspannung überschritten, sodaß sich ein höherer Ionisierungsstrom bei vorhandener Flamme einstellt. Die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung verbessert sich.
Als Verstärker 30 B dient ein Darlington-Transistor, der zwei aus Gründen einer höheren Stromverstärkung gemäß der Darlington-Schaltung angeordnete Transistoren enthält. An der Schaltung für die Aufbereitung des Sensorsignals ändert sich nichts. Ist eine Flamme vorhanden, lädt sich die erste Kapazität 24 auf. In diesem Fall schaltet der Verstärker 30 B durch, sodaß die LED der Potentialtrennung 34 mit jeder positiven Halbwelle dem Empfänger eine vorhandene Flamme signalisiert. Bei fehlender Flamme sperrt der Verstärker 30 B. Damit ist ein Stromfluß durch die LED der Potentialtrennung 34 unterbunden.
Die Schaltungsanordnungen lassen sich vorteilhaft im öffentlichen Stromversorgungsnetz einsetzen. Ein Vertauschen der Anschlüsse von Phase L und Nulleiter N ist ohne weiteres möglich. Statt dem Netz als Spannungsquelle 16 ist eine Erzeugung einer oszillierenden Spannung beispielsweise mit Hilfe eines Transformators denkbar.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners (12), mit mindestens einem Sensor (10) zum Erfassen einer Flamme des Brenners (12), mit einer Verstärkerschaltung (14), der das Signal des Sensors (10) zugeführt ist, und mit einer Spannungsquelle (16), die den Sensor (10) und die Verstärkerschaltung (14) versorgt, wobei als Spannungsquelle eine vorhandene Netz-Wechselspannung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) und die Verstärkerschaltung (14) über einen komplexen Spannungsteiler (20, 18) mit der Spannungsquelle (16) verbunden sind und dass sowohl der Sensor (10) als auch die Verstärkerschaltung (14) mit der am komplexen Spannungsteiler (20, 18) auftretenden Wechselspannung versorgt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) und die Verstärkerschaltung (14) zwischen eine mit einem ersten Anschluß (L) der Spannungsquelle (16) verbundenen Impedanz (20) und einen mit dem zweiten Anschluß (N) der Spannungsquelle (16) verbundenen Widerstand (18) geschaltet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Impedanz (20) ein ohmscher Widerstand (48) und/oder ein Kondensator (50) verwendet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator so dimensioniert ist, dass dessen Blindwiderstand bei der Frequenz der Netz-Wechselspannung wenigstens näherungsweise so groß ist, wie der Wert des Widerstands (18).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschaltung zumindest einen Transistor (30B, 32) enthält.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (30B) ein Darlington-Transistor ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Impedanz (20) und Sensor (10) ein Kondensator (24) geschaltet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschaltung (14) ausgangsseitig eine Potentialtrennung (34) enthält.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialtrennung (34) Halbwellen der Netzwechselspannung überträgt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialtrennung (34) als Opto-Koppler realisiert ist.
EP98104241A 1997-03-25 1998-03-10 Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners Expired - Lifetime EP0867660B1 (de)

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