EP0908679A1 - Circuit for flame monitoring - Google Patents

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EP0908679A1
EP0908679A1 EP97117731A EP97117731A EP0908679A1 EP 0908679 A1 EP0908679 A1 EP 0908679A1 EP 97117731 A EP97117731 A EP 97117731A EP 97117731 A EP97117731 A EP 97117731A EP 0908679 A1 EP0908679 A1 EP 0908679A1
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EP
European Patent Office
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capacitor
flame
monitoring circuit
input
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97117731A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Friedrich Haupenthal
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Electrowatt Technology Innovation AG
Original Assignee
Electrowatt Technology Innovation AG
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Filing date
Publication date
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Priority to PCT/EP1998/006392 priority patent/WO1999019672A1/en
Priority to AU96299/98A priority patent/AU742228B2/en
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Priority to DE59807206T priority patent/DE59807206D1/en
Priority to KR1020007003760A priority patent/KR20010030982A/en
Priority to JP2000516189A priority patent/JP4124962B2/en
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements

Definitions

  • the invention relates to a flame monitoring circuit in the preamble of claim 1 Art.
  • Flame monitors which act as rectifiers, are often used to monitor gas flames take advantage of the flame, which works according to the so-called ionization principle. Doing so an alternating voltage is applied between two electrodes. The volume that fills the flame depends on the current output of the burner. The achievable direct current can be smaller Burner performance and less than optimal geometry of the electrodes are very low during the Alternating current, depending on the capacity of the sensor line, can be significantly larger. Of the Flame signal amplifiers must therefore be able to absorb the low DC component as a whole Filter circuit current without the alternating current due to the inevitable rectifier effects can simulate a flame signal in the amplifier input.
  • this filtering can be done through a low-pass filter upstream of the flame signal amplifier with a sufficiently low cut-off frequency accomplish.
  • the filter property of the low pass goes e.g. B. due to a failure of a filter capacitor, the alternating current could also contribute to the presence of the flame pretend their absence. This faulty behavior must be observed by the flame Burner control system can be recognized. This is usually the case with burners in intermittent operation not a problem because the control system after switching off the fuel supply, resulting in a Extinguishing the flame leads, recognize a fake flame signal as faulty and a new one Prevent the burner from being started up.
  • the misbehavior In the case of burners in continuous operation, the misbehavior must can be recognized by periodically checking the flame monitor without the burner may be put out of operation. With optical flame sensors, this is usually done by Interruption of the beam path between flame and sensor by means of an aperture, d. H. it will during operation briefly simulated a flame failure, whereupon the output of the flame signal amplifier must react accordingly.
  • the process of signal interruption on the flame sensor is also used for ionization flame monitoring applicable.
  • the ionization circuit could be set using a suitable switching element interrupt. However, this element would have to be placed close to the sensor electrode so that only the flame signal current and not also the one flowing over line capacities Alternating current is interrupted, its flame-simulating effect in the event of a component failure yes should be recognized by the test.
  • EP 159 748 discloses a circuit which suggests a high sensitivity, provided the capacitive load current at the sensor connections caused by line capacities is low remains in relation to the flame signal current. In this respect, this circuit meets the requirements after high sensitivity and at the same time high resistance to line capacity.
  • the object of the present invention is to provide a flame monitoring circuit, the Responsiveness is significantly improved without the prior art Compatibility for line capacity, whose output signal is a measure of the Flame intensity represents and their switch-off ability periodically testable during burner operation is.
  • the flame monitoring circuit is bipolar of two operating voltages + Ub1 and -Ub2 defined in relation to a reference potential m fed. It has two connections 1 and 2, either with two ionization electrodes 3 or with the two connections of an ultraviolet sensor can be connected, that of a gas-filled ultraviolet cell 4 and a diode 4a connected to it in series.
  • the first connection 1 serves as Output, which one generated by an AC voltage generator 5, with respect to the reference potential m defined AC voltage leads.
  • the second connection 2 serves as an input to which the actual Sensor signal is supplied.
  • the second connection 2 is a first one, consisting of a resistor R1 and a low pass 6 formed after a capacitor C1.
  • the from the AC voltage generator 5 AC voltage is generated via a limiting resistor R3 and a coupling capacitor C3 led to the capacitor C1 and further to the input of a charge pump 7.
  • the signal on Output of the charge pump 7 is connected to the positive operating voltage Voltage divider 8 to the non-inverting input of a Schmitt trigger Operational amplifier 9 performed.
  • the inverting input of the operational amplifier 9 is connected to the Output of low pass 6 connected.
  • the output of the operational amplifier 9 controls a switch 10, through which the capacitor C1 can be discharged.
  • the AC voltage acting on the capacitor C1 that in the example from that of the AC voltage generator 5 AC voltage generated could also be derived from a second AC voltage generator are generated.
  • the sensor circuit flows between the ionization electrodes 3 because of the rectifying effect only a direct current in the flame or in the ultraviolet cell 4 because of the diode 4a, and only then if the flame is actually burning.
  • the connections 1 and 2 flows because of the unavoidable capacitance of the sensor lines constantly also an undesirable alternating current, which superimposed on the direct current.
  • the flame monitoring circuit is now set up so that this Alternating current is not rectified and therefore there is no signal "flame if there is no flame present "can pretend.
  • the flame monitoring circuit works as follows: As long as the capacitor C1 is intact, the charge pump 7 has an approximately static, negative potential U C5 at its output, the absolute value of which is approximately 75-80% of the positive supply voltage + Ub1.
  • the resistors R7 and R8 of the voltage divider 8 are dimensioned such that the voltage applied to the non-inverting input of the operational amplifier 9 is then also negative.
  • the output of the operational amplifier 9 initially carries the negative operating voltage -Ub2, so that the switch 10 designed as a junction field effect transistor T2 is open. As soon as the flame is present, the direct current flowing between the ionization electrodes 3 or the photocurrent of the ultraviolet sensor 4 charges the capacitor C1, whose potential becomes increasingly negative.
  • the voltage at the inverting input of the operational amplifier 9 also drops to an increasingly negative potential.
  • the output of the operational amplifier 9 carries the positive supply voltage + Ub1, the switch 10 closes and the capacitor C1 begins to discharge.
  • the operational amplifier 9 has a certain switching hysteresis, so that the capacitor C1 is partially discharged. If the discharge of the capacitor C1 has progressed sufficiently far, then the output of the operational amplifier 9 switches over again and again leads the negative supply voltage -Ub2. The game starts over.
  • the signal at the output of the operational amplifier 9 is a rectangular signal. Its frequency represents a measure of the intensity of the flame, since the strength of the direct current flowing between the ionization electrodes 3 determines the time it takes to charge the capacitor C1 until the operational amplifier 9 switches again.
  • An interruption of the capacitor C1 leads to the transistor T1 of the charge pump 7 continuously blocks and the charge pump 7 is therefore out of operation.
  • the capacitor C5 is switched to positive supply voltage Ub1 charged so that the output of the charge pump 7 as well as the Output of the operational amplifier 9 carry a static signal.
  • a short circuit of capacitor C1 causes the charge pump 7 to remain in operation, the amplitude of the voltage am inverting input of the operational amplifier 9, however, with respect to that on the non-inverting Input voltage remains sufficiently small, so that the output of the operational amplifier 9 in turn carries a static signal.
  • the amplitude of the AC voltage generator 5 generated AC voltage, the resistor R3 and the capacitors C1 and C3 can be matched to one another in such a way that the amplitude of the capacitor C3 and thus also the inverting input of the operational amplifier 9 is not sufficient AC as a Schmitt trigger switched operational amplifier 9 to switch back and forth and thus to simulate a "flame present" signal.
  • the flame monitoring circuit can be activated whenever the burner is switched off, check whether there is no "flame" signal at the output present "appears.
  • a second switch 11 is provided with which the input of the charge pump 7 with the Reference potential m is connectable. If the switch 11 is closed, then the Flame monitoring circuit and / or downstream circuits the information "Flame not present "appear.
  • the switch 11 is preferably controlled by a microprocessor Switch 11 shown in FIG. 2 is an optocoupler controlled via two inputs, the one galvanically isolated control enables.
  • FIG. 3 shows a further development of the flame monitoring circuit, in which between the Capacitor C1 and the input of operational amplifier 9, a second, from a resistor R2 and a capacitor C2 formed low pass 19 is connected.
  • the switch 10 controls the discharge of capacitor C2.
  • the capacitor C2 must be the same as the capacitor C1 a possible interruption can be monitored.
  • the capacitor C2 is therefore with the input an integrator 20 connected to the output of which a DC voltage is present, the level of which is a measure for the flame intensity is.
  • the integrator 20 is designed as a charge pump.
  • the capacitor C7 will correspond to the frequency of the charge / discharge cycles of capacitor C2 across the capacitor C6 reloaded. The frequency is determined by the sensor current.
  • Capacitor C2 takes the voltage across capacitor C7 the value of the reference potential m what is synonymous with "flame not present".
  • the voltage across capacitor C7 becomes, for example Digitized using a voltage / frequency converter and galvanically via an optocoupler separately to a higher-level device, e.g. an automatic burner control.
  • the advantage of this Circuit is that the low-pass filter 19 is the AC voltage generated by the AC voltage generator 5 dampens in such a way that a much larger ratio between that through the sensor line capacities caused alternating current and the ionization current can be accepted.

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Abstract

The flame monitoring circuit has a pair of terminals (1,2) coupled to ionization electrodes (3) of the gas burner or to a UV sensor (4,4a), a low pass filter provided by a resistor (R1) and a capacitor (C1) coupled to one of the circuit terminals (2). The capacitor is supplied with an AC voltage for providing a signal indicating flame failure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flammenüberwachungsschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a flame monitoring circuit in the preamble of claim 1 Art.

Zur Überwachung von Gasflammen werden häufig Flammenwächter eingesetzt, die die Gleichrichterwirkung der Flamme ausnützen, die also nach dem sogenannten Ionisationsprinzip arbeiten. Dabei wird zwischen zwei Elektroden eine Wechselspannung angelegt. Das Volumen, das die Flamme ausfüllt, hängt von der momentanen Leistung des Brenners ab. Der erzielbare Gleichstrom kann bei kleiner Brennerleistung und nicht optimaler Geometrie der Elektroden sehr gering ausfallen, während der Wechselstrom in Abhängigkeit der Kapazität der Fühlerleitung wesentlich grösser sein kann. Der Flammensignalverstärker muss also in der Lage sein, den geringen Gleichstromanteil im gesamten Fühlerkreisstrom auszufiltern, ohne dass der Wechselstrom infolge der unvermeidlichen Gleichrichtereffekte im Verstärkereingang ein Flammensignal vortäuschen kann. Prinzipiell lässt sich diese Filterung durch einen dem Flammensignalverstärker vorgeschalteten Tiefpass mit genügend niedriger Grenzfrequenz bewerkstelligen. Geht jedoch die Filtereigenschaft des Tiefpasses, z. B. wegen eines Ausfalls eines Siebkondensators, verloren, so könnte der Wechselstrom die Anwesenheit der Flamme auch bei deren Nichtvorhandensein vortäuschen. Dieses Fehlverhalten muss vom Flammenüberwachungs- bzw. Brennersteuerungssystem erkannt werden. Bei Brennern im intermittierenden Betrieb ist dies normalerweise kein Problem, weil das Steuerungssystem nach Abschaltung der Brennstoffzufuhr, was zu einem Verlöschen der Flamme führt, ein vorgetäuschtes Flammensignal als fehlerhaft erkennen und eine neue Inbetriebsetzung des Brenners verhindern kann. Bei Brennern im Dauerbetrieb muss das Fehlverhalten durch periodische Überprüfung des Flammenwächters erkannt werden, ohne dass der Brenner dazu ausser Betrieb gesetzt werden darf. Bei optischen Flammenfühlern geschieht dies in der Regel durch Unterbrechung des Strahlengangs zwischen Flamme und Sensor mittels einer Blende, d. h. es wird während des Betriebs kurzzeitig ein Flammenausfall vorgetäuscht, worauf der Ausgang des Flammensignalverstärkers entsprechend reagieren muss.Flame monitors, which act as rectifiers, are often used to monitor gas flames take advantage of the flame, which works according to the so-called ionization principle. Doing so an alternating voltage is applied between two electrodes. The volume that fills the flame depends on the current output of the burner. The achievable direct current can be smaller Burner performance and less than optimal geometry of the electrodes are very low during the Alternating current, depending on the capacity of the sensor line, can be significantly larger. Of the Flame signal amplifiers must therefore be able to absorb the low DC component as a whole Filter circuit current without the alternating current due to the inevitable rectifier effects can simulate a flame signal in the amplifier input. In principle, this filtering can be done through a low-pass filter upstream of the flame signal amplifier with a sufficiently low cut-off frequency accomplish. However, the filter property of the low pass goes e.g. B. due to a failure of a filter capacitor, the alternating current could also contribute to the presence of the flame pretend their absence. This faulty behavior must be observed by the flame Burner control system can be recognized. This is usually the case with burners in intermittent operation not a problem because the control system after switching off the fuel supply, resulting in a Extinguishing the flame leads, recognize a fake flame signal as faulty and a new one Prevent the burner from being started up. In the case of burners in continuous operation, the misbehavior must can be recognized by periodically checking the flame monitor without the burner may be put out of operation. With optical flame sensors, this is usually done by Interruption of the beam path between flame and sensor by means of an aperture, d. H. it will during operation briefly simulated a flame failure, whereupon the output of the flame signal amplifier must react accordingly.

Grundsätzlich ist das Verfahren des Signalunterbruchs am Flammenfühler auch bei der Ionisationsflammenüberwachung anwendbar. Mittels einem geeigneten Schaltelement liesse sich der Ionisationsstromkreis unterbrechen. Allerdings müsste dieses Element dicht bei der Fühlerelektrode angebracht sein, damit nur der Flammensignalstrom und nicht etwa auch der über Leitungskapazitäten fliessende Wechselstrom unterbrochen wird, dessen flammenvortäuschende Wirkung im Falle eines Bauteilfehlers ja gerade durch den Test erkannt werden soll.Basically, the process of signal interruption on the flame sensor is also used for ionization flame monitoring applicable. The ionization circuit could be set using a suitable switching element interrupt. However, this element would have to be placed close to the sensor electrode so that only the flame signal current and not also the one flowing over line capacities Alternating current is interrupted, its flame-simulating effect in the event of a component failure yes should be recognized by the test.

Denkbar wäre auch ein Kurzschliessen der Flammensignalleitungen, wodurch der Flammensignalstrom ebenfalls zu Null wird, der Wechselstrom sogar erhöht wird. It would also be conceivable to short-circuit the flame signal lines, thereby causing the flame signal current also becomes zero, the alternating current is even increased.

Für beide Fälle müsste ein Schaltelement eingesetzt werden, das für die hohe Fühlerwechselspannung geeignet ist und das selbst wieder keinen Fehlermechanismus annehmen kann, der zu unerkannter Flammenvortäuschung führt.In both cases, a switching element would have to be used for the high sensor AC voltage is suitable and which itself cannot assume a fault mechanism that is too undetected Pretending flame leads.

Nach derzeitigem Kenntnisstand kommt dafür nur ein elektromechanisches Relais in Frage. Diese Lösung ist allerdings materialaufwendig und benötigt eine relativ hohe Steuerleistung. Die Möglichkeit des Fühlerstromunterbruchs mit einem Relaiskontakt ist in der DE-OS 29 32 129 auf Seite 6 erwähnt. In der DE 30 26 787 ist eine Lösung beschrieben, bei der ein einziger Filterkondensator am Eingang des Flammensignalverstärkers vorhanden ist, der einerseits als Energiespeicher für den Ionisationsstrom dient und dessen Entladestrom andererseits für den dynamischen Betrieb einer Halbleiterschaltung benötigt wird. Der Ausfall dieses Filterkondensators führt dazu, dass die Halbleiterschaltung - auch bei einem durch Fühlerleitungskapazitäten verursachten Wechselstrom - in einen statischen Zustand übergeht, so dass keine Flamme mehr gemeldet wird. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass für den dynamischen Betrieb dieser Halbleiterschaltung eine bestimmte Mindestenergie und somit ein bestimmter Mindeststrom von der Flamme geliefert werden muss. Der Ansprechempfindlichkeit dieses Schaltungsprinzips sind also gewisse Grenzen gesetzt, sie genügt nicht mehr allen heutigen Anforderungen.According to current knowledge, only an electromechanical relay can be used. This However, the solution is expensive in terms of materials and requires a relatively high tax rate. The possibility the sensor current interruption with a relay contact is mentioned in DE-OS 29 32 129 on page 6. In DE 30 26 787 describes a solution in which a single filter capacitor at the input of the Flame signal amplifier is present, on the one hand as an energy store for the ionization current serves and its discharge current on the other hand for the dynamic operation of a semiconductor circuit is needed. The failure of this filter capacitor leads to the semiconductor circuit - also at an alternating current caused by sensor line capacities - in a static state passes over, so that no more flame is reported. The disadvantage of this solution is that for the dynamic operation of this semiconductor circuit a certain minimum energy and thus a certain minimum current must be supplied by the flame. The responsiveness of this Circuit principles are therefore subject to certain limits; they are no longer sufficient for all of today's Conditions.

In der EP 159 748 ist eine Schaltung offenbart, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit vermuten lässt, sofern der durch Leitungskapazitäten verursachte kapazitive Laststrom an den Fühleranschlüssen gering bleibt im Verhältnis zum Flammensignalstrom. Insofern genügt diese Schaltung den Anforderungen nach hoher Ansprechempfindlichkeit und gleichzeitig hoher Resistenz gegen Leitungskapazität nicht.EP 159 748 discloses a circuit which suggests a high sensitivity, provided the capacitive load current at the sensor connections caused by line capacities is low remains in relation to the flame signal current. In this respect, this circuit meets the requirements after high sensitivity and at the same time high resistance to line capacity.

Eine weitere Forderung, die häufig gestellt wird, ist die Anzeige der Flammenintensität als Einstellhilfe bei der Inbetriebnahme eines Brenners und zur rechtzeitigen Erkennung von Veränderungen der Flamme im Betrieb. Die in der EP 159 748 offenbarte Schaltung bietet diese Möglichkeit nicht.Another requirement that is frequently asked is the display of the flame intensity as a setting aid when starting up a burner and for timely detection of changes in the flame operational. The circuit disclosed in EP 159 748 does not offer this possibility.

Die Lösung nach der Lehre der DE 30 26 787 liefert eine Impulsfolge in Abhängigkeit von der Grösse des Flammenstroms, so dass dort ein Signal zur Anzeige der Flammenintensität abgeleitet werden könnte.The solution according to the teaching of DE 30 26 787 provides a pulse train depending on the size of the flame current, so that a signal for indicating the flame intensity is derived there could.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flammenüberwachungsschaltung zu schaffen, deren Ansprechempfindlichkeit gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessert ist, ohne die Verträglichkeit für Leitungskapazität zu schmälern, deren Ausgangssignal ein Mass für die Flammenintensität darstellt und deren Abschaltfähigkeit während des Brennerbetriebs periodisch testbar ist.The object of the present invention is to provide a flame monitoring circuit, the Responsiveness is significantly improved without the prior art Compatibility for line capacity, whose output signal is a measure of the Flame intensity represents and their switch-off ability periodically testable during burner operation is.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. According to the invention, the stated object is achieved by the features of claim 1.

Die Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The invention consists in the features specified in claim 1. Advantageous configurations result from the dependent claims.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
ein Blockschaltbild einer Flammenüberwachungsschaltung,
Fig. 2
ein detailliertes Schaltschema der Flammenüberwachungsschaltung, und
Fig. 3
eine Weiterentwicklung der Flammenüberwachungsschaltung.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1
1 shows a block diagram of a flame monitoring circuit,
Fig. 2
a detailed circuit diagram of the flame monitoring circuit, and
Fig. 3
a further development of the flame monitoring circuit.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Blockschaltbild bzw. ein detailliertes Schaltschema einer erfindungsgemässen Flammenüberwachungsschaltung. Im Schaltschema sind die Bauteile mit den gebräuchlichen Symbolen und mit den üblichen Bezeichnungen dargestellt. Die genaue Verdrahtung wird hier nicht im Einzelnen erläutert, sie ist den Fig. 1 und 2 zu entnehmen. Die Flammenüberwachungsschaltung ist bipolar von zwei gegenüber einem Bezugspotential m definierten Betriebsspannungen +Ub1 und -Ub2 gespeist. Sie weist zwei Anschlüsse 1 und 2 auf, die entweder mit zwei Ionisationselektroden 3 oder mit den beiden Anschlüssen eines Ultraviolettsensors verbindbar sind, der aus einer gasgefüllten Ultraviolettzelle 4 und einer dazu in Reihe geschalteten Diode 4a besteht. Der erste Anschluss 1 dient als Ausgang, der eine von einem Wechselspannungsgenerator 5 erzeugte, gegenüber dem Bezugspotential m definierte Wechselspannung führt. Der zweite Anschluss 2 dient als Eingang, dem das eigentliche Fühlersignal zugeführt wird. Dem zweiten Anschluss 2 ist ein erster, aus einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 gebildeter Tiefpass 6 nachgeschaltet. Die vom Wechselspannungsgenerator 5 erzeugte Wechselspannung wird über einen Begrenzungswiderstand R3 und einen Koppelkondensator C3 auf den Kondensator C1 und weiter auf den Eingang einer Ladungspumpe 7 geführt. Das Signal am Ausgang der Ladungspumpe 7 ist über einen mit der positiven Betriebsspannung verbundenen Spannungsteiler 8 auf den nicht invertierenden Eingang eines als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärkers 9 geführt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 9 ist mit dem Ausgang des Tiefpasses 6 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 9 steuert einen Schalter 10, über den der Kondensator C1 entladen werden kann.1 and 2 show a block diagram or a detailed circuit diagram of an inventive Flame monitoring circuit. In the circuit diagram, the components are with the usual ones Symbols and shown with the usual names. The exact wiring is not here Explained in detail, it can be seen in FIGS. 1 and 2. The flame monitoring circuit is bipolar of two operating voltages + Ub1 and -Ub2 defined in relation to a reference potential m fed. It has two connections 1 and 2, either with two ionization electrodes 3 or with the two connections of an ultraviolet sensor can be connected, that of a gas-filled ultraviolet cell 4 and a diode 4a connected to it in series. The first connection 1 serves as Output, which one generated by an AC voltage generator 5, with respect to the reference potential m defined AC voltage leads. The second connection 2 serves as an input to which the actual Sensor signal is supplied. The second connection 2 is a first one, consisting of a resistor R1 and a low pass 6 formed after a capacitor C1. The from the AC voltage generator 5 AC voltage is generated via a limiting resistor R3 and a coupling capacitor C3 led to the capacitor C1 and further to the input of a charge pump 7. The signal on Output of the charge pump 7 is connected to the positive operating voltage Voltage divider 8 to the non-inverting input of a Schmitt trigger Operational amplifier 9 performed. The inverting input of the operational amplifier 9 is connected to the Output of low pass 6 connected. The output of the operational amplifier 9 controls a switch 10, through which the capacitor C1 can be discharged.

Die den Kondensator C1 beaufschlagende Wechselspannung, die im Beispiel von der vom Wechselspannungsgenerator 5 erzeugten Wechselspannung abgeleitet ist, könnte auch von einem zweiten Wechselspannungsgenerator erzeugt werden.The AC voltage acting on the capacitor C1, that in the example from that of the AC voltage generator 5 AC voltage generated could also be derived from a second AC voltage generator are generated.

Im Fühlerstromkreis fliesst zwischen den Ionisationselektroden 3 wegen der gleichrichtenden Wirkung der Flamme bzw. in der Ultraviolettzelle 4 wegen der Diode 4a nur ein Gleichstrom, und zwar nur dann, wenn die Flamme tatsächlich brennt. Zwischen den Anschlüssen 1 und 2 fliesst jedoch wegen der unvermeidlichen Kapazität der Fühlerleitungen ständig auch ein unerwünschter Wechselstrom, der sich dem Gleichstrom überlagert. Die Flammenüberwachungsschaltung ist nun so aufgebaut, dass dieser Wechselstrom nicht gleichgerichtet wird und daher nicht bei fehlender Flamme ein Signal "Flamme vorhanden" vortäuschen kann. In the sensor circuit flows between the ionization electrodes 3 because of the rectifying effect only a direct current in the flame or in the ultraviolet cell 4 because of the diode 4a, and only then if the flame is actually burning. However, between the connections 1 and 2 flows because of the unavoidable capacitance of the sensor lines constantly also an undesirable alternating current, which superimposed on the direct current. The flame monitoring circuit is now set up so that this Alternating current is not rectified and therefore there is no signal "flame if there is no flame present "can pretend.

Die Flammenüberwachungsschaltung arbeitet wie folgt: Solange der Kondensator C1 intakt ist, führt die Ladungspumpe 7 an ihrem Ausgang ein annähernd statisches, negatives Potential UC5, dessen Absolutwert etwa 75 - 80% der positiven Speisespannung +Ub1 beträgt. Die Widerstände R7 und R8 des Spannungsteilers 8 sind derart bemessen, dass dann auch die am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 anliegende Spannung negativ ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 9 führt zunächst die negative Betriebsspannung -Ub2, so dass der als Sperrschichtfeldeffekttransistor T2 ausgebildete Schalter 10 offen ist. Sobald die Flamme vorhanden ist, lädt der zwischen den Ionisationselektroden 3 fliessende Gleichstrom bzw. der Photostrom des Ultraviolettsensors 4 den Kondensator C1 auf, dessen Potential zunehmend stärker negativ wird. Infolgedessen sinkt auch die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 auf ein zunehmend negatives Potential. Sobald die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 unterschreitet, führt der Ausgang des Operationsverstärkers 9 die positive Speisespannung +Ub1, der Schalter 10 schliesst und der Kondensator C1 beginnt, sich zu entladen. Wegen der Widerstände R5 und R6 weist der Operationsverstärker 9 eine gewisse Schalthysterese auf, so dass der Kondensator C1 teilweise entladen wird. Ist die Entladung des Kondensators C1 genügend weit fortgeschritten, dann schaltet der Ausgang des Operationsverstärkers 9 wieder um und führt wieder die negative Speisespannung -Ub2. Damit beginnt das Spiel von vorne. Das Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 9 ist ein rechteckförmiges Signal. Dessen Frequenz stellt ein Mass für die Intensität der Flamme dar, da die Stärke des zwischen den Ionisationselektroden 3 fliessenden Gleichstromes die Zeitdauer bestimmt, die es braucht, um den Kondensator C1 aufzuladen, bis der Operationsverstärker 9 wieder umschaltet.The flame monitoring circuit works as follows: As long as the capacitor C1 is intact, the charge pump 7 has an approximately static, negative potential U C5 at its output, the absolute value of which is approximately 75-80% of the positive supply voltage + Ub1. The resistors R7 and R8 of the voltage divider 8 are dimensioned such that the voltage applied to the non-inverting input of the operational amplifier 9 is then also negative. The output of the operational amplifier 9 initially carries the negative operating voltage -Ub2, so that the switch 10 designed as a junction field effect transistor T2 is open. As soon as the flame is present, the direct current flowing between the ionization electrodes 3 or the photocurrent of the ultraviolet sensor 4 charges the capacitor C1, whose potential becomes increasingly negative. As a result, the voltage at the inverting input of the operational amplifier 9 also drops to an increasingly negative potential. As soon as the voltage at the inverting input of the operational amplifier 9 falls below the voltage at the non-inverting input of the operational amplifier 9, the output of the operational amplifier 9 carries the positive supply voltage + Ub1, the switch 10 closes and the capacitor C1 begins to discharge. Because of the resistors R5 and R6, the operational amplifier 9 has a certain switching hysteresis, so that the capacitor C1 is partially discharged. If the discharge of the capacitor C1 has progressed sufficiently far, then the output of the operational amplifier 9 switches over again and again leads the negative supply voltage -Ub2. The game starts over. The signal at the output of the operational amplifier 9 is a rectangular signal. Its frequency represents a measure of the intensity of the flame, since the strength of the direct current flowing between the ionization electrodes 3 determines the time it takes to charge the capacitor C1 until the operational amplifier 9 switches again.

Ein Unterbruch des Kondensators C1 führt dazu, dass der Transistor T1 der Ladungspumpe 7 dauernd sperrt und die Ladungspumpe 7 daher ausser Betrieb ist. Infolgedessen wird der Kondensator C5 auf die positive Speisespannung Ub1 aufgeladen, so dass der Ausgang der Ladungspumpe 7 wie auch der Ausgang des Operationsverstärkers 9 ein statisches Signal führen. Ein Kurzschluss des Kondensators C1 führt dazu, dass die Ladungspumpe 7 zwar in Betrieb bleibt, die Amplitude der Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 jedoch bezüglich der am nicht invertierenden Eingang anliegenden Spannung hinreichend klein bleibt, so dass der Ausgang des Operationsverstärkers 9 wiederum ein statisches Signal führt.An interruption of the capacitor C1 leads to the transistor T1 of the charge pump 7 continuously blocks and the charge pump 7 is therefore out of operation. As a result, the capacitor C5 is switched to positive supply voltage Ub1 charged so that the output of the charge pump 7 as well as the Output of the operational amplifier 9 carry a static signal. A short circuit of capacitor C1 causes the charge pump 7 to remain in operation, the amplitude of the voltage am inverting input of the operational amplifier 9, however, with respect to that on the non-inverting Input voltage remains sufficiently small, so that the output of the operational amplifier 9 in turn carries a static signal.

Nur ein wechselförmiges Signal am Ausgang des Operationsverstärkers 9 bedeutet somit, dass die Flamme vorhanden ist, ein gleichförmiges Signal bedeutet entweder, dass die Flamme nicht brennt oder dass die Flammenüberwachungsschaltung defekt ist.Only an alternating signal at the output of the operational amplifier 9 thus means that the Flame is present, a uniform signal means either that the flame is not burning or that the flame monitoring circuit is defective.

Bei der vorgeschlagenen Flammenüberwachungsschaltung müssen die Amplitude der vom Wechselspannungsgenerator 5 erzeugten Wechselspannung, der Widerstand R3 und die Kondensatoren C1 und C3 derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Amplitude der am Kondensator C3 und somit auch am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 anliegenden Wechselspannung nicht ausreicht, den als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärker 9 zum Hin- und Herschalten zu bringen und damit ein Signal "Flamme vorhanden" vorzutäuschen.In the proposed flame monitoring circuit, the amplitude of the AC voltage generator 5 generated AC voltage, the resistor R3 and the capacitors C1 and C3 can be matched to one another in such a way that the amplitude of the capacitor C3 and thus also the inverting input of the operational amplifier 9 is not sufficient AC as a Schmitt trigger switched operational amplifier 9 to switch back and forth and thus to simulate a "flame present" signal.

Im intermittierenden Betrieb des Brenners kann die Flammenüberwachungsschaltung immer dann, wenn der Brenner ausgeschaltet ist, dahingehend überprüft werden, ob am Ausgang kein Signal "Flamme vorhanden" erscheint. Bei einer für Dauerbetrieb des Brenners geeigneten Flammenüberwachungsschaltung ist ein zweiter Schalter 11 vorgesehen, mit dem der Eingang der Ladungspumpe 7 mit dem Bezugspotential m verbindbar ist. Wenn der Schalter 11 geschlossen ist, dann muss am Ausgang der Flammenüberwachungsschaltung und/oder nachgeschalteter Schaltkreise die Information "Flamme nicht vorhanden" erscheinen. Der Schalter 11 wird vorzugsweise von einem Mikroprozessor angesteuert. Der in der Fig. 2 dargestellte Schalter 11 ist ein über zwei Eingänge gesteuerter Optokoppler, der eine galvanisch getrennte Steuerung ermöglicht.In the intermittent operation of the burner, the flame monitoring circuit can be activated whenever the burner is switched off, check whether there is no "flame" signal at the output present "appears. With a flame monitoring circuit suitable for continuous burner operation a second switch 11 is provided with which the input of the charge pump 7 with the Reference potential m is connectable. If the switch 11 is closed, then the Flame monitoring circuit and / or downstream circuits the information "Flame not present "appear. The switch 11 is preferably controlled by a microprocessor Switch 11 shown in FIG. 2 is an optocoupler controlled via two inputs, the one galvanically isolated control enables.

Die Fig. 3 zeigt eine Weiterentwicklung der Flammenüberwachungsschaltung, bei der zwischen den Kondensator C1 und den Eingang des Operationsverstärkers 9 ein zweiter, aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 gebildeter Tiefpass 19 geschaltet ist. In diesem Fall steuert der Schalter 10 die Entladung des Kondensators C2. Der Kondensator C2 muss analog wie der Kondensator C1 auf einen möglichen Unterbruch hin überwacht werden. Der Kondensator C2 ist daher mit dem Eingang eines Integrators 20 verbunden, an dessen Ausgang eine Gleichspannung anliegt, deren Pegel ein Mass für die Flammenintensität ist. Der Integrator 20 ist als Ladungspumpe ausgebildet. Der Kondensator C7 wird entsprechend der Frequenz der Lade-/Entladezyklen des Kondensators C2 über den Kondensator C6 nachgeladen. Die Frequenz ist durch den Fühlerstrom bestimmt. Bei einem Unterbruch des Kondensators C2 nimmt die Spannung am Kondensator C7 den Wert des Bezugspotentials m an, was gleichbedeutend ist mit "Flamme nicht vorhanden". Die Spannung am Kondensator C7 wird beispielsweise mittels eines Spannungs-/Frequenzwandlers digitalisiert und über einen Optokoppler galvanisch getrennt an ein übergeordnetes Gerät, z.B. einen Feuerungsautomaten, übertragen. Der Vorteil dieser Schaltung liegt darin, dass der Tiefpass 19 die vom Wechselspannungsgenerator 5 erzeugte Wechselspannung derart dämpft, dass ein wesentlich grösseres Verhältnis zwischen dem durch die Fühlerleitungskapazitäten verursachten Wechselstrom und dem Ionisationsstrom akzeptiert werden kann.3 shows a further development of the flame monitoring circuit, in which between the Capacitor C1 and the input of operational amplifier 9, a second, from a resistor R2 and a capacitor C2 formed low pass 19 is connected. In this case, the switch 10 controls the discharge of capacitor C2. The capacitor C2 must be the same as the capacitor C1 a possible interruption can be monitored. The capacitor C2 is therefore with the input an integrator 20 connected to the output of which a DC voltage is present, the level of which is a measure for the flame intensity is. The integrator 20 is designed as a charge pump. The capacitor C7 will correspond to the frequency of the charge / discharge cycles of capacitor C2 across the capacitor C6 reloaded. The frequency is determined by the sensor current. If the Capacitor C2 takes the voltage across capacitor C7 the value of the reference potential m what is synonymous with "flame not present". The voltage across capacitor C7 becomes, for example Digitized using a voltage / frequency converter and galvanically via an optocoupler separately to a higher-level device, e.g. an automatic burner control. The advantage of this Circuit is that the low-pass filter 19 is the AC voltage generated by the AC voltage generator 5 dampens in such a way that a much larger ratio between that through the sensor line capacities caused alternating current and the ionization current can be accepted.

Falls die Flamme mit einer UV-Zelle 4 überwacht wird, die im Gegensatz zu den Ionisationselektroden 3 nicht fehlersicher ist, da die Gefahr besteht, dass die UV-Zelle 4 beispielsweise infolge Alterung auch bei nicht vorhandener Flamme zündet, muss das aus der UV-Zelle 4 und der Flammenüberwachungsschaltung bestehende System im Dauerbetrieb des Brenners durch Abdunkeln der UV-Zelle 4 getestet werden. Der Schalter 11 darf dann nicht bedient werden. Er kann daher entfallen, falls die Flammenüberwachungsschaltung nur mit UV-Zellen 4 eingesetzt werden soll.If the flame is monitored with a UV cell 4, which in contrast to the ionization electrodes 3 is not fail-safe, since there is a risk that the UV cell 4, for example as a result of aging ignites when there is no flame, this must be done from the UV cell 4 and the flame monitoring circuit Existing system tested in continuous operation of the burner by darkening the UV cell 4 become. The switch 11 must then not be operated. It can therefore be omitted if the flame monitoring circuit should only be used with UV cells 4.

Claims (6)

Flammenüberwachungsschaltung mit zwei Anschlüssen (1, 2), die mit Ionisationselektroden (3) eines Brenners oder mit einem Ultraviolertsensor (4, 4a) verbindbar sind, wobei am ersten Anschluss (1) eine gegenüber einem Bezugspotential definierte Wechselspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Anschluss (2) ein Tiefpass (6) nachgeschaltet ist, der einen Widerstand R1 und einen Kondensator C1 aufweist, und dass der Kondensator C1 mit einer weiteren Wechselspannung beaufschlagt wird um ein Signal zu erzeugen, das angibt, ob der Kondensator C1 einen Unterbruch aufweist oder nicht.Flame monitoring circuit with two connections (1, 2) that can be connected to ionization electrodes (3) of a burner or with an ultraviolet sensor (4, 4a), an AC voltage defined with respect to a reference potential being present at the first connection (1), characterized in that the Second connection (2) is followed by a low-pass filter (6), which has a resistor R1 and a capacitor C1, and that the capacitor C1 is subjected to a further AC voltage in order to generate a signal which indicates whether the capacitor C1 has an interruption or not. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wechselspannung, mit der der Kondensator C1 beaufschlagt wird, zum Eingang einer Ladungspumpe (7) geführt ist, dass die Ladungspumpe (7) einen Ausgang aufweist, der ein annähernd statisches Potential einer ersten Polarität führt, wenn an ihrem Eingang ein wechselförmiges Signal anliegt, und der ein statisches Potential einer zweiten Polarität führt, wenn an ihrem Eingang ein gleichförmiges Signal anliegt, so dass das Signal am Ausgang der Ladungspumpe (7) angibt, ob der Kondensator C1 einen Unterbruch aufweist oder nicht.Flame monitoring circuit according to claim 1, characterized in that the further alternating voltage with which the capacitor C1 is applied is led to the input of a charge pump (7), that the charge pump (7) has an output which carries an approximately static potential of a first polarity , if an alternating signal is present at its input and which carries a static potential of a second polarity, if a uniform signal is present at its input, so that the signal at the output of the charge pump (7) indicates whether the capacitor C1 has an interruption or Not. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wechselspannung von der am ersten Anschluss (1) anliegenden Wechselspannung abgeleitet ist, indem diese letztere über einen Koppelkondensator C3 zum Kondensator C1 geführt ist.Flame monitoring circuit according to claim 2, characterized in that the further alternating voltage is derived from the alternating voltage present at the first connection (1), in that the latter is led to the capacitor C1 via a coupling capacitor C3. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator C1 auch mit dem ersten Eingang eines als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärkers (9) verbunden ist, dass das Potential am Ausgang der Ladungspumpe (7) das Potential am zweiten Eingang des Operationsverstärkers (9) steuert, und dass der Ausgang des Operationsverstärkers (9) einen Schalter (10) steuert, über den der Kondensator C1 entladen werden kann, sodass am Ausgang des Operationsverstärkers (9) bei vorhandener Flamme ein rechteckförmiges Signal erscheint.Flame monitoring circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the capacitor C1 is also connected to the first input of an operational amplifier (9) connected as a Schmitt trigger, that the potential at the output of the charge pump (7) and the potential at the second input of the operational amplifier ( 9) controls, and that the output of the operational amplifier (9) controls a switch (10), via which the capacitor C1 can be discharged, so that a rectangular signal appears at the output of the operational amplifier (9) when there is a flame. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kondensator C1 und den ersten Eingang des Operationsverstärkers (9) ein zweiter Tiefpass (19) geschaltet ist, der einen Widerstand R2 und einen Kondensator C2 aufweist, und dass der Kondensator C2 mit dem Eingang eines Integrators (20) verbunden ist, wobei der Integrator (20) an seinem Ausgang eine annähernd gleichförmige Spannung führt, deren Pegel ein Mass dafür ist, wie häufig der Kondensator C1 durch den Schalter (10) entladen wird.Flame monitoring circuit according to claim 4, characterized in that between the capacitor C1 and the first input of the operational amplifier (9) a second low-pass filter (19) is connected, which has a resistor R2 and a capacitor C2, and that the capacitor C2 with the input of a Integrators (20) is connected, the integrator (20) carrying an approximately uniform voltage at its output, the level of which is a measure of how often the capacitor C1 is discharged by the switch (10). Flammenüberwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schalter (11) vorhanden ist, mit dem ein Signal "Flamme nicht vorhanden" an den Eingang der Ladungspumpe (7) anlegbar ist, so dass auch bei vorhandener Flamme jederzeit überprüfbar ist, ob die Flammenüberwachungsschaltung korrekt arbeitet.Flame monitoring circuit according to one of Claims 2 to 5, characterized in that a further switch (11) is provided, by means of which a signal "flame not present" can be applied to the input of the charge pump (7), so that it can be checked at any time even if there is a flame is whether the flame monitoring circuit is working properly.
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