EP1157236A1 - Vorrichtung zur flammenüberwachung bei ölbrennern mit adaptiven eigenschaften - Google Patents
Vorrichtung zur flammenüberwachung bei ölbrennern mit adaptiven eigenschaftenInfo
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Description
Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern mit adaptiven Eigenschaften Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennern gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs l.
Derartige Vorrichtungen zur Flammeniiberwachung verfügen in der Regel über einen Sensor, der das Licht der Flamme des Brenners erfasst und hieraus ein entsprechendes Signal erzeugt, sowie über eine Verstärkerschaltung zur Auswertung des vom Sensor erfassten Signals.
Das vom Sensor zu erfassende Licht der Flamme verfügt abhängig vom Betriebszustand des Ölbrenners über einen grossen Dynamikbereich. Bei einem"kalten"Olbrenner-also beim Anfahren des Ölbrenners-wird vom Sensor nur ein kleines Signal erfasst, bei einem "heissen"Olbrenner hingegen liegt ein grosses Signal vor. Diese Dynamik bringt das Problem mit sich, dass die Anforderungen an die Empfindlichkeit derartiger Vorrichtungen zeitlich variabel sind, da sowohl ein sicheres Anfahren als auch Abschalten des Ölbrenners gewährleistet sein muss.
Bei Vorrichtungen zur Flammenüberwachung nach dem Stand der Technik wird dem obigen Dynamikbereich keine Rechnung getragen, dass heisst die Empfindlichkeit der Vorrichtungen zur Flammenüberwachung wird lediglich auf einen festen Wert eingestellt.
Daraus folgt unmittelbar, dass die Funktionsweise der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nur suboptimal sein kann.
Als Stand der Technik wird auf die DE 196 50 972 A1 verwiesen, die ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen offenbart.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennem zu schaffen, die optimiert ist.
Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs I gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt :
Fig. l eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennem als schematisiertes Blockschaltbild.
Die in der Zeichnung gezeigte erfindungsgemässe Vorrichtung zur Flammenüberwachung bei Ölbrennem verfiigt über einen Sensor 10 sowie über eine dem Sensor 10 zugeordnete Verstärkerschaltung 11. Der Sensor 10 überwacht eine nicht-dargestellte Flamme eines ebenfalls nicht dargestellten Ölbrenners. Konkret handelt es sich bei dem Sensor 10 vorzugsweise um einen Infrarot-Sensor, der das Licht der Flamme des Ölbrenners im Infrarot-Bereich erfasst und hieraus ein entsprechendes Signal 12 generiert. Die Verstärkerschaltung 11 dient der Auswertung des vom Sensor 10 erfassten Signals 12.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der Sensor 10 nicht als Infrarot-Sensor ausgebildet sein muss. Vielmehr können auch andere Sensoren zur Überwachung der Flamme des Ölbrenners eingesetzt werden.
Die erfindungsgemässe Verstärkerschaltung 11 passt ihre Empfindlichkeit automatisch an den tatsächlichen Pegel des vom Sensor 10 erfassten Signals 12 an. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Verstärkerschaltung 11 und damit die aus dem Sensor 10 und der Verstärkerschaltung 11 bestehende Vorrichtung zur Flammeniiberwachung unabhängig vom Zustand des Brenners ist, also über den gesamten Dynamikbereich der Flamme des Ölbrenners zuverlässig arbeitet.
Die Verstärkerschaltung 11 verfügt hierzu über eine Spannungsteiler-Einrichtung 13, eine Filtereinrichtung 14, eine Gleichrichter-Einrichtung 15 und eine Verstärker-Einrichtung 16.
Gemäss Figur 1 dienen das vom Sensor 10 erfasste Signal 12 sowie ein Regelsignal 17 als Eingangsgrössen für die Spannungsteiler-Einrichtung 13. In der Spannungsteiler Einrichtung 13, die als Kombination von Festwiderstand und einstellbarem Widerstand ausgebildet ist, werden das vom Sensor 10 erfasste Signal 12 sowie das Regelsignal 17 derart miteinander verrechnet, dass die Amplitude des vom Sensor erfassten Signals 12 auf eine definierte Amplitude eingestellt wird. Dieses auf die definierte Amplitude eingestellte Signal ist das Ausgangssignal 18 der Spannungsteiler-Einrichtung 13, welches der Filter Einrichtung 14 als Eingangssignal zugeführt wird.
Die Filter-Einrichtung 14 umfasst zwei Filter, nämlich einen ersten Bandpassfilter 19 sowie einen dem ersten Bandpassfilter 19 nachgeschalteten zweiten Bandpassfilter 20. In der Filter-Einrichtung 14 wird das Ausgangssignal 18 der Spannungsteiler-Einrichtung 13 demnach gefiltert, und ein Ausgangssignal 21 der Filter-Einrichtung 14 wird anschliessend der Gleichrichter Einrichtung 15 zugeführt, die aus dem in Wechselspannung vorliegenden Ausgangssignal 21 ein gleichgerichtetes Ausgangssignal 22 erzeugt. Bei dem Ausgangssignal 22 handelt es sich demzufolge um ein auf die definierte Amplitude eingestelltes, gefiltertes sowie gleichgerichtetes Ausgangssignal des Sensors 10.
Wie Figur 1 entnommen werden kann, verfügt die Gleichrichter-Einrichtung 15 über einen mit einer Diode 23 in Reihe geschalteten Widerstand 24, wobei die Reihenschaltung aus der Diode 23 und dem Widerstand 24 jeweils mit einem Kondensator 25 und einem weiteren Widerstand 26 parallelgeschaltet sind.
Gemäss Figur 1 wird das Ausgangssignal 22 der Gleichrichter-Einrichtung 15 der Verstärker-Einrichtung 16 als Eingangssignal zugeführt. Darüber hinaus wird der Verstärker-Einrichtung 16 ein über entsprechend dimensionierte Widerstände 27,28 und 29 bereitgestelltes Referenzsignal als Sollwert zugeführt. Das Referenzsignal für die Verstärker-Einrichtung 16 wird gemäss Figur 1 zwischen den Widerständen 27 und 28 abgegriffen. Die Verstärker-Einrichtung 16 erzeugt aus diesen Eingangssignalen das Regelsignal 17.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Verstärker-Einrichtung 16 dann, wenn dieselbe über eine Proportional/Integral-Verstärkungscharakteristik verfügt.
Das Ausgangssignal 22 der Gleichrichter-Einrichtung 15 wird zusätzlich einem Komparator 30 als Eingangssignal zugeführt, der das Ausgangssignal 22 der Gleichrichter Einrichtung 15 mit einem Referenzwert vergleicht, der zwischen den Widerständen 29 und 27 abgegriffen wird. Dieser Referenzwert für den Komparator 30 beträgt beispielsweise 70% der definierten Amplitude, auf die das vom Sensor 10 ermittelte Signal 12 in der Spannungsteiler-Einrichtung 13 eingestellt wird. Als Ausgangsgrösse 31 stellt der Komparator 30 ein Flammensignal bereit, welches Informationen über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein der Flamme des Ölbrenners enthält.
Da, wie oben dargestellt, die Amplitude des vom Sensor 10 erfassten Signals 12 stets automatisch auf die definierte Amplitude normiert wird, ist die Empfindlichkeit der Verstärkerschaltung 11 über den gesamten Dynamikbereich der Flamme des Ölbrenners optimiert.
Wie bereits oben dargestellt wurde, verfügt die Verstärker-Einrichtung 16 über eine Proportional/Integral-Verstärkungscharakteristik. Die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung 16 ist dabei derart ausgelegt, dass ein grösser werdendes Ausgangssignal 22 schnell ausgeregelt wird, während ein kleiner werdendes Ausgangssignal 22 langsam ausgeregelt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei einem Flammenausfall das Ausgangssignal 22 schnell unter den Schwellenwert von vorzugsweise 70% fallut und so der Komparator sicher und schnell einen entsprechenden Flammenausfall melden kann.
Die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung 16 ist gemäss Figur 1 des weiteren durch ein Signal 32 veränderbar. Diese Eigenschaft ist dann von Bedeutung, wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung bei mehrstufig arbeitenden Ölbrennem zum Einsatz kommen soll. So kann nämlich in Verbindung mit mehrstufigen Ölbrennem bei einer Umschaltung von einer Leistungsstufe in eine andere Stufe des Ölbrenners eine sprunghafte Veränderung der Lichtverhältnisse in bezug auf die Flamme des Ölbrenners stattfinden.
Hier muss zuverlässig verhindert werden, dass eine hierdurch bewirkte Verringerung des vom Sensor 10 erfassten Signals 12 als Flammenabriss bzw.
Flammenausfall interpretiert wird. Hierzu wird synchron mit einer Stufenumschaltung des Ölbrenners über das Signal 32 die Verstärkungscharakteristik der Verstärker-Einrichtung 16 auf ein Maximum eingestellt. Hierdurch wird demnach selektiv bei Stufenumschaltungen des Ölbrenners die Verstärkerschaltung 11 momentan derart empfindlich gemacht, dass bei einem sprunghaften Rückgang des Signals 12 infolge einer Stufenumschaltung sicher auf das Vorhandensein einer Flamme des Ölbrenners geschlossen werden kann.
Des weiteren verfügt die Verstärkerschaltung 11 über eine Selbsttest-Funktion. Hierzu ist der Verstärkerschaltung 11 ein Selbsttest-Signal 33 über eine zweite Spannungsteiler Einrichtung 34 zuführbar. Das Selbsttest-Signal 33 dient hierbei der zweiten Spannungsteiler-Einrichtung 34 als Eingangsgrösse, wobei eine Ausgangsgrösse 35 der zweiten Spannungsteiler-Einrichtung 34 der Filter-Einrichtung 14, nämlich dem ersten Bandpassfilter 19, als Eingangsgrösse zur Verfügung gestellt wird.
Bei dem Selbsttest Signal 33 handelt es sich um eine Folge von Impulsen, wobei über die Spannungsteiler Einrichtung 34 synchron zu den Impulsen des Selbsttest-Signals 33 die Verstärkung des ersten Bandpassfilters 19 auf vorzugsweise ein Drittel seiner nominellen Verstärkung reduziert wird. Eine nicht-dargestellte Auswerteschaltung, die dem Komparator 30 nachgeschaltet ist, überprüft, ob der Komparator 30 die im Takt der Impulse des Selbsttest Signals 33 durchgeführte Signalreduzierung erkennt.
Ist dies der Fall, so arbeitet die Verstärkerschaltung 11 fehlerfrei. Hierbei ist von Bedeutung, dass über die Spannungsteiler-Einrichtung 34 die Verstärkung des ersten Bandpassfilters 19 nicht auf Null reduziert wird, sondern nur vorzugsweise gedrittelt oder auch halbiert wird.
Übersteuert nämlich die Verstärker-Einrichtung 16 aufgrund eines Fehlers, so genügt das Dritteln oder das Halbieren der Verstärkung des ersten Bandpassfilters 19 nicht, damit der Komparator 30 auf die Impulse des Selbsttest-Signals 33 entsprechend reagieren kann.
Damit ist ein Fehler erkannt. Würde jedoch die Verstärkung des ersten Bandpassfilters 19 auf Null reduziert werden, so würde auch bei einer übersteuernden Verstärker-Einrichtung 16 der Komparator 30 auf die Impulse im Selbsttest-Signal reagieren und könnte dann den Fehler nicht erkennen.
Von Vorteil ist des weiteren, wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung aus dem Sensor 10 und der adaptiven Verstärkerschaltung 11 in ein digitales, mikroprozessorgesteuertes Steuergerät bzw. Regelgerät integriert wird. Bei dieser Integration kann nämlich die erfindungsgemässe Vorrichtung optimal eingesetzt werden. So kann ein digitales, mikroprozessorgesteuertes Steuergerät bzw. Regelgerät die Ausgangsgrösse 31 des Komparators 30 direkt auswerten.
Auch kann ein digitales Steuergerät bzw. Regelgerät das Selbsttest-Signal 33 sowie das Signal 32 sicher und leicht generieren. Darüber hinaus kann auf einfache Art und Weise das Regelsignal 17 einfach ausgewertet werden. Darüber hinaus ergibt sich bei einer Integration der erfindungsgemässen Vorrichtung in einen Mikroprozessor eine Kosteneinsparung, da der konstruktive Aufbau vereinfacht wird.
Bezugszeichenliste :
10 Sensor l l Verstärkerschaltung
12 Signal 13 Spannungsteiler-Einrichtung
14 Filter-Einrichtung
15 Gleichrichter-Einrichtung
16 Verstärker-Einrichtung
17 Regelsignal
18 Ausgangssignal 19 BandpaBfilter
20 Bandpassfilter
21 Ausgangssignal
22 Ausgangssignal
23 Diode
24 Widerstand
25 Kondensator
26 Widerstand
27 Widerstand
28 Widerstand
29 Widerstand
30 Komparator 31 Ausgangsgrösse
32 Signal 33 Selbsttest-Signal
34 Spannungsteiler-Einrichtung
35 Ausgangsgrösse
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