EP1211460B1 - Flammenwächterschaltung - Google Patents

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EP1211460B1
EP1211460B1 EP01127983A EP01127983A EP1211460B1 EP 1211460 B1 EP1211460 B1 EP 1211460B1 EP 01127983 A EP01127983 A EP 01127983A EP 01127983 A EP01127983 A EP 01127983A EP 1211460 B1 EP1211460 B1 EP 1211460B1
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EP
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transistor
voltage source
flame
burner
resistor
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Jochen Grabe
Carsten Wölfl
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Vaillant GmbH
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Vaillant 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 relates to a flame detector circuit according to the preamble of the independent claim.
  • a flame detector circuit is already known from document US-A-3,627,458.
  • the aim of the invention is to avoid this disadvantage and to propose a flame detector circuit of the type mentioned, which is characterized by a simple structure and in which only one opposite to the burner mass positive supply voltage for the evaluation circuit is required.
  • an AC voltage source U_Ioni is connected via a resistor R155 and a capacitor C150 connected in series with an ionization electrode Ioni, which is arranged near the flame zone of a burner, not shown.
  • the flame is represented by an equivalent circuit diagram which comprises a high-resistance resistor R flame and a diode D flame connected in series therewith, this series circuit being connected to the mass of the burner.
  • the ionization electrode Ioni is further connected to an evaluation circuit.
  • This comprises a voltage divider circuit consisting of a connected to the ionization loni series connection of the resistors R153 and R154 on the one hand and a resistor R163, which is connected to a positive pole of a DC voltage source Ub.
  • a capacitor C154 is connected in parallel with the resistor R163, to which also the base of a pnp transistor T152 is connected, whose emitter is connected to the positive pole of the DC voltage source Ub.
  • the collector of the transistor T152 is connected via a resistor R164 to the burner mass, which is connected to the negative pole GND of the DC voltage source Ub.
  • a signal device is further connected, which is also connected to the positive pole of the DC voltage source Ub and the negative pole GND.
  • This signal device comprises a capacitor C152, which is connected in series with a diode D150 and another capacitor C151, the latter being connected to a base terminal of a transistor T150, a collector terminal of a transistor T151 and via a resistor R152 to the positive pole of the DC voltage source Ub ,
  • the diode D150 is further connected to the base terminal of the transistor T151 and via a resistor R159 to the burner mass.
  • the capacitor C152 and the diode D150 are also connected to the burner mass via a resistor R158.
  • the emitter of the transistor T151 is connected via a resistor R161 to the burner mass, or the negative pole GND of the DC voltage source Ub, wherein the emitter of the transistor T150 is also connected to the burner mass via this resistor and a resistor R162 connected in series therewith.
  • the collector of the transistor T150 is directly connected to the positive pole of the Gleichspanungsttle Ub.
  • resistors R157 and R160 are connected to indications _flame 1 and _flame2.
  • the AC voltage applied to the base of T152 is insufficient to drive transistor T152.
  • Transistor T152 is permanently disabled. This also turns off the transistor T151 and the transistor T150 is turned on.
  • the potential on the _Flame1 and the optional second _Flame2 displays is a high potential, meaning that no flame is detected.
  • the transistor T150 blocks permanently and the indications _flame1 and _flame2 are applied to a low level resulting essentially from the voltage divider formed by the resistors R152 and R161. If the potential at the base of the transistor T152 is so small at low-resistance flame that it is permanently driven, then the transistor T151 is also permanently driven via the resistor R165 and the diode D150 and the transistor T150 is turned off. In this case, a low level is also applied to the _Flame1 and _Flame2 displays, which in turn corresponds to a detected flame.
  • a hysteresis behavior can be set.
  • the resistors R164, R165, R158 and R159 In conjunction with the capacitors C152 and C151, the sensitivity of the evaluation circuit or the signal device can be adjusted.
  • the circuit is designed so that component faults either always lead to a static output signal, even in conjunction with an independent secondary fault, or do not affect the function of the circuit or only in terms of sensitivity. This allows the use of e.g. in gas burner control units according to EN 298.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Flammenwächterschaltung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches. Eine solche Schaltung ist aus Dokument US-A-3 627 458 schon bekannt.
  • Bei Flammenüberwachungsschaltungen der eingangs erwähnten Art, die den lonisationseffekt der Flamme ausnutzen, wird meist eine gegenüber dem Bezugspotential das durch die Brennermasse gebildet ist, negative Spannungsversorgung benötigt. Diese muß im Netzteil durch entsprechenden Mehraufwand erzeugt werden.
  • Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Flammenwächterschaltung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und bei der lediglich eine gegenüber der Brennermasse positive Versorgungsspannung für die Auswerteschaltung erforderlich ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei einer Flammenüberwachungsschaltung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.
  • Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird auf einfache Weise erreicht, daß der über die lonisationselektrode fließende lonisationsstrom von dem Transistor der Auswerteschaltung erfaßt werden kann.
  • Durch die Merkmale des abhängigen Anspruches ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht besonders einfache Lösung.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Flammenwächterschaltung zeigt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Flammenwächterschaltung ist eine Wechselspannungsquelle U_Ioni über einen Widerstand R155 und einen zu diesem in Reihe geschalteten Kondensator C150 mit einer lonisationselektrode loni verbunden, die nahe der Flammenzone eines nicht dargestellten Brenners angeordnet ist. Dabei ist die Flamme durch ein Ersatzschaltbild dargestellt, das einen hochohmigen Widerstand RFlamme und eine zu diesem in Reihe geschalteten Diode DFlamme umfaßt, wobei diese Reihenschaltung mit der Masse des Brenners verbunden ist.
  • Die lonisationselektrode loni ist weiter mit einer Auswerteschaltung verbunden. Diese umfaßt eine Spannungsteilerschaltung bestehend aus einer mit der lonisationselektrode loni verbundenen Reihenschaltung der Widerstände R153 und R154 einerseits und eines Widerstandes R163, der mit einem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle Ub verbunden ist. Dabei ist zum Widerstand R163 ein Kondensator C154 parallel geschaltet, an dem auch die die Basis eines pnp-Transistors T152 angeschlossen ist, dessen Emitter mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle Ub angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors T152 ist über einen Widerstand R164 mit der Brennermasse verbunden, die mit dem negativen Pol GND der Gleichspannungsquelle Ub verbunden ist.
  • An dem Kollektor des Transistors T152 ist weiter eine Signaleinrichtung angeschlossen, die ebenfalls mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle Ub und deren negativen Pol GND angeschlossen ist.
  • Diese Signaleinrichtung umfaßt einen Kondensator C152, der in Reihe mit einer Diode D150 und einem weiteren Kondensator C151 geschaltet ist, wobei letzterer mit einem Basisanschluß eines Transistors T150, einem Kollektoranschluß eines Transistors T151 und über einen Widerstand R152 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle Ub verbunden ist. Die Diode D150 ist dabei weiter mit dem Basisanschluß des Transistors T151 und über einen Widerstand R159 mit der Brennermasse verbunden.
  • Der Kondensator C152 und die Diode D150 sind über einen Widerstand R158 ebenfalls mit der Brennermasse verbunden.
  • Der Emitter des Transistors T151 ist über einen Widerstand R161 mit der Brennermasse, bzw. dem negativen Pol GND der Gleichspannnungsquelle Ub verbunden, wobei der Emitter des Transistors T150 über diesen Widerstand und einen zu diesem in Reihe geschalteten Widerstand R162 ebenfalls an der Brennermasse liegt. Der Kollektor des Transistors T150 ist direkt mit dem positiven Pol der Gleichspanungsquelle Ub verbunden.
  • Zwischen dem Emitter des Transistors T150 und dem Widerstand R162 sind über Widerstände R157 und R160 Anzeigen _Flamme 1 und _Flamme2 angeschlossen.
  • Die Funktion der Auswerteschaltung samt der Signaleinrichtung wird im folgenden erläutert.
  • Ist keine Flamme vorhanden, wobei die Flamme im Sinne eines elektronischen Ersatzschaltbildes eine hochohmige Diodenstrecke mit dem Widerstand RFlamme in Reihe zur Diode DFlamme bildet, wird die an der lonisationselektrode loni anliegende Spannung U_Ioni über die Widerstände R153, R154 und R163 heruntergeteilt und in Kombination mit dem Kondensator C154 Tiefpass gefiltert. Die somit an der Basis von T152 anliegende Wechselspannung reicht nicht aus um den Transistor T152 anzusteuern. Der Transistor T152 ist dauerhaft gesperrt. Damit sperrt auch der Transistor T151 und der Transistor T150 ist durchgeschaltet. Das Potential an den Anzeigen _Flamme1 und der optionalen zweiten Anzeige _Flamme2 ist ein High-Potential, das bedeutet, daß keine Flamme erkannt wird.
  • Bei vorhandener Flamme fließt bei der positiven Halbwelle von U_loni ein Strom von der lonisationselektrode loni zur Brennermasse, bzw. dem negativen Pol GND der Gleichspannungsquelle Ub. Dadurch sinkt das Potential an der Basis des Transistors T152 und während der negativen Halbwelle fängt dessen Emitter-Kollektorstrecke an zu leiten, was dazu führt, dass am Kollektor des Transistors T152 Spannungsimpulse erzeugt werden, die über den Kondensator C152 und Diode D150 auf die Basis des Transistors T151 übertragen werden und dieser leitend wird. Da sich der Kondensator C151 durch die Basis-Emitterstrecke des Transistors T151 umlädt, bleibt letzterer für einige Zeit leitend. Der Transistor T150 sperrt hierdurch dauerhaft und an den Anzeigen _Flamme1 und _Flamme2 liegt ein, sich im wesentlichen aus dem Spannungsteiler, der durch die Widerstände R152 und R161 gebildet ist, ergebender, Low-Pegel an. Wird bei niederohmiger Flamme das Potential an der Basis des Transistors T152 so klein, daß dieser dauerhaft angesteuert wird, wird über den Widerstand R165 und die Diode D150 der Transistor T151 ebenfalls dauerhaft angesteuert und der Transistor T150 sperrt. In diesem Fall liegt ebenfalls ein Low-Pegel an den Anzeigen _Flamme1 und _Flamme2 an, was wiederum einer erkannten Flamme entspricht.
  • Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände R161, R162, R152 kann ein Hystereseverhalten eingestellt werden. Über die Widerstände R164, R165, R158 und R159 in Verbindung mit den Kondensatoren C152 und C151 kann die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung bzw. der Signaleinrichtung eingestellt werden.
  • Die Schaltung ist so ausgelegt, dass Bauteilfehler immer, auch in Verbindung mit einem unabhängigen Zweitfehler, entweder zu einem statischen Ausgangsignal führen, oder die Funktion der Schaltung nicht oder nur im Hinblick auf die Empfindlichkeit beeinflussen. Dieses ermöglicht den Einsatz z.B. in Gasfeuerungsautomaten nach EN 298.

Claims (2)

  1. Flammenwächterschaltung mit einer an eine Wechselspannung (U_loni) angeschlossene lonisationselektrode (loni), die nahe einem Flammenbereich eines Brenners angeordnet ist, und einer Auswerteschaltung, die an einer Gleichspannungsquelle (Ub) liegt und einen vom über die lonisationselektrode (loni) fließenden Strom gesteuerten Transistor (T152) aufweist, der eine Signaleinrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Pol (GND) der Gleichspannungsquelle (Ub) an der Masse des Brenners liegt und der positive Pol der Gleichspannungsquelle (Ub) über ein Tiefpassfilter (C154, R153, R154) mit der lonisationselektrode (loni) verbunden und die Basis des Transistors (T152) mit dem Kondensator (C154) des Tiefpassfilters verbunden ist.
  2. Flammenüberwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T152) als pnp-Transistor ausgebildet ist und ein Widerstand (R163) parallel zu dem an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle (Ub) angeschlossenen Kondensator (C154) geschaltet ist, wobei der Emitter des Transistors (T152) ebenfalls mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle (Ub) verbunden ist.
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