EP3985308A1 - Flammenverstärker zur flammenüberwachung sowie zugehöriges verfahren - Google Patents

Flammenverstärker zur flammenüberwachung sowie zugehöriges verfahren Download PDF

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EP3985308A1
EP3985308A1 EP21195889.7A EP21195889A EP3985308A1 EP 3985308 A1 EP3985308 A1 EP 3985308A1 EP 21195889 A EP21195889 A EP 21195889A EP 3985308 A1 EP3985308 A1 EP 3985308A1
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EP
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flame
voltage
signal
ionization voltage
current
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EP21195889.7A
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Volker Kleine
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Ebm Papst Landshut GmbH
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Ebm Papst Landshut GmbH
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    • 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
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/20—Warning devices

Definitions

  • the invention relates to a flame amplifier for flame monitoring in or on a burner and an associated method for flame monitoring of a flame in or on the burner.
  • such devices or such Flame amplifiers often use the rectifying effect of a flame to detect the presence or condition of combustion.
  • an alternating voltage with the frequency of the mains voltage is usually fed via a flame amplifier to an electrode which is in contact with the flame.
  • a direct current flows through the flame, which is measured by the flame amplifier and is called the ionization current or flame current.
  • Such a flame amplifier is designed in such a way that only the direct current component is evaluated, a possible alternating current component, e.g. due to contact resistance (moisture or soot), is filtered out.
  • a control unit evaluates the signal from the flame amplifier to monitor the burner flame or to control the quality of combustion.
  • mixture controls based on this so-called ionization principle are known on premixing gas burners. This exploits the effect that the ionization or flame current reaches its maximum when combustion is complete and the level of this signal can thus be used to record the quality of combustion.
  • Flame amplifiers can therefore not only detect the state of the flame as burning or extinguished, but also determine the quality of the combustion based on the level of the flame current.
  • flame amplifiers which obtain the supply voltage for an ionization flame amplifier from the mains voltage and correspondingly provide an ionization voltage as an alternating voltage with the frequency of the mains voltage. Since the flame acts like a rectifier, there is initially a mixed voltage or mixed current, from which only the direct current component can be taken into account.
  • low-pass filters that are designed for the frequency of the mains voltage or the ionization voltage.
  • Most low-pass filters consist of a combination of an electrical capacitor and a series resistor.
  • Such a flame arrestor or flame enhancer is known through scripture EP 2 154 430 A1 described.
  • the flame signal is amplified and smoothed as a low-pass filter using a resistor-capacitor combination. This smoothed signal is fed to evaluation electronics that use the level of this signal to evaluate the quality of the flame.
  • these simple low-pass filters have the disadvantage that the resistor and the capacitor of the low-pass filter must be dimensioned accordingly large in order to keep the residual ripple on the output side of the filtered signal as low as possible at the existing mains frequency, which means that the low-pass filters have a response time that depends on the depends on the level of the signal.
  • these low-pass filters must be dimensioned in such a way that they switch off sufficiently quickly at a maximum signal (flame current or the flame signal corresponding thereto) and the lowest frequency (mains frequency).
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a flame amplifier and an associated method for flame monitoring, which enables an almost constant response time regardless of the level of the flame current and minimizes disruptions caused by incorrect detection of a flame going out so that the flame amplifier or the method works reliably in a wide range of the flame current and the presence of the flame can be reliably detected within a specified reaction time.
  • a flame amplifier for flame monitoring in or on a burner is proposed, the flame amplifier also being able to be referred to as a flame monitor.
  • the burner is preferably a gas burner and the flame is accordingly a gas flame which has ionizing properties or properties which act as a rectifier.
  • the flame amplifier according to the invention has an ionization voltage generator for generating an alternating voltage as the ionization voltage and an ionization electrode for applying the ionization voltage to a flame generated by or in the burner.
  • the flame which acts as a rectifier, generates a DC voltage from the ionization voltage as the flame voltage, and a DC current flows across the flame as the flame current.
  • the burner or a housing of the burner preferably serves as an opposite pole to the pole formed by the ionization electrode, so that the flame current, which can also be referred to as ionization current, flows through the flame between the ionization electrode and the burner or the housing of the burner flows.
  • the flame amplifier has a flame signal processor or a circuit arrangement for flame signal processor with a low-pass filter, which can also be referred to as a low-pass filter and correspondingly allows signal components of an input-side signal with frequencies below a predetermined limit frequency to pass approximately unattenuated.
  • a mixed voltage formed from ionization voltage and flame voltage and a mixed current with an alternating current component and a direct current component corresponding to the flame current are present on the input side of the low-pass filter.
  • the ionization voltage generator is designed to generate the ionization voltage as an AC voltage with a frequency of more than 60 Hz, ie with a frequency above and preferably significantly above the mains frequency.
  • the low-pass filter having a limit frequency corresponding to the frequency of the ionization voltage, so that the alternating current component of the mixed current or, in general, the alternating voltage and alternating current component of the signal applied to the low-pass filter on the input side is blocked and the low-pass filter Frequency of the ionization voltage corresponding time constant and consequently correspondingly dimensioned components such as resistor and capacitor. Due to the low-pass filter, an input side becomes the Low-pass applied unfiltered flame signal generates a filtered output side and continue to the flame current corresponding flame signal.
  • the inventive idea on which the described flame amplifier is based is that the low-pass filter through the frequency of the ionization voltage above the mains frequency, which is necessary to separate direct and alternating current and preferably consists of exactly one resistor and exactly one capacitor, is low-impedance or has a small resistance can be designed.
  • Such a low-impedance design limits the voltage at the low-pass filter capacitor to comparatively small values. If the flame fails, ie if the flame goes out, this small voltage or the correspondingly preferably small-sized capacitor can also be discharged quickly via a low-impedance input resistance of an amplifier that may be provided, so that the flame amplifier reacts more quickly overall to the flame failure.
  • the flame signal which corresponds to the flame current and corresponds to the DC component of the mixed current present at the low-pass filter or the output-side signal of the low-pass filter or allows conclusions to be drawn about it, with a sampling frequency and preferably corresponding to the frequency of the ionization voltage and thus with a higher speed compared to a sampling according to the mains voltage frequency can be sampled, so that the flame signal on the output side of the low-pass filter and through the correspondingly dimensioned low-pass filter reacts quickly to a flame failure, so that this is recorded with a very small time delay or essentially without a time delay and digitally can be evaluated. There is always a minimal time delay, which is, for example, in a maximum two-digit millisecond range.
  • Smoothing or filtering of the flame signal on the output side of the low-pass filter can be done digitally by evaluation electronics that may be provided and can therefore be parameterized in a targeted manner, for example, using appropriate software in the evaluation electronics and is therefore independent of the level of the flame signal.
  • the flame signal can be sampled in the evaluation electronics that are preferably provided, with a high sampling rate and preferably with the frequency of the ionization voltage. Due to the high scanning frequency, a large number of values can be generated in a short time, from which mean values can also be formed for smoothing the flame signal. The values or mean values can be observed due to the very fast reaction of the flame signal to the flame failure and due to the high sampling rate before extinguishing of the flame is recognized or reported, so that the error rate when recognizing an extinguished flame decreases.
  • Skillful or advantageous scanning of the flame signal by means of the evaluation electronics can also suppress mains hum coupled into the flame signal to a preferably high-impedance connected ionization line by almost 100%, depending on the phase position of the artificially generated ionization voltage.
  • a longer delay time can be used, e.g. by setting the software, than during burner operation, since the flame signal is often less stable immediately after ignition and thus increases to a flickering of the flame signal.
  • the reaction time can also be increased to the maximum permitted value, which corresponds to reducing a delay time explained later, so that if the mean value recorded for evaluation falls below the switch-off threshold, the waiting time is shorter. before extinguishing of the flame is detected. This ensures trouble-free operation even with a comparatively small flame signal. If, for example, the flame signal is low or small due to low burner output, a short flickering caused by wind would immediately cause a lockout with conventional circuits. With the delay time implemented by the evaluation electronics, the evaluation electronics can wait during the permitted period of time defined by the delay time to see whether the flame signal has really gone out or is just flickering.
  • the evaluation electronics and/or the ionization voltage generator are/is designed to match a mains frequency of the ionization voltage generator and /or the evaluation electronics independently and preferably at regular intervals, so that parameters of the evaluation electronics and/or the ionization voltage generator can be adjusted based on this, or the flame signal or scanned values of the flame signal can be corrected accordingly.
  • the state of the flame ie whether it is extinguished or burning, and the quality of the combustion can be determined and the state and the quality can be used to regulate the combustion and lockout when the flame goes out corresponding to a fault.
  • a level of the flame current or the flame signal corresponding thereto can allow conclusions to be drawn about the quality of the combustion, since the flame signal or the flame current reaches its maximum when combustion is complete.
  • the evaluation electronics are designed to evaluate the flame signal corresponding to the flame current and to determine a state of the flame, in particular whether the flame is burning or has gone out, and/or a combustion quality.
  • the evaluation is preferably based on the already mentioned scanning of the flame signal with a frequency preferably corresponding to the frequency of the ionization voltage and the subsequent further processing of the values recorded during the scanning.
  • the evaluation electronics are preferably designed to transmit the flame signal according to the frequency of the ionization voltage and thereby to detect temporally successive values of the flame signal and to determine the flame current from the temporally successive values and preferably from two immediately successive values in each case mean values and/or a smoothed course of the flame current.
  • a mean value can also be determined from three or more values detected by scanning the flame signal, which can be set, for example, by software in the evaluation unit.
  • the rapid reaction of the flame signal on the output side of the low-pass filter to the actual state of the flame makes it possible to observe the flame signal for a longer period of time before it must be assumed that the flame has gone out within a predetermined time.
  • the evaluation electronics are designed to have values of the filtered flame signal and, if necessary, amplified by an amplifier and/or mean values formed by the evaluation electronics from the flame signal with a switch-off threshold to compare. If a value or average value is lower than the switch-off threshold and/or if the switch-off threshold is undershot, i.e.
  • a delay time ⁇ is awaited and an extinguished flame is only detected if subsequent values and preferably all subsequent values within the delay time ⁇ are smaller than the switch-off threshold.
  • the delay time is preferably less than or equal to the maximum permissible time within which the flame amplifier must react, which can be specified, for example, by a standard.
  • the delay time and the switch-off threshold can be parameterized in the software, i.e. set.
  • the status of the flame is observed by the evaluation electronics within the delay time and the actual status of the flame is only deduced from the behavior within the delay time.
  • the state of the flame is understood to mean its presence, i.e. a burning flame, or its non-existence, i.e. an extinguished flame.
  • the flame current or the flame signal corresponding thereto or the mean values formed can be compared as an actual value with previously known setpoint values, which can be stored in the evaluation electronics, for example.
  • the flame signal corresponds to the flame current
  • the flame signal on the output side of the low-pass filter can be damped and/or temporally shifted relative to the low-pass signal on the input side, so that the flame signal on the output side of the low-pass filter can be slightly offset in time and damped compared to the flame current , but still allows conclusions to be drawn about the flame storm.
  • the flame current can be calculated from the resulting course of the values or the mean values.
  • the ionization voltage generator is designed to generate the ionization voltage with a frequency of at least 100 Hz, preferably at least 500 Hz and more preferably at least 1000 Hz, with a higher frequency leading to a higher sampling frequency and a faster response time.
  • the frequency is theoretically and preferably not subject to an upper limit, i.e. arbitrarily high, the low-pass filter only has to be dimensioned accordingly.
  • frequencies above 10 kHz are disadvantageous or unnecessarily high, since the flame signal present at the electrode is then significantly weakened by cable capacitances of the ionization line and the waveform of the flame signal is also severely distorted.
  • the ionization voltage generator is designed to generate the ionization voltage as a square-wave signal with symmetrical pulse widths.
  • the flame signal processing system preferably also has coupling electronics which are connected upstream of the low-pass filter on the input side and which are arranged electrically between the ionization voltage generator and the ionization electrode. As a result, these are electrically connected to one another via the coupling electronics, and the ionization voltage generated by the ionization voltage generator and an associated alternating current are applied to the ionization electrode or the flame and the low-pass filter via the coupling electronics.
  • this coupling electronics can consist of a series resistor connected directly in front of the ionization electrode.
  • the low-pass filter is also designed so that its signal on the output side, ie the flame signal on the output side, has a defined residual ripple, which can be set by suitably selecting the components of the low-pass filter.
  • the flame signal processing has an amplifier which is connected downstream of the low-pass filter on the output side and upstream of the evaluation electronics.
  • the low-pass filter is also designed to amplify a flame signal from the low-pass filter on the output side, ie the proportion of the mixed voltage or mixed current that passes through the low-pass filter, to form an amplified flame signal and forward it to the evaluation electronics.
  • a method for flame monitoring of a flame in or on a burner with a flame amplifier is also proposed.
  • the ionization voltage generator generates an AC voltage, referred to as the ionization voltage, with a frequency of more than 60 Hz and applies the ionization voltage to the flame, so that the flame, acting as a rectifier, generates a DC voltage, referred to as the flame voltage, from the ionization voltage and is transmitted via the flame direct current called flame current flows.
  • the low-pass filter generates a flame signal on the output side, which corresponds to the flame current, from a mixed voltage on the input side consisting of the ionization voltage and the flame voltage and the associated mixed current with the flame current as a direct current component.
  • the flame current or a DC voltage on the output side can have a residual ripple which is determined by the low-pass filter or the components selected for this and the frequency of the ionization voltage.
  • the flame signal ie the signal of the low-pass filter on the output side and optionally amplified by an amplifier, is evaluated in evaluation electronics and a state of the flame and/or a combustion quality is determined from the flame signal.
  • an advantageous development of the method provides that the The evaluation electronics scans the flame signal according to the frequency of the ionization voltage and records successive values as scan points of the flame signal. Furthermore, the electronic evaluation system determines mean values or mean values of the flame signal that follow one another in terms of time from values that follow one another in direct time and values determined by scanning, or from preferably exactly two values that follow one another in time, so that a smoothed and less error-prone course of the flame current or of the flame signal corresponding to the flame current.
  • the evaluation electronics can compare the average values or one of the consecutive average values with a predetermined switch-off threshold, with an extinguished (extinguished) flame for an average value lower than or below the switch-off threshold and for an average greater than or above the switch-off threshold, a burning (present) flame is detected, i.e. accepted or reported.
  • an advantageous variant of the method provides that that the electronic evaluation system compares the mean values or a mean value of the consecutive mean values with a predetermined switch-off threshold, with the mean value being lower than the switch-off threshold and/or falling below the switch-off threshold, i.e. if the mean value was greater than or above the switch-off threshold immediately beforehand, a delay time is awaited and an extinguished flame is only detected, i.e. accepted or reported, if the subsequent mean values and preferably all subsequent mean values within the delay time are smaller than the switch-off threshold.
  • the supply voltage corresponding to the mains voltage of the ionization voltage generator, the evaluation electronics and/or the flame signal processing can also be faulty, so that, for example, an interference or ripple voltage coupled into the ionization voltage via the ionization voltage generator can influence the flame signal and can falsify this.
  • Such sources of interference which are subject to a certain behavior, can be detected and compensated according to a further advantageous embodiment of the method, with the evaluation electronics for this purpose determining a change in the ionization voltage, preferably caused by interference, from a periodically recurring deviation in the temporally successive values of the signal voltage detected by the evaluation electronics and the mean values determined therefrom or the falsification of the flame signal caused by the disturbance and corrects or compensates the mean values on the basis of the detected change in the ionization voltage.
  • a respective mean value can be offset against a disturbance-related and recognized change in the form of a correction value.
  • FIG 1 a representation of a flame amplifier based on a control scheme is shown.
  • an ionization voltage generator 10 an AC voltage is generated as an ionization voltage, the frequency of which is significantly higher than the mains frequency, for example 1000 Hz.
  • the ionization voltage is preferably, but not limited to, generated as a square frequency with symmetrical pulse widths.
  • This ionization voltage is connected to an ionization electrode 2 via coupling electronics 4 . If a flame develops on the burner 1, a flame stream 3 flows through it. Since the flame acts as a rectifier, a pulsating direct current called flame current 3 flows through the flame, even if the ionization voltage is present as an alternating voltage.
  • the flame current 3 flowing through the flame is passed through a low-pass filter 5 in order to filter out the AC component caused by the ionization voltage. Since the synthetically generated ionization voltage of 1000 Hz is well above the mains frequency of approx. 50 - 60 Hz, the low-pass filter 5 can be used with a comparatively small time constant, resulting in a slight time delay of the output-side signal of the low-pass filter 5 compared to the input-side signal of the low-pass filter 5 follows. Due to the associated low impedance of the low-pass filter 5, there is also a high level of immunity to electrical interference realized.
  • the low-pass filter 5 is dimensioned in such a way that a defined residual ripple of the applied ionization voltage is retained.
  • This flame signal 6, which corresponds to the flame current 3 is amplified by an amplifier 7 connected downstream of the low-pass filter 5 and supplied as an amplified flame signal 8 to control and evaluation electronics 9.
  • This detects the phase-synchronous successive values with a sampling rate corresponding to the frequency of the ionization voltage and forms an average value from two successive values in each case, so that a large number of temporally successive average values result, which correspondingly form a curve that corresponds to a smoothed and approximated curve of the Flame signal 6, 8 corresponds and corresponds to the flame current 3.
  • the mean value of two consecutive values or the mean values of the measured flame signal 6, 8 can then be converted into the flame current 3, so that this can be determined from the flame signal 6, 8 or the mean values.
  • the flame current 3 can then be used as an indicator of the quality of the combustion for controlling the combustion. Furthermore, when an extinguished flame is detected, for example by falling below at least one of the average values below a predetermined switch-off threshold 22, a safety switch-off 11 can be triggered.
  • Diagram 20 shown in section (a) shows the progression of flame signal 3 of burner 1 as a function of time t when combustion starts.
  • the ionization voltage generated by the ionization voltage generator 10 is present as a square-wave frequency with a frequency of 1000 Hz, which is thus well above the mains frequency of approximately 50 to 60 Hz.
  • the profile of the flame signal 8 amplified by the amplifier 7 after the low-pass filter 5 is sampled in the evaluation electronics 9, with the amplified flame signal 8 or the profile of the flame signal 8 being compared to increases and decreases slightly dampened by the actual course of the flame signal.
  • the values scanned by the evaluation electronics 9 (white points) (e.g. the two associated scanning points 24 and 25) and the respectively calculated average values (black points) (e.g.
  • section (d) shows the curve of the mean values (black points) over the curve of the amplified flame signal 8 (dashed line), with the switch-off threshold 22 being plotted for this, so that for the flame detection in section (e) the result or evaluation signal of the evaluation by the evaluation electronics for the safety shutdown 11 results.
  • Mean values that are above the switch-off threshold 22 mean that the presence of a flame can be reliably detected.
  • the time t2 reflects the delay between the actual occurrence of the flame current 3 and the detection of the flame.
  • this time t2 depends almost exclusively on the frequency of the ionization voltage.
  • the evaluation electronics 9 can scan faster and calculate the mean values.
  • the response time is 20 times shorter than the usual 50 Hz of the mains voltage.
  • This short response time is advantageous for controlling the combustion, since the control must react quickly to changing conditions in the flame signal or in the flame current 3, which reflects the quality of the combustion.
  • Diagram 30 shown in section (a) shows a spontaneous failure of flame current 3 or of the flame signal corresponding thereto.
  • the values (white points) and mean values (black points) shown in section (c) result, where the mean values in section (c) partially superimpose the values.
  • Section (c) accordingly shows the profile of the filtered and amplified flame signal 8 with recognizable damping through the low-pass filter 5, as well as the sampling points (white) and the mean values resulting from two consecutive values
  • the time t3 reflects the safety time allowed by the relevant regulations from the actual flame failure to the safety shutdown, which must therefore be observed in any case.
  • the associated mean value is below the switch-off threshold 22 after just two data points and a possible flame signal interruption is recognized by the evaluation electronics 9, it is possible to wait for a delay time ⁇ and continue to monitor the flame signal 8 until a fault switch-off occurs at must take place after the flame has actually gone out.
  • the extinguishing of the flame is not reported and the combustion process is therefore continued if a flame is detected again within the delay time ⁇ , ie the mean value within the delay time ⁇ is again above the switch-off threshold 22.
  • Diagram 40 shown in section (a) shows a strongly fluctuating flame current 3, which initially has a low level and then a high level.
  • the mean values are shown in simplified form in section (d) over the course of the amplified and damped flame signal (dashed line) and are entered together with the switch-off threshold 22 .
  • section (e) of the figure 4 the evaluation signal for the safety shutdown 11 based on this is shown, as it is output by the evaluation electronics 9 .
  • Section (d) in particular shows that the reaction time between falling below the switch-off threshold 22 in the case of small signals and until the associated mean value 21 is recorded is almost the same as when the signal level falls below the switch-off threshold 22 from a high signal level until the associated mean value 23 is recorded Since the delay time ⁇ is identical in both cases, the overall response time is also almost the same.
  • Graph 50 shown in section (a) is a constant Increase in flame current 3 and the flame signal corresponding thereto shown. If the actually constant flame signal according to the in section (b) of figure 5 If the ionization voltage applied and generated by the ionization voltage generator 10 is sampled and the flame signal is disturbed by mains hum, the result is the curve shown in section (c) of the flame signal 8 affected by mains hum, with the sampled points (white) and those from the values of the sampled points calculated mean values (black) are shown.
  • a harmonic oscillation can be recognized by the evaluation electronics 9 and the values or mean values influenced thereby can be corrected or filtered out by the evaluation electronics 9 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in einem Brenner (1) mit einem lonisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Wechselspannung als lonisationsspannung, einer lonisationselektrode (2) zur Beaufschlagung einer durch den Brenner (1) erzeugten Flamme mit der lonisationsspannung, so dass durch die als ein Gleichrichter wirkende Flamme aus der lonisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung erzeugt wird und ein Gleichstrom als Flammenstrom (3) fließt, und mit einer Flammensignalaufbereitung mit einem Tiefpass (5), an welchem eingangsseitig eine aus lonisationsspannung und Flammenspannung gebildete Mischspannung sowie ein Mischstrom mit einem Wechselstromanteil und einem dem Flammenstrom (3) entsprechenden Gleichstromanteil anliegen, wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die lonisationsspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz zu erzeugen, und wobei der Tiefpass (5) eine Grenzfrequenz entsprechend der Frequenz der lonisationsspannung aufweist, so dass der Wechselstromanteil des Mischstroms blockiert wird und der Tiefpass (5) eine zu der Frequenz der lonisationsspannung korrespondierende Zeitkonstante aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in bzw. an einem Brenner sowie ein zugehöriges Verfahren zur Flammenüberwachung einer Flamme in bzw. an dem Brenner.
  • Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Flammenüberwachung bei bzw. an Brennern bekannt.
  • Nach dem Stand der Technik nutzen solche Vorrichtungen bzw. solche Flammenverstärker oftmals den Gleichrichteffekt einer Flamme zur Erkennung des Vorhandenseins bzw. eines Zustandes einer Verbrennung. Üblicherweise wird dazu eine Wechselspannung mit der Frequenz der Netzspannung über einen Flammenverstärker an eine Elektrode geführt, die mit der Flamme in Kontakt steht. Bei einer Verbrennung fließt durch die Flamme ein Gleichstrom, der vom Flammenverstärker gemessen wird und als Ionisationsstrom oder Flammenstrom bezeichnet wird.
  • Ein solcher Flammenverstärker ist so gestaltet, dass nur der Gleichstromanteil ausgewertet wird, ein möglicher Wechselstromanteil z.B. durch Übergangswiderstände (Feuchtigkeit oder Ruß) wird herausgefiltert.
  • Ein Steuergerät wertet das Signal des Flammenverstärkers zur Flammenüberwachung des Brenners oder zur Regelung der Verbrennungsgüte aus.
  • Beispielsweise sind an vormischenden Gasbrennern Gemischregelungen bekannt, die auf diesem sogenannten lonisationsprinzip beruhen. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass das der lonisations- bzw. Flammenstrom bei vollständiger Verbrennung sein Maximum erreicht und die Höhe dieses Signals somit zur Erfassung der Verbrennungsgüte genutzt werden kann.
  • Flammenverstärker können somit nicht nur den Zustand der Flamme als brennend oder erloschen detektieren, sondern auch die Güte der Verbrennung anhand der Höhe des Flammenstroms bestimmen.
  • Nach dem Stand der Technik sind daher Flammenverstärker bekannt, die aus der Netzspannung die Versorgungsspannung für einen lonisationsflammenverstärker beziehen und entsprechend eine Ionisationsspannung als eine Wechselspannung mit der Frequenz der Netzspannung bereitstellen. Da die Flamme wie ein Gleichrichter wirkt, ist zunächst eine Mischspannung bzw. ein Mischstrom vorhanden, aus welchem jedoch nur der Gleichstromanteil berücksichtigt werden darf.
  • Dies erfolgt in der Regel durch einfache Tiefpassfilter, die auf die Frequenz der Netzspannung bzw. der Ionisationsspannung ausgelegt sind. Überwiegend bestehen die Tiefpassfilter aus einer Kombination eines elektrischen Kondensators und einem Vorwiderstand.
  • Solch ein Flammenwächter bzw. Flammenverstärker ist durch die Schrift EP 2 154 430 A1 beschrieben. Hierbei wird das Flammensignal verstärkt und über eine Widerstand-Kondensator-Kombination als Tiefpassfilter geglättet. Dieses geglättete Signal wird einer Auswerteelektronik zugeführt, die die Höhe dieses Signales zur Bewertung der Flammengüte nutzt.
  • Diese einfachen Tiefpassfilter haben jedoch den Nachteil, dass der Widerstand und der Kondensator des Tiefpassfilters entsprechend groß dimensioniert werden müssen, um eine ausgangsseitige Restwelligkeit des gefilterten Signals bei der vorhandenen Netzfrequenz so gering wie möglich zu halten, wodurch die Tiefpassfilter eine Reaktionszeit aufweisen, die von der Höhe des Signales abhängt.
  • Daraus folgt:
    1. a) die Glättung eines Signales mit einer der Frequenz der Netzspannung entsprechenden niedrigen Frequenz erfordert vergleichsweise große Kondensatoren mit einer hohen Kapazität im Tiefpassfilter. Diese großen Kondensatoren sorgen für eine vergleichsweise lange Reaktionszeit, d.h. wenn das Flammensignal erlischt, kann die Auswerteelektronik dies erst erfassen, wenn die Kondensatorspannung unter den Ausschaltschwellwert abgesunken ist.
    2. b) wenn das Eingangssignal am Tiefpassfilter bzw. der Flammenstrom hoch ist, dauert es durch den aufgeladenen Kondensator länger bis die Schaltschwelle der Auswerteelektronik erreicht ist, als bei einem niedrigen Eingangssignal bzw. einem niedrigen Flammenstrom.
  • Da die maximalen Reaktionszeiten aufgrund von Sicherheitsvorschriften begrenzt sind, müssen diese Tiefpassfilter so dimensioniert werden, dass sie bei einem maximalen Signal (Flammenstrom bzw. das dazu korrespondierende Flammensignal) und niedrigster Frequenz (Netzfrequenz) ausreichend schnell abschalten.
  • Dies wiederum führt dazu, dass bei einem niedrigen Signal und eventuell auftretender elektrischer Störungen die Abschaltzeiten sehr gering sind, d.h. unter Umständen kleinere Störungen schon zu einer unberechtigten Störabschaltung führen können, da die Flamme fälschlicherweise als Erloschen detektiert wird.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und einen Flammenverstärker sowie ein zugehöriges Verfahren zur Flammenüberwachung bereitzustellen, durch welche eine nahezu konstante Reaktionszeit unabhängig von der Höhe des Flammenstroms ermöglicht und Störungen, durch eine fehlerhafte Detektion eines Erlöschens der Flamme, minimiert werden, so dass der Flammenverstärker bzw. das Verfahren in einem breiten Bereich des Flammenstroms zuverlässig arbeitet und das Vorhandensein der Flamme innerhalb einer vorgegebenen Reaktionszeit sicher detektiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in bzw. an einem Brenner vorgeschlagen, wobei der Flammenverstärker auch als Flammenwächter bezeichnet werden kann. Bei dem Brenner handelt es sich vorzugsweise um einen Gasbrenner und bei der Flamme entsprechend um eine Gasflamme, welche ionisierende bzw. als Gleichrichter wirkende Eigenschaften aufweist. Der erfindungsgemäße Flammenverstärker weist einen lonisationsspannungsgenerator zur Erzeugung einer Wechselspannung als Ionisationsspannung sowie eine lonisationselektrode zur Beaufschlagung einer durch den bzw. in dem Brenner erzeugten Flamme mit der Ionisationsspannung auf. Die als ein Gleichrichter wirkende Flamme erzeugt aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung und ein Gleichstrom fließt als Flammenstrom über die Flamme. Vorzugsweise dient dabei der Brenner bzw. ein Gehäuse des Brenners als ein Gegenpol zu dem durch die lonisationselektrode gebildeten Pol, so dass der Flammenstrom, welcher auch als lonisationsstrom bezeichnet werden kann, über die Flamme zwischen der lonisationselektrode und dem Brenner bzw. dem Gehäuse des Brenners fließt. Ferner weist der Flammenverstärker eine Flammensignalaufbereitung bzw. eine Schaltungsanordnung zur Flammensignalaufbereitung mit einem Tiefpass auf, welcher auch als Tiefpassfilter bezeichnet werden kann und entsprechend Signalanteile eines eingangsseitigen Signals mit Frequenzen unterhalb einer vorbestimmten Grenzfrequenz annähernd ungeschwächt passieren lässt. An dem Tiefpass liegen eingangsseitig eine aus Ionisationsspannung und Flammenspannung gebildete Mischspannung sowie ein Mischstrom mit einem Wechselstromanteil und einem dem Flammenstrom entsprechenden Gleichstromanteil an. Für die Erfindung wesentlich ist, dass der lonisationsspannungsgenerator ausgebildet ist, die Ionisationsspannung als eine Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz, also mit einer Frequenz oberhalb und vorzugsweise deutlich oberhalb der Netzfrequenz, zu erzeugen. Daraus und auch entsprechend der Erfindung ergibt sich, dass der Tiefpass eine Grenzfrequenz entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung aufweist, so dass der Wechselstromanteil des Mischstroms bzw. allgemein der Wechselspannung- und Wechselstromanteil des eingangsseitigen an dem Tiefpass anliegenden Signals blockiert wird und der Tiefpass eine zu der Frequenz der Ionisationsspannung korrespondierende Zeitkonstante und folglich entsprechend dimensionierte Komponenten, wie Widerstand und Kondensator, aufweist. Durch den Tiefpass wird dadurch aus einem eingangsseitig an dem Tiefpass anliegenden ungefilterten Flammensignal ein ausgangsseitig gefiltertes und weiterhin zu dem Flammenstrom korrespondierendes Flammensignal erzeugt.
  • Die dem beschriebenen Flammenverstärker zugrunde liegende erfinderische Idee ist es, dass der Tiefpassfilter durch die Frequenz der lonisationsspannung oberhalb der Netzfrequenz, welcher zur Trennung von Gleich- und Wechselstrom notwendig ist und vorzugsweise aus genau einem Widerstand und genau einem Kondensator besteht, niederohmig bzw. mit einem kleinen Widerstand ausgelegt werden kann. Eine solche niederohmige Auslegung begrenzt die Spannung am Kondensator des Tiefpasses auf vergleichsweise kleine Werte. Bei einem Flammenausfall, also einem Erlöschen der Flamme, kann diese kleine Spannung bzw. der entsprechend vorzugsweise klein dimensionierte Kondensator auch schnell über einen niederohmigen Eingangswiderstand eines gegebenenfalls vorgesehenen Verstärkers entladen werden, so dass der Flammenverstärker insgesamt schneller auf den Flammenausfall reagiert.
  • Hinzukommt, dass das Flammensignal, welches zu dem Flammenstrom korrespondiert und entsprechend dem Gleichstromanteil des an dem Tiefpass anliegenden Mischstroms bzw. dem ausgangsseitigen Signal des Tiefpasses entspricht bzw. Rückschlüsse auf diese ermöglicht, mit einer Abtastfrequenz und vorzugsweise entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung und somit mit einer höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu einer Abtastung entsprechend der Netzspannungsfrequenz abgetastet werden kann, so dass das Flammensignal ausgangsseitig des Tiefpasses und durch den entsprechend dimensionierten Tiefpass schnell auf einen Flammenausfall reagiert, so dass dieses mit einer sehr geringen Zeitverzögerung bzw. im Wesentlichen ohne Zeitverzögerung erfasst und digital ausgewertet werden kann. Dabei gibt es immer eine minimale Zeitverzögerung, welche jedoch beispielsweise in einem maximal zweistelligen Millisekundenbereich liegt.
  • Eine Glättung oder Filterung des Flammensignals ausgangsseitig des Tiefpasses, z.B. bei flackerndem Flammensignal durch eine flackernde Flamme, kann digital von einer gegebenenfalls vorgesehenen Auswerteelektronik erfolgen und ist somit beispielsweise über eine entsprechende Software der Auswerteelektronik gezielt parametrierbar und damit unabhängig von der Höhe des Flammensignals.
  • Darauf basierend kann das Flammensignal in der vorzugsweise vorgesehenen Auswerteelektronik mit einer hohen Abtastrate und vorzugsweise mit der Frequenz der Ionisationsspannung abgetastet werden. Durch die hohe Abtastfrequenz können in kurzer Zeit eine Vielzahl von Werte generiert werden, aus welchen zusätzlich Mittelwerte zur Glättung des Flammensignals gebildet werden können. Die Werte bzw. Mittelwerte können durch die sehr schnelle Reaktion des Flammensignals auf den Flammenausfall und durch die hohe Abtastrate beobachtet werden, bevor ein Erlöschen der Flamme erkannt bzw. gemeldet wird, so dass die Fehlerrate bei dem Erkennen einer erloschenen Flamme sinkt.
  • Durch eine geschickte bzw. vorteilhafte Abtastung des Flammensignals mittels der Auswerteelektronik kann zudem in Abhängigkeit der Phasenlage der künstlich erzeugten Ionisationsspannung ein in das Flammensignal eingekoppeltes Netzbrummen auf eine vorzugsweise hochohmige angeschlossene lonisationsleitung nahe zu 100% unterdrückt werden.
  • Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich dadurch, dass eine kürzere Reaktionszeit des Flammenverstärkers mit einer durch bzw. in der Auswerteelektronik und beispielsweise softwareseitig parametrierbare Verzögerungszeit realisierbar ist, innerhalb derer das Flammensignal bzw. aus dem Flammensignal abgeleitete Werte oder Mittelwerte beobachtet werden kann, bevor von einem Erlöschen der Flamme ausgegangen wird. Hierdurch können insbesondere unterschiedliche Normenanforderungen ohne hardwareseitige Änderung der Auswerteelektronik oder Änderungen der Flammensignalaufbereitung durch Festlegung anderer Parameter realisiert werden.
  • Auch kann beim Start des Brenners, also bei einer erstmaligen Zündung der Flamme innerhalb eines Betriebszyklus, eine längere Verzögerungszeit, beispielsweise durch softwareseitige Einstellung, genutzt werden als während des Brennerbetriebes, da das Flammensignal direkt nach dem Zünden oftmals weniger stabil ist und somit vermehrt zu einem Flackern des Flammensignals kommen kann.
  • Bei einem niedrigen, unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegenden Flammensignal kann zudem die Reaktionszeit auf den maximal erlaubten Wert erhöht werden, was dem Absenken einer später erläuterten Verzögerungszeit entspricht, so dass bei einem Unterschreiten eines zur Auswertung erfassten Mittelwertes unterhalb der Abschaltschwelle, weniger lang gewartet wird, bevor ein Erlöschen der Flamme detektiert wird. Dies sorgt für einen störungsfreien Betrieb auch bei einem vergleichsweise kleinen Flammensignal. Ist beispielsweise das Flammensignal aufgrund geringer Brennerleistung niedrig bzw. klein, würde ein kurzes Flackern durch Wind bei herkömmlichen Schaltungen sofort eine Störabschaltung bewirken. Mit der durch die Auswerteelektronik realisierten Verzögerungszeit, kann die Auswerteelektronik während des erlaubten und durch die Verzögerungszeit definierten Zeitraumes abwarten, ob das Flammensignal wirklich erloschen ist oder nur flackert.
  • Zur Anpassung der Abtastrate der Auswerteelektronik und/oder der Parameter des lonisationsspannungsgenerators zur Erzeugung einer lonisationsspannung mit vorzugsweise gleichbleibender, also zeitlich konstanter Frequenz, kann zudem vorgesehen sein, dass die Auswerteelektronik und/oder der lonisationsspannungsgerator ausgebildet sind/ist, eine Netzfrequenz einer den lonisationsspannungsgenerator und/oder die Auswerteelektronik versorgenden Versorgungsspannung selbstständig und vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen zu bestimmen, so dass darauf basierend gegebenenfalls Parameter der Auswerteelektronik und/oder des lonisationsspannungsgenerators angepasst oder das Flammensignal bzw. abgetastete Werte des Flammensignals entsprechend korrigiert werden können.
  • Durch den vorgeschlagenen Flammenverstärker kann der Zustand der Flamme, also ob diese erloschen ist oder brennt, sowie die Güte der Verbrennung bestimmt und der Zustand und die Güte zur Regelung der Verbrennung und einer Störabschaltung bei einem einer Störung entsprechenden Erlöschen der Flamme verwendet werden. Dabei kann beispielsweise eine Höhe des Flammenstroms bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals einen Rückschluss auf die Güte der Verbrennung erlauben, da das Flammensignal bzw. der Flammenstrom bei einer vollständigen Verbrennung sein Maximum erreicht.
  • Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass der Flammenverstärker eine Auswerteelektronik aufweist, welche signaltechnisch mit einem Ausgang des Tiefpass verbunden ist. Die Auswerteelektronik ist ausgebildet, das zu dem Flammenstrom korrespondierende Flammensignal auszuwerten und einen Zustand der Flamme, insbesondere ob die Flamme brennt oder erloschen ist, und/oder eine Verbrennungsgüte zu bestimmen. Die Auswertung basiert dabei vorzugsweise auf der bereits genannten Abtastung des Flammensignals mit einer Frequenz vorzugsweise entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung und der anschließenden Weiterverarbeitung der bei der Abtastung erfassten Werte.
  • Um ein Flackern des Flammensignals für die weitere Auswertung zu glätten und dadurch die Wahrscheinlichkeit für eine fehlerhafte Detektion des Zustands der Flamme zu minimieren, ist die Auswerteelektronik vorzugsweise ausgebildet, das Flammensignal entsprechend der Frequenz der lonisationsspannung abzutasten und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals zu erfassen sowie aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Werten den Flammenstrom und vorzugsweise aus jeweils zwei unmittelbar zeitlich aufeinanderfolgenden Werten Mittelwerte und/oder einen geglätteten Verlauf des Flammenstroms zu bestimmen. Alternativ und abhängig von der gewünschten Reaktionszeit und Glättung kann auch jeweils ein Mittelwert aus drei oder mehr durch die Abtastung des Flammensignals erfassten Werten bestimmt werden, was beispielsweise softwareseitig in der Auswerteeinheit einstellbar sein kann.
  • Dadurch, dass das Flammensignal zu dem Flammenstrom korrespondiert, korrespondieren auch die durch die Abtastung erfassten Werte (Abtastpunkte) im Erfassungszeitpunkt sowie die ggfs. daraus bestimmten Mittelwerte zu dem Flammenstrom, so dass sich aus der zeitlichen Folge der Abtastpunkte bzw. der Mittelwerte der geglättete Verlauf des Flammenstroms bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals ergibt.
  • Wie eingangs bereits erläutert, ergibt sich durch die schnelle Reaktion des Flammensignals ausgangsseitig des Tiefpasses auf den tatsächlichen Zustand der Flamme die Möglichkeit, das Flammensignal länger zu beobachten, bevor innerhalb einer vorbestimmten Zeit auf ein Erlöschen der Flamme geschlossen werden muss. Insbesondere in Zusammenschau mit der Abtastung durch die Auswerteeinheit, ergibt sich eine vorteilhafte Variante des Flammenverstärkers, bei welcher die Auswerteelektronik ausgebildet ist, Werte des gefilterten und ggfs. durch einen Verstärker verstärkten Flammensignals und/oder durch die Auswerteelektronik aus dem Flammensignal gebildete Mittelwerte mit einer Abschaltschwelle zu vergleichen. Ist ein Wert bzw. Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle, war also der vorherige Wert/Mittelwert oberhalb der Abschaltschwelle, wird eine Verzögerungszeit τ abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert, wenn nachfolgende Werte und vorzugsweise alle nachfolgenden Werte innerhalb der Verzögerungszeit τ kleiner sind als die Abschaltschwelle. Dabei ist die Verzögerungszeit vorzugsweise kleiner oder gleich der maximal zulässigen Zeit, innerhalb welcher der Flammenverstärker reagieren muss, was beispielsweise durch eine Normung festgelegt sein kann. Die Verzögerungszeit sowie die Abschaltschwelle können dabei softwareseitig parametriert, also eingestellt werden.
  • Dementsprechend wird der Zustand der Flamme durch die Auswerteelektronik innerhalb der Verzögerungszeit beobachtet und erst aus dem Verhalten innerhalb der Verzögerungszeit auf den tatsächlichen Zustand der Flamme geschlossen. Als Zustand der Flamme wird hierbei das Vorhandensein, also eine brennende Flamme, oder das nicht Vorhandensein, also eine erloschene Flamme, verstanden.
  • Falls die Bestimmung der Güte der Verbrennung erforderlich ist, kann der Flammenstrom bzw. das dazu korrespondierende Flammensignal oder die gebildeten Mittelwerte als Istwert mit vorbekannten Sollwerten verglichen werden, welche beispielsweise in der Auswerteelektronik hinterlegt sein können.
  • Generell gilt, dass das Flammensignal zu dem Flammenstrom korrespondiert, jedoch das gegenüber dem Tiefpass ausgangsseitige Flammensignal gegenüber dem eingangsseitigen Signal des Tiefpasses gedämpft und/oder zeitlich verschoben sein kann, so dass das ausgangsseitige Flammensignal des Tiefpasses gegenüber dem Flammenstrom geringfügig zeitlich versetzt und gedämpft sein kann, jedoch weiter Rückschlüsse auf den Flammenstorm zulässt. Ferner kann nach Erfassung des Flammensignals, also nach Ermittlung der Werte und/oder nach Bestimmung der Mittelwerte durch die Auswerteelektronik aus dem sich dadurch ergebenden Verlauf der Werte bzw. der Mittelwerte der Flammenstrom berechnet werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Flammenverstärkers sieht vor, dass der lonisationsspannungsgenerator ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von zumindest 100 Hz, vorzugsweise zumindest 500 Hz und weiter vorzugsweise zumindest 1000 Hz zu erzeugen, wobei eine höhere Frequenz zu einer höheren Abtastfrequenz und zu einer schnelleren Reaktionszeit führt. Die Frequenz ist theoretisch und vorzugsweise nach oben hin nicht begrenzt also beliebig hoch, der Tiefpass muss lediglich entsprechend dimensioniert sein. Allerdings sind Frequenzen über 10 kHz nachteilhaft bzw. unnötig hoch, da dann das an der Elektrode vorhandene Flammensignal durch Kabelkapazitäten der lonisationsleitung deutlich abgeschwächt ist und die Kurvenform des Flammensignals auch stark verzerrt wird.
  • Zudem ist der lonisationsspannungsgenerator bei einer vorteilhaften Variante ausgebildet, die Ionisationsspannung als Rechtecksignal mit symmetrischen Pulsbreiten zu erzeugen.
  • Zur Einspeisung der Ionisationsspannung in die Flamme und in den Tiefpass weist die Flammensignalaufbereitung zudem vorzugsweise eine Koppelelektronik auf, welche dem Tiefpass eingangsseitig vorgeschalten ist und welche elektrisch zwischen dem lonisationsspannungsgenerator und der Ionisationselektrode angeordnet ist. Dadurch sind diese elektrisch über die Koppelelektronik miteinander verbunden und die von dem lonisationsspannungsgenerator erzeugte Ionisationsspannung sowie ein zugehöriger Wechselstrom liegen über die Koppelelektronik an der lonisationselektrode bzw. der Flamme und dem Tiefpass an. Diese Koppelelektronik kann in einem einfachen Fall aus einem der lonisationselektrode unmittelbar vorgeschalteten Vorwiderstand bestehen.
  • Der Tiefpass ist gemäß einer Weiterbildung zudem ausgebildet, dass sein ausgangsseitiges Signal, also das ausgangsseitige Flammensignal eine definierte Restwelligkeit aufweist, welche durch eine geeignete Wahl der Komponenten des Tiefpasses einstellbar ist.
  • Um das ausgangsseitige Signal des Tiefpasses zur weiteren Verarbeitung weiter aufzuarbeiten, ist gemäß einer vorteilhaften Variante zudem vorgesehen, dass die Flammensignalaufbereitung einen Verstärker aufweist, welcher dem Tiefpass ausgangsseitig nach- und der Auswerteelektronik vorgeschalten ist. Der Tiefpass ist ferner ausgebildet, ein bzw. das ausgangsseitige Flammensignal des Tiefpasses, also der Anteil der Mischspannung bzw. des Mischstroms, welcher den Tiefpass passiert, zu einem verstärkten Flammensignal zu verstärken und an die Auswerteelektronik weiterzuleiten.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird zudem ein Verfahren zur Flammenüberwachung einer Flamme in bzw. an einem Brenner mit einem erfindungsgemäßen Flammenverstärker vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird mit dem lonisationsspannungsgenerator eine als Ionisationsspannung bezeichnete Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz erzeugt und die Flamme mit der Ionisationsspannung beaufschlagt, so dass die Flamme als Gleichrichter wirkend aus der Ionisationsspannung eine als Flammenspannung bezeichnete Gleichspannung erzeugt und über die Flamme ein als Flammenstrom bezeichneter Gleichstrom fließt. Durch den Tiefpass wird aus einer eingangsseitigen, aus der Ionisationsspannung und der Flammenspannung bestehenden Mischspannung und dem zugehörigen Mischstrom mit dem Flammenstrom als Gleichstromanteil ein ausgangsseitiges Flammensignal erzeugt, welches zu dem Flammenstrom korrespondiert. Der Flammenstrom bzw. eine ausgangsseitige Gleichspannung kann eine Restwelligkeit aufweisen, welche durch den Tiefpass bzw. den für diesen gewählten Komponenten und die Frequenz der Ionisationsspannung bestimmt ist. Das Flammensignal, also das ausgangsseitige und gegebenenfalls durch einen Verstärker verstärkte Signal des Tiefpasses wird in einer Auswerteelektronik ausgewertet und aus dem Flammensignal ein Zustand der Flamme und/oder eine Verbrennungsgüte bestimmt.
  • Hierfür sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens vor, dass die Auswerteelektronik das Flammensignal entsprechend der Frequenz der lonisationsspannung abtastet und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte als Abtastpunkte des Flammensignals erfasst. Weiter bestimmt die Auswerteelektronik aus zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Werten und durch die Abtastung ermittelten Werten bzw. aus vorzugsweise genau zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Werten jeweils Mittelwerte bzw. zeitlich aufeinanderfolgende Mittelwerte des Flammensignals, so dass sich durch die Mittelwertbildung ein geglätteter und weniger störanfälliger Verlauf des Flammenstroms bzw. des zu dem Flammenstroms korrespondierenden Flammensignals ergibt.
  • Werden die Mittelwerte bzw. ein Verlauf der Mittelwerte bestimmt, kann die Auswerteelektronik die Mittelwerte bzw. jeweils einen der zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle vergleichen, wobei bei einem Mittelwert kleiner bzw. unterhalb der Abschaltschwelle eine gelöschte (erloschene) Flamme und bei einem Mittelwert größer bzw. oberhalb der Abschaltschwelle eine brennende (vorhandene) Flamme detektiert, also angenommen bzw. gemeldet wird.
  • Da die Flamme in bestimmten Betriebszuständen des Brenners und beispielsweise in einer Anlaufphase der Verbrennung flackern und der über die Flamme fließende Flammenstrom sowie das zu dem Flammenstrom korrespondierende Flammensignal teilweise hohen Schwankungen bzw. ebenfalls einem Flackern unterworfen sein kann, sieht eine vorteilhafte Variante des Verfahrens vor, dass die Auswerteelektronik die Mittelwerte bzw. jeweils einen Mittelwert der zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle vergleicht, wobei bei einem Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle, wenn also der Mittelwert unmittelbar zuvor größer bzw. oberhalb der Abschaltschwelle war, eine Verzögerungszeit abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert, also angenommen bzw. gemeldet wird, wenn die nachfolgenden Mittelwerte und vorzugsweise alle nachfolgenden Mittelwerte innerhalb der Verzögerungszeit kleiner sind als die Abschaltschwelle.
  • Unabhängig von einer möglichen Störung der Flamme, kann auch die der Netzspannung entsprechenden Versorgungsspannung des lonisationsspannungsgenerators, der Auswerteelektronik und/oder der Flammensignalaufbereitung Störungsbehaftet sein, so dass beispielsweise durch eine über den lonisationsspannungsgenerator in die Ionisationsspannung eingekoppelte Stör- bzw. Brummspannung Einfluss auf das Flammensignal nehmen und dieses verfälschen kann. Solche, einem gewissen Verhalten unterworfene Störquellen können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfasst und kompensiert werden, wobei die Auswerteelektronik hierfür aus einer periodisch widerkehrenden Abweichung der von der Auswerteelektronik erfassten zeitlich aufeinanderfolgende Werte der Signalspannung und der daraus bestimmten Mittelwerte eine vorzugsweise störungsbedingte Änderung der Ionisationsspannung bzw. die dadurch störungsbedingte Verfälschung des Flammensignals erkennt und die Mittelwerte auf Basis der erkannten Änderung der Ionisationsspannung korrigiert oder kompensiert. Hierfür kann beispielsweise ein jeweiliger Mittelwert mit einer störungsbedingten und erkannten Änderung in Form eines Korrekturwertes verrechnet werden.
  • Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Übersichtsschema eines Flammenverstärkers;
    Fig. 2
    Verhalten bei Flammenbildung;
    Fig. 3
    Verhalten bei Flammenausfall;
    Fig. 4
    Verhalten bei kurzzeitigen Flammenschwankungen;
    Fig. 5
    Verhalten bei netzspannungsgebundenen Störungen.
  • Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
  • In Figur 1 ist eine an einem Regelschema angelehnte Darstellung eines Flammenverstärkers gezeigt. In einem lonisationsspannungsgenerator 10 wird eine Wechselspannung als Ionisationsspannung erzeugt, deren Frequenz deutlich höher als die Netzfrequenz und beispielsweise 1000 Hz ist. Die Ionisationsspannung wird vorzugsweise, aber nicht beschränkt darauf, als eine Rechteckfrequenz mit symmetrischen Pulsbreiten erzeugt. Diese Ionisationsspannung wird über eine Koppelelektronik 4 an eine lonisationselektrode 2 angeschlossen. Entsteht am Brenner 1 eine Flamme, fließt durch sie ein Flammenstrom 3 hindurch. Da die Flamme wie ein Gleichrichter wirkt, fließt durch die Flamme ein pulsierender und als Flammenstrom 3 bezeichneter Gleichstrom, auch wenn die Ionisationsspannung als eine Wechselspannung anliegt.
  • Der durch die Flamme fließende Flammenstrom 3 wird über einen Tiefpass 5 geführt, um den durch die Ionisationsspannung bedingten Wechselstromanteil herauszufiltern. Da die synthetisch generierte Ionisationsspannung mit 1000 Hz deutlich über der Netzfrequenz von ca. 50 - 60 Hz liegt, kann der Tiefpass 5 mit einer vergleichsweise kleinen Zeitkonstante eingesetzt werden, woraus eine geringe zeitliche Verzögerung des ausgangsseitigen Signals des Tiefpasses 5 gegenüber dem eingangsseitigen Signal des Tiefpasses 5 folgt. Durch die damit einhergehende Niederohmigkeit des Tiefpasses 5 ist zusätzlich eine hohe Störfestigkeit gegenüber elektrischen Störungen realisiert. Um möglichst kleine Verzögerungen des durch den Tiefpass 5 gefilterten Flammensignals 6 zu erreichen, ist der Tiefpass 5 so dimensioniert, dass eine definierte Restwelligkeit der angelegten Ionisationsspannung erhalten bleibt. Dieses Flammensignal 6, welches zu dem Flammenstrom 3 korrespondiert, wird durch einem dem Tiefpass 5 nachgeschalteten Verstärker 7 verstärkt und als ein verstärktes Flammensignal 8 einer Steuer- bzw. Auswerteelektronik 9 zugeführt. Diese erfasst dann die phasensynchronen aufeinanderfolgenden Werte mit einer Abtastrate entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung und bildet aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Werten jeweils einen Mittelwert, so dass sich eine Vielzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerten ergeben, welche entsprechend einen Verlauf bilden, der einem geglätteten und angenäherten Verlauf des Flammensignals 6, 8 entspricht sowie zu dem Flammenstrom 3 korrespondiert.
  • Der Mittelwert jeweils zweier zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgender Werte bzw. die Mittewerte des gemessenen Flammensignals 6, 8 lassen sich dann in den Flammenstrom 3 umrechnen, so dass dieser aus dem Flammensignal 6, 8 bzw. den Mittelwerten bestimmbar ist.
  • Der Flammenstrom 3 kann dann als Indikator der Güte der Verbrennung zur Regelung der Verbrennung herangezogen werden. Ferner kann bei einem Erkennen einer erloschenen Flamme, beispielsweise durch Unterschreiten zumindest eines der Mittelwerte unterhalb einer vorbestimmten Abschaltschwelle 22, eine Sicherheitsabschaltung 11 ausgelöst werden.
  • Die Funktionsweise des Flammenverstärkers bzw. das zugrunde liegende Verfahren wird anhand der Beschreibung der Figuren 2 bis 5 und der in diesen dargestellten Signalflussbildern deutlich.
  • In dem in Figur 2 abgebildeten Diagramm 20 ist in Abschnitt (a) der Verlauf des Flammensignals 3 des Brenners 1 in Abhängigkeit der Zeit t bei einem Start der Verbrennung dargestellt.
  • Ausgehend vom Brennerstillstand, bei welchem also keine Flamme vorhanden ist und kein Flammensignal vorliegt, wird ein Gasventil zum Brenner 1 geöffnet und der Brenner 1 gezündet (nicht dargestellt). Sobald sich eine Flamme gebildet hat, fließt durch die Flamme nahezu ohne Zeitverzögerung der Flammenstrom 3. Nach Ablauf einer Wartezeit t1 wird die Regelung des Brenners 1 freigegeben und die Höhe des Flammenstromes 3 in Abhängigkeit der Verbrennung geregelt.
  • Beispielhaft liegt, wie in Abschnitt (b) dargestellt, die von dem lonisationsspannungsgenerator 10 erzeugte Ionisationsspannung als eine Rechteckfrequenz mit einer Frequenz von 1000 Hz vor, welche somit deutlich über der Netzfrequenz von ca. 50 bis 60 Hz liegt. Entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung wird, wie in Abschnitt (c) dargestellt, der Verlauf des nach dem Tiefpass 5 von dem Verstärker 7 verstärkten Flammensignales 8 in der Auswerteelektronik 9 abgetastet, wobei das verstärkte Flammensignal 8 bzw. der Verlauf des Flammensignals 8 im Vergleich zu dem tatsächlichen Verlauf des Flammensignals leicht gedämpft ansteigt und absinkt. Es sind weiterhin in den jeweiligen Phasenlagen der Ionisationsspannung die von der Auswerteelektronik 9 abgetasteten Werte (weiße Punkte) (z.B. die beiden zusammengehörenden Abtastpunkte 24 und 25) sowie die jeweils berechneten Mittelwerte (schwarze Punkte) dargestellt (z.B. die zu den weiteren Abtastungen berechneten Mittelwerte 26, 27, 28 und 29). Basierend auf den Mittelwerten ergibt sich in Abschnitt (d) der Verlauf der Mittelwerte (schwarze Punkte) über dem Verlauf des verstärkten Flammensignales 8 (gestrichelte Linie), wobei hierzu die Abschaltschwelle 22 aufgetragen ist, so dass sich für die Flammenerkennung in Abschnitt (e) das Ergebnis bzw. Auswertesignal der Auswertung durch die Auswerteelektronik für die Sicherheitsabschaltung 11 ergibt. Mittelwerte, die über der Abschaltschwelle 22 liegen, bedeuten, dass das Vorhandensein einer Flamme sicher detektiert werden kann. Die Zeit t2 spiegelt die Verzögerung zwischen dem tatsächlichen Auftreten des Flammenstroms 3 und der erfolgten Detektion der Flamme wieder.
  • Es ist ersichtlich, dass diese Zeit t2 nahezu ausschließlich von der Frequenz der Ionisationsspannung abhängt. Je höher die Frequenz der lonisationsspannung gewählt wird, desto kleiner kann der Tiefpass 5 dimensioniert werden, so dass dieser eine entsprechend geringe Dämpfung des tatsächlichen Flammensignals verursacht, welches eingangsseitig an dem Tiefpass 5 anliegt. Gleichzeitig kann in bzw. durch die Auswerteelektronik 9 schneller abgetastet und die Mittelwerte berechnet werden.
  • Wird, wie hier, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von 1000 Hz erzeugt, ist die Reaktionszeit im Vergleich zu den üblichen 50 Hz der Netzspannung 20-mal kleiner.
  • Diese kurze Reaktionszeit ist für eine Regelung der Verbrennung vorteilhaft, da bei der Regelung schnell auf sich ändernde Bedingungen im Flammensignal bzw. im Flammenstrom 3 reagiert werden muss, welcher die Güte der Verbrennung widerspiegelt.
  • Durch Figur 3 sind das Verhalten des Flammenverstärkers und die sich daraus ergebenden Vorteile bei der sicheren und zuverlässigen Flammenüberwachung erkennbar.
  • In dem in Figur 3 abgebildeten Diagramm 30 ist in Abschnitt (a) ein spontaner Ausfall des Flammenstroms 3 bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals dargestellt. Gemäß der in Abschnitt (b) abgebildeten von dem lonisationsspannungsgenerator 10 erzeugten Ionisationsspannung bzw. der damit einhergehenden Abtastung des Flammensignals 6, 8 in der Auswerteelektronik ergeben sich die in Abschnitt (c) dargestellten Werte (weiße Punkte) und Mittelwerte (schwarze Punkte), wobei die Mittelwerte in Abschnitt (c) die Werte teilweise überlagern. In Abschnitt (c) ist entsprechend der Verlauf des gefilterten und verstärkten Flammensignales 8 mit erkennbarer Dämpfung durch den Tiefpass 5, sowie die Abtastpunkte (weiß) und die sich aus zwei aufeinanderfolgenden Werten ergebenden Mittelwerte
  • (schwarz) erkennbar, wobei die berechneten Mittelwerte in Abschnitt (d) mit dem Verlauf des verstärkten gedämpften Flammensignales 8 (gestrichelte Linie) und der Abschaltschwelle 22 aufgetragen sind, so dass sich in Abschnitt (e) des Diagramms das Ergebnis der Auswertung durch die Auswerteelektronik 9 als ein Auswertesignal für die Sicherheitsabschaltung 11 ergibt.
  • Die Zeit t3 spiegelt die von den einschlägigen Vorschriften erlaubte Sicherheitszeit von dem tatsächlichen Flammenausfall bis zur Sicherheitsabschaltung wieder, welche also in jedem Fall eingehalten werden muss.
  • Da wie in diesem Beispiel gezeigt, bereits nach zwei Datenpunkten der zugehörige Mittelwert unter der Abschaltschwelle 22 liegt und durch die Auswerteelektronik 9 eine mögliche Flammensignalunterbrechung erkannt wird, besteht die Möglichkeit eine Verzögerungszeit τ abzuwarten und dabei das Flammensignal 8 weiter zu beobachten, bis eine Störabschaltung bei tatsächlich erloschener Flamme erfolgen muss.
  • Falls das Flammensignal bzw. die Flamme und dadurch der Flammenstrom durch beispielsweise Wind oder eine elektrische Störung für eine kurze Zeit (kürzer als die Sicherheitszeit t3) nicht detektiert werden kann und der zugehörige Mittelwert unterhalb der Abschaltschwelle 22 liegt, wird gemäß der vorliegenden Ausgestaltung des Verfahrens das Erlöschen der Flamme nicht gemeldet und somit der Verbrennungsprozess fortgesetzt, sofern innerhalb der Verzögerungszeit τ wieder eine Flamme detektiert wird, also der Mittelwert innerhalb der Verzögerungszeit τ wieder über der Abschaltschwelle 22 liegt.
  • Wird weiterhin von einer Frequenz von 1000 Hz für die Ionisationsspannung ausgegangen und wird eine Sicherheitszeit t3 von einer Sekunde angenommen, können bis 1000 Datenpunkte ausgewertet werden, bevor eine Störabschaltung bei Erlöschen der Flamme bzw. Störung des Flammensignals zwingend erfolgen muss.
  • Der sich daraus ergebende Vorteil wird besonders bei kleinen und stark schwankenden Flammensignalen deutlich, wie es in Figur 4 abgebildet ist.
  • In dem in Figur 4 dargestellten Diagramm 40 ist in Abschnitt (a) ein stark schwankender Flammenstrom 3 angetragen, welcher zunächst einen niedrigen und anschließend hohen Pegel aufweist. Die Mittelwerte sind in Abschnitt (d) über den Verlauf des verstärkten und gedämpften Flammensignales (gestrichelte Linie) vereinfacht dargestellt und zusammen mit der Abschaltschwelle 22 aufgetragen. In Abschnitt (e) der Figur 4 ist das darauf basierende Auswertesignal für die Sicherheitsabschaltung 11 dargestellt, wie es von der Auswerteelektronik 9 ausgegeben wird.
  • Insbesondere aus Abschnitt (d) ist erkennbar, dass die Reaktionszeit zwischen dem Unterschreiten der Abschaltschwelle 22 bei kleinen Signalen bis zum Erfassen des zugehörigen Mittelwertes 21 nahezu gleich ist wie bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle 22 von einem hohen Signalpegel aus bis zum Erfassen des zugehörigen Mittelwertes 23. Da die Verzögerungszeit τ in beiden Fällen identisch ist, ist die Gesamtreaktionszeit ebenfalls nahezu gleich.
  • Unterbrechungen des Flammenstroms 3, welche kürzer sind als die Sicherheitszeit t3, führen in beiden dargestellten Fällen nicht zu einer Störabschaltung und somit zu einem weniger störanfälligen und sicheren Betrieb des Brenners.
  • Weiterhin kann durch die schnelle, auf der Frequenz der lonisationsspannung basierenden Abtastung im Vergleich zu einer auf der Netzfrequenz basierenden Abtastung beispielsweise ein unerwünscht eingekoppeltes Netzbrummen erkannt und ausgeglichen werden.
  • Bei dem in Figur 5 dargestellten Diagramm 50, ist in Abschnitt (a) ein konstanter Anstieg des Flammenstroms 3 bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals dargestellt. Wird das eigentlich konstante Flammensignal gemäß der in Abschnitt (b) der Figur 5 angetragenen und von dem Ionisationsspannungsgenerator 10 erzeugten Ionisationsspannung abgetastet und ist das Flammensignal durch ein Netzbrummen gestört, ergibt sich der in Abschnitt (c) dargestellte Verlauf des durch ein Netzbrummen beeinflussten Flammensignales 8, wobei wiederum die Abtastpunkte (weiß) und die aus den Werten der Abtastpunkte berechneten Mittelwerte (schwarz) dargestellt sind.
  • Aus den periodisch wiederkehrenden Abweichungen zwischen zwei Abtastpunkten und dem jeweils zugehörigen Mittelwert in die positive und negative Richtung, kann durch die Auswerteelektronik 9 eine harmonische Schwingung erkannt und die dadurch beeinflussten Werte bzw. Mittelwerte durch die Auswerteelektronik 9 korrigiert oder ausgefiltert werden.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (14)

  1. Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in einem Brenner (1) mit einem lonisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Wechselspannung als lonisationsspannung, einer lonisationselektrode (2) zur Beaufschlagung einer durch den Brenner (1) erzeugten Flamme mit der lonisationsspannung, so dass durch die als ein Gleichrichter wirkende Flamme aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung erzeugt wird und ein Gleichstrom als Flammenstrom (3) fließt, und mit einer Flammensignalaufbereitung mit einem Tiefpass (5), an welchem eingangsseitig eine aus lonisationsspannung und Flammenspannung gebildete Mischspannung sowie ein Mischstrom mit einem Wechselstromanteil und einem dem Flammenstrom (3) entsprechenden Gleichstromanteil anliegen,
    wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz zu erzeugen,
    und wobei der Tiefpass (5) eine Grenzfrequenz entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung aufweist, so dass der Wechselstromanteil des Mischstroms blockiert wird und der Tiefpass (5) eine zu der Frequenz der Ionisationsspannung korrespondierende Zeitkonstante aufweist, so dass aus einem eingangsseitig an dem Tiefpass (5) anliegenden ungefilterten Flammensignal ein ausgangsseitig gefiltertes und zu dem Flammenstrom (3) korrespondierendes Flammensignal (6, 8) erzeugt wird.
  2. Flammenverstärker nach Anspruch 1,
    ferner aufweisend eine Auswerteelektronik (9), welche signaltechnisch mit einem Ausgang des Tiefpass (5) verbunden und ausgebildet ist, das zu dem Flammenstrom (3) korrespondierende Flammensignal (6, 8) auszuwerten und einen Zustand der Flamme, insbesondere ob die Flamme brennt oder erloschen ist, und/oder eine Verbrennungsgüte zu bestimmen.
  3. Flammenverstärker nach Anspruch 2,
    wobei die Auswerteelektronik (9) ausgebildet ist, das Flammensignal (6, 8) entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung abzutasten und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals (6, 8) zu erfassen sowie aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Werten den Flammenstrom (3) Mittelwerte und/oder einen geglätteten Verlauf des Flammenstroms (3) zu bestimmen.
  4. Flammenverstärker nach Anspruch 2 oder 3,
    wobei die Auswerteelektronik (9) ausgebildet ist, Werte des gefilterten Flammensignals (6, 8) und/oder durch die Auswerteelektronik (9) aus dem Flammensignal (6, 8) gebildete Mittelwerte mit einer Abschaltschwelle (22) zu vergleichen, wobei bei einem Wert kleiner der Abschaltschwelle (22) und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle (22) eine Verzögerungszeit (τ) abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert wird, wenn nachfolgende Werte innerhalb der Verzögerungszeit (τ) kleiner sind als die Abschaltschwelle (22).
  5. Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von zumindest 100 Hz, insbesondere zumindest 500 Hz und weiter insbesondere zumindest 1000 Hz zu erzeugen.
  6. Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung als Rechtecksignal mit symmetrischen Pulsbreiten zu erzeugen.
  7. Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Flammensignalaufbereitung eine Koppelelektronik (4) aufweist, welche dem Tiefpass (5) eingangsseitig vorgeschalten ist und welche elektrisch zwischen dem lonisationsspannungsgenerator (10) und der lonisationselektrode (2) angeordnet ist, so dass diese elektrisch über die Koppelelektronik (4) verbunden sind und die von dem lonisationsspannungsgenerator (10) erzeugte lonisationsspannung sowie ein zugehöriger Wechselstrom über die Koppelelektronik (4) an der lonisationselektrode (2) und dem Tiefpass (5) anliegt.
  8. Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Tiefpass (5) ausgebildet ist, dass sein ausgangsseitiges Flammensignal (6) eine definierte Restwelligkeit aufweist.
  9. Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8,
    wobei die Flammensignalaufbereitung einen Verstärker (7) aufweist, welcher dem Tiefpass (5) ausgangsseitig nachgeschalten und der Auswerteelektronik (9) vorgeschalten ist und welcher ausgebildet ist, das ausgangsseitige Flammensignal (6) des Tiefpasses (5) zu einem verstärkten Flammensignal (8) zu verstärken und an die Auswerteelektronik (9) weiterzuleiten.
  10. Verfahren zur Flammenüberwachung einer Flamme in einem Brenner (1) mit einem Flammenverstärker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei mit dem lonisationsspannungsgenerator (10) eine Ionisationsspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz erzeugt und die Flamme mit der Ionisationsspannung beaufschlagt wird, so dass die Flamme als Gleichrichter wirkend aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung erzeugt und über die Flamme ein Gleichstrom als Flammenstrom (3) fließt,
    wobei durch den Tiefpass (5) aus einer eingangsseitigen, aus der Ionisationsspannung und der Flammenspannung bestehenden Mischspannung und dem zugehörigen Mischstrom mit dem Flammenstrom (3) als Gleichstromanteil ein ausgangsseitiges Flammensignal (6, 8) erzeugt wird, welches zu dem Flammenstrom (3) korrespondiert,
    wobei das Flammensignal (6, 8) in einer Auswerteelektronik (9) ausgewertet und aus dem Flammensignal (6, 8) ein Zustand der Flamme, insbesondere ob die Flamme brennt oder erloschen ist, und/oder eine Verbrennungsgüte bestimmt wird.
  11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei die Auswerteelektronik (9) das Flammensignal (6, 8) entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung abtastet und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals (6, 8) erfasst,
    wobei die Auswerteelektronik (9) aus zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Werten zeitlich aufeinander folgende Mittelwerte des Flammensignals (6, 8) bestimmt.
  12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei die Auswerteelektronik (9) die Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle (22) vergleicht, wobei bei einem Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle (22) eine gelöschte Flamme und bei einem Mittelwert größer der Abschaltschwelle (22) eine brennende Flamme detektiert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12,
    wobei die Auswerteelektronik (9) die Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle (22) vergleicht, wobei bei einem Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle (22) und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle (22) eine Verzögerungszeit (τ) abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert wird, wenn nachfolgende Mittelwerte innerhalb der Verzögerungszeit (τ) kleiner sind als die Abschaltschwelle (22).
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13,
    wobei die Auswerteelektronik (9) aus einer periodisch widerkehrenden Abweichung der von der Auswerteelektronik (9) erfassten zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals (6, 8) und der daraus bestimmten Mittelwerte eine Änderung der lonisationsspannung erkennt und die Mittelwerte auf Basis der erkannten Änderung korrigiert oder kompensiert.
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