JP4965028B2 - 火炎用測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火炎用測定装置、更に詳細には、バーナーの火炎領域に配置されたイオン化電極を備え、そのイオン化電極に交流電圧が印加され、それによってイオン化電流に従って直流電圧分が重畳される、特にバーナー用制御装置に用いられる火炎用測定装置、並びにその火炎用測定装置を備えたバーナーの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＥ１９６３２９８３Ａ１からは、火炎用測定装置、並びにそれに関連するガスバーナー用制御装置が知られている。同装置においてはイオン化電極を用いて有害物質の放出を低下させるようなラムダ目標値に制御が行なわれる。比較器を用いて、アナログ信号が以降の処理のためにデジタル化される。しかし、比較器によって形成される信号は、信号を火炎監視にも使用しようとすると、オンオフしても信号変化が少なく、またＳ／Ｎはわずかである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、火炎信号の信号変化が大きく、またＳ／Ｎ比が大きく、高精度で火炎を測定できる火炎用測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、
バーナーの火炎領域（１４）に配置されたイオン化電極（１５）を備え、そのイオン化電極に交流電圧が印加され、イオン化電流に従って直流電圧分が重畳された信号が発生する火炎用測定装置において、
火炎抵抗に従って変化する交流電圧分を直流電圧分から分離する第１の手段（５、６）と、
互いに分離された交流電圧分と直流電圧分を比較しパルス幅変調された信号を形成する第２の手段（９、１０）と、
を有する構成を採用している。
【０００５】
本発明は、火炎信号によって影響を受ける交流分が、第１の手段を介して直流電圧分から分離可能であって、分離された交流分が、第２の手段を介して分離された直流電圧分と比較され、パルス幅変調された信号が形成されることを特徴としている。
【０００６】
交流成分を直流成分と比較することによって、電源電圧の振幅変動が補償される。というのは、両成分の振幅は、振幅変動の変化に対して同じ割合で変化するからである。それに対してたとえば空気比（ラムダ値）の変化によってもたらされる火炎の変化は、両成分に異なって作用し、両成分は同じ割合（比率）では変化しない。
【０００７】
他の利点は、信号幅（パルス幅）が広範囲に変調できることであり、感度が大きいことであり、また火炎の有無（オンオフ）を示す信号のＳ／Ｎ比が大きいことであり、更にアナログ信号が極めて正確かつ再現可能なことである。
【０００８】
本発明の他の好ましい実施形態は、従属請求項から明らかにされる。
【０００９】
すなわち、フォトカプラを介しての信号伝達が可能であって、その場合、２つの情報、すなわち火炎の有無とＰＷＭ信号は、１つのフォトカプラだけで伝達することができる。接触保護抵抗を組み込むことによって、イオン化電極が接触しても安全なように構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の装置ないし本発明の方法の幾つかの好ましい実施形態を、以下の図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明による回路構成を概略的に示している。図２で示した火炎１４並びにイオン化電極１５は、図１の等価回路においては、ダイオード１ａと抵抗１ｂによって符号１で図示されている。ＬとＮを介して、たとえば２３０Ｖの交流電圧が印加される。火炎１が存在する場合には、火炎ダイオード１ａによって正の半波のときには、負の半波のときよりも阻止コンデンサ３に大きい電流が流れる。それによってＬと接触時の保護のために接続された抵抗２間において、阻止コンデンサ３に正の直流電圧ＵＢが形成される。
【００１２】
従って減結合抵抗４を通ってＮから阻止コンデンサ３へ直流が流れる。その場合、直流のレベルは、ＵＢ、すなわち、直接火炎抵抗１ｂに関係する。火炎抵抗１ｂは、もちろん直流に比べて程度は異なるが、減結合抵抗４に流れる交流にも影響を与え、交流も火炎抵抗に従って変化する。このように、抵抗４、並びに阻止コンデンサ３には、火炎抵抗に従って変化する直流と交流が流れる。
【００１３】
抵抗４には、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ６が接続されている。ハイパスフィルタ５によって交流が取り出されて、直流電圧分はカットされる。ローパスフィルタ６によって、火炎抵抗１ｂに依存する直流電圧分が取り出されて、一方交流はほぼカットされる。増幅器７において、ハイパスフィルタ５から得られる交流が増幅されて、基準電圧ＵＲｅｆが加算される。増幅器８において、場合によってはわずかな交流分を有するローパスフィルタ６からの直流が増幅されて、基準電圧ＵＲｅｆが加算される。
【００１４】
基準電圧ＵＲｅｆは、任意に、たとえばＵＲｅｆ＝０に選択することができるが、好ましくは増幅器と比較器に必要となる電源が一つだけになるように、選択される。
【００１５】
比較器９においては、増幅器７から得られる交流電圧Ｕａと、増幅器８から得られる直流電圧Ｕｄが互いに比較されて、パルス幅変調された（ＰＷＭ）信号が形成される。電源電圧の振幅が変化する場合には、交流電圧と直流電圧は同一の比率で変化するので、ＰＷＭ信号は変化しない。ＰＷＭ信号の信号変化は、増幅器７と８によって、τ＝０とτ＝５０％のパルスデューティー比（パルス占有率）の間の広い範囲で調節することができる。
【００１６】
直流電圧分Ｕｄは、比較器１０において基準電圧ＵＲｅｆと比較される。火炎が存在する場合には、直流電圧分は基準電圧よりも大きく（Ｕｄ＞ＵＲｅｆ）、比較器１０の出力は０に切り替る。火炎が存在しない場合には、直流電圧分は基準電圧とほぼ等しい（Ｕｄ≒ＵＲｅｆ）。ローパスフィルタ６によって除去されないわずかな交流電圧分が直流電圧分に重畳されるので、直流電圧分は短時間基準電圧を下回り、比較器１０の出力にはパルスが発生する。このパルスは、再トリガー可能な単安定マルチバイブレータ１１に入力される。
【００１７】
単安定マルチバイブレータ１１は、比較器１０から出力されるパルス列が、単安定マルチバイブレータのパルス持続期間よりも速く来るので、続けてトリガーされる。それによって、火炎が存在しない場合には、単安定マルチバイブレータの出力には常に１が現れる。火炎が存在する場合には、単安定マルチバイブレータはトリガーされず、出力には継続的に０が現れる。従って再トリガー可能な単安定マルチバイブレータ１１は、「ミッシングパルス検出器」を形成し、それにより動的なオンオフ信号が静的なオンオフ信号に変換される。
【００１８】
両信号、すなわちＰＷＭ信号と火炎信号は、別々に処理することができるが、オア素子１２によって論理結合することもできる。オア素子１２の出力には、火炎が存在する場合にはＰＷＭ信号が現れ、そのパルスデューティー比は火炎抵抗１ｂの大きさを示す尺度となっている。火炎が存在しない場合には、オア素子の出力は、常に１である。ＰＷＭ信号は、電源側と低電圧側間を分離して保護するために、フォトカプラ（不図示）を介して伝達することができる。
【００１９】
図２は、図１の等価回路１で示されているダイオード１ａと抵抗１ｂの実際の構造を示しており、たとえばＤＥ１９６３２９８３Ａ１から知られている構造である。バーナー１３によって、火炎１４が発生する。火炎領域１４に、イオン化電流を検出するイオン化電極１５が配置される。このイオン化電流は、火炎抵抗、従って電極温度に依存する。電極温度自体は、ラムダ値、従って燃焼させるべき混合気の空気比に依存する。ラムダ値を用いて、空燃比を調節することができる。通常、理論値より希薄な空燃比を得るために、ラムダ値は１．１５と１．３の間で選択される。
【００２０】
もちろん、本発明は図示されて説明された実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、パルス幅を火炎の強さに従って広範囲に変調することができ、また火炎信号のＳ／Ｎ比が大きいので、高精度でかつ高信頼性で火炎を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による火炎測定装置の構成を示すブロック回路図である。
【図２】イオン化電極を介して測定される火炎の実際の構成を示した説明図である。
【符号の説明】
１ａ 火炎ダイオード
１ｂ 火炎抵抗
５ ハイパスフィルタ
６ ローパスフィルタ
１１ 単安定マルチバイブレータ
１２ オア素子
１３ バーナー
１５ イオン化電極

Claims (10)

1. バーナーの火炎領域（１４）に配置されたイオン化電極（１５）を備え、そのイオン化電極に交流電圧が印加され、イオン化電流に従って直流電圧分が重畳された信号が発生する火炎用測定装置において、
   火炎抵抗に従って変化する交流電圧分を直流電圧分から分離する第１の手段（５、６）と、
   互いに分離された交流電圧分と直流電圧分を比較しパルス幅変調された信号を形成する第２の手段（９、１０）と、
   を有することを特徴とする火炎用測定装置。
2. 前記第１の手段（５、６）はハイパスフィルタ（５）およびローパスフィルタ（６）からなり、交流電圧分と直流電圧分が、ハイパスフィルタ（５）およびローパスフィルタ（６）によって互いに分離されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第２の手段（９、１０）は２つの比較器（９、１０）からなり、交流電圧分と直流電圧分は、一方の比較器（９）を用いて比較されることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 直流電圧分は、他方の比較器（１０）によって基準電圧（ＵＲｅｆ）と比較され、火炎信号として使用されることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 火炎信号は、トリガーされた単安定マルチバイブレータ（１１）に印加され、静的なオンオフ信号が形成されることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
6. 単安定マルチバイブレータ（１１）を介してトリガーされた火炎信号が、オア素子（１２）でパルス幅変調された信号と論理結合されることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
7. オア素子（１２）から出力される信号が、フォトカプラを介して伝達可能であることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
8. イオン化電極（１５）に対して直列に、少なくとも１つの抵抗（２）が接触時の保護用に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の測定装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の測定装置を有するバーナー（１３）用制御装置。
10. 請求項１から８のいずれか１項に記載の測定装置を自動燃焼制御装置に使用することを特徴とする測定装置の使用方法。

Images