JPS6137970Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はフエイルセーフ機能を備えた炎検出装
置に関するものである。

炎検出装置の出力が炉の燃焼制御等に利用され
る場合、炎検出装置の故障により無炎時に有炎信
号を発生すると、バーナーに対する燃料の供給が
そのまま続けられることにより、燃料が炉内に充
満する危険がある。そこで炎検出装置が故障した
ときは少なくとも有炎信号だけは発生しないよう
に、フエイルセーフ機能を持たせる必要がある。

本考案の目的は、炎検出装置を構成している全
能動素子の故障に対してフエイルセーフ機能を有
する炎検出装置を提供することにある。

本考案の炎検出装置のフエイルセーフ機構は、
表示器の駆動回路を交流信号に応答するものと
し、これら駆動回路を制御する炎信号判別器をス
トロービング動作させることにより、故障時には
常に表示器に無炎表示を行わせるようにしたもの
である。

以下図面により本考案を説明する。図は本考案
実施例の電気的構成図である。図において、BR
はバーナー、FLはその火炎、ELは電極である。
バーナーBRと電極ELの間にはコンデンサC₁を介
して交流電源ACの電圧が印加される。交流電源
ACは例えば商用周波数の電源である。U₁，U₂，
U₃は差動形の演算増幅器、Q₁，Q₂，Q₃はトラン
ジスタ、ZD₁，ZD₂はゼナーダイオード、D₁，
D₂，D₃，D₄，D₆はダイオード、D₅は発光ダイオ
ード、R₁〜R₁₈は抵抗、C₂〜C₁₁はコンデンサ、
RLはリレーである。

バーナーBRと電極ELの間に生じる電圧は抵抗
R₁，R₂の直列回路で分圧され、コンデンサC₂で
平滑されて演算増幅器U₁の非反転入力端子に与
えられる。ゼナーダイオードZD₁，ZD₂の直列回
路は入力電圧が過大にならないように振幅制限を
行う。演算増幅器U₁の出力電圧は抵抗R₄，R₅の
直列回路で分圧されて反転入力端子に帰還され
る。これによつて入力電圧は抵抗R₄，R₅によつ
て定まるゲイン倍増幅される。演算増幅器U₁の
出力電圧は抵抗R₃を通じて電極ELの保持具のガ
ード電極に与えられ、リーク電流の減少をはかつ
ている。演算増幅器U₁の出力電圧は、抵抗R₆，
R₇，R₈とコンデンサC₃，C₄，C₅からなるツイン
Ｔ回路により、交流電源ACの電圧と同じ周波数
成分が除去され、抵抗R₉を通じて演算増幅器
U₂，U₃に与えられる。演算増幅器U₁の出力電圧
には炎FLの整流作用に基づく直流成分が含まれ
ているので、ツインＴ回路の働きによりこの直流
成分が抽出される。直流成分は炎の存在を示す電
気信号となる。この炎信号は炎FLの種類に応じ
て正または負の値をとる。

演算増幅器U₂，U₃は負帰還のない裸の増幅器
となつており、その高ゲインによりそれぞれ判定
回路を形成する電圧比較器として動作する。演算
増幅器U₂は正の炎信号に応動するもので、炎信
号が反転入力端子に与えられ、非反転入力端子に
は抵抗R₁₂，R₁₄コンデンサC₇からなる回路によ
り、可調整の正の一定電圧が基準電圧として与え
られる。反転入力端子と非反転入力端子はダイオ
ードD₁と抵抗R₁₀の直列回路によつて接続され
る。演算増幅器U₃は負の炎信号に応動するもの
で、非反転入力端子に炎信号が与えられ、反転入
力端子には抵抗R₁₃，R₁₅、コンデンサC₈からな
る回路により、可調整の負の一定電圧が基準値と
して与えられる。両入力端子は抵抗R₁₁とダイオ
ードD₂の直列回路によつて接続される。演算増
幅器U₂，U₃にはストロービン用にトランジスタ
Q₂が接続される。トランジスタQ₂は演算増幅器
U₂，U₃の増幅経路の途中を接地したり浮かした
りするもので、接地したとき増幅信号の伝達が阻
止され、浮かしたとき信号伝達が復活する。信号
伝達が阻止されるたびに演算増幅器U₂，U₃の出
力回路は不動作状態になり、このためそれらの出
力端子は共通接続されてクランプ回路を形成する
抵抗R₁₆を通じて与えられる正の電圧になる。信
号伝達が復活すると出力回路は動作状態となり、
出力端子の電圧は増幅出力に応じた値になる。ト
ランジスタQ₂はツインＴ回路の抵抗R₇の両端に
生じる交流電圧によつて駆動され、この交流電圧
と同じ周波数でオンオフする。したがつて演算増
幅器U₂，U₃の出力回路も同じ周波数で動作、不
動作を繰返す。このように時間を区切つて動作さ
せることをストロービングと云う。

演算増幅器U₂，U₃の出力はコンデンサC₉，C₁₀
を通じてトランジスタQ₁，Q₃のベースにそれぞ
れ交流結合される。トランジスタQ₁のコレクタ
には抵抗R₁₇と発光ダイオードD₅およびリレーRL
からなる負荷が接続されている。ダイオードD₆
はリレーRLの逆起電力吸収用、コンデンサC₁₁は
駆動電流平滑用である。発光ダイオードD₅は炎
表示器、リレーRLは燃焼制御装置等に対する条
件信号発生器となる。トランジスタQ₁のエミツ
タはトランジスタQ₃のコレクタ・エミツタ回路
を通じて接地される。

このように構成された装置の動作は次のとおり
である。バーナBRと電極ELの間に炎がないと
き、ツインＴ回路の出力端に生じる直流電圧は零
または基準値に達しない小さな値であるから、演
算増幅器U₂は非反転入力端子に与えられる正の
基準電圧に応じて正の飽和出力電圧を生じ、演算
増幅器U₃は反転入力端子に与えられる負の基準
電圧に応じてやはり正の飽和出力電圧を生じる。
演算増幅器U₂，U₃はトランジスタQ₂によるスト
ロービングによつてそれらの出力回路が動作、不
動作を繰返しているが、動作時も不動作時もそれ
らの出力端子は飽和出力電圧を保つているので、
トランジスタQ₁，Q₃の駆動信号は一定な正の直
流電圧となる。このためトランジスタQ₁，Q₃は
オフであり、発光ダイオードD₅は発光せず、か
つリレーRLも不動作である。すなわち表示器が
消灯していることにより無炎が表示される。

バーナBLと電極ELの間に炎が存在するときは
ツインＴ回路の出力端には炎の種類に応じて正ま
たは負の直流電圧が生じる。この直流電圧が正で
しかも演算増幅器U₂の基準電圧よりも大きいと
き、演算増幅器U₂の出力が反転して零となる。
また直流電圧が負でその値が演算増幅器U₃の基
準電圧よりも小さい（絶対値は大）ときは、演算
増幅器U₃の出力が反転してやはり零となる。し
たがつて炎があるときは演算増幅器U₂，U₃のど
ちらか一方の出力電圧が零になる。演算増幅器
U₂，U₃の出力端子は共通に接続され、抵抗R₁₆を
通じて正の直流電源に接続されているので、この
とき共通接続点の電圧も零になる。演算増幅器
U₂，U₃はストロービングによつて動作、不動作
を繰返しており、不動作のとき共通接続点の電圧
は直流電源の電圧に引かれて上昇するので、共通
接続点の電圧はストロービングと同じ周波数で変
動する。共通接続点の電圧がストロービング周波
数で変動することにより、交流結合されているト
ランジスタQ₁，Q₃が同時にオンオフする。この
ため発光ダイオードD₅が点灯し、かつリレーRL
が駆動される。発光ダイオードD₅とリレーRLの
駆動電流はコンデンサC₁₁によつて平滑され連続
的な点灯および励磁が行われる。これによつて有
炎であることが表示される。

このようにして装置の各部が正常に動作してい
るときは、表示器D₅の点滅動作によつて炎の有
無が表示される。

このような炎検出装置において、能動素子であ
る演算増幅器U₁，U₂，U₃およびトランジスタ
Q₁，Q₂，Q₃には種々のモードの故障が考えられ
る。本考案の炎検出装置は各能動素子のいずれの
モードの故障に対してもフエイルセーフ動作を行
う。以下各場合のフエイルセーフ動作を説明す
る。有炎時に能動素子の故障により表示素子が消
灯するのはフエイルセーフに叶うものであるから
問題ではなく、無炎時に表示素子が点灯するのが
問題である。したがつて動作の説明は無炎時の故
障についてだけ行う。

＜演算増幅器U₁の故障＞ 演算増幅器U₁の故障としては出力端の短縮、
出力の正飽和、および出力の負飽和がある。

出力端短絡の場合、ツインＴ回路の入力が零と
なるので演算増幅器U₂，U₃の入力も零で無炎信
号となる。このため演算増幅器U₂，U₃の出力は
正の飽和電圧となるのでトランジスタQ₁，Q₃は
オフとなり、発光ダイオードD₄，D₅は消灯して
おり無炎状態を表示している。

演算増幅器U₁が出力正飽和の場合、演算増幅
器U₂，U₃にはツインＴ回路を通して正の直流電
圧が与えられるので、演算増幅器U₂の出力が零
になる。ツインＴ回路中の信号には交流分が含ま
れないので、トランジスタQ₂によるストロービ
ングが行われず、演算増幅器U₂の出力電圧は脈
動しない。このためトランジスタQ₁，Q₃はオフ
で発光ダイオードD₅は消灯して無炎を表示す
る。

演算増幅器U₁が出力負飽和の場合、演算増幅
器U₂，U₃にはツインＴ回路を通じて負の直流電
圧が与えられるので、演算増幅器U₃の出力電圧
が零になる。この場合にもストロービングが行わ
れないのでトランジスタQ₁，Q₃がオフで発光ダ
イオードD₅は消灯し無炎を表示している。

＜演算増幅器U₂またはU₃の故障＞ 演算増幅器U₂またはU₃についても、出力端短
絡、出力正飽和、および出力負飽和の故障があ
る。これらの故障が生じた場合、出力はストロー
ビングに無関係にそれぞれ一定レベルの直流電圧
となる。したがつてトランジスタQ₁，Q₃の交流
駆動が行われないので、発光ダイオードD₅は消
灯し無炎を表示する。

＜トランジスタQ₁，Q₃の故障＞ トランジスタQ₁，Q₃の故障としては開放と短
絡とがある。トランジスタQ₁，Q₃の開放は発光
ダイオードD₅を消灯させるのでフエイルセーフ
であるが、短絡は発光ダイオードD₅を発光させ
るように作用するので問題がある。しかしトラン
ジスタQ₁，Q₃は直列に接続されているので、両
方同時に短絡にならない限り、無炎時は一方の短
絡電流は他方によつて阻止される。したがつて発
光ダイオードD₅は発光せず、フエイルセーフが
行われる。なお、両トランジスタQ₁，Q₃が同時
に短絡する確率は充分小さいものとする。

＜トランジスタQ₂の故障＞ トランジスタQ₂についても短絡と開放の故障
がある。トランジスタQ₂が故障すると演算増幅
器U₂，U₃のストロービングがオン、オフどちら
か一方の状態に固定されるが、無炎時には演算増
幅器U₂，U₃の出力はストロービングに無関係に
正の飽和電圧となつているので、トランジスタ
Q₁，Q₃がともにオフで発光ダイオードD₅が消灯
しているから、無炎状態が表示されている。

このように本考案によれば、すべての能動素子
の故障に対してフエイルセーフ動作を行う炎検出
装置が得られる。

前記実施例では、炎信号が正の場合及び負の場
合に対応して電圧比較器を構成する演算増幅器は
U₁及びU₂の一対を設けているが、炎の種類並び
に電極位置が特定されていて、炎信号の極性が正
又は負の一方となる場合は演算増幅器は１個で構
成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

図は本考案実施例の電気的構成図である。 BR……バーナー、FL……炎、EL……電極、
AC……交流電源、U₁，U₂，U₃……演算増幅器、
Q₁，Q₂，Q₃……トランジスタ、D₅……発光ダイ
オード、RL……リレー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 炎の整流作用に基づく、交流分を含む直流電気
   信号として得られる炎信号の直流分を基準電圧と
   比較してそれぞれレベルの異なる有炎信号と無炎
   信号を発生させる判別回路、前記交流分を入力し
   て前記判別回路の出力を周期的に動作状態と不動
   作状態にするストローブ回路、前記判別回路の不
   動作時にその出力端を強制的に無炎出力に相当す
   るレベルに保持するクランプ回路、前記判別回路
   の出力端に交流結合さた表示駆動回路、および、
   前記判別回路の出力端に交流結合されかつ直流電
   源に対して前記表示器駆動回路と直列に接続され
   たスイツチング回路を具備した炎検出装置。