KR100923126B1 - 화염검출장치 - Google Patents

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KR100923126B1
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테츠야 야마다
노리오 키쿠치
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야마타케 코포레이션
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Abstract

수광 셀로서 반도체 수광소자를 사용한 화염검출장치이며, 특히 내잡음성의 향상을 도모하고, 화염검출 특성의 안정화를 도모한 간단한 구성의 화염검출장치를 제공한다. 화염이 발하는 가시광을 검지하는 반도체 수광소자와, 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자에 그 구동전압을 공급하는 동시에 상기 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호를 검출하여 화염의 유무를 판정하는 검출장치 본체를 구비한 것으로, 특히 상기 반도체 수광소자의 직근에 상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호에 암전류를 가산하는 암전류 가산회로를 설치했다.
수광 셀, 반도체 수광소자, 화염검출장치, 암전류 가산회로

Description

화염검출장치{FLAME DETECTOR}
본 발명은, 화염이 발하는 가시광을 검지하는 수광 셀로서, 포토다이오드 등의 반도체 수광소자를 사용하여, 특히 외래 노이즈에 의한 오동작을 방지한 화염검출장치에 관한 것이다.
가스 버너나 오일 버너 등의 화염을 검출하여 그 연소(점화)제어에 이용되는 화염검출장치는, 예를 들면 화염이 발하는 가시광을 검지하는 수광 셀을 짜 넣은 센서 헤드와, 케이블을 통해 상기 수광 셀에 그 구동전압을 공급하는 동시에 상기 케이블을 통해 상기 수광 셀에 의한 화염검지 신호를 검출하여 화염의 유무를 판정하는 검출장치 본체를 구비하여 구성된다(예를 들면 특허문헌 1, 2를 참조).
즉 오일 버너는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 송풍기(1)의 송풍구(블라스트 튜브)내에 연료분사노즐(2)을 설치하는 동시에, 상기 연료분사노즐(2)의 노즐구에 근접시켜 점화 전극(3)을 설치하여 구성된다. 이러한 오일 버너의 화염을 검출하여 그 연소를 제어하기 위한 화염검출장치에 있어서의 센서 헤드(4)는, 예를 들면 상기 연료분사노즐(2)의 뒤쪽에 위치하여 상기 연료분사노즐(2)의 노즐구에 형성되는 화염이 발하는 가시광을 검출하도록 설치된다. 한편, 센서 헤드(4)에 삽입되는 수광 셀로서는, 종래부터 오로지 CdS셀이 이용되고 있다.
그리고 오일 버너의 연소 제어는, 도 5에 그 점화 제어 시퀀스를 나타내는 바와 같이, 버너의 기동 지령을 받아 우선 송풍기(1)를 작동시킨 후에 점화 트랜스를 작동시켜서 점화 전극(3)에 스파크를 발생시키고, 스파크가 안정된 상태에서 연료밸브를 여는 것으로 상기 연료분사노즐(2)로부터 분사되는 연료를 착화한다. 그리고 연료의 연소에 의한 화염이 상기 화염검출장치에서 검출된 후, 상기 점화 트랜스의 작동을 정지함으로써 그 점화 제어가 완료된다(예를 들면 특허문헌 3을 참조).
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개평8-261443호
[특허문헌 2] 일본국 특허 제3255442호
[특허문헌 3] 일본국 공개특허공보 특개평6-288541호
그러나 최근, RoHS(Restriction of Hazardous Substances;위험물질에 관한 제한)지령 등의 화학물질규제에 의해 Cd(카드뮴)의 사용이 제한되고 있다. 이러한 사정으로부터 최근에는 화염검출장치의 수광 셀로서, 종래의 CdS셀 대신에 포토다이오드 등의 반도체 수광소자를 사용하는 시도가 행해지고 있다. 그러나 이 종류의 반도체 수광소자는, 빛에 대한 검출 감도가 높고, 또한 수광강도에 대한 전류출력 특성이 리니어이며, 이 때문에, 화염의 흔들림에 현저하게 반응하는 특성을 가지고 있다.
또한 암흑(화염 없음)인 상태에 있어서는, 그 출력 전류가 몇 nA정도로 매우 작아지고, 그 내부 임피던스가 매우 높기 때문에, 외래 노이즈의 영향을 받기 쉽다. 이로 인해, 약간의 노이즈가 반도체 수광소자의 출력에 큰 영향을 미치기 때문에, 반도체 수광소자의 출력을 감시하는 검출장치 본체에 있어서는, 예를 들면 반도체 수광소자에 가해진 노이즈를 화염 있음으로 오검출할 우려가 생긴다. 특히 이 종류의 수광 셀이 삽입되는 센서 헤드(4)는, 전술한 바와 같이 송풍기(1)등에 삽입되므로, 송풍기(1)뿐만아니라 점화 전극(3)을 구동하는 점화 트랜스 등이 발생하는 노이즈의 영향을 받아 오동작하기 쉬운 등의 문제가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 고려한 것으로, 그 목적은, 수광 셀로서 포토다이오드 등의 반도체 수광소자를 사용한 화염검출장치로서, 특히 내잡음성의 향상을 도모하고, 화염검출 특성의 안정화를 도모한 간단한 구성의 화염검출장치를 제공하 는 데에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 화염검출장치는, 화염이 발하는 가시광을 검지하는 반도체 수광소자와, 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자에 그 구동전압을 공급하는 동시에 상기 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호를 검출하여 화염의 유무를 판정하는 검출장치 본체를 구비한 것으로서, 특히 상기 반도체 수광소자의 직근에 상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호에 암전류를 가산하는 암전류 가산회로를 설치한 것을 특징으로 한다.
즉 상기 반도체 수광소자로서, 예를 들면 포토다이오드와 상기 포토다이오드의 출력을 증폭하는 증폭기를 일체로 구비한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또 상기 검출장치 본체는, 예를 들면 직렬접속되어 구동전원에 접속된 제1 및 제2의 저항기를 구비하고, 상기 제1 또는 제2의 저항기의 양단 사이에 상기 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자를 병렬접속한 것으로, 상기 제1 및 제2의 저항기에 의해 전원전압을 저항분할하여 상기 반도체 수광소자의 구동전압을 생성하는 동시에, 상기 제1의 저항기와 상기 제2의 저항기의 접속점에 생기는 전압을 판정하여 화염의 유무를 판정하는 것으로 이루어진다.
또 상기 암전류 가산회로는, 예를 들면 상기 반도체 수광소자에 병렬접속한 저항기로서 실현된다. 한편, 반도체 수광소자의 출력에 따라 전류증폭률을 가변하는 증폭기 등으로서 암전량 가산 회로를 실현하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성된 화염검출장치에 의하면, 반도체 수광소자의 직근에 상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호에 암전류를 가산하는 암전류 가산회로를 설치하고 있으므로, 상기 반도체 수광소자의 외관상의 임피던스를 낮게 할 수 있다. 이 결과, 노이즈 발생원의 근방에 배치되는 경우라도, 노이즈의 혼입을 억제할 수 있다. 그리고 상기 케이블을 통해 검출하는 상기 반도체 수광소자의 출력의, 노이즈의 혼입에 의한 오검출을 효과적으로 방지하는 것이 가능하게 된다. 따라서 암전류 가산회로에 의해 반도체 수광소자의 외관상의 암전류를 의도적으로 높게 하는 것만으로, 노이즈에 의한 상기 반도체 수광소자의 오동작을 방지하여 화염검출을 안정되게 행하는 것이 가능하게 되는 등의 효과가 나타난다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화염검출장치에 대하여 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 화염검출장치의 요부 개략 구성을 나타내고 있다. 도 1에 있어서 10은 화염이 발하는 가시광을 검출하는 수광 셀로서의 반도체 수광소자(예를 들면 Si포토다이오드)(11)를 조립하여 구성되는 센서 헤드이며, 20은 케이블(30)을 통해 상기 반도체 수광소자(11)에 그 구동전압을 공급하는 동시에 상기 케이블(30)을 통해 상기 반도체 수광소자(11)에 의한 화염검지 신호를 검출하여 화염의 유무를 판정하는 검출장치 본체이다.
검출장치 본체(20)는, 예를 들면 직렬접속되어 구동전원에 접속되는 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)을 구비하고, 예를 들면 접지측의 제2의 고정 저항 22의 양단 사이에 케이블(30)을 통해 반도체 수광소자(11)를 병렬접속하여 구성된다. 상기 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)은 전원전압 Vc를 분압하여 상기 반도체 수광소자(11)의 구동전압 Vd를 생성하고, 이 구동전압 Vd를 상기 케이블(30)을 통해 출력하는 역할을 하는 동시에, 후술하는 바와 같이 상기 반도체 수광소자(11)의 출력(화염검지 신호)에 따라 상기 제1의 고정 저항 21과 제2의 고정 저항 22의 접속점에 있어서의 전압을 변화시키는 역할을 한다. 환언하면 반도체 수광소자(11)는, 케이블(30)을 통해 상기 제2의 고정 저항 22에 병렬접속되어 있다. 그리고, 반도체 수광소자(11)는, 화염이 발하는 가시광을 수광하여 화염검출 신호를 출력하고, 이것에 따르는 임피던스의 변화에 의해 상기 고정 저항(21, 22)의 접속점에 있어서의 전압을 변화시킨다.
또 상기 반도체 수광소자(11)의 출력(화염검지 신호)을 검출하는 검출장치 본체(20)에 있어서의 화염 검출부(23)는, 예를 들면 마이크로컴퓨터로 이루어지고, 상기 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압의 변화로부터 상기 반도체 수광소자(11)에 의한 화염검지 신호의 유무를 판정하도록 구성된다. 특히 이 화염 검출부(23)는, 상기 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압을 미리 설정한 판정 임계값 전압 Vth와 비교함으로써 화염의 유무를 검출하도록 구성된다.
또한, 화염검출의 제어 대상이 오일 버너일 경우, 상기 검출장치 본체(20)에는 오일 버너에 있어서의 송풍기(31), 점화 트랜스(점화 전극)(32) 및 연료밸브(연료분사노즐)(33)의 각 동작을 화염의 유무에 의해 제어하는 연소제어장치(24)가 설 치된다. 이 연소제어장치(24)는, 전술한 화염 검출부(23)를 구성하는 마이크로 컴퓨터가 가지는 기능의 일부로서 실현해도 되는 것은 물론이다.
또한 기본적으로는 상기한 바와 같이, 화염이 발하는 가시광을 검출하는 수광소자로서 반도체 수광소자, 예를 들면 Si포토다이오드(11)를 사용한 화염검출장치에 있어서, 본 발명이 특징으로 하는 바는, 도 1에 그 실시예를 도시한 바와 같이 상기 Si포토다이오드(11)의 직근인 센서 헤드(10)에, 암전류 가산회로(12) 및 필터 회로(13)를 각각 조립하는 동시에, 상기 Si포토다이오드(11)와 직렬로 역접속 방지용 다이오드(14)를 끼워 삽입한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 Si포토다이오드(11)로서, 여기에서는 포토다이오드(11)에 그 부하 저항(11a)과, 그 출력 전류를 증폭하는 증폭기(11b)를 일체로 설치한, 소위 복합형의 포토 IC를 사용한 예에 대해 나타내고 있다. 그러나 부하 저항(11a) 및 증폭기(11b)를 각각 단체부품으로서 포토다이오드(11)에 부착하는 것도 물론 가능하다. 또 상기 암전류 가산회로(12)는, 예를 들면 상기 Si포토다이오드(11)이 대하여 병렬접속한 고정 저항으로 이루어진다. 또한 상기 필터 회로(13)는, 저항(13a)과 콘덴서(13b, 13c)를 조합하여 구축되는 패시브형의 저역통과 필터로 이루어진다. 이 필터 회로(13)는, 포토다이오드(11)에 의한 화염검지 신호를 지연하여 상기 케이블(30)에 출력하는 역할을 하는 동시에, 상기 케이블(30)에 중첩하는 노이즈에 의한 상기 포토다이오드(11)의 오동작을 방지하는 기능, 즉 노이즈 제거 기능을 한다.
여기에서 우선, 전술한 암전류 가산회로(12)에 관하여 설명한다. 수광 셀로서 사용하는 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)는, 종래 일반적인 CdS셀에 비교해서 그 응답 속도가 몇 m초로 빠르고, 또한 그 수광강도(조도)에 대하여 도 2에 특성 A로서 나타낸 바와 같이 대략 리니어한 출력 전류특성을 가지고 있다. 그리고 수광강도가 낮을 경우, 특히 암흑(화염 없음)인 경우에 있어서의 출력 전류는 몇 nA정도로 매우 적고, 화염이 발하는 가시광을 받아서 그 수광강도가 높아짐에 따라 출력 전류가 증대한다. 이러한 출력 전류특성은, 일반적인 계측 용도에 있어서는 계측 오차를 저감하는 동시에 매우 바람직하다.
그러나 전술한 출력 전류특성은, 환언하면 암흑(화염 없음)인 경우에 있어서의 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스가 매우 높은 것을 의미한다. 그리고 케이블(30)을 통해 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 검출기 본체(20)에 접속하는 구성의 화염검출장치에 있어서는, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스가 높을 때, 케이블(30)의 인회(배선)에 의해 노이즈의 영향을 받기 쉬워, 오검출의 요인이 되게 된다. 즉, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스가 높은 상태(암흑상태)에 있어서는, 케이블(30)에 중첩하는 약간의 노이즈만으로, 상기 케이블(30)을 통해 검출하는 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력이 크게 변동된다. 또한 전술한 바와 같이 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)자체가, 송풍기(31)나 점화 트랜스(점화 전극)(32)등의 노이즈 발생원의 근방에 배치되는 경우가 많다.
그래서 이 화염검출장치에 있어서는, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 직근에 있어서 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 대하여 병렬로 고정 저 항을 접속하고, 검출장치 본체(20)측으로부터 케이블(30)을 통해 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 보았을 때의 암흑시에 있어서의 임피던스를 의도적으로 낮게 하고, 이것에 의해 외래 노이즈의 영향을 받기 어려운 것으로 하고 있다. 구체적으로는 도 1에 나타내는 바와 같이 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 직근에 있어서 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 대하여 암전류 가산회로(12)로서의 고정 저항을 병렬접속하고, 또한 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 케이블(30)을 통해 검출장치 본체(20)에 접속하도록 하고 있다.
이와 같이 하여 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 병렬접속한 고정 저항에 의하면, 상기 고정 저항의 저항값에 비교하여 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스가 높을 경우에는, 케이블(30)을 통해 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 구동전압 Vd를 인가했을 때, 오로지, 상기 고정 저항을 통해 전류가 흐른다. 그리고 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스가 낮아짐에 따라 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력 전류가 증가하게 된다. 그러면 암흑시에 있어서도 도 2에 출력 전류특성 B에 나타내는 바와 같이 케이블(30)을 통해 어느 정도의 전류가 흐르게 되고, 케이블(30)을 통해 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 보았을 때의 암전류를 증대시키는 것이 가능하게 된다. 그리고 전술한 바와 같이 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 병렬접속한 고정 저항은, 외관상, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 암전류를 가산하고, 암흑시에 있어서의 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스를 저감하는 작용을 나타내게 된다.
이 결과, 암흑시에 있어서도 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 임피던스를 어느 정도 낮게 억제할 수 있기 때문에, 가령 케이블(30)이 노이즈 발생원의 근방에 설치되는 경우라도, 노이즈의 혼입을 억제할 수 있다. 그리고 상기 케이블(30)을 통해 검출하는 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력의, 노이즈의 혼입에 의한 오검출을 효과적으로 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 전술한 고정 저항 대신에 전술한 증폭기(11b)의 이득을 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력에 따라 가변하고, 암흑시에 있어서의 증폭기(11b)의 출력을 증대시키도록 암전류 가산회로(12)를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 예를 들면 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력에 따라 증폭기(11b)의 바이어스를 가변하고, 이것에 의해 그 전류출력 특성(이득)을 변화시키도록 하면 되거나 또는 마이크로 프로세서나 A/D변환기를 사용하여 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력을 디지탈 변환한 후, 그 신호를 케이블(30)을 통해 전송하는 경우에는, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력에 따라 그 A/D변환 특성 자체를 가변하는 것도 가능하다.
그러나 상기한 바와 같이 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력에 암전류 성분을 가산하는 것으로 그 오검출의 방지 대책을 실시해도, 케이블(30)에 외래 노이즈가 중첩하지 않는다. 또한 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)는 외래 노이즈에 약하고, 노이즈에 의해 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)자체가 래치업 등의 오동작을 일으키기 쉽다.
그래서 이 화염검출장치에 있어서는, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 직근에 필터 회로(13)를 설치하고, 케이블(30)을 통해 가해지는 외래 노이즈로부터 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 있어서의 래치업 등의 오동작을 방지하도록 하고 있다. 동시에 상기 필터 회로(13)에 의해, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)로부터 케이블(30)을 통해 출력되는 화염검지 신호를 지연하고, 이것에 의해 화염의 흔들림 등에 기인하는 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 본의 아닌 응답 성분을 제거하는 것이 된다. 즉, 전술한 바와 같이 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 응답특성은 종전의 CdS셀에 비교하여 매우 빠르고, 화염의 흔들림에 의해 그 가시광의 강도가 약간 변동하는 것만으로, 그 수광강도의 변화에 민감하게 응답한다. 이것으로 인해, 약간의 화염의 흔들림에 의해 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력(화염검지 신호)이 저하하는 것만으로도, 이것을 소염(消炎)으로서 오검출할 우려가 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 이 화염검출장치에 있어서는 상기한 바와 같이 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 직근에 필터 회로(13)를 설치함으로써, 고속으로 응답하는 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 출력(화염검지 신호)을 지연하고, 이것에 의해 화염검출 신호의 응답 파형을 둔하게 한 후, 케이블(30)에 출력하도록 되어 있다. 환언하면 필터 회로(13)에 의해, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 외관상의 응답특성을 느리게 하고 있다. 또 상기 필터 회로(13)에 의해, 전술한 점화 트랜스 등의 라이즈 발생원으로부터 상기 케이블(30)에 중첩하는 스파이크 노이즈 등의 외래 노이즈를 제거하고, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 동작 안정화를 도모하게 된다.
이 결과, 검출장치 본체(20)측에 있어서는, 동작이 안정화된 상황하에 있어서의 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)로부터의 출력(화염검지 신호)의 변화를, 화염의 흔들림의 영향을 받지 않는 완만한 응답 신호로서 검출하는 것이 가능하게 되고, 따라서 화염검출을 안정되게 행하는 것이 가능하게 된다. 특히 필터 회로(13)를 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 직근에 설치하는 것으로, 노이즈에 의한 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 오동작 방지기능과, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 응답성의 개선을 동시에 실현할 수 있다.
그러나 전술한 센서 헤드(10), 즉 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)와 검출장치 본체(20)는, 단순히 2코어의 케이블(30)을 통해 접속될 뿐이다. 이러한 이유로, 검출장치 본체(20)에 대하여 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 역접속하게 될 가능성이 있다. 즉 종래의 CdS셀은 무극성이므로, 검출장치 본체(20)에 대한 접속 극성은 문제가 되지 않는다. 그러나 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 역접속하면, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 동작이 불안정하게 되는 동시에, 그 출력 신호 자체가 부정이 된다.
그래서 이 화염검출장치에 있어서는, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 직근에 역접속 방지용의 다이오드(14)를 직렬로 끼워 삽입하는 동시에, 검출장치 본체(20)에 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 역접속 검출 기능 및 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 단락고장 검출기능을 설치하고 있다. 이 역접속 검출기능 및 단락고장 검출기능은, 전술한 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압을 미리 설정한 임계값과 비교하는 기능으로 이루어지고, 상기 임 계값은 후술하는 바와 같이 화염의 유무를 판정하는 임계값과는 별도로 설정된다.
즉, 이 화염검출장치에 있어서는 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)와 케이블(30) 사이에 역접속 방지용의 다이오드(14)를 직렬로 끼워삽입하는 것으로, 역접속시에는 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 검출장치 본체(20)측으로부터의 구동전압 Vd가 가해지지 않도록 하고, 이것에 의해 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 동작 자체를 금지하여, 본의 아닌 출력(화염검출 신호)을 얻을 수 없도록 하고 있다. 환언하면 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 역접속 했을 경우에는, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)로부터의 출력을 0[0]으로 하고, 이것에 의해 늘 「화염 없음」의 검출 상태가 되도록 하고 있다.
또한 이 화염검출장치에 있어서는, 상기한 바와 같이 역접속 방지용의 다이오드(14)를 설치한 것과 아울러, 상기 검출장치 본체(20)에 화염의 유무를 판정하는 기능에 더하여, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 역접속 검출기능 및 단락고장 검출기능을 설치하고 있다. 상기 역접속 검출기능 및 단락고장 검출기능은, 도 3에 나타내는 바와 같이 상기 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압 Vin으로부터 화염의 유무를 판정하는 임계값이 Vth1로서 주어질 때, 상기 임계값 Vth1보다도 높은 전압으로서 설정된 역접속 검출용 임계값 Vth2, 상기 임계값 Vth1보다도 낮은 전압으로서 설정된 단락 검출용 임계값 Vth3로서 주어진다.
검출장치 본체(20)에 케이블(30)을 통해 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 접속하지 않을 때, 전술한 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압 Vd를 5V로 하면, 상기 검출장치 본체(20)에 케이블(30)을 통해 정상적으로 반 도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 접속했을 경우에는, 암흑(화염 없음)인 상태에 있어서는 전술한 암전류 가산회로(12)에 의해 가산된 암전류분만 상기 케이블(30)로부터 센서 헤드(10)를 통해 전류가 흐르므로, 상기 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압 Vin은, 상기 전압 Vd보다도 약간 낮아진다. 즉, 제2의 고정 저항 22에 대하여 상기 암전류의 가산 분만 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)가 병렬로 작용하므로, 그 검출 전압 Vin은 구동전압 Vd보다도 약간 낮아진다.
그리고 화염에 의한 가시광을 검출하여 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)가 화염검출 신호를 출력하고, 그 임피던스가 저하하면, 이것에 따라 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압 Vin이 더욱 저하한다. 전술한 화염의 유무를 판정하는 임계값 Vth1은, 이러한 수광의 유무에 의한 검출 전압 Vin의 변화를 식별할 수 있는 전압값으로서 설정된다.
이에 대하여 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 역접속했을 경우에는, 전술한 역접속 방지용의 다이오드(14)에 의해 반도체 수광소자(포토다이오드)(11), 나아가서는 센서 헤드(10)로의 전류공급 자체가 차단되므로, 전술한 암전류 가산회로(12)가 기능하지 않고, 따라서 암흑(화염 없음)인 상태에 있어서도 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 검출 전압 Vin이 전술한 구동전압 Vd로부터 저하하지 않는다. 전술한 역접속 검출용 임계값 Vth2는, 이러한 역접속의 유무에 의해 변화되는 검출 전압 Vin의 차이를 식별할 수 있는 전압값으로서 설정된다. 그리고 역접속한 상태에 있어서는, 화염이 존재해도 반도체 수광소자(포토다이오 드)(11)자체가 작동하지 않기 때문에 그 출력을 얻을 수 없고, 따라서 구동전압 Vd에 붙은 검출 전압 Vin이 변화되지 않는다. 따라서 이러한 상태를 상기 역접속 검출용 임계값 Vth2 하에서 판정함으로써 센서 헤드(10), 즉 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 역접속을 검출하는 것이 가능하게 된다.
또 검출장치 본체(20)에 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)를 정상적으로 접속하고 있을 경우, 상기 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)가 정상적으로 기능하고 있는 한 전술한 암전류 가산회로(12)를 포함하는 내부 임피던스가 존재하므로, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)가 최대의 화염검출 신호(전류)를 출력했다고 해도, 상기 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 검출 전압 Vin이 0V까지 저하하지 않는다. 그러나 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)가 단락 고장되면, 암전류 가산회로(12)의 존재에 관계없이 역접속 방지용의 다이오드(14)를 통해 제2의 고정 저항 22의 양단 사이가 단락되게 되므로, 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 검출 전압 Vin이 0V까지 한꺼번에 저하한다. 전술한 단락고장 검출용 임계값 Vth3은, 이러한 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 단락 고장의 유무에 의해 변화되는 검출 전압 Vin의 차이를 식별할 수 있는 전압값으로서 설정된다.
이렇게 하여 검출장치 본체(20)에, 상기한 바와 같이, 제1 및 제2의 고정 저항(21, 22)의 접속점에 생기는 전압 Vin으로부터, 화염의 유무를 판정하는 동시에, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 역접속 및 단락 고장을 각각 판정하는 기능 을 설치하는 것으로, 화염검출장치의 동작 신뢰성을 확인하면서 화염검출을 확실하 게 실행하는 것이 가능하게 된다. 따라서 오일 버너 등의 연소제어를 신뢰성 있게 안정되게 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 여기에서는 암전류 가산회로(12)로서 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)에 병렬접속한 고정 저항을 사용한 예에 대해서 나타냈지만, 전술한 바와 같이 전류증폭기(11b)의 전류출력 특성을 가변하도록 해도 되는 것은 물론이다. 또 가산하는 암전류를 어느 정도로 할지에 대해서는, 반도체 수광소자(포토다이오드)(11)의 사양이나, 검출장치 본체(20)의 사양에 따라 설정하면 되는 것은 물론이다. 또 수광 셀로서 Si이외의 다른 반도체 수광소자를 사용한 것을 적절히 채용했을 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 그 외, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변형하여 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화염검출장치의 개략 구성도.
도 2는 반도체 수광소자(포토다이오드)의 수광강도에 대한 출력 전류특성을 도시한 도면.
도 3은 화염검출 전압 Vin에 대한 화염판정 임계값 Vth1, 역접속 판정 임계값 Vth2, 단락 검출 임계값 Vth3의 관계를 도시한 도면.
도 4는 가스버너의 개략 구성과 화염검출장치의 센서 헤드의 장착 부위의 관계를 도시한 도면.
도 5는 가스버너에 있어서의 점화 제어 시퀀스의 예를 도시하는 도면이다.
[부호의 설명]
10 : 센서 헤드 11 : 반도체 수광소자(포토다이오드)
11a : 부하 저항 11b : 증폭기
12 : 암전류 가산회로 13 : 필터 회로
14 : 역접속 방지용 다이오드 20 : 검출장치 본체
21, 22 : 고정 저항 23 : 화염 검출부
24 : 연소제어장치 30 : 케이블

Claims (4)

  1. 화염이 발하는 가시광을 검지하는 반도체 수광소자와, 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자에 그 구동전압을 공급하는 동시에 상기 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호를 검출하여 화염의 유무를 판정하는 검출장치 본체와,
    상기 반도체 수광소자에 의한 화염검지 신호에 암전류를 가산하는 암전류 가산회로를 설치한 것을 특징으로 하는 화염검출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 수광소자는, 포토다이오드와 상기 포토다이오드의 출력을 증폭하는 증폭기를 구비한 것을 특징으로 하는 화염검출장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검출장치 본체는, 서로 직렬접속되어 구동전원에 접속된 제1 및 제2의 저항기를 구비하고, 상기 제1 또는 제2의 저항기의 양단 사이에 상기 케이블을 통해 상기 반도체 수광소자를 병렬접속한 것으로서,
    상기 제1 및 제2의 저항기에 의해 전원전압을 저항분할하여 상기 반도체 수광소자의 구동전압을 생성하는 동시에, 상기 제1의 저항기와 상기 제2의 저항기의 접속점에 생기는 전압을 판정하여 화염의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 화염검출장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 암전류 가산회로는, 상기 반도체 수광소자가 병렬접속한 저항기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화염검출장치.
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