Ionisationsflammenwächter

Abstract

 Der vorgeschlagene Ionisationsflammenwächter weist eine Schaltungsanordnung auf, die eine beim Ausbleiben des Ionisationsstroms auf eine Betriebsspannung (U_B) aufgeladene und beim Vorhandensein des Ionisationsstroms unter einen bestimmten Spannungspegel entladene Kapazität (C₃) aufweist. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung erkennt zum einen über eine Ionisationselektrode eine in einem Brennraum entstandene Flamme und bietet zum andern die Möglichkeit, den Ionisationsflammenwächter auf seine Funktion während des Betriebes zu testen und gleichzeitig eine Aussage über die Stärke des fließenden Ionisationsstroms (I_F) zu treffen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Ionisationsflammenwächter insbesondere für Gasfeuerungsautomaten. Ein solcher Ionisationsflammenwächter soll nicht nur sicher das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Flamme in einem Gasfeuerungsautomaten erkennen können, sondern auch die Möglichkeit bieten, auf ein z. B. von einer übergeordneten automatischen Steuerung erzeugtes Prüfsignal hin auf seine Funktionstüchtigkeit geprüft zu werden und außerdem eine Aussage über den fließenden Ionisationsstrom ermöglichen.

[0002] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen einfachen und sicheren Ionisationsflammenwächter so zu ermöglichen, daß seine Funktion während des Betriebs prüfbar und daß er gleichzeitig ein Signal erzeugt, das eine Aussage über die Größe des fließenden Ionisationsstroms zuläßt.

[0003] Eine Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale angegeben. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß eine mit dem Sekundärkreis eines Zündübertragers verbundene Kapazität vorgesehen ist, die, wenn kein Ionisationsstrom fließt, auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladen ist und bei Fließen eines Ionisationsstroms so entladen wird, daß deren Entladegeschwindigkeit ein Maß für die Höhe des Ionisationsstroms ergibt, wobei ein Eingang einer Überwachungsschaltung mit der Kapazität verbunden ist, um, wenn die Spannung über der Kapazität einen vorbestimmten Spannungswert unterschreitet, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches das Vorhandensein einer Flamme angibt.

[0004] Die Verbindung der Kapazität mit dem Sekundärkreis des Zündübertragers erfolgt bevorzugt durch eine Koppelschaltung, die im einfachsten Fall wenigstens ein Widerstandsglied enthält. Um den Flammenwächter in Aktion zu setzen, kann bei einer Alternative die Koppelschaltung durch ein von außen zugeführtes Signal aktiviert oder desaktiviert werden.

[0005] Die Überwachungsschaltung ist bevorzugt als Schwellwertschalter mit Hysterese ausgeführt. Zur Prüfung des Ionisationsflammenwächters ist eine Testschaltung vorgesehen, die mit dem Entladekreis der Kapazität verbunden ist, um während des Betriebs bei vorhandenem Ausgangssignal der Überwachungsschaltung ein Nichtvorhandensein der Flamme zu simulieren. Dadurch ist es bei der Prüfung des Ionisationsflammenwächters in keinem Fall möglich, eine Flamme zu simulieren.

[0006] Bevorzugt weist die Testschaltung eine mit einem Prüfsignal beaufschlagte Transistorschaltung auf, um abhängig vom Prüfsignal dem Eingang der Überwachungsschaltung eine Spannung anzulegen, welche das Nichtvorhandensein der Flamme simuliert. In einer bevorzugten Weiterbildung ist in der Transistorschaltung ein Optokoppler vorgesehen, um das Prüfsignal galvanisch von der sonstigen Ionisationsflammenwächterschaltung zu isolieren.

[0007] Die Geschwindigkeit der Entladung läßt über die Zeitkonstante der Kapazität auf die Größe des Ionisationsstroms schließen. Aus diesem Grund ist bevorzugt eine mit dem Ausgangssignal der Überwachungsschaltung beaufschlagte Auswerteschaltung vorgesehen, die unmittelbar auf die Beendigung des Prüfsignals die Zeitdauer mißt, bis die Spannung an der Kapazität den vorbestimmten Spannungswert unterschritten hat.

[0008] In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteschaltung einen Mikroprozessor auf, der auch gleichzeitig das Prüfsignal erzeugen kann. Die Auswerteschaltung kann das Prüfsignal in vorgegebenen periodischen Zeitabschnitten erzeugen oder alternativ abhängig von Betriebsbedingungen des Gasfeuerungsautomaten.

[0009] Die vorgeschlagene Schaltung läßt sich leicht so miniaturisieren, daß sie in einem Stecker eines Kabels unterbringbar ist, welcher einen elektrischen Anschluß der Zündelektrode bildet.

[0010] Nachfolgend wird die Erfindung in mehreren Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Von den Zeichungsfiguren zeigen:

Fig. 1

Ein prinzipielles Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Ionisationsflammenwächters;

Fig. 2

eine bevorzugte Ausführungsart des Ionisationsflammenwächters zusammen mit einer Betriebsspannungs-Generatorschaltung;

Fig. 3

ein erstes Ausführungsbeispiel der Testschaltung;

Fig. 4

eine zweite Ausführungsart der Testschaltung;

Fig. 5

eine Ausführungsart einer Schnittstellenschaltung zwischen dem Ausgang der Überwachungsschaltung und dem Eingang der Auswerteschaltung; und

Fig. 6

ein Funktions-Zeitdiagramm des erfindungsgemäßen Ionisationsflammenwächters gemäß Fig. 2.

[0011] Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip-Blockschaltbild des Ionisationsflammenwächters ist mit der Sekundärseite b eines Zündübertragers Ü, an der ein Zündfunke erzeugt wird, über eine Koppelschaltung K eine Kapazität C₃ verbunden. Solange zwischen der Zündelektrode Z und der schematisch angedeuten Masseleitung keine Flamme vorhanden ist, wird der Kondensator C₃ über den Widerstand R₃ auf die Betriebsspannung U_B aufgeladen. Sobald infolge der Flammenentwicklung ein Ionisationsstrom I_F fließt, wird der Kondensator C₃ entladen. An das mit E bezeichnete Ende des Kondensators C₃ ist ein Eingang S_e einer Überwachungsschaltung S angeschlossen, die erkennt, wenn der Kondensator C₃ entladen ist, d. h., wenn die Spannung U_C3 über dem Kondensator C₃ unter einen vorgegebenen Spannungswert abgefallen ist. Der Ausgang der Überwachungschaltung S gibt dann ein entsprechendes Ausgangssignal S_a ab, das von einer Auswerteschaltung A ausgewertet werden kann. Mit dem Schaltungspunkt E ist über eine gestrichelt gezeichnete Leitung eine Testschaltung T verbunden, welche auf ein Prüfsignal "Test" hin den Eingang S_e der Überwachungsschaltung S auf die Betriebsspannung U_B zieht. Der Test des Ionisationsflammenwächters wird nur im Betrieb, d.h. bei vorhandener Flamme, durchgeführt. Dadurch und durch die geschilderte Entladung der Kapazität C₃ durch den Ionisationsstrom kann es nicht vorkommen, daß beim Testvorgang eine Flamme simuliert wird, was aus sicherheitstechnischen Gesichtspunkten sehr wichtig ist.

[0012] Nachfolgend werden anhand der Fig. 2 bis 6 eine bevorzugte Gesamtschaltung des Ionisationsflammenwächters, alternative Schaltungsvarianten der Testschaltung T und eine Schnittstellenschaltung zwischem dem Ausgang S_a der Überwachungsschaltung S und einer Auswerteschaltung A sowie deren Funktion näher beschrieben.

[0013] Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung weist außer der eigentlichen Ionisationsflammenwächter-Schaltung eine die Betriebsspannung U_B erzeugende Spannungsgeneratorschaltung auf. Ein üblicher aus einem Widerstand R₁, einem Kondensator C₁, einer Zweiweg-Gleichrichterschaltung V₁ und einer Zenerdiode V₂ bestehender Spannungsgenerator, wobei die Gleichrichterschaltung zwischen einer Phase L₁ und einem Nulleiter N angeschlossen ist, erzeugt die zur Aufladung des Kondensators C₃ über den Widerstand R₃ dienende Betriebsspannung U_B. Ferner ist in Fig. 2 noch ein Überspannungsableiter F₁ mit der den Ionisationsstrom I_F führenden Leitung gekoppelt, welcher an seinem anderen Ende zu einer Schutzleiterklemme P_E geführt ist. Die Koppelschaltung K weist, wie bereits erwähnt, ein Widerstandsglied R₂ auf, welches auch als Sicherungswiderstand bei Kurzschluß des Ionisationseingangs fungiert. Die Überwachungsschaltung besteht aus der Serienschaltung von R₃ mit C₃ und einem mit dem Schaltungspunkt E verbundenen Schwellwertschalter V₅ mit Hysterese. Steigt die Spannung am Schaltungspunkt E über 2/3 U_B, schaltet das Ausgangssignal des integrierten Schwellwertschalter V₅ in den Zustand "0". Solange keine Flamme vorhanden ist, ist der Kondensator C₃ demnach auf die Betriebsspannung U_B aufgeladen, und der Ausgang des Schwellwertschalter V₅ ist "0". Fließt jedoch aufgrund einer Flammenentwicklung ein Ionisationsstrom, wird der Kondensator C₃ über die Koppelschaltung K entladen und die Spannung am Eingang von V₅ sinkt unter den vorgegebenen Spannungswert, d.h., im Ausführungsbeispiel unter 1/3 U_B. Dann geht das Ausgangssignal S_a des Schwellwertschalters V₅ auf "1". Das Funktions-Zeitdiagramm in Fig. 6 zeigt das Zeitverhalten des Ionisationsstroms, der Kondensatorspannung U_C3 bei vorhandenem und nichtvorhandenem Ionisationsstrom I_F und im Fall des Testsignals bei vorhandener Flamme sowie das Zeitverhalten des Ausgangssignal S_a am Ausgang der Überwachungsschaltung S. Die Testschaltung T zieht das Eingangssignal S_e der Überwachungsschaltung S bei Anliegen des Testsignals "Test" auf die Betriebsspannung U_B. Das Ausgangssignal S_a der Überwachungsschaltung S, d.h. des Schwellwertschalters V₅, gibt in diesem Moment an: "keine Flamme". Der Test wird also während des Betriebs, bei vorhandener Flamme, durchgeführt. Dies ist aus sicherheitstechnischen Gesichtspunkten wichtig, und es ist bei der Durchführung des Tests in keinem Falle möglich, eine Flamme zu simulieren. Die Auswerteschaltung A, die mit dem Ausgang S_a der Überwachungsschaltung S zusammengekoppelt werden kann, ermöglichst es, die Zeitdauer dt zu messen, die der Kondensator C₃ benötigt, sich bei vorhandener Flamme auf 1/3 U_B zu entladen. Diese Zeitdauer dt oder Entladegeschwindigkeit ist ein Maß für die Stärke des fließenden Ionisationsstroms. Der Ionisationsstrom ist umgekehrt proportional zur Zeitdauer dt. Selbstverständlich ist die Zeitdauer dt auch von der Kapazität des Kondensators C₃, dem Widerstand R₂ und dem Flammenwiderstand abhängig.

[0014] Die in Fig. 3 gezeigte erste Variante T₁ der Testschaltung enthält eine aus zwei Transistoren V₇ und V₈ bestehende Transistorschaltung, die beim Anlegen des Signals "Test" die Betriebsspannung U_B an den Schaltungspunkt E legt. Die zweite Variante T₂ der Testschaltung enthält gemäß Fig. 4 einen Optokoppler V₉, der eine galvanische Trennung des Testsignals "Test" von der übrigen Schaltung des Ionisationsflammenwächters bewirkt.

[0015] Die Schaltung gemäß Fig. 5 zeigt einen Optokoppler V₁₀, der eine galvanische Entkopplung der Auswerteschaltung A vom Ausgang der Überwachungsschaltung S ermöglicht.

[0016] Die Auswerteschaltung A selbst ist nicht dargestellt, es ist jedoch deutlich geworden, daß diese Schaltung bevorzugt eine Auswerteschaltung für die Zeitdauer dt aufweisen sollte. Insbesondere bevorzugt weist die Auswerteschaltung A einen Mikroprozessor auf, der auch das Testsignal "Test" erzeugen kann.

[0017] In Fig. 1 ist noch die Möglichkeit dargestellt, die Koppelschaltung K mittels eines Koppeleinschaltsignals K_E zu aktivieren bzw. zu desaktivieren. Das Signal K_E kann ebenfalls von dem Mikroprozessor der Auswerteschaltung erzeugt werden.

Ansprüche

1. Ionisationsflammenwächter insbesondere für Gasfeuerungsautomaten,
gekennzeichnet durch eine mit dem Sekundärkreis (b) eines Zündübertragers (Ü) verbundene Kapazität (C₃), die bei nicht vorhandener Flamme auf einen bestimmten Spannungswert (U_B) aufgeladen ist und von einem bei Vorhandensein einer Flamme fließenden
Ionisationsstrom (I_F) so entladen wird, daß deren Entladegeschwindigkeit ein Maß für die Höhe des Ionisationsstroms ergibt,
wobei ein Eingang (S_e) einer Überwachungsschaltung (S) mit der Kapazität (C₃) verbunden ist um, wenn die Spannung (U_C3) über der Kapazität (C₃) einen vorbestimmten Spannungswert unterschreitet, ein Ausgangssignal (S_a) zu erzeugen, welches das Vorhandensein einer Flamme angibt.

2. Ionisationsflammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens ein Widerstandsglied (R₂) enthaltende Koppelschaltung (K) zwischen die Kapazität (C₃) und den Sekundärkreis (b) des Zündübertragers (Ü) geschaltet ist.

3. Ionisationsflammenwächter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungsschaltung (S) ein Schwellwertschalter mit Hysterese vorgesehen ist.

4. Ionisationsflammenwächter nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Testschaltung (T) vorgesehen ist, die mit dem Entladekreis der Kapazität (C₃) verbunden ist, um während des Betriebs bei vorhandenem Ausgangssignal (S_a) zu der Überwachungsschaltung (S) ein Nichtvorhandensein der Flamme zu simulieren.

5. Ionisationsflammenwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Testschaltung (T) eine mit einem Prüfsignal (Test) beaufschlagte Transistorschaltung ist, um abhängig vom Prüfsignal (Test) an den Eingang (S_e) der Überwachungsschaltung (S) eine Spannung (U_B) zulegen, welche das Nichtvorhandensein der Flamme simuliert.

6. Ionisationsflammenwächter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung (A) vorgesehen ist, der das Ausgangssignal (S_a) der Überwachungsschaltung (S) zugeführt wird.

7. Ionisationsflammenwächter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (A) abhängig vom Zeitpunkt der Beendigung des Prüfsignals (Test) die Entladedauer (dt) der Kapazität (C₃) mißt, bis zum Zeitpunkt, wo der vorbestimmte Spannungswert an der Kapazität (C₃) unterschritten ist.

8. Ionisationsflammenwächter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (A) einen Mikroprozessor aufweist, welcher auch das Prüfsignal (Test) erzeugt.

9. Ionisationsflammenwächter nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (A) das Prüfsignal (Test) in vorgegebenen periodischen Zeitabschnitten erzeugt.

10. Ionisationsflammenwächter nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (A) das Prüfsignal (Test) abhängig von Betriebsbedingungen des Gasfeuerungsautomaten erzeugt.

Zeichnung