Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners nach der
Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der EP-A 0 525 345 sind Vorrichtung und Verfahren
zum Überwachen einer Flamme bekannt. Ein die Flamme überwachender Sensor gibt in Abhängigkeit
von dem Zustand der Flamme ein Signal ab, das einen Gleichanteil enthält. Die entsprechende
Gleichspannung wird in ein binäres Signal umgesetzt, dessen Frequenz proportional
zum Betrag der Gleichspannung ist. Hierzu ist einem Komparator neben der Gleichspannung
auch ein oszillierendes Dreiecksignal zugeführt.
Vorteile der Erfindung
[0002] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners enthält zumindest
einen Sensor zum Erfassen einer Flamme des Brenners, wobei der Sensor von einer Spannungsquelle
versorgt ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß ein Signal des Sensors einer Verstärkerschaltung
zugeführt ist. Nach der Verstärkung läßt sich das Sensorsignal leichter detektieren
und auswerten. Im Gegensatz zu einer Realisierung mit passiven Bauteilen erlauben
entsprechende Verstärkerschaltungen, veränderte Betriebszustände ohne nennenswerte
Verzögerung zu erfassen.
[0003] In einer zweckmäßigen Weiterbildung versorgt die Spannungsquelle die Verstärkerschaltung.
Dadurch läßt sich die Spannungsversorgung des Sensors auch für die Verstärkerschaltung
nutzen. Der Verzicht auf eine separate Versorgungsschaltung der Verstärkerschaltung
reduziert die Anzahl der verwendeten Bauteile.
[0004] Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Spannungsquelle eine Wechselspannung
abgibt. Insbesondere bei einer galvanischen Trennung des verarbeiteten Sensorsignals
ist es von Vorteil, je nach Betriebszustand ein mit einer bestimmten Frequenz pulsierendes
Signal zu übertragen. Die Wechselspannung läßt sich zur Erzeugung eines solchen Signals
heranziehen.
[0005] In zweckmäßiger Weise dient als Spannungsquelle eine Netzspannung. Auf zusätzliche
Oszillatorschaltungen kann verzichtet werden.
[0006] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß zwischen Spannungsquelle
und Sensor als Impedanz ein ohmscher Widerstand und/oder eine Kapazität verwendet
sind. Mit Hilfe der Impedanz läßt sich die gewünschte Amplitude der Versorgungsspannung
für den Sensor einstellen. Mit einem komplexen Spannungsteiler können durch gezielte
Spannungsüberhöhung höhere Sensorströme erzielt werden. Die Empfindlichkeit der Sensorsignalauswertung
verbessert sich.
[0007] Weitere zweckmäßige Weiterbildungen aus weiteren abhängigen Ansprüchen ergeben sich
aus der Beschreibung.
Zeichnung
[0008] Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild, die Figuren 2 und 3 Schaltungsanordnungen
von Ausführungsbeispielen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0009] Ein Sensor 10 überwacht eine Flamme eines Brenners 12, der geerdet ist. Mit dem Sensor
10 sind zueinander parallel geschaltene erste Kapazität 24 und zweiter Widerstand
26 elektrisch leitend verbunden. Deren gemeinsames Potential ist einer Verstärkerschaltung
14 zugeführt. Ein zweites gemeinsames Potential von erster Kapazität 24 und zweitem
Widerstand 26 bildet eine weitere Eingangsgröße der Verstärkerschaltung 14. Das zweite
gemeinsame Potential dient der Verstärkerschaltung 14 als in einem dritten Anschluß
zugeführte Versorgung. Über eine Impedanz 20 ist das zweite Potential mit einer ersten
Klemme L verbunden, die von einer Spannungsquelle 16 versorgt wird. Ein zweiter Anschluß
der Spannungsquelle 16 ist einer zweiten Klemme N zugeführt. Über einen ersten Widerstand
18 ist die Verstärkerschaltung 14 mit der zweiten Klemme N verbunden.
[0010] Gemäß Figur 2 wird das Signal des Sensors 10 über einen sechsten und siebten Widerstand
44, 46 mit einem ersten gemeinsamen Potential der ersten Kapazität 24, einer ersten
Zenerdiode 28, des zweiten Widerstands 26 und eines Gate-Anschlusses eines Verstärkers
30 A verbunden. Auf einem zweiten gemeinsamen Potential liegen erste Kapazität 24,
erste Zenerdiode 28, zweiter Widerstand 26, Source-Anschluß des Verstärkers 30 A,
zweite Zenerdiode 36, achter Widerstand 48 sowie Potentialtrennung 34. Ein vierter
Widerstand 40 verbindet eine Basis eines Bipolartransistors 32 mit dem Drain-Anschluß
des Verstärkers 30 A. Ein dritter Widerstand 38 ist zwischen Drain-Anschluß des Verstärkers
30 A und einem Potential, auf dem ein zweiter Anschluß der zweiten Zenerdiode 36 und
der Kollektor des Bipolartransistors 32 liegen, angeordnet. Dieses Potential ist über
den ersten Widerstand 18 mit der zweiten Klemme N verbunden. Die Potentialtrennung
34 gibt ein Ausgangssignal 22 ab. Ein zweiter Anschluß des achten Widerstands 48 ist
mit der ersten Klemme L kontaktiert.
[0011] Die Verstärkerschaltung 14 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der nach Figur 2
dadurch, daß als Verstärker 30 B ein Darlington-Transistor verwendet ist. Dessen Kollektoranschluß
ist unmittelbar mit der Potentialtrennung 34 verbunden. Zudem ersetzt eine zweite
Kapazität 50 den achten Widerstand 48.
[0012] Die Spannungsquelle 16 sichert sowohl die Spannungsversorgung des Sensors 10 als
auch der Verstärkerschaltung 14. Die gewünschten Spannungsverhältnisse lassen sich
über einen aus der Impedanz 20 und dem ersten Widerstand 18 gebildeten Spannungsteiler
einstellen. Wird als Impedanz 20 statt achtem Widerstand 48 die zweite Kapazität 50
verwendet, kann hierdurch eine Spannungserhöhung realisiert werden. Impedanz 20 und
erster Widerstand 18 können auch bezogen auf die Anordnung gemäß Figur 1 vertauscht
werden.
[0013] Der Sensor 10 überwacht die Flamme des Brenners 12. Unter Ausnutzung der ionisierenden
Eigenschaften der Flamme kann der Sensor 10 als einfache, sich in den Flammenbereich
erstreckende Elektrode, beispielsweise in Form eines Drahtes, ausgebildet sein. Wird
der Sensor 10 mit einer Spannung in der beschriebenen Weise versorgt, fließt bei vorhandener
Flamme ein Ionisierungsstrom gegen Erde ab. Die ionisierende Wirkung der Flamme läßt
jedoch nur einen Stromfluß in eine Richtung zu. Bei fehlender Flamme ist der Ionisierungsstrom
unterbunden.
[0014] Bei fehlender Flamme ist der Pfad zum Sensor 10 hochohmig. Die Diodenwirkung der
Ionisierungsstrecke kommt damit nicht zum Tragen. Mit jeder Halbwelle der Spannungsquelle
16 wechselt der Stromfluß durch die erste Kapazität 24. Dadurch lädt sich die erste
Kapazität 24 nicht auf eine betragsmäßig hohe Spannung auf. Der zweite Widerstand
26 dient guasi als Grundlast, um bei sehr kleinem Ionisierungsstrom, beispielsweise
kleiner als 0,3 µA, das Eingangssignal für die Verstärkerschaltung 14 in der Weise
anzupassen, daß bei diesem Stromfluß auf ein Fehlen der Flamme geschlossen wird.
[0015] Ist eine Flamme vorhanden, fließt der Ionisierungsstrom über die Flamme gegen Erde
ab. Wegen der Gleichrichtereigenschaft der Flamme handelt es sich hierbei um einen
pulsierenden Gleichstrom. Die erste Kapazität 24 lädt sich auf eine bestimmte Spannung
auf. Die Gleichrichtereigenschaft der Flamme unterbindet eine Entladung. Die in der
ersten Kapazität 24 gespeicherte Spannung wird der Verstärkerschaltung 14 zugeführt
und ausgewertet. Das von der Verstärkerschaltung 14 generierte Ausgangssignal 22 zeigt
an, ob eine Flamme vorhanden ist oder nicht.
[0016] In dem Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 sind zwischen Sensor 10 und erster Kapazität
24 aus Berührungsschutzgründen sechster und siebter Widerstand 44, 46 geschaltet.
Sie liegen jeweils in der Größenordnung von 5 MΩ. Parallel zu erster Kapazität 24
und zweitem Widerstand 24 ist die erste Zenerdiode 28 angeordnet. Sie weist beispielsweise
eine Durchbruchspannung von 12 V auf und schützt somit die Verstärkerschaltung 14
vor zu hohen Eingangsspannungen. Der Verstärker 30 A ist als selbstleitender Feldeffekttransistor,
beispielsweise ein Sperrschichtfeldeffekttransistor, ausgeführt.
[0017] Liegt aufgrund der fehlenden Flamme eine betragsmäßig kleine, gegen Null gehende
Spannung zwischen Gate und Source, wird die Drain-Source-Strecke niederohmig. Die
sich daraufhin am Bipolartransistor 32 einstellenden Spannungsverhältnisse bewirken,
daß der als Schalter wirkende Bipolartransistor 32 einen Stromfluß durch eine LED
der Potentialtrennung 34 unterbindet. Damit sperrt ein das Licht der LED empfangender
Transistor der Potentialtrennung 34. Das zugehörige Ausgangssignal 22 signalisiert,
daß keine Brennerflamme vorhanden ist.
[0018] Brennt die Flamme des Brenners 12, lädt sich die erste Kapazität 24 auf eine Spannung
auf. Diese Spannung liegt zwischen Gate und Source des Verstärkers 30 A an. Die Drain-Source-Strecke
wird hochohmig, sodaß der der Stromverstärkung für die Optokoppler-LED dienende Bipolartransistor
32 schaltet. Durch die Optokoppler-LED der Potentialtrennung 34 fließt dann während
jeder positiven Halbwelle ein Strom. Der zugehörige Empfänger der Potentialtrennung
34 erkennt anhand des pulsierenden Gleichsignals, daß eine Flamme vorhanden ist.
[0019] Die zweite Zenerdiode 36 schützt Potentialtrennung 34 und Bipolartransistor 32 vor
Überspannungen.
[0020] In einer Realisierung liegen erster und achter Widerstand 18, 48 in der Größenordnung
von 40 kΩ, dritter Widerstand 38 bei 50 kΩ, vierter Widerstand 40 bei 200 kΩ sowie
erste Kapazität 24 bei 100 nF.
[0021] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 versorgt die nicht gezeigte Spannungsquelle
16 mittels der Klemmen L, N sowohl den Sensor 10 als auch die Verstärkerschaltung
14 über einen komplexen Spannungsteiler, der durch zweite Kapazität 50 und ersten
Widerstand 18 gebildet ist. Die zweite Kapazität 50 ist hierbei so dimensioniert,
daß deren Blindwiderstand bei Netzfrequenz ungefähr so groß ist wie der Wert des ersten
Widerstands 18. Würde statt der zweiten Kapazität 50 ein ohmscher Widerstand in gleicher
Größe des ersten Widerstands 18 verwendet, würde die Sensorspannung nur die halbe
Netzspannung, bezogen auf Masse, betragen. Bei der hier vorgeschlagenen Realisierung
jedoch wird die genannte Sensorspannung überschritten, sodaß sich ein höherer Ionisierungsstrom
bei vorhandener Flamme einstellt. Die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung verbessert
sich.
[0022] Als Verstärker 30 B dient ein Darlington-Transistor, der zwei aus Gründen einer höheren
Stromverstärkung gemäß der Darlington-Schaltung angeordnete Transistoren enthält.
An der Schaltung für die Aufbereitung des Sensorsignals ändert sich nichts. Ist eine
Flamme vorhanden, lädt sich die erste Kapazität 24 auf. In diesem Fall schaltet der
Verstärker 30 B durch, sodaß die LED der Potentialtrennung 34 mit jeder positiven
Halbwelle dem Empfänger eine vorhandene Flamme signalisiert. Bei fehlender Flamme
sperrt der Verstärker 30 B. Damit ist ein Stromfluß durch die LED der Potentialtrennung
34 unterbunden.
[0023] Die Schaltungsanordnungen lassen sich vorteilhaft im öffentlichen Stromversorgungsnetz
einsetzen. Ein Vertauschen der Anschlüsse von Phase L und Nulleiter N ist ohne weiteres
möglich. Statt dem Netz als Spannungsquelle 16 ist eine Erzeugung einer oszillierenden
Spannung beispielsweise mit Hilfe eines Transformators denkbar.
1. Vorrichtung zum Überwachen eines Brenners (12), mit mindestens einem Sensor (10) zum
Erfassen einer Flamme des Brenners (12), wobei der Sensor (10) von einer Spannungsquelle
(16) versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal des Sensors (10) einer Verstärkerschaltung
(14) zugeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (16)
die Verstärkerschaltung (14) versorgt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spannungsquelle (16) eine Wechselspannung abgibt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als
Spannungsquelle (16) eine Netzspannung verwendet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
Spannungsquelle (16) und Sensor (10) als Impedanz (20) ein ohmscher Widerstand (48)
und/oder eine Kapazität (50) verwendet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstärkerschaltung (14) zumindest einen Transistor (30 A, B) enthält.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
Impedanz (20) und Sensor (10) eine erste Kapazität (24) geschaltet ist, wobei ein
erster Anschluß der Kapazität (24) mit einem ersten Anschluß eines Verstärkers (30
A, B) und ein zweiter Anschluß der ersten Kapazität (24) mit einem zweiten Anschluß
des Verstärkers (30 A, B) elektrisch leitend verbunden ist.