DE1289609B - Schaltungsanordnung zur UEberwachung der Flamme von Brennern - Google Patents

Description

1 2

Es ist bekannt, zur Überwachung der Flamme, Fig. 9 eine abgewandelte Anordnung des Prüf-

z. B. in Brennern von Dampfkesseln, Geiger-Müller- Stromkreises der Fig. 8.

Zählrohre zu verwenden, die die Anwesenheit oder Eine Wechselstromquelle 10 (Fig. 1) speist den

das Fehlen der Flamme anzeigen. Bei der bekannten Sender 12 der Überwachungseinrichtung über den Anordnung wird das Zählrohr an einen Auswertkreis 5 Transformator 14. Der Transformator bringt die für die Impulse gelegt, der wenigstens eine Ent- Spannung der Quelle von 118 auf etwa 750 V. Die ladungsröhre und eine Integrationsschaltung für die Frequenz des Wechselstromes kann 60 Hz betragen. Impulse des Zählrohres enthält. Um Fehlanzeigen In Reihe mit der Sicherung 18, den Widerständen A₁ durch irgendwelche Einflüsse zu vermeiden, werden und R₂ sowie dem Kondensator C₁ liegt die Gasdurch das Zählrohr Eigenimpulse erzeugt, und es io entladungsröhre UV an der Sekundärwicklung 16 des ist bekannt, zwei Integrationsschaltungen zu ver- Transformators. R₂ kann auch kleine Induktivität wenden, um klar zwischen den von der Flamme sein, und es können mehrere Gasentladungsröhren ausgehenden Impulsen und den Eigenimpulsen zu angeschlossen werden. In diesem Stromkreis ist die unterscheiden. Röhre UV leicht belastet. Die sich daraus ergebende

Die bekannte Schaltungsanordnung benötigt neben 15 Betriebsweise ist durch die Kurvenform der F i g. 2 dem Zählrohr eine Gasentladungsröhre und hat auch dargestellt. Die bei Ionisation entstehenden Spannoch den Nachteil, Fehlsignale zu erzeugen, wenn nungsspitzen überlagern sich der Speisespannung das Zählrohr selbst kurzgeschlossen ist. Es muß ein von 60 Hz. Die Zündungsimpulse veranlassen eine Löschkreis vorgesehen werden, der eine Gastriode plötzliche Erregung des Stromkreises, die Schwinenthält, um den nichtleitenden Zustand des Zähl- 20 gungen am auslaufenden Ende des Impulses werden rohres wiederherzustellen. Wenn aber der Kurz- allmählich gedämpft.

schluß nicht durch eine Entladung des Zählrohrs Die in F i g. 2 dargestellte Kurvenform ergibt sich,

selbst, sondern ohne Beziehung dazu äußerlich auf- wenn die Röhre UV unterhalb der Sättigung arbeitet, tritt, bleibt bei der bekannten Anordnung eine d. h. nicht während jedes Wechsels der Speisespan-Fehlanzeige möglich. 25 nung gezündet wird, sondern die Zündung erfolgt Erfindungsgemäß wird von dieser bekannten An- unregelmäßig nach einer zufälligen Verteilung. Es sei Ordnung ausgegangen, bei der zur Überwachung der angemerkt, daß die Röhre auch im Sättigungszustand Flamme von einer Gasentladungsröhre erzeugte betrieben werden kann. Ob die Röhre mit oder ohne Impulse ausgewertet werden. Die Erfindung besteht Sättigung arbeitet, hängt von ihrer Stellung gegendarin, daß Siebglieder vorgesehen sind, an denen 30 über der abgetasteten Flamme und von ihrer Speisebei Ionisierung durch die Flamme ein Steuersignal spannung ab. Die Größe der einfallenden Energie auftritt, das jedoch fehlt, wenn die Impulse wesent- fällt mit"dem Quadrat des Abstandes zwischen der lieh langer sind als die bei Ionisierung entstehenden Abtaströhre und der Flamme. Auch der Abtast-Impulse, winkel, den die Röhre mit der Umhüllenden der Bei der Erfindung wird die Anzeige also von dem 35 Flamme bildet, beeinflußt die empfangene Energie, Fühlglied abgeleitet, bevor es den vollen Zustand und zwar mit dem Quadrat des Kreisdurchmessers, der Leitfähigkeit erreicht. Die Stoßionisation einer den die Flamme in der Abtastebene besitzt. Gasentladungsröhre ist für die Zwecke der Erfindung Die Empfindlichkeit der Röhre kann auch durch besonders geeignet. Solche bei der Stoßionisation Veränderung der Speisespannung des Transformators entstehende Impulse haben eine Dauer von weniger 40 14 verändert werden. Je nach der Lage der Röhre als 1,5 Mikrosekunden, können also leicht von zur Flamme und der angelegten Spannung kann anderen Signalen getrennt werden, die im Stromkreis daher die Zündfolge zufällig (F i g. 2) verteilt sein auftreten, z. B. von Signalen, die die Frequenz der oder aber dem Betrieb im Sättigungszustand entSpeisespannung haben. sprechen.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung wer- 45 Für Flammen, die mit Gas-, öl- oder Kohleden nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Dabei feuerung erzeugt werden, sind Röhren mit einem stellt dar Empfindlichkeitsbereich von 2000 bis 3300 Angstrom

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung, geeignet. Bei der Gasentladungsröhre UV erfolgt der wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet Durchbruch (Townsend-Lawine) oberhalb eines bewerden kann, 50 stimmten Schwellwertes der Spannung, der soge-

F i g. 2 die Kurvenform, die in dem Sendestrom- nannten Durchbruchspannung. Wenn ein Photon kreis bei der Zündung der Glimmröhre erzeugt wird, entsprechender Energie, d. h. mit der richtigen wenn diese nicht hoch belastet ist, Wellenlänge, in die Röhre eintritt, erfolgt die Ionisie-

Fig. 2A die Kurvenform, die im Sendestromkreis rung des darin enthaltenen Gases und dementsprebei Zündung der Glimmröhre auftritt, wenn diese 55 chend eine sehr hohe Beschleunigung der Elektronen hoch belastet ist, im Potentialgefälle der Röhre. Die Dauer des bei

F i g. 3 die Kurvenform am Ausgang des Senders, Ionisierung entstehenden Impulses ist kleiner als wie sie dem Empfänger zugeführt wird, 0,5 Mikrosekunden. Das entspricht einer Frequenz

Fig. 3A die Kurvenform, die durch die Schalt- von mehr als 2MHz. Dieser Impuls kann sehr leicht vorgänge im Empfänger in Abhängigkeit von den 60 von der Speisespannung getrennt werden und als vom Sender abgegebenen Impulsen entsteht; in Eingangssignal für den Empfänger der Überpunktierten Linien ist in Fig. 3A diejenige wachungseinrichtung benutzt werden. Dadurch wird Kurvenform angegeben, die am Ausgang des Emp- der Übertragungsstromkreis fehlersicher in bezug auf fängers auftritt. jeden Kurzschluß oder jede Leitungsunterbrechung

Fig. 4, 5, 6 und 7 andere Ausführungsbeispiele 65 bzw. in bezug auf Bauelemente des Stromkreises, des Empfängers, Im Sendekreis erhöht das aus R₁ und C₁ be-

Fig. 8 zusätzlich zu dem Stromkreis der Fig. 1 stehende i?C-GIied die Wirkungsdauer des sehr kureinen Prüfstromkreis. zen Impulses. Obwohl dies nicht unbedingt nötig ist,

wird dadurch die Zuverlässigkeit des Stromkreises erhöht. Mit Hilfe des Siebgliedes R₂C₂ wird dieses Signal von der Speisespannung von 60 Hz getrennt. R₂ ist vorzugsweise ein aus Draht gewickelter Widerstand. An ihm tritt bei Ionisierung der Spannungsabfall des Impulsstromes auf. R₂ kann auch eine Induktivität oder ein Transformator sein. C₂ ist so bemessen, daß der Wechselstrom von 60 Hz gesperrt, dagegen der hochfrequente Impuls durchgelassen wird. Die abgetrennte Impulsspannung entsteht also zwischen der Leitung 20 und Erde. Die F i g. 3 zeigt diese abgetrennte Kurvenform. Die negativen Teile der Impulse werden zur Erde über eine geeignete Diode abgeleitet, und zwar aus Gründen, die mit dem Betrieb des Empfängers — wie später beschrieben — zusammenhängen. Die Sicherung 18, die beispielsweise einen Wert von Vsa A besitzt, unterbricht den Sendestromkreis bei Überlastung oder Kurzschluß.

Wird die Röhre UV statt mit geringer mit großer Belastung betrieben, z. B. wenn der Kondensator C₁ weggelassen oder sehr groß gemacht würde, kann sie nach der Ionisierung nicht mehr sperren und führt so lange Strom, bis die Speisespannung unter die Löschspannung der Röhre sinkt. Die Fig. 2A stellt die Kurvenform dar, die dann im Sender auftritt. Das abgetrennte Signal verläuft entsprechend der Fig. 3.

Der leicht belastete Stromkreis ist empfindlicher als der schwer belastete. In dem schwerer belasteten Stromkreis müssen die Photonen für eine ausreichende Ionisierung des Gases innerhalb der Röhre mehr Energie aufbringen. Bei dem leicht belasteten Stromkreis reichen erheblich weniger Photonen aus, um die Röhre teilweise zu ionisieren, wenn sie nur die richtige Wellenlänge besitzen. Die Röhre kehrt dann wieder in den Sperrzustand zurück, so daß ihre Steuerfunktion erhalten bleibt. In F i g. 2 ist der Betrieb bei leicht belastetem Stromkreis dargestellt. Die Kurvenform der Fig. 2A läßt die geringere Häufigkeit der Ionisierung bei schwerer gegenüber schwacher Belastung und gleicher Energiequelle erkennen. Wegen der größeren Empfindlichkeit wird der leicht belastete Stromkreis vorgezogen. Wenn auch der leicht belastete Stromkreis bevorzugt wird, soll jedoch der schwerer belastete Stromkreis als noch im Bereich der Erfindung liegend angesehen werden.

Dieser Sendestromkreis sendet das normale Impulssignal, das die Anwesenheit der Flamme anzeigt, nicht aus, wenn ein Kurzschluß oder eine Leitungsunterbrechung auftritt oder die Bauelemente des Stromkreises Fehler aufweisen. Der Stromkreis ist also fehlersicher, d. h., er gibt ein Signal »keine Flamme« ab, wenn irgendeine Fehlfunktion eintritt. Bei kurzgeschlossener Röhre UV wird das Signal nicht langer erzeugt, und außerdem brennt die Sicherung 18 durch. Werden R₁ und/oder C₁ kurzgeschlossen, nimmt nur die Dauer des Impulses und entsprechend auch die Empfindlichkeit des Stromkreises ab. Wenn R₁ oder C₁ unterbrochen sind, wird kein Signal erzeugt. Ist R₂ kurzgeschlossen, wird über C₂ kein Signal erzeugt, und wenn C₂ kurzgeschlossen wird, so schadet das nichts, wenn nicht der in Reihe geschaltete Kondensator im Empfänger auch kurzgeschlossen wird. Im letzteren Fall brennt die Sicherung 18 durch. Auch bei einem Kurzschluß des Transformators wird das Signal nicht ausgesandt.

Der Sender der Überwachungsvorrichtung nach der Erfindung erzeugt auf diese Weise ein Signal sehr kurzer Dauer, das von der Speisespannung des Senders getrennt und dem Empfänger zugeführt wird.

Die Sekundärwicklung des Transformators kann mehr als einen Sender speisen. Gemäß F i g. 1 sind zwei solche Sender in Parallelschaltung an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen. Der zweite Sender ist mit 12' bezeichnet und enthält die gleichen Bauelemente wie der vorbeschriebene Sender 12. Die Zahl der Überwachungseinrichtungen kann bis auf acht oder mehr erhöht werden. Sie können jeweils an einen einzigen Transformator angeschlossen werden. Dies ist von beträchtlichem Vorteil in großen Brennkammern, in denen bis zu 24 Überwachungsgrößen angeordnet sein können. Werden mehrere Sender an einen einzigen Transformator angeschlossen, wird der Kondensator C₃ an die Sekundärwicklung gelegt, so daß die Signalspitzen eines Senders nicht auf die anderen Siebglieder und Röhren einwirken.

Die Impulse des Senders betätigen eine Schaltvorrichtung im Empfänger, der eine Anzeigevorrichtung steuert. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird der Signalausgang des Senders mit dem Empfänger über den Kondensator C₄ verbunden, der auch Reste der Speisespannung von 60 Hz aussiebt. Die Kondensatoren C₂C₄ dienen auch der Sicherheit für den Fall, daß einer von ihnen kurzgeschlossen wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Empfänger nur von der halben Welle der 60-Hz-Spannung von 118 V der Quelle 10 gespeist. Eine Halbweggleichrichtung dieser Stromversorgung erfolgt durch die Diode D₁. Der Empfänger wird durch den Silikonsteuergleichrichter SCR an- und abgeschaltet. Die negativen Spannungsimpulse, die vom Sender empfangen werden, werden gegen Erde über die Diode D₂ abgeleitet, während die positiven Impulse über die Leitung 20 den Steuergleichrichter öffnen und schließen. Wenn der Steuergleichrichter SCR einmal geöffnet ist, so bleibt er leitend, bis die zwischen Anode und Kathode herrschende Spannung auf einen sehr kleinen Wert sinkt. Der Steuergleichrichter wird also entsprechend den Ausgangssignalen des Senders geöffnet, so daß im Empfänger ein Steuersignal entsteht. Bei Betrieb der Röhre UV unterhalb der Sättigung ergibt sich eine statistisch verteilte Impulsfolge am Senderausgang. Das Steuersignal des Empfängers wird einem Relais R_L zugeführt, das bei Ansprechen Kontakte schließt und einen Alarm auslöst. Parallel zu dem Relais liegt der Kondensator C₅, der das Abfallen des Relais verzögert und es während der kurzen Zeiträume, in denen der Empfänger keinen Strom führt, geschlossen hält. Das Relais hält also so lange, wie die Impulse des Senders von dem Empfänger aufgenommen werden. Die ausgezogenen Linien in F i g. 3 A stellen die Steuerimpulse am Ausgang von SCR dar, während die gestrichelte Linie die Integration der Steuerimpulse durch den Speicherkreis R[C₅ erkennen läßt.

Bei der Überwachungseinrichtung nach der Erfindung braucht nur die Röhre UV in der Brennkammer montiert zu werden. Nur sie ist dann den schweren Betriebsbedingungen in bezug auf Temperatur, Vibration usw. ausgesetzt. Die Röhre UV kann mit den übrigen Bauelementen über ein Zweidrahtkoaxialkabel von mehr als 150 m Länge verbunden sein. Auch die Verbindung des Senders mit dem Emp-

5 6

fänger kann durch ein Koaxialkabel von mehr als Steuergleichrichter SCR, wenn sie mit höherer Span-60m Länge erfolgen. Der Empfänger kann also nung betrieben werden (Fig. 5 und 6), kürzere praktisch an beliebiger Stelle eingesetzt werden. Schaltzeiten benötigen und daß deshalb der in den

Anstatt die positiven Ausgangssignale des Senders F i g. 4 und 5 vorgesehene Kondensator C₆ wegunmittelbar auf den Steuergleichrichter SCR zu 5 gelassen werden kann, wie es in F i g. 6 geschehen ist. geben, können sie auch einen Schalttransistor steuern. In den Schaltungen nach F i g. 4, 5 und 6 können

In Fig. 4 wird ein Transistor Q₁ durch die negativen die Transistoren Q₁ durch Sperrschicht- oder EinImpulse des Senderausganges eingeschaltet. Hier ist Schichttransistoren ersetzt werden, die Kurzschlußdiode D₂ nicht nötig. Der Empfänger Bei den Schaltungen nach den F i g. 1, 4, 5 und 6

der F i g. 4 hat eine Vollwegstromversorgung mit io wird das Steuersignal im Empfänger durch Steuerung einem Transformator 23 und Dioden D₃ und D₄. Der des Silikongleichrichters SCR erzeugt. Obwohl dies Transistor Q₁ wird an diese Stromversorgung ange- einen sehr einfachen und zuverlässigen Empfänger schlossen. Das Eingangssignal wird auf die Basis des ergibt, können natürlich auch andere Bauelemente Transistors Q₁ über die Leitung 20 gegeben, und und andere Stromkreise zur Steuerung verwendet während der Transistor schaltet, wird der Konden- 15 werden, wenn nur ein entsprechendes Steuersignal sator C₆ auf einen bestimmten Wert aufgeladen. Der . ,1 für die Steuerung des Anzeigegliedes erzeugt wird. Widerstand R₃, der zwischen dem Kollektor der ϊϊ Die F i g. 7 zeigt einen transistorisierten Empfänger, Steuerelektrode des Steuergleichrichters SCR liegt, VJj der einen Schalttransistor und zwei transistorisierte dient der Strombegrenzung. Die Diode D₅ am -^;*Tj Verstärkerstufen besitzt. In diesem Stromkreis ist das Emitter des Transistors veranlaßt dessen gegen- 20 Relais entsprechend den von den Transistoren gesinnige Vorspannung. lieferten Spannungen für Niederspannung ausgelegt. Der Kondensator C₀ erhöht die Dauer des Steuer- Das Eingangssignal wird mit dem Empfänger an der impulses für den Steuergleichrichter SCR. Im Gegen- Basis des Transistors Q₂ angekoppelt, so daß dieser satz zu Fig. 1 ist dieser Impuls von konstanter ein- und ausgeschaltet wird entsprechend den oben Größe und wird durch die Zuleitung verstärkt. Das 35 beschriebenen Impulsen. Die Stromversorgung für Steuersignal, das durch die Steuerung des Steuer- den transistorisierten Empfänger kann Halbweggleichrichters erzeugt wird, ist demnach F i g. 1 ahn- oder Vollweggleichrichtung haben. Im Ausführungs-Iich, auch ist die Wirkungsweise des Relais R_L und beispiel ist Halbweggleichrichtung dargestellt. Der die Funktion des Kondensators C₅ die gleiche wie in Transformator 27 liegt an Netzspannung von 118 V Fig. 1. Der Kondensator C₇ kann zum Steuergleich- 30 und 60 Hz. An der Sekundärwicklung werden 12,6 V richter SCR parallel geschaltet sein, um den Steuer- Wechselstrom abgegeben. Die Diode D₉ (F i g. 7) begleichrichter bei der Steuerung der Spannung zwi- sorgt die Halbweggleichrichtung. Der Stromkreis des sehen Anode 22 und 24 zu unterstützen und dadurch Transistors Q₂ folgt dem Emitter, so daß der Ausdie Schaltung betriebssicherer zu machen. Dieser _E _,- gang sehr dicht dem Eingang folgt, jedoch mit einer Kondensator kann auch in den anderen Empfangs- 35 Stromverstärkung entsprechend der Transistorstromkreisen verwendet werden. verstärkung. Der Strom zwischen Emitter und KoI-Die Stromversorgung der Schaltung nach Fig. 4 lektor wird durch den WiderstandR_e begrenzt. C₈ hat niedrige Spannung wegen des Transistors Q₁, die speichert einen Teil der Energie von Q₂, so daß Q₃ Netzspannung von etwa 118 V wird deshalb durch zwischen den Signalimpulsen eingeschaltet bleibt, den Transformator 23 auf 24 V umgespannt. Der 40 Der Eingangskreis des transistorisierten Empfängers Stromkreis kann jedoch auch für Netzspannung aus- gleicht im wesentlichen den Eingangskreisen der gelegt werden, wenn eine Regeldiode verwendet und Empfänger nach den F i g. 4, 5 und 6. Dabei wertet die Bemessung der anderen Bauelemente entspre- der Transistor Q₂ die Impulse aus, und durch die chend geändert wird. Dies zeigt F i g. 5. Die Regel- Einwirkung von C₈ und R₀ gelangt ein verstärkter, diode D_c, zusammen mit dem Vorschaltwiderstand 45 teilweise integrierter Impuls auf die direkt angekopi?₄, begrenzt die Spannung am Emitter und Kollek- pelten Verstärkerstufen des Empfängers. In der tor des Transistors. Als Diode kann eine 15-V-Zener- Schaltung nach F i g. 7 wird über die Diode D₁₀ und diode verwendet werden. Die Wirkungsweise dieses den Kondensator C₉ eine negative Vorspannung am Empfängers ist ähnlich der nach F i g. 4. Der Tran- Widerstand R₇ erzeugt, um den Transistor Q₂ bei sistor Q₁ wird nur zur Auswertung der Impulse ver- so hohen Temperaturen abgeschaltet zu halten. Die wendet und schaltet den Steuergleichrichter SCR ent- Transistoren O₃ und Q₄ sind als Verstärker ausgesprechend den vom Sender empfangenen Impulsen. bildet. Der Eingang ist mit der Basis von Q₃ verbun-Die Speisespannung des Empfängers nach Fig. 5 den, und die Verstärkung von Q₃ wird durch den kann mit 120 V gewählt werden. Dabei kann Mitten- Widerstand .R₁₀ begrenzt, der zwischen den Kollekanzapfung des Transformators 23' und Vollweg- 55 tor und die Spannungsquelle geschaltet ist. Der gleichrichtung benutzt werden. Die Dioden D₇ und D₈ Emitter von Q₃ ist mit der Basis von Q₄ verbunden, dienen in Verbindung mit der Mittenanzapfung der während der Emitter von Q₄ mit der Spannungs-Vollweggleichrichtung. quelle verbunden ist und R₂ mit dem Kollektor. Wie An Stelle von Vollweggleichrichtung kann man beim Transistor Q₂ werden Q₃ und Q₄ negativ vorauch Halbweggleichrichtung verwenden, wie dies in 60 gespannt, um hohe Umgebungstemperaturen zu kom-F i g. 6 bei einer Speisespannung des Transformators pensieren. Die Vorspannung von Q₃ wird über R_s von 120 V dargestellt ist. Bei der Schaltung nach und die Vorspannung von Q₄ über R₉ erzeugt. Als F i g. 6 wird der Spannungsimpuls am Widerstand R₅ Spannungsquelle für diese Vorspannung dienen D₁₀ erzeugt, wenn der Transistor Q₁ eingeschaltet wird. und C₉ wie bei der negativen Vorspannung von Q₂. Dieser Impuls dient dann zur Steuerung des Steuer- 65 Am Ausgang des Verstärkers entstehen sich ändernde gleichrichters SCR des Empfängers und erzeugt dem- Signale, die der Belastung R_L zugeführt werden, der entsprechend ein Steuersignal, wie es an Hand von der Haltekondensator C₅, wie in Fig. 1, parallel Fig 1 beschrieben wurde. Es sei bemerkt, daß die geschaltet ist.

Das Signal, das der Belastung des Empfängers zugeführt wird, ist in jeder Ausführungsform so weit integriert, daß es aufrechterhalten bleibt, solange die Sendung beim Empfänger eingeht. Bei dem Hochspannungsempfänger nach Fig. 1 und 6 schwankt die Spannung im Relais, z. B. zwischen 80 und 150 V, und zwar zufallsbedingt. Da das Relais jedoch wesentlich weniger als 80 V, nämlich z. B. 45 V, zum Anzug benötigt und erst bei 25 V abfällt, bleibt das Relais angezogen, solange das Sendersignal vom Empfänger empfangen wird.

Für den Fall, daß die Flamme erlischt und dementsprechend das Sendesignal ausbleibt, schaltet der Empfänger innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde ab. Versuche haben ergeben, daß das Relais in einer Zeit von 0,1 bis 1,5 Sekunden nach dem plötzlichen und vollständigen Erlöschen der Flamme abfällt. Die Zeit, die nötig ist, um die Anzeige des Erlöschens der Flamme zu erhalten, hängt von der Bemessung der Schaltungselemente, und zwar in erster Linie der Kapazitäten, ab. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Zeit möglichst kurz wird.

Beim Betrieb derartiger Überwachungseinrichtungen ist es erwünscht, daß das Abfühlglied nur auf die Energie anspricht, die von der Flamme ausgeht, und nicht auf andere Energiequellen, z. B. die heiße Auskleidung des Kessels oder heiße Dampfrohre oder glühende Kohle, die sich in der Nähe der Flamme befinden können. Zu diesem Zweck benutzt die Erfindung eine Gasentladungsröhre, die im Bereich von 2000 bis 3300 Angström anspricht. In diesem Bereich spricht die Röhre nur auf Photonen an, die von der Flamme und nicht von anderen Quellen stammen. Die Wellenlängen der Photonen dieser anderen Strahlungsquellen liegen oberhalb von 3300 Angstrom. Dementsprechend arbeitet die Gasentladungsröhre im ultravioletten Bereich des Spektrums. Bei der Überwachung von Kohleflammen ergibt sich aber die Schwierigkeit, daß diese Flammen nur wenige Photonen in diesem Wellenlängenbereich aussenden, und zwar weniger als Gas- oder Ölfeuerungen. Es ist deshalb notwendig, bei der Überwachung von Kohlenfeuerungen mit Hilfe einer Gasentladungsröhre ein sehr empfindliches System zu verwenden. Die sogenannten Ultraviolettüberwacher des Standes der Technik, wie sie früher verwendet wurden, konnten deshalb in Verbindung mit Kohlenfeuerungen nicht benutzt werden.

Wie oben erläutert, ist die nur schwach belastete Gasentladungsröhre UV sehr empfindlich. Bei ihr werden Ionisierungen (Ionen-Lawinen) schon durch Photonen verhältnismäßig geringer Energie ausgelöst, und die Röhre erreicht nach jeder Ionisierung den ursprünglichen Zustand wieder sehr schnell. Durch Benutzung der Überwachungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit geringer Belastung der Gasentladungsröhre ist es möglich gewesen, die Flamme in einer Kohlenfeuerung völlig zufriedenstellend zu überwachen. Die Erfindung bietet also eine Überwachungseinrichtung für die Flamme in Gas-, Öl- und Kohlenfeuerungen. Das System spricht selektiv in dem Bereich des Spektrums an, für den es empfindlich ist, so daß Fehlanzeigen vermieden werden.

Als Belastung R_L können in den verschiedenen Empfangsstromkreisen verschiedene Bauelemente verwendet werden. Es kann ein Relais zur Auslösung eines Alarms benutzt werden. An Stelle des Relais kann auch eine statische Anzeige des Signals ohne Zwischenschaltung eines Relais erfolgen. Man kann auch an Stelle des Relais den Eingang eines Rechners einschalten. Schließlich kann die Belastung auch aus einer Parallelschaltung von Relais, Lichtsignal und Rechnereingängen bestehen, die alle vom gleichen Empfänger aus gesteuert werden.

Wie oben ausgeführt, wird für die Spannungsquelle vorzugsweise die Netzspannung von 60 Hz verwendet. Dies geschieht jedoch hauptsächlich, weil eine solche Spannung leicht zugänglich ist. Man kann jede andere Frequenz verwenden, solange die Wirkungsweise der Bauelemente nicht in Frage gestellt wird und die Periode der Spannungsquelle vielfach länger ist als die Dauer der Impulse, die durch die Ionisierung in der Röhre entstehen. Es kommt darauf an, daß das Siebglied die Impulsfolge von dem Wechselstrom der Spannungsquelle trennen kann. Es ist in der Impulstechnik bekannt, daß ein Unterschied von 10 :1 wünschenswert ist und noch eine leichte Trennung der Signale gestattet. Mit anderen Worten sollte die effektive Frequenz der Impulse zehnmal so groß sein wie die Frequenz des Speisestromes. Es sei auch bemerkt, daß bei leichter Belastung der Röhre und bei schneller Rückkehr in den Sperrzustand nach der Ionisierung der Sender eine Gleichspannung zur Speisung benutzen kann, obwohl die Auslegung des Stromkreises bei Wechselstrom einfacher und der letztere deshalb vorzuziehen ist.

In F i g. 8 ist die Sende- und Empfangsschaltung der Fig. 1 mit einer Prüfschaltung dargestellt, die bei leicht belasteter Röhre UV, d. h. bei zufallsbedingter Frequenz der Ionisierung, besonders geeignet ist. Es sei bemerkt, daß die Impulsfolgefrequenz des Steuersignals im Empfänger, das durch die Schaltungen des Steuergleichrichters SCR entsteht, nicht genau gleich der zufallsbedingten Folgefrequenz der Impulse des Senders der F i g. 1 oder 8 ist, obwohl die mittlere Folgefrequenz beider Signale verhältnismäßig niedrig ist. Diese Differenz der Folgefrequenzen ergibt sich daraus, daß der Steuergleichrichter SCR die Steuerung des Durchgangs verliert, wenn er einmal eingeschaltet ist. Wenn daher beispielsweise im Sender zwei Spannungsspitzen für eine Halbwelle der Speisespannung erzeugt wurden, wird die erste Spannungsspitze den Steuergleichrichter SCR einschalten und die zweite Spannungsspitze ohne Einfluß bleiben. Dies ergibt sich aus einem Vergleich der Fig. 2 und 3A. Der zweite Spannungsimpuls von links in F i g. 3 A entspricht den beiden Spannungsspitzen, die der Speisespannung des Senders überlagert sind. Es hat sich gezeigt, daß bei der Abtastung der Flamme befriedigende Ergebnisse erzielt werden, wenn die Schaltung so bemessen wird, daß sie ein teilweise integriertes Signal mit einer Schwingung zwischen 3 und 15 Hz erzeugt (gestrichelte Linien der Fig. 3).

Bei der Ausführungsform der Fig. 8 ist eine Prüfschaltung parallel zu R_L geschaltet, die selektiv auf die zufallsbedingten Schwingungen (3 bis 15 Hz) des Steuersignals anspricht. Diese Prüfschaltung gibt ein geeignetes Signal während der Anwesenheit und/oder während der Abwesenheit einer solchen zufallsbedingten Schwingung ab. Die Prüfschaltung besteht aus einem Brückengleichrichter 26, der über den aus C₁₂ und L₁ gebildeten Reihenresonanzkreis mit R_L verbunden ist. Der Reihenresonanzkreis ist so abgestimmt, daß die Schwingungen niedriger Frequenz,

909 508/1383

ζ. B. von 3 bis 15 Hz, durchgelassen werden, jedoch höhere und niedrigere Frequenzen gesperrt werden. Die beiden anderen Brückenzweige des Brückengleichrichters 26 sind durch ein Relais 28 und den dazu parallelgeschalteten Kondensator 14 und veränderlichen Widerstand R₁₀ miteinander verbunden. Mit Hilfe des Widerstandes R₁₀ wird die Empfindlichkeit des Relais verstellt, und der Kondensator integriert das Signal, das an das Relais angelegt wird. Auf diese Weise zieht das Relais an, solange ein Signal zwischen 3 und 15 Hz an die beiden anderen Brückenzweige des Brückengleichrichters angelegt wird, d. h., solange die zufallsbedingten Schwingungen an der Belastung vorhanden sind. Das Relais 28 fällt ab, wenn keine Flamme in der Brennkammer vorhanden ist oder wenn infolge eines Fehlers eines Bauelementes das zufallsbedingt veränderliche Signal nicht über das System zum Ausgang gelangt. Bei Aberregung des Relais 28 kann ein Schalter geschlossen werden, um einen Alarm auszulösen, der den eingetretenen Fehler anzeigt. In der Zeichnung liegen die Relaiskontakte 30 in einem Stromkreis mit der Spannungsquelle 32 einer Anzeigevorrichtung 34, die hörbar oder sichtbar anzeigt, und den Kontakten 36, die von dem Belastungsrelais R_L betätigt werden. Dieser Alarmstromkreis wird also unterbrochen, wenn das Relais R_L aberregt wird. Dadurch wird verhindert, daß der Alarmanzeiger 34 betätigt wird, wenn das Belastungsrelais R_L nicht erregt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Anzeigeschaltung nicht nur bei Fehlern des Steuergleichrichters SCR wirksam wird, sondern alle wesentlichen Teile der Überwachungseinrichtung für die Flamme prüft, weil alle richtig arbeiten müssen, um die zufallsbedingte Schwingung zu erzeugen. Wie dargestellt, liegt dieser Prüfstromkreis vorteilhaft parallel zum Belastungsrelais R_L. Er kann aber auch an andere Teile des Empfängers angeschlossen werden, und man kann beispielsweise eine besondere Impedanz im Empfänger vorsehen, an die diese Anzeigeschaltung angeschlossen wird. Dann kann auf die Mitwirkung von R_L völlig verzichtet werden und nur das Relais 28 für diesen Zweck benutzt werden. Es ist leicht ersichtlich, daß das Relais durch die Eingangsschaltung von Rechnern und ähnlichen logischen Systemen ersetzt werden kann. Der Prüfstromkreis nach F i g. 8 soll nur benutzt werden, wenn die Röhre UV unterhalb der Sättigung arbeitet. Bei dieser Betriebsweise der Röhre erfolgt eine Zündung nicht bei jedem Wechsel der Speisespannung, sondern nur mit einer zufallsbedingten Wiederholung von 3 bis 5 Hz. Der Prüfstromkreis der F i g. 8 veranlaßt eine Anzeige, wenn die Spannung am Relais R_L von dieser zufallsbedingten Wiederholungsgeschwindigkeit abweicht.

In der Ausführungsform nach F i g. 9 ist am Ausgang des Empfängers eine Schaltung vorgesehen, die selektiv auf die Frequenz der Quelle anspricht. Sie besteht aus einem Transformator 15, dessen Primärwicklung in den Ausgangskreis des Empfängers eingeschaltet ist und dessen Sekundärwicklung mit dem Brückenende des Brückengleichrichters 38 verbunden ist. Im Brückenzweig des Brückengleichrichters liegt das Relais 40, zu dem der Kondensator 15 und der einstellbare Widerstand parallel geschaltet sind. Der Widerstand dient zur Einstellung der Empfindlichkeit des Relais, und der Kondensator wirkt als Haltekondensator für das Relais. Der Transformator und die anderen Bauelemente der Schaltung haben solche Charakteristiken, daß das Relais 40 aberregt ist, wenn der Ausgang des Empfängers ein Signal mit zufallsbedingter Wiederholungsgeschwindigkeit liefert, aber erregt ist, wenn die Frequenz der Speisespannung des Empfängers auftritt, wie es der Fall sein würde, wenn der Steuergleichrichter SCR kurzgeschlossen wäre. Das Relais 40 kann eine geeignete Alarmvorrichtung auslösen, wie sie in Verbindung mit dem Relais 28 dargestellt wurde. Mit der Schaltung nach F i g. 9 wird eine Anzeige ermöglicht, wenn die Ausgangsspannung des Empfängers sich nicht zufallsbedingt ändert, sondern mit der Frequenz der Speisespannung.

An Stelle des Relais kann auch eine statische Anzeige des Signals erfolgen. Man kann auch an Stelle des Relais den Eingang eines Rechners einschalten. Schließlich kann die Belastung auch aus einer Parallelschaltung von Relais, Lichtsignal und Rechnereingängen bestehen, die alle vom gleichen Empfänger aus gesteuert werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung von Impulsen, die von einer Gasentladungsröhre zur Überwachung des Vorhandenseins einer Flamme erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Siebglieder (R₂C₂) vorgesehen sind, an denen bei Ionisierung durch die Flamme ein Steuersignal auftritt, das jedoch fehlt, wenn die Impulse wesentlich langer sind als die bei Ionisation durch die Flamme entstehenden Impulse.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsröhre außerhalb des Sättigungsbereiches arbeitet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsröhre (UV) nur leicht belastet ist, so daß sie nach jedem Entladungsvorgang schnell wieder sperrt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsröhre (UV) in einem spektralen Energiebereich unterhalb von 3300 Angstrom arbeitet.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Siebglieder ein Auswertkreis angeschlossen ist, der eine Anzeige veranlaßt, wenn die Folgefrequenz des Steuersignals von der zufallsbedingten abweicht.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrationsnetzwerk (A₁C₁) vorgesehen ist, um die Dauer der Ionisierungsimpulse zu verlängern.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebglieder mit einem Empfangsstromkreis verbunden sind, der die Ionisierungsimpulse in ein Steuersignal für eine Last umsetzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen