Elektronischer Sicherungskreis zum Schutze von Feuerungen beim Aussetzen der Flamme. Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Sicherungskreis, welcher mit einem durch die Flamme beeinflussten Ele ment zusammenarbeitet, um Öl- oder Gasfeue rungen vor der Explosionsgefahr zu schützen, die beim Aussetzen der Flamme auftritt.
Es ist bekannt, dass in solchen Feuerungen. die Flamme infolge eines vorübergehenden Unterbruches in der Brennstoffzufuhr aus setzen kann. In diesem Falle muss, um eine Explosion des unentzündeten, in den heissen Brennraum nachströmenden Brennstoffes zu vermeiden, die Brennstoffzufuhr so rasch als möglich gedrosselt werden.
Im Sicherungskreis können ein oder meh rere Umschalter vorgesehen sein, die in den die Brennstoffzufuhr steuernden Stromkreisen liegen, und die sich in der einen oder andern Stellung befinden, je nachdem sich im Brenn- raum eine Flamme befindet. oder nicht.
Gemäss der Erfindung wird ein Schalt element von der Flamme gesteuert, dessen Signalspannung über zwei Verstärkerstufen ein Relais steuert, und dass dieses Schalt element gleichrichtend wirkt, um am Gitter der ersten Verstärkerröhre eine Gleichvor- spannung zu erzeugen, wobei der Gitterkreis so ausgebildet ist, dass sowohl bei Unterbruch wie bei Kurzschliessen des genannten Schalt elementes diese Vorspannung verschwindet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt. Fig. 1 zeigt einen Sicherungskreis, in welchem das Steuersignal von einer Photozelle geliefert wird, während Fig.2 einen Sicherungskreis darstellt, bei welchem das Steuersignal durch die elektri, sehe Leitfähigkeit der Flammengase erzeugt wird.
Der in Fig. 1 dargestellte Sicherungskreis weist eine Vakuum-Photozelle P auf. Mit der Kathode dieser Photozelle ist ein Widerstand R1 verbunden, welchem ein Kondensator Cl parallel geschaltet ist. Der durch die Photo zelle, den Widerstand R1 und den Konden sator C1 gebildete Stromkreis wird von. der Sekundärwicklung 1 eines Netztransformators mit Wechselstrom gespiesen. Die Primärwick lung 2 dieses Netztransformators wird mit der der Netzspannung entsprechenden Anzapfung an das Netz angeschlossen.
Ein Widerstand R2 verbindet den Punkt 3 mit dem Gitter einer ersten Elektronenröhre V1. Der Be lastungswiderstand der Röhre V1 befindet sich im Kathodenkreis zwischen der Kathode 5 und dem Punkt 6 des Gitterkreises. Die Anode 7 wird aus der Transformatorwick- lung 8 mit einer Wechselspannung gespiesen. Parallel zur Wicklung 8 liegt ein Potentio- meter R4, dessen Abgriff 9 mit der Kathode 10 der zweiten Elektronenröhre V2 verbunden ist. Das Gitter 11 der Röhre V2 ist direkt mit der Kathode der Röhre V1 verbunden. Die Spule 12 eines empfindlichen Relais bildet.
die Belastung im Anodenkreis der Röhre V2. Diese Spule ist zwischen die Anode 13 der Röhre V2 und die eine Klemme der Trans- formatorwicklung 14 geschaltet. Das andere Ende dieser @V ickhing 11 ist mit der Kathode 1.0 verbunden. Parallel zur Spule 12 ist ein Kondensator C2 geschaltet. Das Relais ist mit einem Kontaktsatz versehen, der zur Steue rung von weiteren Kreisen geeignet ist, die ihrerseits insbesondere die Brennstoffzufuhr steuern. Zwischen die Kathode 10 und den Punkt 16 ist ein hochohmiger Schutzwider stand R5 geschaltet, dessen Funktion später erläutert wird.
Die Heizung 17 der Röhren wird von der Wicklung 18 gespiesen, welche der Einfachheit. halber und auch zum Fest legen des Heizleiterpotentials mit der Wick lung 14 verbunden werden kann.
Im folgenden wird die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Sicherungskreises be schrieben. Die momentanen Spanniungsverhält- nisse in den Wicklungen 1 und 8 während einer bestimmten Halbwelle sind durch Plus- iind Minuszeichen dargestellt. Bezüglich des Punktes 6 ist die Anode 7 positiv und die Anode 19 der Photozelle negativ. Wenn man sich die Photozelle P durch einen Widerstand passender Grösse (z. B. weniger als 1Megohm) ersetzt denke, so wird das Gitter 4 in dem Moment negativ, in dem die Anode 7 positiv ist.
Die durch die Wicklungen 1 und 8 ge lieferten Spannungen und die Werte des Wi derstandes R1 und des Kondensators C1 kön nen so gewählt werden, dass in der Röhre V1 kein Strom fliesst. Die Leitfähigkeit der Zelle hängt von der Elektronenemission an der Ka thode 20 ab, und wenn die Zelle beleuchtet wird, wirkt sie als Gleichrichter, so dass nur ein Elektronenstrom auftreten kann, wenn die Anode 19 gegenüber der Kathode 20 der Photozelle positiv ist. Während der Halb perioden, wo dies der Fall ist, fliesst durch die Photozelle ein kleiner Strom, dessen Stärke von der durch die Wicklung 1 gelie ferten Spannung und von der auf die Photo kathode auftreffenden Strahlungsintensität abhängig ist.
Fliesst dieser Strom durch den Widerstand R1, so wird die mit dein Gitter verbundene Seite des Kondensators Cl be- züglicli des Punktes 6 positiv aufgeladen. Während der negativen Halbperioden kann sieh der Kondensator über den Widerstand R1 und über den Widerstand R'?, das Gitter und die Kathode der Röhre V1 und den Wi derstand R3 entladen. R1 wird gross gewählt, so dass zwischen der Kathode 20 und _ dem Punkt 6 eine ziemlich grosse Spannungsdiffe renz auftritt.
Wird auch der Widerstand R2 gross gewählt, so ergibt sieh für die zwei par allel liegenden oben angegebenen Entlade kreise ein hoher resultierender Widerstand. Der Wert des Kondensators Cl kann so ge wählt werden, dass für den gesamten Kreis eine Zeitkonstante solcher Grösse resultiert, dass die Kondensator;spannung- während der negativen Halbperiode um weniger als<B><I>20'.</I></B> sinkt.
C1 kann aber auch grösser gewählt wer den, so dass sich eine viel kleinere Entlade- gescliwindigkeit ergibt, -#vodureh in später be- sprochenerWeise eine günstige Ansprechver- zögerung erreicht wird.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass bei beleuchteter Photozelle das Gitter 4 gegen über dein Punkt 6 positiv vorgespannt ist. Bei unbeleuchteter Zelle dagegen erscheint nur ein kleiner Bruchteil dieser Spannung. Bei ge eigneter @Valil der verschiedenen Schaltelemente kann ein Verhältnis in der Grössenordnung von 400: 1 zwischen der Spannung bei voller Beleuchtung und der Spannung bei unbe leuchteter Zelle erreicht, werden.
Da der Belastungswiderstand der Röhre Z'1 im Kathodenkreis liegt, hat- jeder Strom fluss durch die Röhre V1 zur Folge, dass die Kathode 5 bezüglich des Punktes 6 positiv wird. Die zwischen dem Gitter -1 und der Ka thode 5 auftretende Potentialdifferenz ist. also gleich der Summe der über dem Kondensator Cl und dem Widerstand R3 auftretenden Spannungen. Zur Erklärung des Kreises wird vorerst angenommen, dass die Punkte 4 und 6 direkt miteinander verbunden seien.
Während derjenigen Halbwellen, da die Anode 7 be- zUglieh des Punktes 6 positiv ist, wird durch die Röhre V1 ein Stromstoss fliessen. Dadurch würde das Gitter 4 bezüglich der Kathode 5 negativ, bis sich ein Gleichgewichtszustand ein- stellt. Bei passender Grösse des Widerstandes R3 wird ein ziemlich kleiner Strom genügen, um die nötige negative Vorspannung zu er zeugen, die normalerweise nur einige Volt be trägt, wenn gewöhnliche Trioden verwendet werden.
Wenn nun die zwischen den Punkten 1 und 6 angebrachte Verbindung entfernt und die Photozelle beleuchtet wird, wird die posi tive, am Kondensator C1 auftretende Signal spannung den in der Röhre V1 fliessenden Strom und somit die im Widerstand R3 auf tretende Spannung wesentlich erhöhen. Die am Widerstand R3 (dessen Wert in der Grö ssenordnung von 100000 Ohm liegen kann) auftretende Spannung ist annähernd gleich der am Widerstand R1 auftretenden Signal spannung .
Der Widerstand Rl hat einen viel höheren Wert als der Widerstand R3 (etwa '?0 lIegohni). Da die über dem Widerstand R3 durch einen in der Röhre V 1 fliessenden Strom erzeugte Spannung die Gitterspannung dieser Röhre bezüglich der Kathode ernied rigt, erreicht man eine Stabilisierung, die jedes übermässige Anwachsen des Anodenstromes verhindert. Der Gitterkreis ist sehr hoch ohinig, so dass durch Oberflächenleitung an der Röhre oder durch Ionisation in der Röhre die Gitterspannung sehr stark ansteigen kann.
Durch Verwendung der obenbeschriebenen Verstärkerstufe ist. es möglich, die Signal spannung einer zweiten Verstärkerstufe zuzu führen, welche mit einem hohen Verstärkungs <U>grad</U> arbeiten kann, ohne dass ihre hohe innere Impedanz Nachteile verursacht.
Die zwischen dem Gitter 11 und der Ka thode 10 der Röhre V2 auftretende Spannung setzt. sich aus der über dem Widerstand R3 auftretenden pulsierenden Gleichspannung und der von dem Potentiometer mit dem Sehleifer 9 abgegriffenen Wechselspannung zusammen. Wie oben erklärt wurde, nimmt die Kathode 5 bezüglich des Punktes 6 ein positives Potential an, wenn die Anode 7 be züglich des Punktes 6 positiv ist, das heisst wenn die von den Sekundärwicklungen des Transformators abgegebenen Spannungen die in der Figur angegebene Polarität. aufweisen.
Die zwischen den Punkten 6 und 9 auftre- tende Spannung wird also immer entgegen gesetzt gerichtet sein, wie die über dem Wi derstand R3 erscheinende Spannung, so dass die Lage des Abgriffes auf dem Potentio- ineter R4 so eingestellt werden kann, dass sich die gewünschte Empfindlichkeit und der ge wünschte Arbeitspiuikt der Anlage ergeben.
Wird die Photozelle beleuchtet, so werden die am Widerstand R3 auftretenden Impulse we sentlich grösser, und die Spannungsspitze die ser Impulse fällt mit derjenigen Halbwelle zu sammen, während welcher die Anode 13 be- ziiglich der Kathode 10 positiv ist. Durch die Röhre V2 fliesst ein Strom, wobei die Werte der Schaltelemente so gewählt sind, dass das Relais bei einer bestimmten Beleuchtungs stärke auf der Photozelle anspricht. Durch Verstellen des Abgriffes auf dem Potentio- meter R4 kann der Anspreclipunkt auf eine bestimmte Beleuchtungsstärke eingestellt wer den.
Während der nächsten Halbperiode fliesst durch die Röhre V1 infolge deren Gleich richterwirkung kein Strom, und folglich ent steht auch im Widerstand R3 kein Spannungs abfall. (11eichzeitig wird in der Wicklung ä eine Spannung derart induziert, dass der Punkt 6 bezüglich des Punktes 9 positiv ist, und als Folge davon wird das Gitter 11 posi tiv bezüglich der Kathode 10. Während die ser Halbperiode ist. aber die Anode 13 bezüg lich der Kathode 10 negativ, so dass infolge der Gleichrichterwirkung der Röhre V2 kein Strom fliesst.
Um ein ruhiges Arbeiten des Relais zu er halten, ist diesem ein Kondensator C2 parallel geschaltet, welcher in der einen Halbperiode Energie speichert und während der nächsten Halbperiode Energie abgibt.
Setzt die Beleuchtung der Photozelle aus, so tritt über dem MTiderstand R3 keine Si gnalspannung mehr auf, und der Anoden strom in der Röhre V2 geht auf einen Wert zurück, bei welchem das Relais abfällt. Der Kontaktsatz 15 des Relais ist so ausgebildet, dass er weitere, nicht dargestellte Steuerstrom kreise steuern kann, welche z. B. die Zufuhr des Brennstoffes sperren. In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Sicherungskreises, zu dessen Steuerung die Leitfähigkeit der Flamme benützt wird, dargestellt.
Die Sonde 21 ragt in die Flamme 22 hinein, welche aus dein metallischen Brenner 23 herausbrennt. Es ist bekannt, dass solche Flammen eine gerichtete Leitfähigkeit aufweisen. Diese Eigenschaft der Flamme ergibt für den in Fig. 2 darge stellten Kreis genau dieselbe Wirkungsweise wie an Hand von Fig. 1 beschrieben. Der Elektronenstrom fliesst von der Basis zur Zunge der Flamme.
Jeder Rückgang der Elektronenemission in der Photozelle oder in einer der Elektro nenröhren, bedingt durch normale Alterungs- erseheinung der Röhre oder Heizfadenbruch, kann sich nur dahin auswirken, dass das Re lais nicht mehr anspricht. Das Relais verhält sich also als ob die Beleuchtung teilweise oder vollständig ausgesetzt hätte. Diese Sicherheits massnahme ist bei der praktischen Anwendung solcher Sicherungskreise auf Feuerungen höchst erwünscht.
Die Kondensatoren Cl und C2\ können so gewählt werden, dass der ganze Kreis mit einer bestimmten Verzögerung anspricht. Eine derartige Verzögerung ist. oft erwünscht, um zu vermeiden, dass der Sicherungskreis auf intermittierende Beleuchtung, wie sie bei flackernder Flamme auftreten kann, an spricht.
Da eine positive Vorspannung des Gitters der ersten Röhre nur infolge der Gleich richterwirkung der Photozelle möglich ist, leuchtet es ohne weiteres ein, dass ein Kurz schliessen der Photozelle das sofortige Ver schwinden dieser positiven Spannung zur Folge hat, wodurch das Relais entweder so fort abfällt oder aber nicht anzieht. Ebenso kann am Gitter der ersten Röhre kein posi tives Potential auftreten, wenn der Photo- zellenkreis unterbrochen wird. Um die Gefahr eines Erdschlusses herabzusetzen, wird die Kathode der Photozelle geerdet.
Die übrigen Leitungen werden dann eine relativ niedrige Spannung gegen Erde führen, und wenn trotz dem ein Erdschluss erfolgen sollte, so wirkt sieh dieser aus wie ein Kurzschliessen der Photozelle.
Der Widerstand R5 ist aus Sicherheits gründen vorgesehen. Wenn nämlich der Kon takt des Schleifers 9 mit der Potentiometer- wicklung unterbrochen ist, so wird die ganze in der Wieklung 8 induzierte Spannung dazu verwendet, die Kathode 10 gegenüber dem Gitter 11 immer dann positiv vorzuspannen, wenn die Anode 13 bezüglich der Kathode positiv ist. Eine Überlastung der Röhre 112 infolge Unterbruches am Potentionieter R4 ist also ausgeschlossen.