Einrichtung zur Ermittlung der durch eine Flamme erzeugten ultravioletten Strahlung Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ermittlung der durch eine Flamme erzeugten ultra violetten Strahlung mit einer durch die Strahlung be aufschlagten Gasentladungsröhre, deren Speisung aus der Sekundärwicklung eines Transformators erfolgt, wobei ein Indikatorrelais vorgesehen ist, welches bei Auftreten einer Entladung in der Gasentladungsröhre anspricht, und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltung so ausgebildet ist,
dass bei der Entladung im Primärkreis des Transformators entstehende Strom pulse durch ihre steilen Wellenfronten das Indikatorre lais zum Ansprechen bringen, während der bei unge- zündeten Röhre fliessende Strom im Primärkreis das Indikatorrelais nicht beeinflusst.
Für die Feststellung und insbesondere für die Überwachung von Flammen oder Verbrennungsvor gängen wird ein Aufnahme- oder Fühlorgan benötigt, welches eine aktive Anzeige der Gegenwart oder der Abwesenheit der Flamme ergibt. Bei dem bekannten Geiger-Müller-Zahlrohr tritt eine Entladung zwischen den Elektroden auf, wenn auf eine derselben eine Pho toelektronen erzeugende Strahlung auffällt. Solche Zählrohre arbeiten mit relativ hohen Spannungen, die genau eingestellt werden müssen, da bei zu niedriger Spannung überhaupt keine Entladung auftreten kann und bei zu hoher Spannung eine Dauerentladung ent steht.
Ferner muss bei Auftreten der Entladung genü gend Energie zur Erzeugung eines ausreichend grossen Ausgangssignals zur Verfügung stehen. Weiter ist es insbesondere für den vorliegenden Zweck erforderlich, dafür zu sorgen, dass die bei Auftreten einer Strahlung erzeugten Signale in zuverlässiger Weise einen Anzei gekreis und bzw. oder einen Steuerkreis zugeführt wer den.
Die Einrichtung zur Ermittlung von Strahlung nach Patentanspruch I des Hauptpatentes ist gemäss der vorliegenden Erfindung zusätzlich dadurch gekenn zeichnet, dass eine Kapazität in die Leitung zwischen der Wechselstrom-Speisequelle und der Primärwick lung des Transformators geschaltet ist. Bei dieser Einrichtung kann beispielsweise in einem System zur Überwachung einer Verbrennung, als Flammendetektor ein ultraviolettempfindlicher Detek tor vorgesehen sein. Dies kann ein Geiger-Müller-Zäh ler sein:, der über einen Transformator gespeist wird.
In der bevorzugten Ausführungsform ist dieser Trans formator ein Spartransformator mit einem Eisenkern; es kann jedoch auch ein normaler Transformator mit zwei getrennten Wicklungen verwendet werden,.
Man erhält dabei eine geregelte Sekundärspannung, wenn man einen Primärkreis verwendet, der im Ersatz schaltbild einen Reihenresonanzkreis aufweist, der durch eine in Reihe mit der Primärwicklung geschal tete Kapazität dargestellt wird. Durch einen solchen Kreis ergibt sich ein Regelungseffekt derart, dass die an den Detektor angelegte Ausgangsspannung in des sen Zustand hoher Impedanz in einem relativ grossen Bereich der Eingangsspannung konstant bleibt.
Beim Zustand hoher Impedanz im Sekundärkreis des Transformators ist vorzugsweise der Primärkreis auf die Netzfrequenz von 50 Hz abgestimmt, wobei die Eingangsimpedanz etwa 700 Ohm beträgt und für Ein gangsspannungen zwischen 90 und 130 Volt eine feste Ausgangsspannung geliefert wird. Beim Reihenreso- nanz-Ersatzschaltbild ist der Kern des Transformators gesättigt, und eine Änderung der Spannung in dem genannten Bereich genügt nicht zur Aufhebung der Sättigung.
Wenn die Detektorröhre zündet, fliesst ein starker Strom in der Sekundärwicklung des Transformators, wodurch das Feld im Kern zusammenbricht und in den Primärkreis einte niedrige Impedanz reflektiert wird, so dass der abgestimmte Kreis unter scharfem Rückgang der an der Sekundärwicklung bestehenden Spannung verstimmt wird.
Durch diesen Rückgang der Spannung tritt Löschung der Röhre ein, wodurch der Sekundär kreis wieder eine hohe Impedanz annimmt und die Resonanz im Primärkreis wiederhergestellt wird, so dass wieder Spannungsregelung erfolgt. In der vorerwähnten Ausführungsform der Schal tung wird ein Signalaufnahmekreis verwendet, der mit einer Drosselspule versehen ist, die gegenüber Signalen mit Netzfrequenz eine niedrige Impedanz aufweist und somit praktisch kein Signal solcher Frequenz auf den Ausgangskreis überträgt, die jedoch eine relativ hohe Impedanz gegenüber Signalimpulsen mit Anstiegszeiten hat, die eine höhere Frequenz von beispielsweise etwa drei Kiloherz aufweisen.
Das Ausgangssignal der Dros selspule wird zwecks Steuerung eines unsymmetrisch leitenden Schaltorgans einem Filter-Speichernetzwerk zugeführt. In der bevorzugten, Ausführungsform enthält der Steuerkreis eine Diode, die in Reihe mit der Steu erelektrode des Schaltorgans geschaltet ist und eine genauere und zuverlässigere Betätigung des Schaltor gans durch das Speichernetzwerk gewährleistet.
Eine solche Schaltung ist besonders brauchbar für eine zuverlässige Überwachung einer Flamme in einem System zur Überwachung einer Verbrennung.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungs form der erfindungsgemässen Einrichtung anhand der Zeichnung erläutert in welcher ein System der genann ten Art im schematischen Schaltbild dargestellt ist.
In der Figur ist eine Schaltung dargestellt, deren Eingangsklemmen 10 und 12 an eine Speisespannungs quelle von 120 Volt anschliessbar sind. In den Kreis zwischen den Klemmen 10 und 12 sind ein Kondensa tor 14 und ein Spartransformator 16 eingeschaltet. Der Spartransformator hat einen Kern 17 mit einer Wick lung 18, deren Primärteil 19 gegenüber der ganzen Wicklung ein Windungsverhältnis 1:6 aufweist. Über die ganze Wicklung 18 ist ein Strahlungsdetektor 22 mit zwei symmetrischen Elektroden 22 und 24 geschal tet, welche für die interessierenden Wellenlängen eine lichtelektrische Emission aufweisen.
Im Falle ultravioletter Strahlung wird als bevorzug tes Material für die Elektroden Wolfram verwendet. Der Strahlungsdetektor ist mit einem ionisierbaren Gas, wie Wasserstoff, gefüllt. In Reihe mit der Sekun därwicklung des Transformators und dem Strahlungs detektor 20 ist ein Strombegrenzungswiderstand 26 geschaltet.
Die Impedanz der Primärwicklung 19 des Trans formators ist der kapazitiven Reaktanz des Kondensa- tors 14 so angepasst, dass ein auf 50 Hertz abgestimm ter Schwingungskreis entsteht, dessen Impedanz etwa 700 Ohm beträgt. In der bevorzugten Ausführungs form hat der Kondensator 14 eine Kapazität von 1,5 Mikrofarad. Durch den Resonanzkreis des Transfor- mators wird die Eingangsspannung von 120 Volt auf eine Ausgangsspannung von 800 Volt an den Elektro den des Detektors hinauftransformiert, das ist ein Wert, der oberhalb des sich aus dem Windungsverhält nis ergebenden Wertes der Ausgangsspannung liegt.
Der Widerstand 26, der einen Widerstandswert von 470 Ohm hat, dient dazu, den bei Entladung zwischen den Elektroden. der Röhre auftretenden Strom in der Wicklung des Transformators zu begrenzen. Bei einer hohen Belastungsimpedanz und bei der 50 Hertz-Netz frequenz ist der Kern 17 des Transformators für Ein gangsspannungen zwischen 90 und 130 Volt praktisch vollständig gesättigt; wegen dieser Sättigung bleibt die Ausgangsspannung konstant.
Wie bereits erwähnt, kann anstelle des Spartrans formators auch ein Transformator mit zwei getrennten Wicklungen verwendet werden; da jedoch nach Zün dung der Detektorröhre in der Sekundärwicklung rela- tiv grosse Ströme auftreten, die eine entsprechend grosse Belastbarkeit der Wicklung bedingen, ergibt sich durch Verwendung eines Spartransformators eine ge wisse Platzersparnis.
Die beschriebene Schaltung hält die Spannung an den Elektroden der Detektorröhre praktisch konstant, solange die Röhre nicht gezündet hat, wobei die Span nung oberhalb eines Minimalwertes liegt, der zur Er zeugung einer Photoemission notwendig ist, und unter halb eines Maximalwertes, bei dem bereits ohne Be strahlung eine Entladung eintritt. Man erhält so die gewünschte Strahlungsempfindlichkeit ohne Auftreten spontaner Entladungen.
Wenn sich die Dektorröhre im nichtionisierten Zu stand befindet, hat sie eine hohe Impedanz, die in den Primärkreis des Transformators reflektiert wird, wodurch dieser abgestimmt bleibt; demgemäss wird die aus der Speisequelle zugeführte Energie hauptsächlich zur Aufrechterhaltung einer hohen Feldstärke im Kern 17 verbrauchet. Diese Feldstärke dient zur Erzeugung eines Stroms, wenn der Sekundärkreis eine niedrige Impedanz aufweist. Wenn das Gas zwischen den Elek troden 22 und 24 ionisiert wird, ergibt die Detektor röhre 20 eine sehr niedrige Impedanz des Sekundär kreises, so dass ein starker elektrischer Strom fliesst und dadurch das Feld im Kern 17 des Transformators zusammenbricht.
Der Strom im Sekundärkreis wird praktisch allein durch den Widerstand der Sekundärwicklung und den gegebenenfalls vorhandenen Begrenzungswiderstand 26, die Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und dem Kern 17 des Transformators und die maximale theoretische Änderung dq/dt des magnetischen Flusses begrenzt.
Die beim Zünden der Detektorröhre 20 auftretende niedrige Impedanz erzeugt durch Reflexion in den Pri märkreis einen entsprechend starken Rückgang der Impedanz, so dass die Resonanz im Primärkreis zer stört wird und die Energie aus der Speisequelle, anstatt das Feld im Kern wieder aufzubauen, den Reihenkon densator 14 praktisch mit der vollen Spitzenspannung des Netzes belastet, wobei ein entsprechender Rück gang der an der Primärwicklung liegenden Spannung erfolgt, und zwar auf etwa 10 Prozent der im Falle der Resonanz auftretenden Spannung.
Infolgedessen fällt die Sekundärspannung schnell soweit ab, dass sie nicht mehr zur Aufrechterhaltung der Entladung der Detek- torröhre ausreicht und deren Löschung erfolgt, und zwar unabhängig vom Nulldurchgang der Speisespan nung und im allgemeinen vor Erreichen des Wertes Null. Nach dem Löschen. tritt wieder die hohe Impe danz der Detektorröhre und im Primärkreis Resonanz auf, so dass das magnetische Feld im Kern und die Ultraviolettempfindlichkeit der Röhre während des nächsten Halbzyklus der Speisespannung wiederherge stellt werden.
Während des nächsten Halbzyklus, in welchem die Spannung entgegengesetzte Polarität hat, wird der Kondensator 14 entladen, und die beiden Spannungen addieren sich vektoriell, so dass eine hohe Stromspitze im Primärkreis entsteht. Dadurch wird die Wiederher stellung des als, Energiespeicher im Kern 17 dienenden Feldes unterstützt.
Weiter sind zwei Drosselspulen 30 und 32 in Serie in den Primärkreis geschaltet. In der bevorzugten Aus führungsform sind diese Drosselspulen auf einen übli chen Ferritkern 34 gewickelt; jede Wicklung hat einen Gleichstromwiderstand von weniger als einem Ohm und eine Induktanz von ungefähr 0,75 Millihenry. Jede der Spulen, hat eine Güte Q, die bei 3 Kiloherz etwa 20 beträgt. Wenn eine Entladung eintritt, wird der ent stehende Stromimpuls in den Primärkreis reflektiert, und es fliesst ein Stromimpuls durch die Spulen 30 und 32, der eine steile Vorderflanke hat, so dass die Spulen darauf ansprechen und ein starker Spannungsabfall an ihnen auftritt.
Der im nächsten. Halbzyklus infolge der Entladung des Kondensators auftretende Impuls ent hält ebenfalls Komponenten, welche über der Netzfre quenz liegende Frequenzen aufweisen und auf welche die Spulen ebenfalls ansprechen. Da diese Stromim pulse verschiedene Polarität haben können, werden die Ausgangssignale aus den Spulen deren Verbindungs stelle 40 ist, vermittels der Dioden 36 und 38 ausge koppelt.
Die beiden Dioden sind mit der Klemme 42 eines Filter- und Integriernetzwerkes verbunden, während die Mittelanzapfung 40 der Spulen mit der Klemme 44 dieses Netzwerkes verbunden ist. Das Filter enthält zwei Kondensatoren 46 und 48, einen Widerstand 50 und einen Regelwiderstand 52 zum Einstellen der Empfindlichkeit. Diese Schaltung wirkt als Entkopp- lungsfilter; der Kondensator 48 dient zur Speicherung der Flammen-Anzeigesignale. Die Ladung des Konden- sators wird dem Entladungskreis zugeführt, der eine Diode 54, einen variablen Widerstand 56 und einen festen Widerstand 58 aufweist.
Die Anzapfung 60 des variablen Widerstandes 56 ist mit der Kathode 62 des steuerbaren Gleichrichters 64 (Type 3N58) verbunden.
Der steuerbare Gleichrichter 64 dient zur Steu erung der Beaufschlagung der Spule des Relais 66 eines Anzeigekreises; parallel zu dieser Relaisspule sind in Reihe der Widerstand 68 und der Kondensator 70 geschaltet. Dieser Kreis wird durch den Transfor mator 72 mit Wechselstrom gespeist;
die Primärwicklung 74 des Transformators ist mit den Klemmen 10 und 12 verbunden und wird demgemäss mit der 120 Volt- Speise-Spiannung gespeist. über die Sekundärwicklung 76 wird das Relais 66 unter Mitwirkung des steuerba ren Gleichrichters 64 beaufschlagt. Über die Sekundär wicklung 78 und die Diode 80 wird dem Steuerkreis der Kathode 62 eine Gleichvorspannung von einem Volt zugeführt. Durch den Kondensator 82 ist der Signalkreis vom Vorspannungskreis isoliert.
Der Kondensator 70 dient zum Halten des Relais 66 während der Teile des Zyklus, in denen das Schalt organ 64 infolge der Polaritätsumkehr der von der Sekundärspule 76 gelieferten Spannung nicht leitet; der Widerstand 68 eine Beschädigung des Schaltorgans, 64 im Zustand völliger Entladung des Kondensators 70 verhindert.
Die Komponenten des Filterkreises, des Entla dungskreises und des Anzeigekreises sind bei der dar gestellten Ausführungsform so gewählt, dass das, Relais 66 nicht anspricht oder gehalten wird, wenn nicht die Entladungen in der Detektorröhre mit einer Geschwin digkeit von mindestens 3 pro Sekunde auftreten.
Die anfängliche Ladung des Kondensators. 46 ent lädt sich über den Widerstand 50 und lädt dabei den Kondensator 48 mit zeitlicher Verzögerung auf. Durch die Widerstände 56 und 58 erfolgt eine Spannungstei- lung. Wenn dem Kondensator 46 nicht in genügend schneller Folge Stromimpulse zugeführt werden, er reicht die Spannung am Kondensator 48 keine solche Grösse, dass über die Steuerelektrode 62 das Schaltor- gan 64 betätigt und das Relais 66 ausgelöst wird. Die Diode 54 steuert den von der Steuerelektrode 62 des Schaltorgans 64 nach dessen Einschaltung ausgehenden Strom.
Der in die Elektrode 62 fliessende Strom schal tet anfangs das Schaltorgan ein, jedoch fliesst nach dem Einschalten ein Strom in entgegengesetzter Rich tung; falls keine Diode oder anderes unsymmetrisch leitendes Schaltelement vorgesehen. ist, beeinflusst die ser Strom die Ladung auf dem Kondensator 48 und verfälscht dadurch die Messung.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel wird ein mit Gasentladung arbeitender Detektor in einem Strahlungsmesskreis verwendet. Den kriti schen Spannungswerten für den Betrieb des Detektors ist dabei Rechnung getragen durch einen Regeltrans formator, welcher im Netzspannungsbereich von -15 Prozent bis +10 Prozent der Sollspannung wirksam ist. In diesen Bereich ist ein störungsfreier Betrieb von Temperaturkontrolleinheiten, die mit Entladungsröhren arbeiten, unter Berücksichtigung der Änderungen der Schaltungsdaten z. B. infolge Alterung der Komponen ten gewährleistet.
Der Messkreis enthält einen Aus kopplungskreis mit induktiven Komponenten:, einen Filterkreis und einen Entladungskreis zur Steuerung eines Gleichrichter-Schaltorgans zur Betätigung eines Relais, welches den zu messenden Vorgang, z. B. einen Verbrennungsvorgang oder eine Flamme, anzeigt.