JPH0138211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガス、石油等の燃焼機器の不完全燃焼
を検知する燃焼状態検知装置に関し、特にジルコ
ニア（ZrO₂）を用いた酸素濃淡電池を検知器と
して使用したものである。

従来例の構成とその問題点 近年ジルコニアセンサは、空燃比λ≦１の点で
起電力が0Vから0.8Vに急変するため、燃焼機器
の燃焼状態検知に応用されはじめている。この場
合ジルコニア素子の内部抵抗の温度変化を利用し
てバーナの着火検知と兼用する事が多い。第１図
にこの検知回路の例を示す。１はジルコニア素子
で起電力eiと内部抵抗Riで等価される。２はジル
コニア素子を直列に接続された直列抵抗Rsで直
流電源３に接続されている。ａ，ｇは検知出力端
子を示す。今、燃焼前には内部抵抗Riが数100M
Ωとなり直列抵抗２よりも十分に大きく、出力電
位は直列電源３とほぼ同等となる。バーナが燃焼
すると温度により内部抵抗Riが低下し、直列抵
抗２よりも十分に小さな値となり直列抵抗２と
Riの分圧電位はほとんど零となり、バーナが燃
焼したことを検知できる。今バーナの燃焼空気が
不足すると空燃比λ≦１となり起電力eiを発生す
る。このため出力端子電圧eoはep・Ri／Rs＋Ri＋eiとな りRi≪Rsのため、eo≒eiとなり、eoの値により
不完全燃焼を検知できる。ここでepは電源３の
電圧を示す。

しかし、内部抵抗Riは素子の雰囲気温度に大
きく作用され例えば素子の温度が低ければRiが
増加し、分圧電位が高くなつて起電力eiがなくて
も内部抵抗Riと直列抵抗２の分圧電位がeiと同等
となり不完全燃焼との判別ができなくなるという
問題があつた。

発明の目的 本発明は前記従来の問題点を解決するものでセ
ンサの内部抵抗の変化でセンサ温度を検知し、さ
らにセンサの起電力の変化を内部抵抗に影響され
ることなく検知可能とするものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明はジルコニア
センサに接続された直列抵抗により電圧を印加す
る電源回路と、これを断続するスイツチ回路を設
けて、スイツチ回路をオンオフさせる発振部を設
け、ジルコニアセンサの両端の電位を検出する検
知回路を設け、これによりバーナの燃焼状態を判
定する構成にした。この構成によりセンサに電圧
印加した時の内部抵抗に変化と、電圧無印加によ
る起電力の変化を時分割に検知して、常に両方の
信号を検知可能とするものである。

実施例の説明 第２図に本発明の一実施例の回路システム図を
示す。図でジルコニアセンサ１と直列抵抗２と直
列にスイツチ回路４が接続され電源回路３の断続
を発振部５の出力により行なう。６はジルコニア
センサ１の出力電位ａを検出し、検知信号esに変
換する検知回路部を示し、検知回路部６は発振部
５から同期信号eoを得る。

以上の構成により発振部５の信号に応じてジル
コニアセンサ１に電源電圧印加の有無を周期的に
くり返し、センサ１の電位ａは起電力eiの計測
と、内部抵抗Riの変化の計測が順次行なわれる。

第３図に具体回路例を示す。この回路ではジル
コニアセンサ１の温度変化によりバーナの着火、
消火の検知を行ない、起電力の変化により空気不
足あるいは空気過剰による不完全燃焼の検知を行
なう構成としている。第３図において第１図、第
２図と同一動作をする部分には同一記号を印す。

ジルコニアセンサ１と直列抵抗２にトランジス
タ７と抵抗８，９よりなるスイツチ回路４が接続
され、スイツチ回路４は比較器１０、抵抗１１，
１２，１３，１４、コンデンサ１５からなる無安
定マルチバイブレータで構成された発振部５によ
り駆動される。センサ１の出力ａは検知回路部６
に入力される。検知回路部６はバーナの着火消火
を検知する比較器１６と、燃焼状態を検出する比
較器１７，１８とからなる。

比較器１６は負入力端子にセンサ１の電位ａを
入力し、正入力端子には抵抗１９，２０の分圧電
位ｂが入力されている。ｂ電位はトランジスタ２
１により発振部５と同期を取つている。トランジ
スタ２１は発振部５の出力eoがハイ出力の時に
導通する構成となつている。つまり発振部５の出
力eoがロー出力のときスイツチ回路８が導通し、
センサ１に直列抵抗２を通して電源を供給してい
る状態の電位ａ（抵抗２とセンサ１の内部抵抗Ri
の分圧電位）と、抵抗１９，２０の分圧電位ｂを
比較する。またスイツチ回路４が遮断している時
には電位ｂを零とするように動作する。このため
第４図のようにセンサ１の温度が上昇し、内部抵
抗Riが低下して分圧電位ａ≦ｂとなつた時に比
較器１６の出力es₁はハイとなる。次に発振部５
によりセンサ１に電圧が印加されていない状態の
時は電位ａは起電力eiとなるがこの時トランジス
タ２１は導通し電位ｂ≒0Vとなる。以上から電
位ａ＞ｂとなり出力es₁はロー出力となる。この
ようにバーナが燃焼してセンサ１が十分に高い温
度にある時は比較器１６の出力es₁は発振部５と
同期したパルス信号が発生し、これを検知用トラ
ンス２２により着火出力es₁′を得る。

センサ１の温度が低い場合には、スイツチ回路
４が導通している状態で電位ａは高くａ＞ｂとな
り出力es₁はロー出力となる。このためes₁はパル
ス信号とならずにロー出力を保ち続け、バーナが
燃焼していないことを検出する。

比較器１７，１８はウインドコンパレータを構
成しており電位ａが抵抗２３，２４，２５の分圧
電位ｃ，ｄに対してｃ≧ａ≧ｄの関係にあるとき
に比較器１７，１８共にハイ出力となり、それ以
外の時にはいずれかの比較器がロー出力となる。
いずれかの比較器がローになるとダイオード２
６，２７により電位es₂はローとなる。抵抗２３，
２４，２５と直列にトランジスタ２８が接続さ
れ、発振部５と同期を取つており、発振部５の出
力eoがロー出力の時にトランジスタ２８が遮断
し、電位ｃ，ｄは零となるように動作する。つま
り発振部５の出力eoがハイとなりスイツチ回路
４がオフ状態にあり、第５図のようにセンサ１の
起電力eiが電位ｃとｄの間にある時に出力es₂が
ハイとなる。また発振部５の出力eoがロー出力
となつた時にes₂もロー出力となり発振部５と同
期したパルス信号をトランス２９を通して正常燃
焼信号es₂′として検出する。燃焼が異常となり起
電力eiが増減し、電位ａがａ＞ｃ、あるいはａ＜
ｄとなつた時にはパルス信号が停止して異常燃焼
を検出する。以上のようにトランス２２，２９の
出力es₁′，es₂′にパルス信号がある場合はバーナ
が正常に燃焼していることが判断できる。es₁′の
パルス信号がなくなつたことでバーナの消火、
es₂′のパルス信号がなくなつたことでバーナの異
常燃焼を検出可能となる。

ここではes₁，es₂をパルス信号としてトランス
結合で検出する構成としたが、パルス信号としな
くて、スイツチ回路オン時にes₁ハイを検知し、
スイツチ回路オフ時にes₂がハイであることを検
出するだけにしてもよい。

第４図はセンサ１の内部抵抗の特性を示し横軸
に温度Ｔを示し、縦軸に内部抵抗Riをログスケ
ールで示す。ここでセンサ１の温度が上昇し内部
抵抗がRi（ｂ）となつた時に抵抗２との分圧電位
ａが電位ｂと等しくなるように設計している。

第５図はセンサ１の起電力の特性を示し、横軸
に空燃比λ、縦軸に起電力eiを示す。センサ１は
λ＝１（理論空気量を供給）の時に急激に起電力
を発生するが通常バーナはλ＝1.2〜1.3程度で燃
焼させることが多い。電位ei（ｃ），とei（ｄ）の
間にある時が正常燃焼としei（ｃ）よりも高いと
空気不足による不完全燃焼、ei（ｄ）よりも低い
と空気過剰によりリフト燃焼となり危険状態とな
る。

第６図は他の実施例を示し、マイクロコンピユ
ータ（以下CPUと呼ぶ）３０により制御する場
合の例を示す。この例では第３図のような発振部
５はCPU３０の内部で構成されておりスイツチ
回路４の駆動信号のみ出力端子３１から出力され
る。また検知回路部６ではCPU３０の発振部か
らの同期信号３２，３３によりセンサ電位ａと比
較器３４と比較する基準電位ｆを順次切替えて判
定し、その出力ｈをCPU３０に入力３５より入
力され、CPU３０はプログラムにより各種処理
を行ない出力３６より出力信号esを出す。

尚、本発明ではスイツチ回路４の導通時にセン
サ１の電位ａは直列抵抗２とセンサ１の内部抵抗
Riの分圧電位に起電力eiが加わり、内部抵抗の変
化のみを検出する構成とはならないが起電力eiは
最大でも約0.8Vと小さいため無視してもよい。
無視できない時はスイツチ回路４がオフした状態
での起電力eiを記憶してこれを減算する構成とし
てもよい。また比較器１６，１７，１８は入力端
子のインピーダンスが十分に大きな値の物を使用
することによつてスイツチ回路がオフしている時
の内部抵抗Riは無視できる。さらに内部抵抗や
起電力をアナログ値で検出して何等かの制御を行
なうことを容易である。

発明の効果 以上説明したように本発明によればジルコニア
酸素濃淡電池センサを利用して、１つのセンサの
温度による内部抵抗の変化で火炎の着火、消火の
検知し、起電力特性により空気欠乏や空気過剰等
の不完全燃焼の検知を兼ねることが可能となり、
特に時分割で内部抵抗と起電力を順次検出してい
るため内部抵抗の変化や起電力が単独に正確に検
出される。さらに常に両方の特性をチエツクして
いるためどちらか一方に異常が発生しても応答が
早く検出できるため安全装置等に応用すると安全
性の大幅な向上となる。さらにマイクロコンピユ
ータ等の応用も容易であり、この時には部品点数
が少なくさらに複雑な検知や制御も容易にでき
る。

以上のように数々の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はジルコニアセンサを用いた場合の従来
の検知回路例を示す回路図、第２図は本発明の一
実施例を示すシステム図、第３図は同主要部の具
体回路図、第４図はジルコニアセンサの温度と内
部抵抗の関係を示す特性図、第５図はジルコニア
センサの空燃比と起電力の関係を示す特性図、第
６図は他の実施例を示す回路図である。 １……燃焼状態検知センサ（ジルコニアセン
サ）、２……直列抵抗、３……電源回路、４……
スイツチ回路、５……発振部、６……検知回路
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バーナの燃焼火炎の燃焼状態を検知して起電
   力を発生するジルコニアを用いた酸素濃淡電池型
   の燃焼状態検知センサと、前記燃焼状態検知セン
   サに直列に接続された直列抵抗と、前記燃焼状態
   検知センサに前記直列抵抗を介して電圧を印加す
   る電源回路と、この電圧の印加をON―OFFする
   スイツチ回路と、前記スイツチ回路を駆動する発
   振部と、前記スイツチ回路のON―OFFの異なる
   ２つの状態において前記燃焼状態検知センサの両
   端の電位を検出して前記バーナの燃焼状態を判定
   する検知回路部とからなる燃焼状態検知装置。