用于重新调校以调节加热器中的燃气-空气混合物的测量系统的方法和装置与流程

[0001]
本发明涉及的是对用于加热器(特别是用于加热水或加热建筑物的加热器中的燃烧室)中的燃烧过程的燃气-空气混合物加以调节的领域。为了测量燃烧质量(该质量主要取决于燃烧期间空气与燃气的比率(λ值，也称为空燃比)，特别是在许多加热器中，在火焰区域中进行电离测量。这样的测量应该能够在长时间内实现稳定调节，因此需要的是，识别测量系统中的缓慢变化并进行重新调校。


背景技术：

[0002]
根据现有技术，通过电离电极确定火焰区域中电离的实际值，该值与当前存在的λ值成正比，因此可以从电离测量中得出当前存在的λ值。因此可以通过调校来测量λ值，并通过调节循环将其调节到额定值。在此，对电离电极加载交流电压，其中，在火焰存在的情况下电离的火焰区域具有整流效果，使得电离信号主要分别仅在交流电流的半波期间流动。电流和由此得到的正比的电压信号(在后面称电离信号)得到测量并且必要时在模数转换器中的数字化之后被作为电离信号继续处理。在此，空气和/或燃气的输送通过合适的调整件进行更改，直到达到所需的λ额定值。通常，力求的是λ值＞1(1对应于化学计量比)，例如λ＝1.3，以确保提供足够的空气以进行清洁燃烧，基本上不会产生一氧化碳。但在此，λ必须保持很小，以确保稳定的燃烧。该调节尤其可以通过用于供应燃气的阀和/或用于提供周围空气的鼓风机进行。
[0003]
例如，从ep 0 770 824 b1和ep 2 466 204 b1中获悉了这种加热器、用于电离测量的测量系统的基本结构及其调节用途。在此还描述了，由于各种影响，尤其是基于对电离电极状态或形状的影响，调节精度会随时间变化。给出了各种所需的重新调校的方法，但是它们都需要相对较高的费用和/或首先可能具有的缺点是，在重新调校期间，加热器必须暂时以1或更低的λ值运行，这也是可能会导致临时生成不希望出现的一氧化碳。此外，在该区域中出现非常高的火焰温度，这可能在调校时额外地损伤电离电极。
[0004]
从ep 2 014 985 b1中已知一种调节方案，该调节方案可以在不使燃烧趋于接近λ＝1的范围内的情况下进行操作和调校，从而即使在调校期间也几乎不产生一氧化碳。但是，并非总是能够保持最佳的λ值。


技术实现要素：

[0005]
在此，本发明的目的在于，实现一种用于快速的、以很小的额外设备耗费就能执行的、用于重新调校现有调节方案或对该调节方案所基于的调校曲线进行校正的方法。
[0006]
根据独立权利要求的方法、装置和计算机程序产品用于实现上述目的。在相应的从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案和改进方案。说明书特别是结合附图说明了本发明并规定了另外的实施例。
[0007]
根据本发明的方法用于重新调校用于测量利用助燃空气和燃气运行的加热器的
火焰区域中第一电离信号的第一测量系统的调校数据，该第一测量系统测量电离信号，该电离信号从通过火焰区域从电离电极流向配对电极的第一离子电流中导出，并借助调校数据在加热器中燃烧时确定和调节助燃空气与燃气的比率(λ)，至少根据可预给定的标准或以预给定的时间间隔对第一测量系统进行重新调校，并且通过加热器中用于点火的点火电极进行重新调校，点火电极被操作以产生第二电离信号。在有些加热器中，第二电离信号本来就被测量，用以确定和监控火焰的存在性。
[0008]
与已知的作为火焰监视器的功能无关地，这种第二电离电流在运行中也用于其他目的，特别是用于对原来的调节方案的调校数据进行重新调校。这实现了，随时借助与第二电离信号的比较来执行对第一电离信号的修正，必要时还添加针对两个电离信号及其随时间的改变的(已经被存储的)经验值来执行上述过程。
[0009]
在优选的实施方式中，点火电极在第二测量系统中被操作用于测量第二电离信号。以这种方式，不仅可以检测和校正电离电极本身的变化，而且还可以检测和校正其电子变化，尤其是长期漂移。通常也用于监控火焰的第二测量系统根据如下原理工作。
[0010]
在点火电极与接地之间，以高输出阻抗加载来自电压源的不含直流电压分量的交流电压。通过在火焰燃烧时火焰等离子体的整流效应，电离电流在交流电压的每个正的半波期间朝向接地流出。每个正的半波的电压幅值由于电压源的高输出阻抗而降低，同时，负的半波保持不变。由此，交流电压表现出负的直流电压分量。负的直流电压分量的幅值作为平均值借助放大器电路转换成电压信号，该电压信号基于其特征曲线，在燃气输送保持不变而空气输送增加的情况下，针对这里介绍的目的而能够被用作第二电离信号。典型地，所述信号借助模数转换器(例如以0至1023之间的数值)被数字化，使得所述信号在微型处理器中能够得到继续处理。
[0011]
所述信号的特征曲线基于多种效应的组合而获得。一方面，当燃烧以燃气与助燃空气之间的化学计量比率进行时，火焰区域的电离最强烈，另一方面当燃气速度升高时(单位时间的燃气量更大)，火焰远离燃气排出开口(所述排出开口以电子的形式在系统中形成接地)，这降低了离子电流。有时，火焰和点火电极的温度也对于上述整流效果起到作用。由此，获得了具有可良好再现的最小值的曲线，该最小值处在针对持续运行典型的λ值的附近。
[0012]
在优选的实施方式中，加热器中的燃烧进入可由第一测量系统预给定的至少一个恒定燃烧状态，然后在保持或有针对性地改变该状态下，测量第二测量系统的第二电离信号。这样，对于同一状态获得了两个可以相互比较的测量值。如果第二电离信号被视为更可靠，则根据第一电离信号计算出的测量值针对将来的测量可以提供相应的校正。但是，至少可以确定这两个测量值的偏差，并可以从中得出措施。
[0013]
特别有利的是，第一测量系统使燃烧相继地进入几个不同的恒定状态并且在这些状态中的每个状态下接通第二测量系统，在该状态下和/或当该状态改变时测量第二电离信号，并确定与第一电离信号的可能偏差。于是，能够以依赖于状态的数量和距离(所谓的支撑部位)的适当精度来检查空燃比与第一电离信号之间的关系曲线，即第一测量系统的调校曲线，并在必要时完全校正。
[0014]
在优选实施例中，不同的恒定状态是加热器的不同的负载水平，其借助燃气阀的不同的恒定设置由风机的不同的恒定速度和/或每单位时间供应的燃气的不同的恒定的量
来确定。
[0015]
结合不同的负载水平，能够以这种方式对第一测量系统的整个特征场进行重新调校，在第一和第二测量系统中存储有在不同负载条件下电离信号同助燃空气与燃气比例的关系的调校数据并且在每次重新调校时，都在两个测量系统确定的测量值之间进行比较，如果存在偏差，则对第一测量系统以第二测量系统的数据进行重新调校。
[0016]
此外，提出一种装置，特别是为执行此处介绍的方法而设置的装置，该装置具有加热器，该加热器具有空气输送部和燃气输送部，该空气输送部和燃气输送部由调节单元调节；以及具有第一测量系统，其包括电离电极、配对电极、第一交流电压源和用于确定第一电离信号的第一计算电子装置，该第一电离信号可以被提供给调节单元，其中，存在用于测量第二电离信号的第二测量系统，该第二电离信号可以在用于点火的点火电极和来自第二测量系统的配对电极之间产生，并且第一和第二系统分别被配置用于确定λ值。
[0017]
第二测量系统优选地独立于第一测量系统而构造，即，除了配对电极之外，与其没有共同的部分。至少在一定限度内，这还允许识别和校正第一测量系统的电子装置中的错误。
[0018]
然而，特别优选的是，第二测量系统以与第一测量系统不同的方式构造，即与其具有尽可能少或没有相同的部件。通过使用其他电子组件和/或不同的结构和/或不同的测量原理，甚至系统性缺陷(例如，放大器、电阻器或其他组件的缓慢漂移)也可以被识别和补偿。
[0019]
在优选实施例中，存在比较器，可以将第一和第二测量系统的测量值馈入比较器，并且当发现两个测量值之间的偏差时，使用校正单元来重新调校第一测量系统的调校数据。
[0020]
本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括使所描述的设备执行此处提出的方法的指令。现代加热器通常包括电子控制器，该电子控制器包含至少一个可由这种计算机程序产品控制的可编程的微处理器。
附图说明
[0021]
本发明的示意性实施例(但不限于此)以及根据本发明的方法的工作原理在这里参考附图详细说明。其中：
[0022]
图1示意性地示出根据本发明的装置；
[0023]
图2示出用于说明在特定空燃比(λ)下第一电离信号随风机转速变化的过程的图表(正常和漂移)；
[0024]
图3示出用于在第二测量系统s2中产生电离信号的示意电路；
[0025]
图4示出用于说明利用第二测量系统s2的测量过程的图表；
[0026]
图5示出用于第一测量系统s1的校正的调校曲线的图表。
具体实施方式
[0027]
图1示意性地示出了这里提出的装置的实施例。在运行期间，在使燃气与空气一起燃烧的加热器1中形成火焰区域2。空气通过空气输送部3和鼓风机5进入燃烧室1。燃气通过燃气输入装置4和燃气阀6混合到空气中。点火电极7在燃烧过程开始时点燃混合物，并且之
后例如用作火焰监控器的部件。火焰区域2中的第一电离信号通过电离电极8进行测量。为此，使用了第一测量系统s1，由第一测量系统对电离电极8加载来自第一交流电压源的交流电压，其中，第一计算电子装置13测量产生的电离信号，并且根据所存储的调校数据(调节曲线)换算为λ值，即空气与燃料的混合比。以该值作为实际值，调节单元17可以调节鼓风机5和/或燃气阀6，使得调整出对于λ的期望目标值。为了确保长期安全运行，必须按一定的间隔地校正调节曲线，例如可以根据加热器1的工作时间和/或其他参数来选择间隔。一方面，这是由于这样的事实，即电离电极8在运行期间例如由于热弯曲和/或表面上增加的氧化层而可能改变。电子器件也可能发生改变。遗憾的是，使用现有设备很难事后而且自动地进行绝对调校，因此，本发明被用于，采用点火电极7产生第二电离信号作为进行重新调校的新方案。为此，第二测量系统s2通过转换单元10投入运行，该转换单元将第二交流电压源12代替点火电子器件连接到点火电极7(只要这不再用于监控火焰)，第二电离信号在第二计算电子装置14中进行测量和评估，第二电离信号也提供λ的实际值。理想情况下，测量系统s1和s2提供的两个实际值都相同或者以自从最后的调校起未曾改变的比例存在，因此第一测量系统s1中的调节曲线可以保持不变。但是，如果在比较器15中发现两个测量值之间的偏差或其比例，则可以通过校正单元16确定校正因子，利用校正单元可以校正调节曲线，以便调节单元17可以借助第一测量系统使用校正后的调节曲线进行进一步调节。假定第二测量系统s2比第一测量系统s1更可靠地进行测量，因此，将s1朝向s2的实际值进行校正。使用经验值和/或从理论上考虑，如果不应用或不立即应用整个计算出的校正的话，则可以通过阻尼值来削弱此校正值。
[0028]
图2在图表中示出第一电离信号(以及类似形式的第二电离信号)如何依赖于风机5的转速。该转速通常在每分钟1000到10000转[rpm]之间。可以将确定的转速用作支撑点i1，i2，...i10，以进行检查和重新调校。上方的曲线a示出了在新的电离电极8中的依赖性，而下方的曲线b示出了对使用过的并且稍微老化(例如，氧化或弯曲)的电离电极8的依赖性。如果电离信号i1换算为在调校曲线a中的λ值时，在电离电极8老化的情况下，获得不正确的实际值，这将导致次优的调节。
[0029]
下面以举例的方式描述根据本发明的用于在第一测量系统中重新调校调节曲线的典型过程，但是本发明不限于该特定过程，这是因为存在使用点火电极7进行重新调校的多种可行方案。在此处选择的实施例中，加热器首先以一定的燃气供应和风机5的相关转速处在正常运行中，其中，借助第一测量系统s1将电离信号i1调节对应该状态作为额定值预给定的数值，例如100μa[microampere]，方式为，对风机的转速和/或燃料输送进行调整。在调校数据(特征场、调节曲线)可用的情况下，这种类型的调节可确保在较大的负载范围内保持所希望的λ值。
[0030]
但是，如果超过一定数量的加热器的运行时长或执行重新启动，或者有其他原因，则可以触发重新调校。在此处描述的实施例中，基于所谓的在x轴(鼓风机转速)上的支撑点i1、i2、...i10校正单一的调节曲线，以使支撑点之间的值i1、i2，...i10可以根据需要通过插值获得。对于1000到10000rpm[转数/分钟]之间的速度范围，例如在适当的时间间隔内最多可以有10个支撑点，以进行足够准确的重新调校，但是当然可以使用更多或更少的支撑点。对于每个支撑点，例如在这里以3000rpm的速度，在适当的时间点、例如在当前正在使用适当大小的负载或在任何情况下都可以将其移除时，进行重新调校。对此，如果满足重新调
校的条件的话，从正常操作中(测量系统s1被用于调节出恒定的λ值，例如λ＝1.3，并且将该值针对相关的转速也根据有效的调校曲线精确调整为实际值)切换到重新调校过程。在这种情况下，燃气供应在整个重新调校期间保持恒定，然后风机转速也保持恒定。然后将第一测量系统s1切换到第二测量系统s2。在重新调校开始时，第二测量系统确定出借助点火电极7来确定的第二电离信号i2。假设由于在测量系统s1中的改变而不再精确地达到所想要的λ值，则可以借助测量系统s2来发现和修正这一点。为此，燃气输送保持不变，而鼓风机转速以限定的方式降低，直到可靠地达到低于所希望的λ值以下的数值为止，而该数值总是明显高于空气与燃气的化学计量比率，因此，在此过程中，几乎不产生一氧化碳，并且也没有过度升高火焰温度(参见图4中的点“1”)。基于上述λ值，提高鼓风机5的转速，直至第二电离信号由于大大升高而检测到火焰远离燃烧器9(参见图4中的点“2”)。从该点出发，鼓风机5的转速再次降低，其中，观察电离信号，以便确定电离信号的(绝对)最小值的精确位置，并且将额定值调节到该最小值或其附近(参见图4中的点“3”)。这时，在该点上检查：鼓风机5的实际存在的转速是否与预期的、例如大约6000rpm的转速一致。
[0031]
就调节技术而言，容易地将边壁中最小值附近的值用作额定值(在这里特别是在朝向多油的混合物的边壁中，也就是在图4中在点“1”和“3”之间)，因为于是在实际值发生(正的或负的)变化时，清楚的是：必须朝向哪个方向进行修正。在各种情况下，可以调整出处在1.4附近的所希望的λ值，而在此过程中不产生一氧化碳。
[0032]
现在，可以将原来的基于调节产生的转速与这样找到的转速进行比较，并且分别在调校曲线的点(支撑部位)上进行修正。这一过程可以在其他负载状态(支撑部位)下在适当的时间同样地执行，使得在那里也能对调校进行相应地修正。
[0033]
为了确定所需的修正，例如观察i2/i1之比。例如，提高鼓风机转速(在提高时，增高空气量，并且降低无意放出一氧化碳的风险)，直到i2/i1的比率增加5个百分点，然后找出以何种风机转速实现提高，起始速度(此处为3000rpm)和最终速度(此处为4000rpm)转换成比例(结果为0.75)，并且可以与先前保存的基准值(例如0.7)进行比较。相对于新测得的比率的基准值提供了一个校正因子(此处为0.7/0.75＝0.93)，必须使用该校正因子校正该支撑点处调校曲线的原始值(100μa)，并由此得出调校曲线的新的重新调校值(93.3μa)。如果不想立即对调校曲线完全进行一次重新调校，则可以设置介于0和1之间的所谓阻尼系数。这样，每次重新调校对调校曲线的影响就相应较小，这意味着也可以减轻重新调校期间任何错误的不利影响，并且只有在多次重新调校的过程中才得出正确的新调校曲线。
[0034]
图3示意地示出电路，如其能够用于测量系统s2中那样。带有高输出电阻18的第二交流电压源12首先提供不带有直流电压分量的、加载到点火电极7和配对电极9(接地)的交流电压。当在点火电极与配对电极(这里作为替代线路图示出)之间出现火焰时，基于火焰的整流效果(在替代线路图中作为二极管示出)，电压仅在半波中降低，使得在第二计算电子装置14(放大器和转换器)的输入端上，加载带有负的直流电压分量的交流电压，该交流电压在计算电子装置14中转换成第二电离信号，并且在模数转换器20中被转换，然后能够得到继续处理。
[0035]
图4定性地示出了在使用第二测量系统s2的重新调校过程中发生的情况。在所示的图中，在恒定的燃气输送的情况下，y轴上的第二电离信号i2(呈例如0至1023之间的数字的数字化形式)相对于x轴上的鼓风机转速绘制。所产生的特征图表示出几乎恒定的起始区
域，降低到最小值(点“3”)以及接着升高。经验值已经显示：最小值大致为1.3至1.4之间的通常所希望的λ值，恒定的区域在左边例如在点“1”上更加远离λ＝1。在例如点“2”的升高段中，随着空气输送升高而可能变得不稳的火焰开始脱离。但是，在点“1”和“2”之间，可以改变空气输送，而不产生一氧化碳或者不稳定性，以便在点“3”上找到最小值并且用于重新调校。替代鼓风机转速，可以基于所介绍的关系将λ值用作x轴上的单位。
[0036]
图5示出了在3000rpm的鼓风机转速下对支撑点的重新调校的结果。在此支撑点上进行重新调校意味着，用100μa的电离信号不再能达到所希望的恒定λ值1.3，而用93.3μa的电离信号就已经实现该λ值。重新调校后，此值是该点上的新额定值，并对鼓风机转速附近的值进行了相应的调整。当在几个支撑点上进行重新调校时，会针对所希望的λ值生成一条新的调校曲线，该曲线考虑了图2所示测量系统s1的漂移。
[0037]
本发明实现了，仅通过使用附加的电子器件来对现有的常规调节系统进行可靠的重新调校而无需改变加热器本身，方式为：将点火电极用于在火焰区域中产生第二电离信号，利用第二电离信号可以对现有调节系统可能发生的长期漂移按预给定的间隔进行校正。第二电离信号本来在很多应用情形下被用于监控火焰，因此仅需要很少的额外部件，用以对常见的调节系统进行重新调校，特别是用于对长期漂移进行修正。
[0038]
附图标记列表
[0039]
1 加热器
[0040]
2 火焰区域
[0041]
3 空气输送部
[0042]
4 燃气输送部
[0043]
5 鼓风机
[0044]
6 燃气阀
[0045]
7 点火电极
[0046]
8 电离电极
[0047]
9 配对电极
[0048]
10 转换单元
[0049]
11 第一交流电压源
[0050]
12 第二交流电压源
[0051]
13 第一计算电子装置
[0052]
14 第二计算电子装置
[0053]
15 比较器
[0054]
16 校正单元
[0055]
17 调节单元
[0056]
18 输出电阻
[0057]
19 火焰的替代线路图
[0058]
20 模数转换器
[0059]
s1 第一测量系统
[0060]
s2 第二测量系统
[0061]
i1 第一电离信号
[0062]
i2 第二电离信号
[0063]
a 新电离电极的调校曲线
[0064]
b 使用过的电离电极的调校曲线

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除