title: Entwicklung eines Verfahrens zur Kalibrierung der Ionisationsstrommessung in Gas-Brennwertgeräten
title: Development of a method for calibration of the ionization current measurement in gas condensing boilers
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Sonnenschein, Julian
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2023

description: In vielen modernen Gas-Brennwertgeräten wird die Qualität der Verbrennung über eine Messung des Ionisationsstroms geregelt. Dazu wird an eine Elektrode innerhalb der Flamme eine elektrische Spannung angelegt. Der resultierende Strom wird als Messsignal für die Luftzahl verwendet. Die Elektrode unterliegt Alterungseffekten, weswegen die Strommessung in regelmäßigen Abständen kalibriert werden muss. Aktuelle Verfahren zur Kalibrierung haben verschiedene Nachteile, wie eine erhöhte Emission oder einen verringerten Komfort, beziehungsweise eine verringerte Funktionalität während der Kalibrierung. Diese Nachteile entstehen dadurch, dass der normale Betriebspunkt des Gas-Brennwertgeräts für die Kalibrierung verlassen werden muss und eine kleinere Luftzahl eingestellt wird.In dieser Dissertation wird ein neues Kalibrierverfahren vorgestellt, welches auf den elektrischen Eigenschaften von Kohlenwasserstoff-Flammen basiert. Dazu werden an die Elektrode zwei verschiedene elektrische Spannungen angelegt. Aus der Differenz der Messungen mit den beiden Spannungen kann ein neues Signal gewonnen werden, welches unabhängig von der Alterung der Elektrode ist. Mithilfe dieses neuen Signals kann die Regelung des Geräts kalibriert werden. Das neue Kalibrierverfahren wird anhand eines neu entworfenen Hammerstein-Modells des Ionisationsstroms simulativ entwickelt und anschließend an einem realen Prototyp im Labor implementiert. Durch Vergleichsmessungen mit dem aktuell eingesetzten Kalibrierverfahren werden die Vorteile des neuen Verfahrens deutlich. Dieses korrigiert die Luftzahl schneller sowie genauer und nimmt während der Kalibrierung keinen Einfluss auf den Betriebspunkt des Gas-Brennwertgeräts. Dadurch werden bei der Kalibrierung weder die Emissionen erhöht, noch wird der Komfort für Kundinnen und Kunden eingeschränkt.
description: In many modern gas condensing boilers, the quality of combustion is regulated by measuring the ionization current. For this purpose, an electrical voltage is applied to an electrode within the flame. The resulting current is used as a measurement signal for the gas air ratio. The electrode is subject to ageing effects, so the measurement must be calibrated at regular intervals. Current calibration methods have various disadvantages, such as increased emissions or reduced comfort and functionality during calibration. These disadvantages arise from the fact that the normal operating point of the gas condensing boiler must be left for calibration and a lower gas air ratio is set.This dissertation presents a new calibration method based on the electrical properties of hydrocarbon flames. For this purpose, two different electrical voltages are applied to the electrode. A new signal can be obtained from the difference between the measurements with the two voltages. This signal is independent of the ageing of the electrode. This allows the control of the device to be calibrated. The new calibration procedure is developed in a simulation using a newly designed Hammerstein model of the ionization current and is then implemented on a real prototype in the laboratory. Comparative measurements with the calibration method currently in use clearly show the advantages of the new method. It adjusts the gas air ratio faster, more accurately and does not influence the operating point of the gas condensing boiler during calibration. As a result, emissions are not increased during calibration, nor is customer comfort restricted.