 |
Úspora energie díky automatickému řízení |  |
obr. 1 v tomto ohřívači vody se používá automatické řízení.
Přemýšleli jste někdy o tom, jak pouliční světla „vědí“, jak se zapínají, když se stmívá a vypínají během denního světla, nebo jak automatické dveře „ví“, že se vám otevřou, když jdete blízko a zavřete poté, co jste prošli? Přemýšleli jste o tom, jak klimatizace „ví“, když je místnost dostatečně chladná a vypne kompresor, nebo jak ohřívač vody „ví“, aby se sám vypnul, aby se zabránilo odvaření vody? Všechny tyto a mnoho dalších jsou zázraky automatického řízení. Jak uvidíte v tomto modulu, automatické ovládání je nejen pohodlné, ale také šetří energii. Podívejme se blíže.
pouliční osvětlení
pouliční osvětlení je navrženo tak, aby se automaticky zapínalo, když je tma, a vypínalo se, když je světlo, aby se šetřila energie. Jak pouliční světla vnímají temnotu a denní světlo? Běžné použité zařízení se nazývá rezistor závislý na světle (LDR). Jedná se o odpor s odporem, který se mění podle množství světla, které na něj dopadá. Když je LDR ve tmě, jeho odpor je velmi velký, obvykle v rozsahu M
. Když je pod jasným světlem, jeho odpor je v rozsahu k. Obvod, který využívá tuto změnu odporu za různých světelných podmínek, je schopen automaticky zapínat a vypínat světla během noční a denní doby. LDR pro pouliční osvětlení musí být umístěna tak, aby na LDR nesvítily jiné světelné zdroje. Časové zpoždění spínacího obvodu je také nezbytné, aby krátké období tmy (např. když pták letí přes LDR během dne) nebo krátké období jasu (např. když světlomety automobilu svítí na LDR během noci) nezapínaly nebo nevypínaly světla.
 |
 |
| obr. 2 pouliční osvětlení mají ovládání citlivé na světlo, které jim umožňuje automatické zapnutí v noci. | obr. 3 odpor závislý na světle se používá v mnoha automatických řídicích obvodech. |
ohřívače vody, trouby, ledničky, klimatizace
existuje mnoho spotřebičů, jako jsou ohřívače vody, chladničky a klimatizace, které jsou navrženy tak, aby se automaticky zapínaly nebo vypínaly po dosažení přednastavené teploty. Tím se zabrání nepřetržitému chodu spotřebičů a spotřebě nadměrné elektřiny.
některá automatická řídicí zařízení pracují tak, že snímají změnu teploty a přerušují nebo odpovídajícím způsobem dokončují obvod. Tato zařízení se běžně používají v elektrických spotřebičích, jak je ukázáno v následujících částech:
bimetalové pásy
princip bimetalového pásu spočívá v tom, že různé kovy expandují do různých rozsahů se změnami teploty. Spojením dvou různých kovů jeden na druhého do pásu se vytvoří bimetalický pás. Jak se oba kovy roztahují nebo kontrahují odlišně při stejné změně teploty, pás se ohýbá. Poté může být použit k zapnutí nebo vypnutí obvodu při určitých teplotách. Bimetalové pásy se často nacházejí v pecích. Typická struktura tohoto typu řízení je znázorněna na obr. 5.
 |
 |
| obr. 4 typický bimetalový pás | obr. 5 struktura bimetalového pásu |
zařízení znázorněné na obr. 5 je typický pro ty, které se používají v pecích. Horní kov (modrý) se při zahřátí rozpíná více a při ochlazení se smršťuje více než spodní kov. Když tedy teplota uvnitř trouby klesne pod určitý bod, bimetalický pás se ohne dostatečně nahoru, aby dokončil okruh a zapnul topný článek. V chladničce se používá zpětné nastavení. Když teplota uvnitř chladničky stoupne, bimetalový pás se ohne, aby zapnul kompresor, který spustí chladicí cyklus.
Termistory
Obr. 6 termistor má odpor závislý na teplotě.
termistor mění svůj odpor podle teploty. Na rozdíl od kovu se odpor termistoru obvykle snižuje se zvyšující se teplotou. Typický termistor má odpor několik set ohmů při pokojové teplotě. To neustále klesá na méně než sto ohmů při 100 oC. Například u elektronicky řízeného kotle na domácí vodu měří procesor nebo obvod odpor termistoru. Když je dosaženo odporu indikujícího určitou teplotu, topné články se zapnou nebo vypnou.
termistory využívají polovodiče k dosažení změn odporu. Mnoho termistorů je vyrobeno z tenké cívky polovodivého materiálu, jako je slinutý oxid kovu. Materiál má tu vlastnost, že se zvyšující se teplotou je více elektronů v materiálu vzrušeno a schopno se pohybovat pro vedení elektřiny. Vzhledem k tomu, že pro vedení je k dispozici více nosičů náboje, odpor materiálu se s rostoucí teplotou snižuje.
moderní regulátory teploty
obr. 7 tento regulátor teploty používá termočlánek k měření teplotních změn. Když se naměřená teplota (22 oC) přiblíží k určité hodnotě (42 oC), automaticky se sníží elektrický výkon do zásuvky.
moderní regulátory teploty využívají termočlánky k měření podrobné změny teploty sledovaného objektu. Termočlánek převádí data teploty na elektrické signály. Elektronické součástky v regulátoru používají tyto informace k odvození budoucích změn teploty a řízení výkonu spotřebiče (např. topení nebo klimatizace), aby se teplota objektu udržovala v přednastaveném rozsahu. Uživatelé mohou snadno nastavit teplotní rozsah podle svých potřeb.
termočlánky používané v regulátorech teploty se obecně skládají ze dvou odlišných kovových / slitinových drátů spojených dohromady (např. svařováním) na jednom konci. Připojený konec slouží k měření teploty a nazývá se horká křižovatka. Druhý konec termočlánku je připojen k zařízení pro měření napětí a nazývá se studený spoj. Když je teplota obou spojů odlišná, objeví se potenciální rozdíl mezi dvěma odlišnými materiály. Potenciální rozdíl je přibližně úměrný teplotnímu rozdílu mezi oběma křižovatkami. Tento jev se nazývá Seebeckův efekt. Termočlánky jsou obecně velmi odolné, mohou být umístěny v těsných prostorech a mohou měřit vysoké teploty, což z nich činí velmi univerzální teploměry.
pohybové senzory pro světla a eskalátory
infračervené pohybové senzory pro ovládání osvětlení
infračervené pohybové senzory se běžně používají k automatickému zapnutí světel, když je detekována přítomnost lidí. To šetří energii a v případě potřeby poskytuje dostatečné osvětlení. Toto ovládání je zvláště užitečné pro chodby nebo místnosti, které se často nepoužívají.
pasivní snímače pohybu se obvykle používají. „Pasivní“ zde znamená, že jsou citlivé na infračervené záření emitované detekovanými objekty (např. lidské tělo), ale nemají aktivní zdroj, který by emitoval infračervené záření.
 |
 |
| obr. 8 infračervené senzory pohybu se používají k ovládání osvětlení v chodbách. | obr. 9 Vnitřní struktura infračerveného snímače pohybu. |
jaká je struktura těchto infračervených pohybových senzorů a jak fungují? Podívejte se na fotografii infračerveného snímače pohybu. Zakřivený povrch vpředu je speciální druh čočky zvané Fresnelova čočka, která zaměřuje infračervené záření na infračervené detekční zařízení, pyroelektrický senzor,uvnitř. Fresnelova čočka je vyrobena z materiálu průhledného pro infračervené záření, zejména z rozsahu infračerveného záření vyzařovaného lidským tělem, ale nikoli viditelného světla.
pyroelektrické senzory jsou tvořeny pyroelektrickým materiálem, který vytváří napětí při změně teploty. Když člověk chodí, například, dochází ke změně množství infračerveného záření, které dosáhne pyroelektrických senzorů, což zase spouští změnu teploty a vytváří napětí . Generované napětí pak může být použito pro řízení osvětlení.
snímač pohybu eskalátorů
obr. K ovládání eskalátorů se používá 10 infračervených pohybových senzorů, které šetří energii v době mimo špičku.
pro ovládání eskalátorů se používají infračervené snímače pohybu aktivního typu, které emitují paprsek infračerveného záření přes vchod eskalátorů. Obvykle je zdroj infračerveného paprsku (nazývaný vysílač) i infračervený detektor na stejné straně, zatímco reflektor je na opačné straně. Když osoba vstoupí mezi vysílač a reflektor, infračervený paprsek se přeruší a eskalátor se zapne. Když je cesta paprsku obnovena po určitou dobu, eskalátor se vypne a tím se ušetří energie bez ovlivnění provozu.
následující animace ukazuje činnost některých automatických ovládacích prvků.
zavedli jsme několik druhů automatických řídicích zařízení a materiálů. Nyní klikněte na následující aktivitu a experimentujte s těmito zařízeními.