 |
energibesparelse gennem automatisk styring |  |
Fig. 1 Automatisk styring anvendes i denne vandvarmer.
har du nogensinde spekuleret på, hvordan gadelys “ved” at tænde, når det bliver mørkt og slukke i dagslys, eller hvordan en automatisk dør “ved” at åbne for dig, når du går tæt på og lukker, efter at du er gået? Har du tænkt på, hvordan et klimaanlæg “ved”, når et rum er køligt nok og slukker for kompressoren, eller hvordan en vandvarmer “ved” at slukke for sig selv for at forhindre, at vandet koges væk? Alle disse og mange flere er vidundere ved automatisk kontrol. Som du vil se i dette modul, er automatiske kontroller ikke kun praktiske, men sparer også energi. Lad os se nærmere på.
gadebelysning
gadebelysning er designet til at tænde automatisk, når det er mørkt, og slukke, når der er lys for at spare energi. Hvordan mærker gadelys mørket og dagslyset? En almindelig anvendt enhed kaldes en lysafhængig modstand (LDR). Det er en modstand med modstand, der ændrer sig i henhold til mængden af lys, der falder på den. Når LDR er i mørke, er dens modstand meget stor, typisk i området m
. Når det er under stærkt lys, er dets modstand i området k. Et kredsløb, der gør brug af denne ændring i modstand ved forskellige lysforhold, er i stand til at tænde og slukke lysene automatisk i henholdsvis nat og dag. LDR til gadebelysning skal placeres på en sådan måde, at andre lyskilder ikke skinner på LDR. En tidsforsinkelse i koblingskredsløbet er også nødvendig, så korte perioder med mørke (f.eks. når en fugl flyver over LDR i løbet af dagen) eller korte perioder med lysstyrke (f. eks.
 |
 |
| Fig. 2 gadelygter har en lysfølsom kontrol, der giver dem mulighed for at tænde automatisk om natten. | Fig. 3 lysafhængig modstand bruges i mange automatiske styrekredsløb. |
vandvarmere, ovne, køleskabe, klimaanlæg
der er mange apparater, såsom vandvarmere, Køleskabe og klimaanlæg, der er designet til at tænde eller slukke automatisk, når en forudindstillet temperatur er nået. Dette undgår at køre apparaterne kontinuerligt og forbruge overdreven elektricitet.
nogle automatiske styreenheder fungerer ved at registrere temperaturændringen og bryde eller fuldføre et kredsløb i overensstemmelse hermed. Disse enheder bruges ofte i elektriske apparater som vist i de følgende afsnit:
bimetalliske strimler
princippet bag en bimetallisk strimmel er, at forskellige metaller udvides i forskellige omfang med temperaturændringer. Ved at kombinere to forskellige metaller oven på hinanden i en strimmel dannes en bimetallisk strimmel. Da de to metaller udvides eller sammentrækkes forskelligt under den samme temperaturændring, bøjes strimlen. Det kan derefter bruges til at tænde eller slukke for et kredsløb ved bestemte temperaturer. Bimetalliske strimler findes ofte i ovne. Den typiske struktur af denne type kontrol er vist i Fig. 5.
 |
 |
| Fig. 4 en typisk bimetallisk strimmel | Fig. 5 strukturen af en bimetallisk strimmel |
anordningen vist i Fig. 5 er typisk for dem, der anvendes i ovne. Det øverste metal (blå) udvides mere, når det opvarmes og sammentrækkes mere, når det afkøles end det nederste metal. Således, når temperaturen inde i ovnen falder under et bestemt punkt, bøjer den bimetalliske strimmel opad nok til at fuldføre kredsløbet og tænde varmeelementet. I køleskab anvendes omvendt opsætning. Når temperaturen inde i køleskabet stiger, bøjer den bimetalliske strimmel sig for at tænde kompressoren, der starter kølecyklussen.
Termistorer
Fig. 6 en termistor har en temperaturafhængig modstand.
en termistor ændrer sin modstand i henhold til temperaturen. I modsætning til metal falder modstanden af en termistor normalt med stigende temperatur. En typisk termistor har en modstand på et par hundrede ohm ved stuetemperatur. Dette falder kontinuerligt til mindre end hundrede ohm ved 100 oC. I en elektronisk styret husholdningsvandskedel for eksempel måler en processor eller et kredsløb termistorens modstand. Når en modstand, der angiver en bestemt temperatur, er nået, tændes eller slukkes varmeelementerne.
Termistorer gør brug af halvledere for at opnå modstandsændringer. Mange termistorer er lavet af en tynd spole af halvledende materiale, såsom et sintret metalfilter. Materialet har den egenskab, at når temperaturen stiger, er flere elektroner i materialet begejstrede og i stand til at bevæge sig rundt til ledning af elektricitet. Da flere ladningsbærere er tilgængelige til ledning, falder materialets modstand med stigende temperatur.
moderne temperaturregulatorer
Fig. 7 Denne temperaturregulator bruger et termoelement til at måle temperaturændringer. Når den målte temperatur (22 oC) nærmer sig en bestemt værdi (42 oC), reduceres den elektriske effekt til stikkontakten automatisk.
moderne temperaturregulatorer bruger termoelementer til at måle den detaljerede temperaturændring af objektet, der overvåges. Termoelementet konverterer temperaturdataene til elektriske signaler. De elektroniske komponenter i controlleren bruger disse oplysninger til at udlede fremtidig temperaturændring og styre effekten til et apparat (f. eks. varmeapparat eller klimaanlæg) i overensstemmelse hermed for at holde objektets temperatur inden for et forudindstillet område. Brugere kan nemt forudindstille temperaturområdet efter deres behov.
de termoelementer, der anvendes i temperaturregulatorer, består generelt af to forskellige metal/legeringstråde, der er fastgjort sammen (f.eks. ved svejsning) i den ene ende. Den vedhæftede ende er til måling af temperatur og kaldes det varme kryds. Den anden ende af termoelementet er forbundet til en spændingsmåleenhed og kaldes det kolde kryds. Når temperaturen på de to kryds er forskellig, vises en potentiel forskel mellem de to forskellige materialer. Den potentielle forskel er omtrent proportional med temperaturforskellen mellem de to kryds. Dette fænomen kaldes Seebeck-effekt. Termoelementer er generelt meget holdbare, kan placeres i trange rum og kan måle høje temperaturer, hvilket gør dem meget alsidige termometre.
bevægelsessensorer til lys og rulletrapper
infrarøde bevægelsessensorer til lysstyring
infrarøde bevægelsessensorer bruges ofte til at tænde lys automatisk, når tilstedeværelsen af mennesker registreres. Dette sparer energi, mens det stadig giver tilstrækkelig belysning, når det er nødvendigt. Denne kontrol er især nyttig til korridorer eller rum, der ikke ofte bruges.
Passive bevægelsessensorer anvendes normalt. “Passiv” betyder her, at de er følsomme over for den infrarøde stråling, der udsendes af de objekter, der detekteres (f. eks. kroppen), men de har ikke en aktiv kilde til at udsende nogen infrarød stråling.
 |
 |
| Fig. 8 infrarøde bevægelsessensorer bruges til at styre belysningen i korridorerne. | Fig. 9 den interne struktur af den infrarøde bevægelsesføler. |
Hvad er strukturen af disse infrarøde bevægelsessensorer, og hvordan fungerer de? Se på fotografiet af den infrarøde bevægelsesføler. Den buede overflade foran er en speciel slags linse kaldet en Fresnel-linse, der fokuserer infrarød stråling på den infrarøde detekteringsenhed,en pyroelektrisk sensor, indeni. Fresnel-objektivet er lavet af et materiale, der er gennemsigtigt for infrarød stråling, især rækkevidden af infrarød stråling, der udsendes af den menneskelige krop, men ikke synligt lys.
de pyroelektriske sensorer består af et pyroelektrisk materiale, der producerer spænding, når der er en temperaturændring. Når en person går forbi, er der for eksempel en ændring i mængden af infrarød stråling, der når de pyroelektriske sensorer, hvilket igen udløser en temperaturændring og producerer en spænding . Den genererede spænding kan derefter bruges til lysstyring.
bevægelsessensor til rulletrapper
Fig. 10 infrarøde bevægelsessensorer bruges til at styre rulletrapper for at spare energi i ikke-spidsbelastningstider.
til styring af rulletrapper anvendes aktive type infrarøde bevægelsessensorer, der udsender en stråle af infrarød stråling over indgangen til rulletrapperne. Normalt er både kilden til den infrarøde stråle (kaldet senderen) og den infrarøde detektor på samme side, mens en reflektor er på den modsatte side. Når en person træder mellem senderen og reflektoren, afbrydes den infrarøde stråle, og rulletrappen tændes. Når strålebanen gendannes i et bestemt tidsrum, er rulletrappen slukket, og dermed spares energi uden at påvirke tjenesten.
følgende animation viser dig driften af nogle automatiske kontroller.
vi har introduceret flere slags automatiske styringsenheder og materialer. Klik nu på følgende aktivitet for at eksperimentere med disse enheder.