 |
energiebesparing door automatische controle |  |
Fig. 1 automatische regeling wordt gebruikt in deze boiler.
heeft u zich ooit afgevraagd hoe straatverlichting “Weet” om aan te gaan als het donker wordt en uit te schakelen tijdens daglicht, of hoe een automatische deur “Weet” om voor u te openen wanneer u dichtbij en dicht loopt nadat u bent gepasseerd? Heb je eraan gedacht hoe een airconditioner “weet” wanneer een kamer koel genoeg is en de compressor uitschakelt, of hoe een boiler “Weet” om zichzelf uit te schakelen om te voorkomen dat het water wordt weggekookt? Dit alles en nog veel meer zijn de wonderen van automatische controle. Zoals u zult zien in deze module, automatische controles zijn niet alleen handig, maar ook energie besparen. Laten we eens beter kijken.
straatverlichting
straatverlichting is ontworpen om automatisch in te schakelen wanneer het donker is en uit te schakelen wanneer er licht is om energie te besparen. Hoe voelen straatverlichting de duisternis en het daglicht? Een veelgebruikt apparaat wordt een lichtafhankelijke weerstand (LDR) genoemd. Het is een weerstand met weerstand die verandert afhankelijk van de hoeveelheid licht die erop valt. Wanneer de LDR in het donker is, is de weerstand zeer groot, meestal in het bereik m
. Bij fel licht ligt de weerstand in het bereik k. Een circuit dat gebruik maakt van deze verandering in weerstand bij verschillende lichtomstandigheden is in staat om de lichten automatisch in-en uitschakelen tijdens respectievelijk nacht en dag tijd. De LDR voor straatverlichting moet zodanig worden geplaatst dat andere lichtbronnen niet op de LDR schijnen. Een tijdsvertraging in het schakelcircuit is ook noodzakelijk, zodat korte perioden van duisternis (bijvoorbeeld wanneer een vogel overdag over de LDR vliegt) of korte perioden van helderheid (bijvoorbeeld wanneer de koplampen van een auto ‘ s ‘ s nachts op de LDR schijnen) de lichten niet in-of uitschakelen.
 |
 |
| Fig. 2 straatlantaarns hebben een lichtgevoelige bediening waarmee ze ‘ s nachts automatisch kunnen worden ingeschakeld. | Fig. 3 lichtafhankelijke weerstand wordt gebruikt in veel automatische regelcircuits. |
waterverwarmingstoestellen, ovens, koelkasten, airconditioners
er zijn veel toestellen, zoals waterverwarmingstoestellen, Koelkasten en airconditioners, die ontworpen zijn om automatisch in of uit te schakelen zodra een vooraf ingestelde temperatuur is bereikt. Dit voorkomt dat de apparaten continu draaien en overmatig elektriciteit verbruiken.
sommige automatische regelapparaten werken door de temperatuurverandering te detecteren en een circuit dienovereenkomstig te breken of te voltooien. Deze apparaten worden vaak gebruikt in elektrische apparaten zoals aangetoond in de volgende secties:
Bimetaalstrips
het principe achter een bimetaalstrip is dat verschillende metalen in verschillende mate uitzetten bij temperatuurveranderingen. Door twee verschillende metalen op elkaar te combineren tot een strook, wordt een bimetaalstrook gevormd. Als de twee metalen uit te breiden of samentrekken anders onder dezelfde temperatuurverandering, de strip buigt. Het kan dan worden gebruikt om een circuit aan of uit te schakelen bij bepaalde temperaturen. Bimetaal strips worden vaak gevonden in ovens. De typische structuur van dit type controle is weergegeven in Fig. 5.
 |
 |
| Fig. 4 een typische bimetaalstrook | Fig. 5 de structuur van een bimetaal strip |
het apparaat afgebeeld in Fig. 5 is typisch voor die gebruikt in ovens. Het bovenste metaal (blauw) zet meer uit bij verhitting en krimpt meer bij afkoeling dan het onderste metaal. Dus, wanneer de temperatuur in de oven daalt tot onder een bepaald punt, de bimetaal strip buigt omhoog genoeg om het circuit te voltooien, het inschakelen van het verwarmingselement. In een koelkast wordt de omgekeerde opstelling gebruikt. Wanneer de temperatuur in de koelkast stijgt, buigt de bimetaalstrook om de compressor in te schakelen die de koelcyclus start.
Thermistoren
Fig. 6 een thermistor heeft een temperatuurafhankelijke weerstand.
een thermistor verandert zijn weerstand al naar gelang de temperatuur. In tegenstelling tot metaal neemt de weerstand van een thermistor meestal af met toenemende temperatuur. Een typische thermistor heeft een weerstand van een paar honderd ohm bij kamertemperatuur. Dit daalt voortdurend tot minder dan honderd ohm bij 100 oC. In een elektronisch gestuurde waterboiler bijvoorbeeld meet een processor of circuit de weerstand van de thermistor. Bij het bereiken van een weerstand die een bepaalde temperatuur aangeeft, worden de verwarmingselementen in-of uitgeschakeld.
Thermistoren maken gebruik van halfgeleiders om de weerstandsveranderingen te bereiken. Veel thermistoren zijn gemaakt van een dunne spoel van halfgeleidend materiaal zoals een gesinterd metaaloxide. Het materiaal heeft de eigenschap dat, naarmate de temperatuur stijgt, meer elektronen in het materiaal worden opgewekt en kunnen bewegen voor de geleiding van elektriciteit. Naarmate er meer ladingsdragers beschikbaar zijn voor geleiding, neemt de weerstand van het materiaal af met toenemende temperatuur.
moderne temperatuurregelaars
Fig. 7 Deze Temperatuurregelaar gebruikt een thermokoppel om temperatuurveranderingen te meten. Wanneer de gemeten temperatuur (22 oC) een bepaalde waarde (42 oC) nadert, wordt het elektrisch vermogen naar het stopcontact automatisch verminderd.
moderne temperatuurregelaars maken gebruik van thermokoppels om de gedetailleerde temperatuurverandering van het te bewaken object te meten. Het thermokoppel zet de temperatuurgegevens om in elektrische signalen. De elektronische componenten in de regelaar gebruiken deze informatie om toekomstige temperatuurveranderingen af te leiden en het vermogen van een apparaat te regelen (bijv. verwarming of airconditioner) dienovereenkomstig om de temperatuur van het object binnen een vooraf ingesteld bereik te houden. Gebruikers kunnen het temperatuurbereik gemakkelijk vooraf instellen volgens hun behoeften.
de thermokoppels die in temperatuurregelaars worden gebruikt, bestaan over het algemeen uit twee ongelijke metaal/legeringsdraden die aan één uiteinde aan elkaar zijn bevestigd (bijvoorbeeld door lassen). Het bijgevoegde uiteinde is voor het meten van de temperatuur en wordt de hete kruising genoemd. Het andere uiteinde van het thermokoppel is aangesloten op een spanningsmeetapparaat en wordt de koude verbinding genoemd. Wanneer de temperatuur van de twee kruispunten verschillend is, zal er een potentieel verschil tussen de twee ongelijksoortige materialen verschijnen. Het potentiaalverschil is ongeveer evenredig met het temperatuurverschil tussen de twee kruispunten. Dit fenomeen heet Seebeck effect. Thermokoppels zijn over het algemeen zeer duurzaam, kunnen in krappe ruimtes worden geplaatst en kunnen hoge temperaturen meten, waardoor ze zeer veelzijdige thermometers zijn.
bewegingssensoren voor verlichting en roltrappen
Infrarood bewegingssensoren voor lichtregeling
Infrarood bewegingssensoren worden gewoonlijk gebruikt om lichten automatisch aan te zetten wanneer de aanwezigheid van personen wordt gedetecteerd. Dit bespaart energie en zorgt voor voldoende verlichting indien nodig. Deze bediening is vooral handig voor gangen of ruimtes die niet vaak worden gebruikt.
passieve bewegingssensoren worden gewoonlijk gebruikt. “Passief” betekent hier dat ze gevoelig zijn voor de infraroodstraling die wordt uitgezonden door de objecten die worden gedetecteerd (bijv. menselijk lichaam), maar ze hebben geen actieve bron om infrarode straling uit te zenden.
 |
 |
| Fig. 8 infrarood bewegingssensoren worden gebruikt om de verlichting in de gangen te regelen. | Fig. 9 de interne structuur van de infrarood bewegingssensor. |
Wat is de structuur van deze infrarood bewegingssensoren en hoe werken ze? Kijk naar de foto van de infrarood bewegingssensor. Het gebogen oppervlak aan de voorkant is een speciaal soort lens genaamd een Fresnel lens die infraroodstraling focust op het infrarooddetectieapparaat, een pyro-elektrische sensor,binnen. De Fresnel-lens is gemaakt van een materiaal dat transparant is voor infraroodstraling, met name het bereik van infraroodstraling dat door het menselijk lichaam wordt uitgezonden, maar niet zichtbaar licht.
de pyro-elektrische sensoren bestaan uit een pyro-elektrisch materiaal dat spanning produceert bij een temperatuurverandering. Wanneer een persoon voorbij loopt, bijvoorbeeld, is er een verandering in de hoeveelheid infrarode straling die de pyro-elektrische sensoren bereikt, die op zijn beurt triggers een verandering in temperatuur en produceert een spanning . De opgewekte spanning kan dan worden gebruikt voor de lichtsturing.
bewegingssensor voor roltrappen
Fig. 10 infrarood bewegingssensoren worden gebruikt om roltrappen te controleren om energie te besparen tijdens niet-piekuren.
voor de besturing van roltrappen worden actieve infraroodbewegingssensoren gebruikt die een infraroodstraal uitzenden over de ingang van de roltrappen. Meestal bevinden zowel de bron van de infraroodstraal (de zender genoemd) als de infrarooddetector zich aan dezelfde kant, terwijl een reflector zich aan de andere kant bevindt. Wanneer een persoon tussen de zender en de reflector stapt, wordt de infraroodstraal onderbroken en wordt de roltrap ingeschakeld. Wanneer het bundelpad gedurende een bepaalde tijd wordt hersteld, wordt de roltrap uitgeschakeld en wordt er dus energie bespaard zonder de service te beïnvloeden.
de volgende animatie toont u de werking van enkele automatische besturingselementen.
we hebben verschillende soorten automatische regelapparatuur en materialen geïntroduceerd. Klik nu op de volgende activiteit om te experimenteren met deze apparaten.