 |
oszczędność energii dzięki automatycznemu sterowaniu |  |
Fig. 1 Automatyczne sterowanie jest używane w tym podgrzewaczu wody.
czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak światła uliczne „wiedzą”, aby włączyć, gdy robi się ciemno i wyłączyć w ciągu dnia, lub jak automatyczne drzwi” wiedzą”, aby otworzyć dla ciebie, gdy idziesz w pobliżu i zamykasz po przejściu? Czy myślałeś o tym ,jak klimatyzator „wie”, kiedy pokój jest wystarczająco chłodny i wyłącza sprężarkę, lub jak podgrzewacz wody” wie”, aby wyłączyć się, aby zapobiec przegotowaniu wody? Wszystkie te i wiele innych są cudami automatycznej kontroli. Jak widać w tym module, automatyczne sterowanie jest nie tylko wygodne, ale także oszczędza energię. Przyjrzyjmy się bliżej.
światła uliczne
światła uliczne są zaprojektowane tak, aby włączać się automatycznie, gdy jest ciemno i wyłączać, gdy jest światło, aby oszczędzać energię. Jak światła uliczne wyczuwają ciemność i światło dzienne? Powszechnie stosowane urządzenie nazywa się rezystorem zależnym od światła (LDR). Jest to rezystor o rezystancji, która zmienia się w zależności od ilości padającego na niego światła. Gdy LDR jest w ciemności, jego odporność jest bardzo duża, zazwyczaj w zakresie M
. Gdy jest pod jasnym światłem, jego opór mieści się w zakresie k. Obwód wykorzystujący tę zmianę rezystancji w różnych warunkach oświetleniowych jest w stanie automatycznie włączać i wyłączać światła odpowiednio w nocy i w dzień. LDR dla oświetlenia ulicznego musi być umieszczony w taki sposób, aby inne źródła światła nie świeciły na LDR. Opóźnienie czasowe w obwodzie przełączania jest również konieczne, aby krótkie okresy ciemności (np. gdy ptak leci nad LDR w ciągu dnia) lub krótkie okresy jasności (np. gdy reflektory samochodu świecą na LDR w nocy) nie włączały ani nie wyłączały świateł.
 |
 |
| Fig. 2 lampy uliczne mają czułe na światło sterowanie, które pozwala im włączać się automatycznie w nocy. | 3 Rezystor zależny od światła jest stosowany w wielu automatycznych obwodach sterujących. |
podgrzewacze wody, piekarniki, lodówki, klimatyzatory
istnieje wiele urządzeń, takich jak podgrzewacze wody, lodówki i klimatyzatory, które są zaprojektowane do automatycznego włączania lub wyłączania po osiągnięciu zadanej temperatury. Pozwala to uniknąć ciągłej pracy urządzeń i zużywania nadmiernej energii elektrycznej.
niektóre automatyczne urządzenia sterujące działają poprzez wyczuwanie zmiany temperatury i przerwanie lub ukończenie obwodu. Urządzenia te są powszechnie stosowane w urządzeniach elektrycznych, jak pokazano w następujących sekcjach:
paski bimetaliczne
zasadą stojącą za paskiem bimetalicznym jest to, że różne metale rozszerzają się do różnych zakresów ze zmianami temperatury. Łącząc dwa różne metale jeden na drugim w pasek, tworzy się bimetaliczny Pasek. Gdy dwa metale rozszerzają się lub kurczą w różny sposób przy tej samej zmianie temperatury, Pasek wygina się. Może być następnie używany do włączania lub wyłączania obwodu w określonych temperaturach. Bimetaliczne paski są często spotykane w piecach. Typową strukturę tego typu sterowania pokazano na Fig. 5.
 |
 |
| Fig. 4 typowy Pasek bimetaliczny | rys. 5 struktura paska bimetalicznego |
urządzenie pokazane na Rys. 5 jest typowe dla tych stosowanych w piecach. Górny metal (niebieski) rozszerza się bardziej po podgrzaniu i kurczy się bardziej po ochłodzeniu niż dolny metal. Tak więc, gdy temperatura wewnątrz piekarnika spada poniżej pewnego punktu, bimetaliczny Pasek wygina się wystarczająco do góry, aby zakończyć Obwód, włączając element grzejny. W lodówce stosuje się odwrotną konfigurację. Gdy temperatura wewnątrz lodówki wzrasta, bimetaliczny Pasek wygina się, aby włączyć sprężarkę, która rozpoczyna cykl chłodzenia.
Termistory
Fig. 6 termistor ma rezystancję zależną od temperatury.
termistor zmienia swoją odporność w zależności od temperatury. W przeciwieństwie do metalu, rezystancja termistora zwykle zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Typowy termistor ma rezystancję kilkuset omów w temperaturze pokojowej. Zmniejsza się to w sposób ciągły do mniej niż stu omów w temperaturze 100 oC. Na przykład w elektronicznie sterowanym domowym kotle wodnym procesor lub obwód mierzy rezystancję termistora. Po osiągnięciu rezystancji wskazującej określoną temperaturę elementy grzejne są włączane lub wyłączane.
Termistory wykorzystują Półprzewodniki do osiągnięcia zmian rezystancji. Wiele termistorów jest wykonanych z cienkiej cewki materiału półprzewodnikowego, takiego jak spiekany tlenek metalu. Materiał ma tę właściwość, że wraz ze wzrostem temperatury, więcej elektronów w materiale jest wzbudzonych i zdolnych do poruszania się w celu przewodzenia energii elektrycznej. Ponieważ więcej nośników ładunku jest dostępnych do przewodzenia, rezystancja materiału zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury.
nowoczesne regulatory temperatury
Fig. 7 ten regulator temperatury wykorzystuje termoparę do pomiaru zmian temperatury. Gdy zmierzona temperatura (22 oC) zbliży się do pewnej wartości (42 oC), moc elektryczna do gniazda zostanie automatycznie zmniejszona.
nowoczesne regulatory temperatury wykorzystują termopary do pomiaru szczegółowej zmiany temperatury monitorowanego obiektu. Termopara zamienia dane temperatury na sygnały elektryczne. Elementy elektroniczne w sterowniku wykorzystują te informacje, aby wywnioskować przyszłą zmianę temperatury i kontrolować moc wyjściową urządzenia (np. grzejnik lub klimatyzator), aby utrzymać temperaturę obiektu w zadanym zakresie. Użytkownicy mogą łatwo ustawić zakres temperatur zgodnie z ich potrzebami.
termopary stosowane w regulatorach temperatury zwykle składają się z dwóch różnych drutów metalowych/stopowych połączonych ze sobą (np. przez spawanie) na jednym końcu. Dołączony koniec służy do pomiaru temperatury i nazywa się gorącym złączem. Drugi koniec termopary jest podłączony do urządzenia do pomiaru napięcia i nazywa się zimnym złączem. Gdy temperatura dwóch połączeń jest inna, różnica potencjałów pojawi się między dwoma różnymi materiałami. Różnica potencjałów jest w przybliżeniu proporcjonalna do różnicy temperatur między dwoma złączami. Zjawisko to nazywane jest efektem Seebecka. Termopary są na ogół bardzo trwałe, mogą być umieszczane w ciasnych przestrzeniach i mogą mierzyć wysokie temperatury, co czyni je bardzo wszechstronnymi termometrami.
czujniki ruchu do świateł i schodów ruchomych
czujniki ruchu na podczerwień do sterowania oświetleniem
czujniki ruchu na podczerwień są powszechnie używane do automatycznego włączania świateł po wykryciu obecności ludzi. Oszczędza to energię, zapewniając jednocześnie odpowiednie oświetlenie, gdy jest to konieczne. Sterowanie to jest szczególnie przydatne w korytarzach lub pomieszczeniach, które nie są często używane.
zwykle stosuje się pasywne czujniki ruchu. „Pasywne” oznacza tutaj, że są one wrażliwe na promieniowanie podczerwone emitowane przez wykrywane obiekty (np. Ludzkie ciało), ale nie mają aktywnego źródła do emitowania promieniowania podczerwonego.
 |
 |
| Fig. 8 czujników ruchu na podczerwień służy do sterowania oświetleniem w korytarzach. | 9 wewnętrzna struktura czujnika ruchu na podczerwień. |
Jaka jest struktura tych czujników ruchu na podczerwień i jak działają? Spójrz na zdjęcie czujnika ruchu na podczerwień. Zakrzywiona powierzchnia z przodu to specjalny rodzaj soczewki zwanej soczewką Fresnela, która skupia promieniowanie podczerwone na urządzeniu do wykrywania podczerwieni, czujniku piroelektrycznym,wewnątrz. Soczewka Fresnela wykonana jest z materiału przezroczystego na promieniowanie podczerwone, zwłaszcza zakres promieniowania podczerwonego emitowanego przez organizm człowieka, ale nie widzialnego światła.
czujniki piroelektryczne składają się z materiału piroelektrycznego, który wytwarza napięcie w przypadku zmiany temperatury. Na przykład, gdy osoba przechodzi obok, następuje zmiana ilości promieniowania podczerwonego, które dociera do czujników piroelektrycznych, co z kolei powoduje zmianę temperatury i wytwarza napięcie . Wygenerowane napięcie może być następnie wykorzystane do sterowania oświetleniem.
czujnik ruchu do schodów ruchomych
Fig. 10 czujników ruchu na podczerwień służy do sterowania schodami ruchomymi, aby oszczędzać energię w godzinach innych niż szczytowe.
do sterowania schodami ruchomymi stosuje się aktywne Czujniki ruchu na podczerwień, które emitują wiązkę promieniowania podczerwonego przez wejście do schodów ruchomych. Zwykle zarówno źródło wiązki podczerwieni (zwane nadajnikiem), jak i detektor podczerwieni znajdują się po tej samej stronie, podczas gdy reflektor jest po przeciwnej stronie. Kiedy osoba wchodzi między nadajnik a Odbłyśnik, wiązka podczerwieni zostaje przerwana i ruchome schody są włączone. Gdy ścieżka wiązki zostanie przywrócona na pewien czas, schody ruchome są wyłączone, a tym samym oszczędzana jest energia bez wpływu na obsługę.
poniższa animacja pokazuje działanie niektórych automatycznych elementów sterujących.
wprowadziliśmy kilka rodzajów automatycznych urządzeń sterujących i materiałów. Teraz kliknij następującą czynność, aby eksperymentować z tymi urządzeniami.