 |
economisirea energiei prin Control automat |  |
Fig. 1 Controlul automat este utilizat în acest încălzitor de apă.
v-ați întrebat vreodată cum luminile stradale „știu” să se aprindă când se întunecă și să se stingă în timpul zilei sau cum o ușă automată „știe” să se deschidă pentru dvs. când vă apropiați și închideți după ce ați trecut? V-ați gândit cum un aparat de aer condiționat „știe” când o cameră este suficient de rece și își oprește compresorul sau cum un încălzitor de apă „știe” să se oprească pentru a preveni fierberea apei? Toate acestea și multe altele sunt minunile controlului automat. După cum veți vedea în acest modul, comenzile automate nu sunt doar convenabile, ci și economisesc energie. Să aruncăm o privire mai atentă.
luminile stradale
luminile stradale sunt proiectate să se aprindă automat atunci când este întuneric și să se stingă atunci când există lumină, pentru a economisi energie. Cum simt luminile stradale întunericul și lumina zilei? Un dispozitiv obișnuit utilizat se numește rezistor dependent de lumină (LDR). Este un rezistor cu rezistență care se schimbă în funcție de cantitatea de lumină care cade pe el. Când LDR este în întuneric, rezistența sa este foarte mare, de obicei în intervalul M
. Când este sub lumină puternică, rezistența sa este în intervalul k . Un circuit care face uz de această schimbare în rezistență la diferite condiții de lumină este capabil de a comuta luminile on și off automat în timpul nopții și, respectiv, timp de zi. LDR pentru luminile stradale trebuie poziționat astfel încât alte surse de lumină să nu strălucească pe LDR. De asemenea, este necesară o întârziere în circuitul de comutare, astfel încât perioadele scurte de întuneric (de exemplu, când o pasăre zboară peste LDR în timpul zilei) sau perioadele scurte de luminozitate (de exemplu, când farurile unei mașini strălucesc pe LDR în timpul nopții) să nu aprindă sau să stingă luminile.
 |
 |
| Fig. 2 luminile stradale au un control sensibil la lumină care le permite să pornească automat noaptea. | Fig. 3 rezistorul dependent de lumină este utilizat în multe circuite de control automat. |
încălzitoare de apă, cuptoare, frigidere, aparate de aer condiționat
există multe aparate, cum ar fi încălzitoarele de apă, frigiderele și aparatele de aer condiționat, care sunt proiectate să pornească sau să se oprească automat după atingerea unei temperaturi prestabilite. Acest lucru evită funcționarea continuă a aparatelor și consumul excesiv de energie electrică.
unele dispozitive de control automat funcționează prin detectarea modificării temperaturii și ruperea sau completarea unui circuit în consecință. Aceste dispozitive sunt utilizate în mod obișnuit în aparatele electrice, așa cum se demonstrează în următoarele secțiuni:
benzi bimetalice
principiul din spatele unei benzi bimetalice este că diferite metale se extind în diferite grade cu schimbări de temperatură. Prin combinarea a două metale diferite una peste alta într-o bandă, se formează o bandă bimetalică. Pe măsură ce cele două metale se extind sau se contractă diferit sub aceeași schimbare de temperatură, banda se îndoaie. Acesta poate fi apoi utilizat pentru a porni sau opri un circuit la anumite temperaturi. Benzile bimetalice se găsesc adesea în cuptoare. Structura tipică a acestui tip de control este prezentată în Fig. 5.
 |
 |
| Fig. 4 o bandă bimetalică tipică | Fig. 5 structura unei benzi bimetalice |
dispozitivul prezentat în Fig. 5 este tipic celor utilizate în cuptoare. Metalul superior (albastru) se extinde mai mult atunci când este încălzit și se contractă mai mult atunci când este răcit decât metalul inferior. Astfel, atunci când temperatura din interiorul cuptorului scade sub un anumit punct, banda bimetalică se îndoaie suficient de sus pentru a finaliza circuitul, pornind elementul de încălzire. În frigider, se utilizează setarea inversă. Când temperatura din interiorul frigiderului crește, banda bimetalică se îndoaie pentru a porni compresorul care începe ciclul de răcire.
Termistori
Fig. 6 un termistor are o rezistență dependentă de temperatură.
un termistor își schimbă rezistența în funcție de temperatură. Spre deosebire de metal, rezistența unui termistor scade de obicei odată cu creșterea temperaturii. Un termistor tipic are o rezistență de câteva sute de ohmi la temperatura camerei. Aceasta scade continuu la mai puțin de o sută de ohmi la 100 oC. Într-un cazan de apă menajeră controlat electronic, de exemplu, un procesor sau un circuit măsoară rezistența termistorului. Când se atinge o rezistență care indică o anumită temperatură, elementele de încălzire sunt pornite sau oprite.
termistorii folosesc semiconductori pentru a realiza modificările de rezistență. Multe termistoare sunt realizate dintr-o bobină subțire de material semiconductor, cum ar fi un oxid metalic sinterizat. Materialul are proprietatea că, pe măsură ce temperatura crește, mai mulți electroni din material sunt excitați și capabili să se deplaseze pentru conducerea electricității. Deoarece sunt disponibili mai mulți purtători de sarcină pentru conducere, rezistența materialului scade odată cu creșterea temperaturii.
regulatoare de temperatură moderne
Fig. 7 acest regulator de temperatură utilizează un termocuplu pentru a măsura schimbările de temperatură. Când temperatura măsurată (22 OC) se apropie de o anumită valoare (42 oc), puterea electrică la priză va fi redusă automat.
regulatoarele de temperatură moderne utilizează termocupluri pentru a măsura schimbarea detaliată a temperaturii obiectului monitorizat. Termocuplul convertește datele de temperatură în semnale electrice. Componentele electronice din controler utilizează aceste informații pentru a deduce schimbările viitoare de temperatură și pentru a controla puterea de ieșire a unui aparat (de ex. încălzire sau aer condiționat) în consecință pentru a menține temperatura obiectului într-un interval prestabilit. Utilizatorii pot preseta cu ușurință intervalul de temperatură în funcție de nevoile lor.
termocuplurile utilizate în regulatoarele de temperatură constau, în general, din două fire diferite de metal/aliaj atașate împreună (de exemplu, prin sudare) la un capăt. Capătul atașat este pentru măsurarea temperaturii și se numește joncțiunea fierbinte. Celălalt capăt al termocuplului este conectat la un dispozitiv de măsurare a tensiunii și se numește joncțiune rece. Când temperatura celor două joncțiuni este diferită, va apărea o diferență de potențial între cele două materiale diferite. Diferența de potențial este aproximativ proporțională cu diferența de temperatură dintre cele două joncțiuni. Acest fenomen se numește efect Seebeck. Termocuplurile sunt în general foarte durabile, pot fi plasate în spații înguste și pot măsura temperaturi ridicate, făcându-le termometre foarte versatile.
senzori de mișcare pentru lumini și scări rulante
senzori de mișcare în infraroșu pentru controlul iluminatului
senzorii de mișcare în infraroșu sunt utilizați în mod obișnuit pentru a aprinde automat luminile atunci când este detectată prezența oamenilor. Acest lucru economisește energie, oferind în același timp iluminare adecvată atunci când este necesar. Acest control este util în special pentru coridoarele sau încăperile care nu sunt utilizate frecvent.
senzorii de mișcare de tip pasiv sunt de obicei utilizați. „Pasiv” aici înseamnă că sunt sensibile la radiațiile infraroșii emise de obiectele detectate (de ex. corpul uman), dar nu au o sursă activă pentru a emite radiații infraroșii.
 |
 |
| Fig. 8 senzori de mișcare în infraroșu sunt utilizați pentru a controla iluminarea pe coridoare. | Fig. 9 structura internă a senzorului de mișcare în infraroșu. |
care este structura acestor senzori de mișcare în infraroșu și cum funcționează? Uită-te la fotografia senzorului de mișcare în infraroșu. Suprafața curbată din față este un tip special de lentilă numită lentilă Fresnel care focalizează radiația infraroșie pe dispozitivul de detectare în infraroșu, un senzor piroelectric,în interior. Obiectivul Fresnel este realizat dintr-un material transparent la radiațiile infraroșii, în special gama de radiații infraroșii emise de corpul uman, dar nu și lumina vizibilă.
senzorii piroelectrici sunt alcătuiți dintr-un material piroelectric care produce tensiune atunci când există o schimbare a temperaturii. Când o persoană trece, de exemplu, există o schimbare a cantității de radiații infraroșii care ajunge la senzorii piroelectrici, care la rândul său declanșează o schimbare a temperaturii și produce o tensiune . Tensiunea generată poate fi apoi utilizată pentru controlul iluminării.
senzor de mișcare pentru scări rulante
Fig. 10 senzori de mișcare în infraroșu sunt utilizați pentru a controla scările rulante pentru a economisi energie în timpul orelor de vârf.
pentru controlul scărilor rulante, se utilizează senzori de mișcare infraroșu de tip activ care emit un fascicul de radiații infraroșii peste intrarea scărilor rulante. De obicei, atât sursa fasciculului infraroșu (numit transmițător), cât și detectorul infraroșu sunt pe aceeași parte, în timp ce un reflector este pe partea opusă. Când o persoană pășește între emițător și reflector, fasciculul infraroșu este întrerupt și scara rulantă este pornită. Când traseul fasciculului este restabilit pentru o anumită perioadă de timp, scara rulantă este oprită și, prin urmare, energia este economisită fără a afecta serviciul.
următoarea animație vă arată funcționarea unor comenzi automate.
am introdus mai multe tipuri de dispozitive și materiale de control automat. Acum faceți clic pe următoarea activitate pentru a experimenta aceste dispozitive.