 |
energibesparing genom automatisk styrning |  |
Fig. 1 automatisk styrning används i denna varmvattenberedare.
har du någonsin undrat hur gatubelysning ” vet ”att slå på när det blir mörkt och stänga under dagsljus, eller hur en automatisk dörr” vet ” att öppna för dig när du går nära och nära efter att du har passerat? Har du tänkt på hur en luftkonditionering ”vet” när ett rum är tillräckligt kallt och stänger av kompressorn, eller hur en varmvattenberedare ”vet” att stänga av sig själv för att förhindra att vattnet kokas bort? Alla dessa och många fler är underverk av automatisk styrning. Som du kommer att se i den här modulen är automatiska kontroller inte bara praktiska utan också spara energi. Låt oss ta en närmare titt.
gatubelysning
gatubelysning är utformad för att slås på automatiskt när det är mörkt och stängs av när det är ljus för att spara energi. Hur känner gatubelysningen mörkret och dagsljuset? En vanlig enhet som används kallas ett ljusberoende motstånd (LDR). Det är ett motstånd med motstånd som ändras beroende på mängden ljus som faller på det. När LDR är i mörkret är dess motstånd mycket stort, vanligtvis I m
– området. När det är under starkt ljus ligger dess motstånd i k – området. En krets som använder sig av denna förändring i motstånd vid olika ljusförhållanden kan slå på och stänga av lamporna automatiskt under natt respektive dag. LDR för gatubelysning måste placeras på ett sådant sätt att andra ljuskällor inte lyser på LDR. En tidsfördröjning i omkopplingskretsen är också nödvändig så att korta perioder av mörker (t.ex. när en fågel flyger över LDR under dagen) eller korta perioder av ljusstyrka (t. ex. när strålkastarna på en bil lyser på LDR under natten) inte slår på eller stänger av lamporna.
 |
 |
| Fig. 2 gatubelysning har en ljuskänslig kontroll som gör att de kan slå på automatiskt på natten. | Fig. 3 ljusberoende motstånd används i många automatiska styrkretsar. |
varmvattenberedare, ugnar, kylskåp, luftkonditioneringsapparater
det finns många apparater, såsom varmvattenberedare, kylskåp och luftkonditioneringsapparater som är utformade för att slås på eller av automatiskt när en förinställd temperatur har uppnåtts. Detta undviker att köra apparaterna kontinuerligt och förbrukar överdriven El.
vissa automatiska styrenheter fungerar genom att känna av temperaturförändringen och bryta eller slutföra en krets i enlighet därmed. Dessa enheter används ofta i elektriska apparater som visas i följande avsnitt:
Bimetallremsor
principen bakom en bimetallremsa är att olika metaller expanderar i olika utsträckning med temperaturförändringar. Genom att kombinera två olika metaller ovanpå varandra i en remsa bildas en bimetallremsa. När de två metallerna expanderar eller kontraherar annorlunda under samma temperaturförändring böjer sig remsan. Den kan sedan användas för att slå på eller stänga av en krets vid vissa temperaturer. Bimetalliska remsor finns ofta i ugnar. Den typiska strukturen för denna typ av kontroll visas i Fig. 5.
 |
 |
| Fig. 4 en typisk bimetallremsa | Fig. 5 strukturen av en bimetallremsa |
enheten som visas i Fig. 5 är typiskt för de som används i ugnar. Den övre metallen (blå) expanderar mer när den värms upp och kontraherar mer när den kyls än den nedre metallen. Således, när temperaturen inuti ugnen sjunker under en viss punkt, böjer den bimetalliska remsan uppåt tillräckligt för att slutföra kretsen och slår på värmeelementet. I kylskåp används omvänd inställning. När temperaturen inuti kylskåpet stiger, böjer den bimetalliska remsan för att slå på kompressorn som startar kylcykeln.
Termistorer
Fig. 6 en termistor har ett temperaturberoende motstånd.
en termistor ändrar sitt motstånd beroende på temperaturen. Till skillnad från metall minskar resistansen hos en termistor vanligtvis med ökande temperatur. En typisk termistor har ett motstånd på några hundra ohm vid rumstemperatur. Detta minskar kontinuerligt till mindre än hundra ohm vid 100 oC. I en elektroniskt styrd hushållsvattenpanna till exempel mäter en processor eller krets termistorns motstånd. När ett motstånd som indikerar en viss temperatur uppnås slås värmeelementen på eller av.
termistorer använder halvledare för att uppnå motståndsförändringarna. Många termistorer är gjorda av en tunn spole av halvledande material såsom en sintrad metalloxid. Materialet har egenskapen att, när temperaturen ökar, fler elektroner i materialet är upphetsade och kan röra sig för ledning av elektricitet. Eftersom fler laddningsbärare är tillgängliga för ledning minskar materialets motstånd med ökande temperatur.
moderna temperaturregulatorer
Fig. 7 Denna temperaturregulator använder ett termoelement för att mäta temperaturförändringar. När den uppmätta temperaturen (22 oC) närmar sig ett visst värde (42 oC) reduceras den elektriska effekten till uttaget automatiskt.
moderna temperaturregulatorer använder termoelement för att mäta den detaljerade temperaturförändringen av objektet som övervakas. Termoelementet omvandlar temperaturdata till elektriska signaler. De elektroniska komponenterna i styrenheten använder denna information för att härleda framtida temperaturförändring och styra effekten till en apparat (t. ex. för att hålla temperaturen på objektet inom ett förinställt intervall. Användare kan enkelt förinställa temperaturområdet efter deras behov.
termoelementen som används i temperaturregulatorer består i allmänhet av två olika metall – /legeringstrådar fästa ihop (t.ex. genom svetsning) i ena änden. Den bifogade änden är för mätning av temperatur och kallas den heta korsningen. Den andra änden av termoelementet är ansluten till en spänningsmätanordning och kallas den kalla korsningen. När temperaturen på de två korsningarna är annorlunda kommer en potentialskillnad att visas mellan de två olika materialen. Potentialskillnaden är ungefär proportionell mot temperaturskillnaden mellan de två korsningarna. Detta fenomen kallas Seebeck-effekt. Termoelement är i allmänhet mycket hållbara, kan placeras i trånga utrymmen och kan mäta höga temperaturer, vilket gör dem mycket mångsidiga termometrar.
rörelsesensorer för ljus och rulltrappor
infraröda rörelsesensorer för ljusstyrning
infraröda rörelsesensorer används ofta för att slå på lampor automatiskt när närvaron av människor upptäcks. Detta sparar energi samtidigt som det ger tillräcklig belysning vid behov. Denna kontroll är särskilt användbar för korridorer eller rum som inte används ofta.
passiva rörelsesensorer används vanligtvis. ”Passiv” betyder här att de är känsliga för den infraröda strålningen som emitteras av de föremål som detekteras (t. ex. människokroppen), men de har inte en aktiv källa för att avge någon infraröd strålning.
 |
 |
| Fig. 8 infraröda rörelsesensorer används för att styra belysningen i korridorerna. | Fig. 9 den inre strukturen hos den infraröda rörelsesensorn. |
vad är strukturen hos dessa infraröda rörelsesensorer och hur fungerar de? Titta på fotografiet av den infraröda rörelsessensorn. Den böjda ytan på framsidan är en speciell typ av lins som kallas en Fresnel-lins som fokuserar infraröd strålning på den infraröda detekteringsanordningen, en pyroelektrisk sensor,inuti. Fresnel-linsen är tillverkad av ett material som är transparent för infraröd strålning, särskilt utbudet av infraröd strålning som emitteras av människokroppen, men inte synligt ljus.
de pyroelektriska sensorerna består av ett pyroelektriskt material som producerar spänning när temperaturen förändras. När en person till exempel går förbi sker en förändring i mängden infraröd strålning som når de pyroelektriska sensorerna, vilket i sin tur utlöser en temperaturförändring och producerar en spänning . Den genererade spänningen kan sedan användas för belysningsstyrning.
rörelsesensor för rulltrappor
Fig. 10 infraröda rörelsesensorer används för att styra rulltrappor för att spara energi under icke-rusningstid.
för styrning av rulltrappor används infraröda rörelsesensorer av aktiv typ som avger en stråle av infraröd strålning över rulltrappans ingång. Vanligtvis är både källan till den infraröda strålen (kallad sändaren) och den infraröda detektorn på samma sida medan en reflektor är på motsatt sida. När en person går mellan sändaren och reflektorn avbryts den infraröda strålen och rulltrappan slås på. När strålbanan återställs under en viss tid stängs rulltrappan av och därmed sparas energi utan att påverka tjänsten.
följande animering visar hur vissa automatiska kontroller fungerar.
vi har infört flera typer av automatiska styranordningar och material. Klicka nu på följande aktivitet för att experimentera med dessa enheter.