Что такое датчик освещенности

Датчик освещенности для включения света. Устройство и применение

Датчик освещения LXP-02

У меня на блоге уже много статей про датчик движения, теперь публикую информацию по датчику освещенности.

В статье рассмотрю общие вопросы – устройство, применение, параметры, а также приведу фото реальных датчиков освещенности, их внутренности. В общем, читайте, если что упустил – дополняйте и спрашивайте в комментариях.

Главное! Подключение датчиков света, их настройка и принципиальные схемы – я рассматриваю во второй части статьи, вот ссылка.

Данное устройство ещё называют датчиком освещения, датчиком света, сенсором освещенности, светоконтролирующим выключателем, фотореле, фотодатчиком или сумеречным выключателем.

Я в статье буду называть и так, и этак – выбирайте, кому что больше нравится.

Почему я датчик движения ставлю в один ряд с датчиком освещенности?

У них много схожего:

Вечером иногда, проходя мимо, можно не отличить работу одного от другого.

Как работает датчик освещенности

Принцип работы прост, проще чем у датчика движения. В датчике освещения имеется светочувствительный элемент. Как правило, это фоторезистор или фотодиод. Эти элементы имеют свойство изменять своё сопротивление в зависимости от уровня освещения.

Далее через схему регулировки (калибровки) сигнал со светочувствительного элемента попадает на вход ключевого элемента (транзистора). Ключевой транзистор имеет в своей нагрузочной цепи реле, которое своими контактами коммутирует “нагрузку пользователя” – лампу, уличный прожектор, и т.п.

Напоминаю, что схема датчика приведена в отдельной статье, ссылка в начале.

Можно сказать, что датчик освещенности и движения с точки зрения нагрузки работают точно так же, как и обычный, “человеческий” выключатель. Только тут этот выключатель автоматический, и реагирует на свет, поэтому его и называют датчиком света. Причем световой порог, при котором датчик света сработает, можно выставить вручную.

Устройство, внешний вид

Ниже на фото приведен внешний вид датчиков освещения LXP-02, LXP-03, описание по ходу.

Датчик LXP-01 имеет упрощенную конструкцию, без регулировки времени и с пониженной мощностью.

Датчик освещенности уличный LXP-02 – самый популярный. Внешний вид сбоку

Тот же датчик, фото со стороны выводов:

Датчик освещённости уличный LXP-02. 2 внешний вид внизу

Описание выходов датчика:

Снимаем белый колпак, видим печатную плату, на которой собрана схема датчика:

Датчик освещения LXP-02. 4 Печатная плата

Другой ракурс, фото платы:

Датчик освещённости уличный LXP-02. 5 Печатная плата

LXP-02. 6 Печатная плата, вид со стороны пайки

Видите дорожки, на которые нанесен слой припоя? Именно они чаще всего горят из-за перегруза, КЗ, неправильного подключения в системе освещения. Вместе с ремонтом этих дорожек, как правило, приходится менять и реле.

Теперь переходим к фотографиям датчика освещения LXP-03.

Датчик освещения LXP-03. 1

Согласно инструкции, этот датчик способен коммутировать токи 25А (220-240VAC). Смотрим на реле на плате. Ток реле 30А. То есть, производитель перестраховался. Я перестраховываюсь ещё больше, как и в случае с LXP-02. И ограничиваю ток через датчик на уровне 16А. В большинстве случаев для включения освещения хватает с головой.

Источник

Датчики автоматического управления освещением

Введение

Автоматическое управление освещением не только упрощает жизнь и экономит электроэнергию, но и во многом увеличивает безопасность как вашего жилья, так и любого другого объекта. Однако выбор датчиков для автоматического включения света введёт в ступор начинающего электрика или просто домашнего мастера. В этой статье мы рассмотрим какими они бывают.

Виды датчиков управления освещением

Датчики для автоматического управления освещением можно классифицировать по типу срабатывания:

Из приведенного выше обзора можно сделать следующие выводы:

Для решения проблемы с автоматическим включением и отключением света нужно определиться должен ли быть свет включен постоянно в темное время суток или должен включаться и выключаться в темноте при появлении человека или другого объекта.

У датчиков одного типа может быть разный принцип работы, от чего и зависит точность его срабатывания. Рассмотрим их подробнее.

Датчик освещенности (фотореле)

Датчики освещенности или как их ещё называют фотореле нашли широкое применение в области управления наружным освещением. Например, там, где желательно чтобы свет горел постоянно. Принцип их работы основан на том что светочувствительный элемент изменяет свою проводимость в зависимости от степени освещенности. В качестве такого элемента используют:

Все три типа светочувствительных элементов объединяет то, что их проводимость возрастает вместе с освещенностью. Простым языком, они проводят ток тогда, когда на них попадает свет. Отличием является лишь чувствительность. Сигнал с датчика освещения приходит на усилитель, который в свою очередь управляет силовым коммутационным прибором – электромагнитным реле или симистором. В дешевых малогабаритных устройствах в качестве усилителя используется 1 транзистор. А в дорогих – микросхемы.

Чаще всего их называют «фотореле» или «сумеречный выключатель». Распространенные модели этих датчиков маркируются так – ФР-601, ФР-01 и т.д.

По конструкции фотореле выпускают трёх типов:

А по типу монтажа они могут быть:

Датчики движения

Датчики движения используют для управления светом в подъезде, на входе в дом и в других местах. Он будет реагировать на движения, как ночью, так и днём – независимо от освещенности

Принцип работы датчика движения зависит от его типа. Они бывают трёх видов:

4.1 Инфракрасные датчики движения

В качестве чувствительного элемента используются т.н. PIR-сенсоры (пироэлектрический датчик). Это пассивные устройства – они ничего не излучают, а лишь воспринимают излучения окружающей среды:

Для того, чтобы сформировать направленное поле зрения используются линзы Френеля. Они наносятся на одной пластине, что легко заметить, если посмотреть на внешний вид такого устройства. Количество линз в мультилинзе может варьироваться в районе 20-60 штук, в некоторых случаях и более.

Датчики с круговым полем зрения содержат в себе несколько чувствительных элементов и мультилинзу в форме купола или его сектора.

Достоинства ИК датчиков:

Недостатки ИК датчиков:

4.2 Ультразвуковые и микроволновые датчики движения

В основе принципа работы ультразвуковых датчиков лежит эффект Доплера. Это явление, при котором волна изменяет свою длину при движении излучателя или приёмника. Такие устройства состоят из двух элементов – излучателя и приёмника. Они закреплены неподвижно на стене или потолке.

В нормальном состоянии, когда ничто в поле действия не движется – посылаемые и принятые отраженные волны одинаковы, при возникновении движений – волны изменяются.На это реагирует схема приема сигнала УЗ-датчика, после чего включается исполнительный (силовой) элемент – реле или симистор.

Кстати, таким же образом в пространстве ориентируются некоторые птицы и животные, например, летучие мыши. В технике такой же принцип используется и для обнаружения преград при движении автомобилей (система «парктроник») и других механизмов.

Важно! Учтите, что животные реагируют на ультразвук, поэтому если ваш кот или собака стали себя ненормально вести после установки такого устройства – просто поменяйте его на ИК-датчик, например.

Достоинства УЗ датчиков:

Недостатки УЗ датчиков:

4.3 Микроволоновые (радиоволновые) датчики

Микроволновые или, как их еще называют, радиоволновые датчики действуют по тому же принципу – есть приёмник и излучатель (обычно у них одна общая антенна), которые реагируют на изменение характера волн. Только в этом случае используются не звуковые, а радиоволны. Их принцип работы вы видите на рисунке ниже.

В отличие от ультразвуковых, микроволновые датчики движения не раздражают животных. При этом могут улавливать движения через стены и двери, что может быть как полезно, так и вредно в эксплуатации. Также существует мнение, что электромагнитные высокочастотные излучения могут быть вредны для живых организмов.

Акустические (шумовые) датчики

Как можно догадаться по названию акустические датчики реагируют на появление шумов и звуков. Самое близкое устройство к ним – хлопковый выключатель света. Отличием от последнего является лишь большая чувствительность и шире диапазон настроек. Чаще всего встречаются в составе комбинированных устройств, работая в паре с фотореле — так называемый светошумовой или фотоакустический датчик (выключатель). Отдельно акустические датчики используются чаще не в схемах управления освещением, а в охранных системах.

Пример фотоакустического выключателя (ФАВ):

Схемы подключения и советы по выбору датчиков

Схемы подключения фотореле:

Цветовая маркировка проводов и схемы могут незначительно отличаться, поэтому уточняйте в инструкции к конкретной модели. Чтобы сделать принудительное включение или отключение света схему можно дополнить выключателем как показано на рисунках ниже.

При такой схеме, фотореле управляет освещением, однако имеется возможность принудительно включить освещение выключателем независимо от освещенности.

Так же может применяться схема, при которой выключатель способен принудительно отключать освещение, даже при недостаточной освещенности:

В случае если нагрузка освещения превышает номинальный ток реле можно использовать схему подключения освещения через контактор.

При такой схеме фотореле управляет не осветительными приборами, а контактором, а он, в свою очередь, осуществляет включение и отключение освещения, таким образом ток нагрузки проходит не через контакты фотореле, а через контакты контактора.

Примечание: На рисунке приведен пример для трёхфазной цепи, для однофазной подключать таким же образом, отличаться будет лишь то что в силовой цепи будет 2 провода, а не 4.

Как уже говорилось выше существуют фотореле для монтажа в электрощит на дин-рейку с внешним светочувствительным датчиком. Схема их подключения несколько иная, но в целом особых отличий нет. У вашего прибора могут быть другие назначения клемм, проверяйте это в паспорте завода-изготовителя.

Схемы подключения датчиков движения и фотоакустических (светошумовых) датчиков:

При такой схеме управление освещением осуществляется только датчиком движения. Так же можно применять и схемы с выключателем:

В случае если необходимо, чтобы свет включался, когда вы захотите в небольшую комнату с разных дверей (например, коридор или прихожая) – самым оптимальным будет установка двух ИК-датчиков движения в противоположных углах или на стенах:

Чтобы датчик движения не включал свет днём – либо подключите его последовательно с выключателем, либо используйте в паре с сумеречным реле. Для этих же целей разработаны комбинированные датчики света.

Такие устройства в себе совмещают фотореле и ИК-датчик движения. Ярким примером являются светошумовые датчики – их используют совместно или в составе светильников для ЖКХ. Часто их устанавливают в подъездах и других общественных местах, пример такого светильника вы видите на рисунке ниже.

Настройка датчиков управления освещением

Что объединяет все виды устройств для автоматического управления освещением, так это возможность везде настраивать чувствительность к движениям или пороговое значение освещенности. А также одинаковые или подобные схемы подключения.

В датчиках движения зачастую есть регулировка задержки отключения света.

То есть вы можете установить сколько секунд или минут будет гореть свет после срабатывания датчика. Это удобно, например, если датчик установлен около ворот участка частного дома, и вам нужно чтобы свет оставался включенным пока вы не дойдете до входной двери, где вас «встретит» второй датчик.

При выборе датчика обращайте внимание на его мощность. Это особенно важно, если вы собираетесь включать группу осветительных приборов, например, мощные прожекторы.Если вам не удалось найти прибор нужной мощности – не расстраивайтесь, к любому датчику движения или освещенности можно подключить контактор нужной величины, как мы показывали на схеме выше.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Источник

Световые датчики или датчики освещенности. Виды, характеристики, принцип работы

Как дополнительно экономить электроэнергию?

Экономия электроэнергии заключается не только в выборе источника света, но и в возможности рационального использования. Для управленим освещенностью существуют специальные устройства. которые получили название световые датчики или датчики освещенности.

Полезные статьи:

Световые датчики приобразуют световую энергию в форме фотонов в электрическую в форме электронов. Они также называются фотодатчиками, фотодетекторами или фотоэлектрическими устройствами.

Датчики света или фотодатчики можно разделить на три типа в зависимости от физических величин, на которые они влияют. Основными классами являются фоторезисторы, фотоэлектрические и фотоэмиттеры. Фотоэмиттеры вырабатывают электричество при воздействии света. Фоторезисторы меняют свои электрические свойства при освещении. На основании вышеперечисленных классов можно составить следующую классификацию устройств.

Фотоэмиссионные ячейки.

Уравнение энергии фотона имеет вид

Чем выше частота света, тем выше энергия фотона.

Фотопроводящие элементы.

Меняют свое электрическое сопротивление при воздействии света. Распространенным типом фотопроводящего материала является сульфид кадмия (CdS), который используется в светозависимых резисторных фотоэлементах. Фотопроводимость в этих ячейках возникает в результате попадания света на полупроводниковый материал, который контролирует прохождение тока через него. Для заданного приложенного напряжения, когда интенсивность света увеличивается, ток также увеличивается.

Фотоэлектрические элементы.

Генерируют потенциал или ЭДС, пропорциональную энергии излучаемого света. Солнечные элементы являются распространенным типом фотоэлементов и используют селен в качестве фотоэлектрического материала. Они состоят из двух полупроводниковых материалов, и когда на них падает световая энергия, генерируется напряжение примерно 0,5 В.

Светозависимый резистор (LDR)

Наиболее распространенным материалом, используемым для изготовления светозависимого резистора, является сульфид кадмия (CdS). Другие материалы, такие как сульфид свинца (PbS), антимонид индия (InSb) или селенид свинца (PbSe), также могут использоваться в качестве полупроводниковой подложки.

Сульфид кадмия используется в фоторезисторах, чувствительных к ближнему инфракрасному и видимому свету. Причина, по которой он используется, заключается в том, что его спектральная кривая отклика очень похожа на кривую человеческого глаза. Им можно управлять с помощью простого источника света, такого как вспышка, а максимальная чувствительная длина волны материала сульфида кадмия составляет от 560 нм до 600 нм в видимом спектральном диапазоне.

Сеть светозависимого резисторного делителя напряжения

Светозависимый резистор обычно подключается последовательно с резистором, через который подается одиночное напряжение постоянного тока.

Ток в последовательном соединении такой же, и поскольку сопротивление светозависимого резистора изменяется из-за силы света, выходное напряжение будет определяться с использованием формулы делителя напряжения.

В отсутствие света сопротивление светозависимого резистора достигает 10 МОм. При наличии солнечного света сопротивление светозависимого резистора упадет до 100 Ом.

Фотодиод

Фотодиод относится к классу фотоэлектрических устройств, которые в основном представляют собой светочувствительные элементы с PN-переходом. Обычно они изготавливаются из полупроводниковых материалов, которые чувствительны к видимому и инфракрасному свету. Когда свет падает на фотодиод, электроны и дырки разделяются и происходит PN-переход.

Фотодиоды устроены так же, как и любые другие обычные переходные диоды.

Непрозрачное покрытие, используемое в сигнальных и выпрямительных диодах, отсутствует в фотодиодах. Это делает диод достаточно прозрачным, чтобы пропускать свет и влиять на проводимость перехода.

Принцип действия

Фотодиод смещен против направления тока в обратном направлении. Если фотон с достаточной энергией падает на диод в месте его перехода, электрон освобождается. Если он обладает достаточной энергией, он может пройти через энергетический барьер, вызывая протекание небольшого тока утечки. Сила тока пропорциональна освещенности перехода.

Характеристики фотодиода

В отсутствие света вольт-амперная характеристика фотодиода аналогична характеристике обычного диода. Как и в случае с обычным диодом, при прямом смещении фотодиода происходит экспоненциальное увеличение тока. Когда он смещен в обратном направлении, появляется небольшой ток утечки, называемый током обратного насыщения, который вызывает увеличение области истощения.

Светочувствительность с помощью фотодиода

Фотодиод может работать и смещаться в двух режимах: фотоэлектрический и фотопроводящий.

Когда фотоны падают, создается напряжение, которое усиливается операционным усилителем. Помимо термически генерируемого тока, нет основного тока утечки, поскольку нет постоянного смещения на диоде.

В этих схемах используется характеристика операционного усилителя, в котором две входные клеммы находятся под нулевым напряжением, чтобы диод работал без какого-либо смещения постоянного тока. Такая конфигурация операционного усилителя обеспечивает высокую импедансную нагрузку на фотодиод, что приводит к более широкому диапазону тока по сравнению с интенсивностью падающего света.

В фотопроводящем режиме фотодиод смещен по постоянному току, и ток, протекающий через диод, возникает из-за смещения постоянного тока, а также светочувствительность преобразуется в напряжение резистором и усиливается операционным усилителем. Такой подход расширяет область обеднения, поскольку приложенное смещение уменьшает емкость фотодиода.

Конденсатор используется для установки выходной полосы пропускания как 1 / (2πR _F C _F ), а также предотвращает колебания. Однако есть задержка RC, так как конденсатор должен заряжаться.

Фототранзистор

Помимо изготовления фотоэлементов из диодов, можно построить светочувствительный элемент из транзисторов. Образно говоря, фототранзистор представляет собой комбинацию фотодиода и транзистора усиления.

В фототранзисторе переход коллектор-база действует как фотодиод. Переход коллектор-база смещен в обратном направлении, подвергая его воздействию источника света. Ток в этом переходе усиливается нормальным действием транзистора и, следовательно, ток коллектора велик.

Принцип действия

Фототранзистор работает аналогично фотодиоду. Дополнительные преимущества заключаются в том, что они могут обеспечивать большой ток коллектора и более чувствительны, чем фотодиоды. Токи в фототранзисторе в 50-100 раз больше, чем в фотодиоде. Подключив фотодиод между выводами коллектора и базы обычного транзистора, он может быть преобразован в фототранзистор.

Характеристики фототранзистора

Чтобы добиться обратного смещения на переходе коллектор-база, коллектор находится под более высоким потенциалом по отношению к эмиттеру. В отсутствие света протекает небольшое количество нормального тока утечки. При наличии света на выводе базы количество электронно-дырочных пар в этой области увеличивается, и возникающий ток усиливается работой транзистора.

Светочувствительность с использованием фототранзистора

Чувствительность фототранзистора зависит от коэффициента усиления транзистора по постоянному току. Следовательно, общая чувствительность, которая является функцией тока коллектора, может контролироваться сопротивлением между эмиттером и базой.

Для высокочувствительных приложений, таких как оптопары, используется фототранзистор Дарлингтона. Его обычно называют фото-транзистором Дарлингтона, в нем используется второй биполярный транзистор с переходом NPN. Этот второй транзистор обеспечит дополнительное усиление.

Источник