Styr och ställ. ett känsligt kapitel

Transkript

1 Styr och ställ ett känsligt kapitel Att styra är att bestämma åt vilket håll man ska svänga, till exempel när man cyklar. Men det kan betyda mera än att välja riktning. En lokförare kan för övrigt varken svänga åt höger eller vänster. Ändå är det han som styr. Medan du läser det här kapitlet kommer du att hitta många exempel på styrning i din omgivning. Allt som går med el är förstås lätt att styra elektriskt. En del av kapitlet handlar därför om elektronik. Styrning När det handlar om att styra bilen tänker vi kanske först på ratten. Men vi styr också när vi bestämmer hur fort bilen ska köra, hur varmt det ska vara i den och så vidare. Styrning handlar om att göra så att det blir som man önskar - i alla avseenden. I en modern bil styrs mycket med hjälp av elektricitet. Då använder man oftast vanliga strömbrytare. Men det finns också andra reglage i en bil. Vet du vad man använder när man styr - motorn - signalhornet - sidorutorna - färdbromsen (som man använder för att minska farten) - parkeringsbromsen (handbromsen, som hindrar att bilen rullar iväg när man har parkerat)? Fjärrstyrning Tv och andra apparater kan styras med en fjärrkontroll. Man säger så när något styrs på avstånd, även om avståndet ibland är så litet att man annars inte skulle använda ordet "fjärran". Det finns många andra exempel på fjärrstyrning: Telegraf, telefon, radiostyrt flygplan, växlar och bommar vid järnvägen. Det mesta som styrs med el är egentligen fjärrstyrt. Automatisk styrning När man har ställt väckarklockan kan man sova lugnt under natten. Klockan ringer automatiskt när man ska stiga upp. När man har slagit på bilens larm kommer det automatiskt en signal om någon försöker bryta sig in.

2 När man har ställt in ugnen på 225 grader behöver man inte oroa sig för temperaturen. Ugnen håller automatiskt rätt temperatur. Det här var tre vanliga exempel på automatisk styrning. Den sker alltså utan att någon behöver ingripa. Större delen av det här kapitlet kommer att handla just om automatisk styrning. Styrning i stora system Tekniska system styrs ofta automatiskt. Då vill det till att man har förutsett vad som kan hända. Annars kan man inte planera vad som ska göras i olika situationer. Kraftverk övervakas av personal, men normalt sker styrningen automatiskt. Personalen har "instruerat" datorer och annan utrustning. Om systemen är mycket stora och komplicerade är det svårt att se följderna av vad man gör. Ett exempel på det hittar du på s 103 i faktaboken. Tidsstyrning och följdstyrning Tidsstyrning I din skola finns förmodligen signaler som talar om när rasten börjar och slutar. Skolklockans funktion är ett typiskt exempel på tidsstyrning. Tidsstyrning innebär, precis som namnet säger, att någonting styrs av tiden. Oftast använder man då någon typ av klocka. Längtar du till rasten? Det tar skolklockan i så fall ingen hänsyn till. Fördröjning är både vanlig och viktig vid tidsstyrning. Det betyder att något inträffar efter en viss tid. Belysningar i trapphus fungerar ofta så. När man tänder lyset startar man samtidigt en anordning som släcker lyset efter några minuter. Släckningen görs alltså automatiskt. Det brukar gå att ställa in tiden så att den blir lagom lång. Ett annat exempel är dörrar som öppnas med en strömbrytare. De ska ju stå öppna ett litet tag så att man hinner ta sig igenom dörröppningen innan de stängs.

3 Följdstyrning Ett världsberömt exempel på följdstyrning är solventilen. Den konstruerades av Gustaf Dalen i början av 1900-talet. Solventilen satte i gång en gasdriven fyr då det skymde, men stängde av den då det blev ljust. På så sätt sparade man stora mängder gas. Solventilen styrdes alltså av ljuset från solen, medan själva ventilen styrde gasen. Larm av alla slag är exempel på följdstyrning. Om något speciellt inträffar, så lår det vissa följder. Då krävs något som märker att just detta speciella händer och som också signalerar det på något sätt. Sådana saker kallas givare. Givaren ger ifrån sig en signal eller ett meddelande. Ett annat namn på givare är avkännare. De känner ju av det som ska mätas - därför är Styr och ställ "ett känsligt kapitel". Sensor betyder samma sak som givare och avkännare. Här är några exempel på föremål som används som givare. Flottören flyter på en vätska. När ytan stiger eller sjunker följer flottören med. Den kan i sin tur påverka en hävstång eller en strömbrytare. Se bilden på s 100. Generatorn ger ifrån sig en spänning när man snurrar på rotorn. Därför kan den användas som givare för rotation. Mikroströmbrytaren är en vanlig givare. Den har två kontakter. Den ena är öppen och den andra är sluten. När en liten knapp trycks in, sluts den kontakt som var öppen, medan den som var sluten öppnas. Se bilden på s 100. Tungelementet är en liten strömbrytare som reagerar på magnetism. Man sätter fast en liten magnet på det som man vill att tungelementet ska upptäcka. Olika slag av mätning När man mäter använder man kanske ett måttband, en klocka, en termometer eller en våg. Man söker alltså svar på sådana här frågor: - Hur lång? (Till exempel 38 cm.) - Hur länge? (Till exempel 28 s.) - Hur varm? (Till exempel 78 C.) - Hur tung? (Till exempel 54 kg.)

4 Men det finns enklare slag av mätning. Ibland räcker det med svaret ja eller nej på en fråga. Man kanske bara vill veta att mätresultatet inte är för lågt eller för högt: - Väger brevet mer än 20 g? - Väger brevet mindre än 100 g? - Är det för lågt oljetryck i bilmotorn? - Är kylvattnets temperatur för hög? - Är bildörren stängd? - Står det någon utanför dörren? Även om svaret är enkelt kan precisionen vara mycket stor. Man kan mäta 20 g på ett tusendels gram när. Säkringar och jordfelsbrytare Ett typiskt exempel på följdstyrning av el: Om en farlig situation uppstår så ska strömmen brytas. Säkringar och jordfelsbrytare har denna uppgift. Det finns säkringar av flera olika typer. Vanligast är smältsäkringar. De mäter strömmen genom att de själva blir varma, och strömmen bryts när en tråd i säkringen smälter. Skydd mot eldsvåda Hushållets el kan vara säkrad med porslinssäkringar eller "proppar". De vanligaste är för 10 A. De tål alltså en ström på 10 ampere. Säkringen har en liten knapp i den ände som ska vändas utåt. I hållaren sitter en platta med samma färg, så att man kan se vilken säkring som ska sitta där. Det går att sätta i en 6 A-säkring i stället för en 10 A-säkring, men inte tvärtom. Om strömmen genom proppen blir för stark kommer en smal tråd inuti att smälta och gå av. Då bryts strömmen, och den lilla knappen på proppen lossnar. För att strömmen ska kunna flyta igen måste man byta till en ny propp. Men först bör man ta reda på vad som gjorde att strömmen blev för stark, så att man kan göra något åt det. Annars går proppen snart igen.

5 Skydd för apparater Elektriska apparater har ofta inbyggda säkringar för att strömmen genom dem inte ska bli för stark. En förstärkare kan ha en säkring som smälter av, om det skulle bli kortslutning i en högtalare. Dessa säkringar består oftast av ett litet glasrör med metallhuvar på ändarna. Säkringstråden sitter inuti glasröret mellan huvarna. Olika glassäkringar passar i samma hållare. När man ska byta en apparatsäkring är det därför viktigt att man tar reda på precis vilken säkring det ska vara. Det är enklast att ta med den trasiga till affären. Och om man måste ta av locket på apparaten är det viktigt att dra ur sladden! TVapparater bör man över huvud taget inte öppna själv, eftersom det kan finnas spänning kvar i apparaten även om sladden är urdragen. Jordfelsbrytare I kapitlet Till och från kunde du läsa om skyddsjordning. Det är ett sätt att skydda människor från stötar från apparathöljen. Men om man får ström från apparatens inre hjälper inte skyddsjordning. Det gör däremot jordfelsbrytaren. I vanliga fall är strömmen från en apparat lika stor som strömmen till apparaten. Jordfelsbrytaren kontrollerar att detta stämmer. Om någon del av strömmen "fattas" bryter den strömmen. Om ström lämnar systemet kan det nämligen bero på att den går genom en människa direkt till jord. Jordfelsbrytaren är ett fullgott skydd i nästan alla situationer där människor skulle kunna skadas av elektricitet från elnätet. Automatisk återkoppling Bakning förr och nu I en vedeldad ugn är det svårt att få jämn värme. Man ska lägga in lagom mycket ved rited jämna mellanrum. En elektrisk ugn håller jämn temperatur utan att man behöver göra någonting. Den har en termostat. Det är en anordning som mäter temperaturen i ugnen. När den blir något högre än vad man ställt in den på bryts strömmen till ugnens värmeelement. När sedan temperaturen sjunker några grader under den temperatur man vill ha, sluter termostaten strömmen igen. Då stiger temperaturen på nytt, tills strömmen åter slås av.

6 Vad menas med återkoppling? Termostaten strävar hela tiden mot den önskade temperaturen. Detta kallas återkoppling. Så länge temperaturen är för låg får strömmen vara påslagen, men om mätningen visar att temperaturen blir för hög slås strömmen av. Det är förstås automatisk återkoppling. Termostaten sköter sig själv. En termostat behöver en givare som håller reda på temperaturen. Det kan vara en bimetall som böjer sig olika mycket beroende på hur varm den är. Bimetallen består av två metaller som utvidgar sig olika mycket i värme. Det gör att bimetallen böjer sig. Det krävs också en styranordning som givaren kan påverka. I ugnen är det strömbrytaren till värmeelementet. Termostater finns på flera ställen i hemmet. Strykjärn har termostat så att man kan ställa in en lämplig temperatur för tyget det gäller. I elektriska värmeelement finns ofta en termostat som mäter temperaturen i rummet. Den slår på och stänger av elementet efter behov. Styrning med elektronik I dag är elektroniken något vi inte klarar oss utan. Den har på kort tid blivit viktig inom snart sagt alla områden. Den är en förutsättning för miniräknare, datorer, radio, tv och modern musikåtergivning. I telefonnätet används elektronik flitigt. Mycket som förr gjordes av människor sköts numera av elektronik. Elektroniken har blivit ett av de viktigaste hjälpmedlen i modern styrning. Därför står det om den i det här kapitlet. Vad är elektronik? I elektroniken använder man speciella komponenter. Komponent betyder beståndsdel. Det finns komponenter för många ändamål. Vissa av dem kan göra saker som inan bara för några år sedan knappt trodde var möjliga. Elektroniken ger oss nya metoder att styra strömmar med en oerhörd

7 snabbhet och precision. Men det handlar fortfarande om den elektriska strömmens väg, och iden med den slutna kretsen är lika aktuell här. Några vanliga komponenter Diod Dioden släpper fram ström i bara en riktning. Den kallas framriktningen. Den markeras med en pil i symbolen. Däremot släpper dioden inte fram ström åt andra hållet, i backriktningen. Åt det hållet är motståndet mot elektrisk ström nästan oändligt. Lysdiod Lysdioden är en diod som lyser då det går ström genom den. Lysdioder kan ge ifrån sig rött, gult eller grönt ljus, men det finns också dioder som lyser med infrarött ljus. Infrarött ljus är osynligt. En lysdiod förstörs om strömmen blir för stor. Därför skyddas den av ett seriekopplat motstånd. En lampa lyser på grund av att glödtråden är het, men lysdiodens ljus beror inte på att den är varm. Därför kan den tändas och släckas mycket snabbare än en glödlampa. Lampan behöver ju tid för att värmas upp och för att svalna. Man ser tydlig skillnad mellan trafikljus som har glödlampor och sådana som har lysdioder. Användning: I stället för glödlampor i skyltar och signaler. Fotomotstånd Att ordet börjar med "foto-" säger att resistansen beror på belysningen. I mörker är resistansen mycket stor, men när fotomotståndet är belyst släpper det lätt fram ström. Användning: Som givare när man mäter ljus. Termistor Termistorns resistans beror i stället på temperaturen. Vissa termistorer får lägre resistans då de blir varma, medan andra fungerar tvärtom. Användning: Som givare när man mäter temperatur.

8 Transistor En transistor har tre anslutningar. Symbolen visar en så kallad NPNtransistor. Transistorn gör det möjligt att styra en ström med hjälp av en mycket svag signal. Transistorer är mycket snabbare än vanliga strömbrytare. De kan slå till och från flera miljarder gånger i sekunden. Dessutom har de alla lägen mellan till och från. Användning: I förstärkare. Spole och kondensator Både spolen och kondensatorn är mycket äldre än elektroniken, men de har fått stor användning just inom elektronik. Spolen har du redan prövat när du har använt den som elektromagnet. Kondensatorn kan lagra elektrisk laddning. Den liknar alltså en liten ackumulator, men spänningen blir högre jn större laddning kondensatorn tar emot. Användning: I likriktare, som gör om växelström till likström. Nya möjligheter Du vet redan att man kan använda en strömbrytare för att styra strömmen i en elektrisk krets. Nu har vi mer att välja på, till exempel fotomotstånd, termistorer och transistorer. Kretskort och integrerade kretsar Många komponenter är ganska små, och man vill gärna tränga ihop dem på så liten yta som möjligt. Då är det svårt att få plats med vanliga sladdar. I stället använder man kretskort. Ett kretskort gör man av en isolerande platta som har ett tunt lager koppar på ena sidan. Ledningsmönstret får man fram genom att ta bort kopparn där den inte ska vara kvar. Komponenterna har ben som sticks in i hål i kortet och löds fast i kopparbeläggningen. Kretskortet har flera fördelar: Risken att koppla fel minskar, och en stor del av monteringen kan ske automatiskt. Det finns en bild av ett kretskort på s 108. Man gör också integrerade kretsar, som är mycket små till formatet. Att en krets är integrerad betyder att den är gjord i en enhet, "allt i ett". Ofta använder man förkortningen IC (Integrated Circuit). Små integrerade kretsar kan innehålla massor av motstånd, dioder och transistorer. De kan alltså ersätta komplicerade kretskort. Det finns integrerade kretsar att köpa för hundratals olika ändamål.

9 Förstärkare Man behöver ofta förstärkare för olika ändamål. En förstärkare kan göra om en liten ström - genom exempelvis ett fotomotstånd - till en större ström. På det sättet kan motorer startas och stoppas eller lampor tändas och släckas. Förstärkare används också ofta då man vill förvandla en svag signal till en starkare. En elgitarr ger ifrån sig en svag signal som inte kan få en högtalare att låta. Men förstärkaren förstorar signalen så att högtalaren får den effekt den behöver. Liknande förstärkare används bland annat i radio, tv, bandspelare, telefoner och hörapparater. I brandvarnaren sitter en förstärkare som startar varningssignalen. Tills för några år sedan byggdes de flesta förstärkare med lösa transistorer. I dag sitter transistorerna nästan alltid i integrerade kretsar. Sammanfattning Styr och ställ Att styra betyder inte bara att bestämma riktningen. Man kan också styra elström, läge, kraft, ljusstyrka och så vidare. Automatisk styrning fungerar utan att man behöver ingripa hela tiden. Automatisk mätning kräver en lämplig givare. Exempel: En tryckmätare innehåller något som dels påverkas av trycket, dels ger ifrån sig en signal. Tidsstyrning innebär att styrningen sker med hänsyn till hur lång tid som går: Skolans ringklocka styrs oftast med hjälp av ett urverk. En speciell uppgift för tidsstyrning är fördröjning. Följdstyrning innebär att en viss händelse får en viss följd. Larm och många fällor är exempel på detta. Termostaten är ett exempel på återkoppling. Man låter elementet vara på om temperaturen är för låg, men stänger av det när temperaturen är för hög. På det sättet kan man få temperaturen att hela tiden hålla sig nära det värde man vill ha. Automatisk återkoppling kräver dels en givare som kan mäta, dels en styranordning som kan reagera på givarens signaler. I termostaten kan givaren till exempel vara en bimetall som påverkar en strömbrytare. Elektroniska komponenter: Dioden släpper fram ström i bara en riktning. Lysdioden är en diod som lyser när den släpper fram ström.

10 Fotomotståndets resistans minskar när man lyser på det. Termistorns resistans beror på hur varm den är. Transistorns resistans kan varieras med hjälp av en liten ström. Sammansatta kopplingar: Integrerade kretsar (IC) innehåller flera komponenter i ett stycke. Likriktaren gör om växelström till likström. Förstärkaren ersätter en svag ström med en stark. Minns du? 1. Vad menas med "att styra" i det här kapitlet? 2. Ibland används fjärrstyrning även på nära håll. Ge exempel! 3. Något som Gustaf Dalen är känd för? 4. Hur mycket tål den vanligaste säkringen i huset? 5. Vad gör en termostat? 6. Vad är typiskt för - dioden? - lysdioden? - fotomotståndet? - transistorn? 7. Vad betyder förkortningen IC? Förstår du? 1. Vad menas med automatisk styrning? Ge exempel! 2. Vad menas med tidsstyrning? Ge exempel! 3. Vad menas med följdstyrning? Ge exempel! 4. Vad menas med givare? Ge exempel! 5. Vad är det jordfelsbrytaren reagerar på? 6. Termostaten och centrifugalregulatorn är två exempel på återkopplad styrning. Vad är det? 7. Varför använder man ofta lysdioder i stället för lampor? 8. Vad menas med att en krets är integrerad? 9. Vad gör en förstärkare? Ge exempel!