Электрический глаз

Рис. 18. Схема устройства электромагнитного реле.

Слабый ток-сигнал проходит по обмотке электромагнита, при этом якорь притягивается к магниту и замыкает цепь рабочего тока — начинает работать мотор.

В примере со станком-автоматом, который мы приводили, суппорт станка замыкает цепь сигнала чисто механически, нажимом кнопки. Но очень часто оказывается более удобным, чтобы ток-сигнал, приводящий в действие ту или иную машину, создавался при помощи фотоэлемента, на который в нужный момент начинает действовать свет. Такие устройства получили название фотореле[6].

Фотореле состоит из фотоэлемента, радио-лампового усилителя и устройства, включающего или выключающего тот или иной механизм. Такие реле могут быть включены двояким образом: они могут включать «исполнительный» ток либо тогда, когда возникает фотоэлектрический ток, либо тогда, когда этот ток исчезает. Иными словами, реле будет, как говорят, «срабатывать» либо при попадании света на фотоэлемент, либо при прекращении освещения фотоэлемента.

Фотореле могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.

Советскими учёными за последние годы создано несколько типов совершенных высокочувствительных фотореле.

Изобретателем С. Клементьевым разработаны конструкции несложных самодельных фотореле очень небольших размеров; они особенно удобны для использования в различных автоматических устройствах.

Один из типов таких самодельных реле показан на рисунке 19.

Рис. 19. Общий вид самодельного фотореле СФ-4 конструкции инженера Клементьева.

Свет через тубус прибора падает на фотоэлемент. Возникающий фототок, усиленный радиолампой, поступает в электромагнитное реле, действующее, как было показано на рисунке 18, и замыкает или размыкает, таким образом, цепь сильного исполнительного тока.

Необычайно разнообразны применения фотореле. Мы приведём лишь несколько самых простых примеров.

В каждом крупном городе очень большое значение имеет своевременное включение и выключение уличного освещения.

Каждая лишняя минута горения тысяч уличных ламп означает бесцельную трату огромного количества электрической энергии. Но, с другой стороны, слишком позднее включение уличного освещения затрудняет движение на улицах и может приводить к катастрофам.

В настоящее время построены приборы, автоматически регулирующие включение и выключение уличных фонарей. На рисунке 20 вы видите фотоэлемент, соединённый с реле, включающим уличное освещение.

Рис. 20. Внешний вид прибора, следящего за включением и выключением уличного освещения.

Когда сила дневного света на улице падает ниже определённого предела, ток в фотоэлементе становится настолько слабым, что устройство включает электрические лампы уличных фонарей. Утром, когда сила дневного света становится достаточной для нормальной видимости на улицах, сила тока в «электрическом глазе» снова возрастает, и фонарь выключается.

Фотореле могут также с успехом включать и выключать свет маяков и бакенов. Советскими инженерами Щекиным и Синицыным такой автоматический электробакен был, например, сделан для канала имени Москвы.

Широкое применение могут найти и уже находят такие приборы и на различных предприятиях. Вместо зажигания света «на-глазок» гораздо экономнее иметь прибор, который включает свет в тот момент, когда это необходимо для данного производства.

Такого же рода установка может применяться для предупреждения пожаров в закрытых тёмных помещениях. Здесь фотореле даёт тревожный звонок при появлении в помещении огня или дыма.

Очень широко используется в автоматике принцип так называемой «световой преграды». Она осуществляется как на видимых, так и на невидимых лучах. Устраивают это так. Направляют на фотоэлемент пучок света от какого-нибудь фонаря и соединяют этот «электрический глаз» с реле. Реле устроено так, что оно «срабатывает», т. е. включает тот или иной механизм, в тот момент, когда какое-нибудь постороннее тело пересекает пучок света.

На обложке нашей книжки вы видите построенную на этом принципе установку для автоматического открывания и закрывания дверей. Автомобиль подходит к дверям гаража. Как только он пересекает первый, наружный, луч света, включается в работу электромоторчик, и двери открываются. Входя внутрь гаража, машина пересекает вторую световую преграду, и двери закрываются.

«Электрический швейцар» действует точно и безотказно.

На горных дорогах, где имеются туннели, нередко бывает так, что идущая с большим грузом автомашина нс может свободно пройти через туннель — высота груза вплотную достигает или даже превышает размеры туннеля. В таких случаях часто происходят аварии с машинами. «Электрический глаз» может легко это предупредить. Перед входом в туннель — в его верхней части — устанавливается источник света — так, чтобы луч шёл в воздухе параллельно дороге — навстречу подъезжающим к туннелю автомашинам. Если груз на машине не превышает высоты туннеля, луч света не падает на этот груз, и машина может спокойно проезжать через туннель. Но как только перед туннелем оказывается автомашина с очень высоким грузом, луч света уже падает на груз, отражается от него и, отражённый, падает на фотоэлемент, укреплённый рядом с источником света. Перед входом в туннель загорается красная предупредительная надпись: «проезд закрыт», или подаётся резкий сигнал тревоги.

Можно устроить световую преграду и на невидимых лучах, например на ультрафиолетовых или инфракрасных лучах. Преимущество такой преграды заключается в том, что она невидима. Подобные установки с успехом могут использоваться для охраны различных помещений и территорий.

А вот вам более важный пример.

Ещё до Отечественной войны у нас производились подобные предохранительные устройства к быстроходным прессам. На рисунке 21 вы видите такой пресс.

Рис. 21. Пресс тормозится, как только луч света пересекается каким-либо непрозрачным телом.

Слева установлен осветитель, луч которого попадает на фотореле. Пока свет действует на фотоэлемент, пресс может работать. Но если световой луч пересечён каким-либо непрозрачным телом, например, если рабочий не успел вовремя убрать руку, ток в фотоэлементе прекращается, приходит в действие реле, и тут же включается тормоз. Пресс опуститься не может. Таким путём предотвращаются несчастные случаи от нечаянного и преждевременного пуска пресса в ход или от «повторного удара» пресса.

Предохранительные устройства с фотореле могут устанавливаться у самых различных машин: у вальцов, ножниц, штампов и т. п.

На железнодорожном транспорте «световая преграда» может быть использована для самых различных операций: для остановки поездов, для автоматической сигнализации при разрыве железнодорожных составов в пути, для сигнализации на железнодорожных переездах, для контроля за скоростью движения поездов и т. д.

Вот как, например, может быть устроен фотоэлектронный семафор, останавливающий поезд. На столбе сема-фора устанавливается небольшой прожектор, бросающий луч света на проходящие составы. При этом свет падает на установленный в определённом месте на паровозе фотоэлемент. В последнем возникает фотоэлектронный ток, который, пройдя через усилители, автоматически включает тормоза состава. Таким образом, если только лампа прожектора зажжена, мимо него поезд пройти не сможет, независимо от того, заметил машинист такой своеобразный «закрытый семафор» или нет.

Особенно ценной такая установка может быть в том случае, если прожектор фотоэлектронного семафора будет посылать не видимые лучи, а невидимые — инфракрасные. Соответственно этому и фотоэлемент, установленный на паровозе, должен реагировать только на эти невидимые лучи. В этом случае фотоэлектронный семафор будет прекрасно действовать при любой погоде, например при густом тумане, так как инфракрасные лучи хорошо проходят сквозь туман.

6

Подробнее о фотореле, его устройстве и применении см. брошюру в серии «Научно-популярная библиотека» — С. Д. Клементьев «Зоркий помощник».