با توجه به مصرف بالای برق در کشور و با ارزش بودن این منبع انرژی هر روزه راه های مختلفی به منظور صرفه جویی در مصرف برق و همچنین مدیریت و کنترل بهتر روشنایی خانه ها، معابر، پارک ها و حتی ساختمان های اداری و صنعتی پیدا می شوند. انواع فتوسل یکی از تجهیزات مهم به منظور کنترل روشنایی و عملکرد تجهیزات الکترونیکی است که در این مطلب قصد داریم با چیستی این وسیله و کاربردهای آن بیشتر آشنا شویم با فرنام الکتریک همراه باشید.
فتوسل چیست؟
فتوسل که در زبان انگلیسی به آن Light Dependent Resistor می گویند و به زبان مخفف LDR هم شناخته می شود در واقع یک مقاومت وابسته به نور است که شبیه تمام مقاومت ها مقدار نوردهی آن با استفاده از تابش نور تغییر می کند.
این وسیله نسبت به نور حساس بوده و وقتی شعاع های نوری با صفحه آن برخورد می کنند، از خود ولتاژ تولید کرده و در نهایت از تولید این سطح از ولتاژ می تواند رله ای را به کار اندازد تا یک مدار الکتریکی را قطع و یا وصل کند.
ساختار فتوسل به این صورت این که از یک جسم نیمه هادی با مقاومت بالا ساخته شده و Cadmium Sulphide معمولی ترین ماده ای است که برای ساخت این سنسور نوری استفاده شده است. اجزای زیر از جمله قسمت های تشکیل دهنده فتوسل هستند:
- دو عدد الکترود
- تماس های جوش سرد
- مواد حساس به نور روی سطح خارجی
- سرامیک
- دو پایه خروجی
انواع فتوسل کدامند؟
تقسيم‌بندي فتوسل‌ها مي‌تواند براساس موارد مختلفي انجام شود، اما از انواع رايج اين دسته‌بندي مي‌توان دسته‌بندي آنها را براساس کاربرد آن در برق ساختمان و مواد تشکيل‌دهنده‌شان را بيان کرد. در برق ساختمان چند نوع photocell وجود دارد که شامل فتوسل نوري، نجومي، تايمردار، ساعيت، ليزري و چهار سيمه است.
فتوسل معمولي:
اين نوع از photocellها جهت روشن و خاموش کردن اتومات جريان برق در لامپ استفاده مي‌شوند.
فتوسل معکوس:
در اين مدل، اگر بخواهيد چراغ‌ها در روز روشن و در شب خاموش باشد، بايد از اين نوع فتوسل‌ها استفاده کرد. به عبارتي ديگر photocell معکوس، همانند يک photocell نوري است که در شرايط خاص مي‌تواند تغيير پيدا کرده و لامپ يا دستگاه مورد نظر ما را در روز روشن و در شب خاموش نمايد. اين محصول بيشتر در مرغداري‌ها کاربرد داشته و قابل استفاده است.
فتوسل نجومي:
نام ديگر آن ساعت نجومي است که بدون نياز به نور و با استفاده از يک برنامه کامپيوتري مي‌تواند روشن و تاريک بودن محيط اطراف خود را تشخيص دهد. تنظيمات اين photocell به صورت دستي قابل انجام است تا براساس آن زمان روشنايي و تاريکي را بتوان در photocell افزايش و کاهش داد. موارد مصرفي اين مدل از فتوسل‌ها بيشتر در تابلوهاي برقي است که به دريافت نور نياز ندارند.
فتوسل تايمردار:
اين مدل نيز بدون در نظر گرفتن روشنايي و تاريکي محيط اطراف خود، قادر است به صورت دستي تنظيم شود و براساس آن نيز عمل کند. شخصي سازي تنظيمات اين photocell براساس نياز کاربر از مهمترين ويژگي اين محصول است.
فتوسل ساعتي:
با اين محصول مي‌توان هم روشن و خاموش بودن سيستم روشنايي را کنترل کرد و هم جريان برق موجود در هر سيستمي که نياز به روشن و خاموش شدن را دارد نيز کنترل نمود.
فتوسل ليزري:
اين photocell کاربردهاي متفاوتي دارد و قادر است صدا، منبع نور و هر وسيله اي را روشن و خاموش کند. منبع اين مدل از فتوسل‌ها، منبع نور ليزري است. نحوه کار اين منبع به اين صورت است که بر روي يک مسير مشخصي تمرکز کرده و با قطع شدن مسير، دستورات خاصي را به دستگاه تحت کنترلش ارسال مي‌کند. موارد استفاده اين مدل نيز بيشتر در محيط‌هاي حساس امنیتی، صنعتي و نظامي است.
فتوسل چهار سيمه:
از همه نظر مشابه يک photocell نوري است. با اين تفاوت که يک خروجي بيشتر داشته و مي‌توان از اين خروجي نيز براي موارد ايمني و غيره استفاده کرد.
تقسيم‌بندی فتوسل‌ها بر اساس مواد تشکيل‌دهنده‌شان
فتوسل‌ها بسته به عناصر تشکيل دهنده‌شان به دو دسته تقسيم مي‌شوند که عبارتند از فتوسل دروني (Intrinsic photocell) و فتوسل بيروني (Extrinsic photocell) که هر کدام ويژگي‌هاي خاصي دارند. تفاوتي که بين دو فتوسل ذکر شده وجود دارد بيشتر در عناصر تشکيل‌دهنده آنها است.
فتوسل‌های درونی:
مواد سازنده اين مدل، نيمه هادي خالص است. مانند ژرمانيوم و يا سيليسيوم. در واقع عناصر اين نوع از فتوسل‌ها چهار الکترون والانس داشته و هنگامي که در کنار يکديگر قرار بگيرند، الکترون‌ها به صورت دو به دو پيوند کووالانسي تشکيل مي‌دهند. ضمن اين که برخي از آنها نيز قادرند با دريافت انرژي به الکترون آزاد تبديل شده و جريان را برقرار نمايند. در نتيجه مي‌توان بيان کرد که فتوسل‌هاي دروني مي‌توانند از خود جريان را عبور بدهند.
فتوسل‌های بيرونی:
در اين مدل از فتوسل‌ها، مواد تشکيل‌دهنده، سيليسيوم و مقداري ناخالصي مانند فسفر است. اتم‌هاي سيليسيوم شامل چهار الکترون والانس و اتم‌هاي فسفر نيز از پنج الکترون والانس تشکيل شده‌اند. در زماني که اين مواد در کنار يکديگر قرار بگيرند، موجب ايجاد چهار پيوند کووالانسي بين الکترون‌ها شده و يکي از الکترون‌هاي فسفر نيز بدون پيوند باقي خواهد ماند.
الکترون‌هاي جدا، با گرفتن انرژي نور به الکترون آزاد تبديل شده و موجب انتقال جريان برق مي‌گردند. مي‌توان گفت که در هر دو فتوسل‌هاي بيروني و دروني، وجود کمي نور باعث افزايش جريان برق مي‌شود. ضمن اين که در فتوسل‌هاي بيروني با افزودن ناخالصي مي‌توان ميليون‌ها الکترون آزاد در سيستم ايجاد کرد.
کاربرد فتوسل چیست؟
از فتوسل ها با توجه به اینکه می توانند با تابش نور ولتاژ تولید کنند در تجهیزاتی استفاده می شود که به نیاز به نور در تاریکی داشته باشند. به همین دلیل کاربری فتوسل بسیار گسترده است، به حدی که می توان از این مقاومت در داخل یک دوربین عکاسی تا روشنایی معابر و یا روشن شدن لامپ های داخل حیاط خانه استفاده کرد.
با این حال کاربردهای فتوسل به شکل خلاصه عبارتند از:
خاموش و روشن کردن لامپ های خانه ها، باغ ها، باغچه ها و خیابان ها
یکی از مهمترین و اثربخش ترین مصارف فتوسل ها برای خاموش و روشن کردن اتوماتیک لامپ های خانه ها، باغ ها، باغچه ها و خیابان های سطح معابر است. چرا که فتوسل می تواند با کمک عملکرد خود تا حد زیادی در مصرف برق صرفه جویی داشته باشد.
وقتی فتوسل را در این مکان ها نصب می کنیم، در طول روز و با کمک رله ای که در داخل خود دارد، مدار روشنایی را در محل قطع می کند و باعث خاموش شدن اتوماتیک لامپ ها می شود. اما وقتی هوا تاریک شد، بدون اینکه نیاز باشد شما کلید برقی را فشار دهید، فتوسل خود به خود عمل کرده و چون دیگر نوری وجود ندارد، پس مقاومت فتوسل زیاد شده و دیگر جریانی را به رله نمی رساند، در نتیجه لامپ های نمای بیرونی ساختمان، چراغ های داخل پارکینگ، تیرهای چراغ برق داخل خیابان، روشنایی باغ و یا هر محل دیگری که فتوسل را در مدار سیم کشی آن قرار داده اید، روشن می شوند.
استفاده از فتوسل در سلول های خورشیدی
یکی دیگر از کاربردهای رایج از فتوسل درسلول های خورشیدی است، همانطور که می دانید سلول های خورشیدی نور خورشید را در طول روز جذب می کنند، با کمک فتوسل در داخل این سلول ها می توان نور خورشید را به برق تبدیل کرد و به عنوان منبعی ناتمام از انرژی الکتریکی از آن استفاده نمود.
استفاده از فتوسل در سنسورهای تشخیص دود
سنسورهای تشخیص دود یکی از اختراعات بشر هستند که حقیقتاً می توانند جان مردم را در برابر آتش سوزی و خطرات آن حفظ کنند. حالا چرا از فتوسل در سنسورهای دود استفاده می شود؟
در اطراف آشکارساز دود شکاف هایی وجود دارند که اگر آتش سوزی اتفاق افتاد دود از طریق آن شکاف ها وارد محفظه اصلی سنسور شود. در ادامه یک پرتو نور مادون قرمز به استفاده از یک دیود نوری به داخل محفظه فرستاده می شود که خود محفظه دارای یک فتوسل است.
وقتی به دلیل تجمع دود در محیط میزان نور کاهش پیدا کرد، فتوسل تولید برق می کند و با این عمل زنگ هشدار سنسور دود به صدا در می آید.
بکارگیری فتوسل در لنز دوربین های عکاسی
یکی از قسمت های مهم دوربین های عکاسی سنسور و یا حسگر است که خود از میلیون ها فتوسل تشکیل شده است که هر کدام از فتوسل ها به نور حساس بوده و پس از دریافت نور آن ها را جمع آوری کرده و در نهایت به امواج الکتریکی تبدیل می کنند.
البته کاربردهای فتوسل بیش از این مواردی است که گفتیم، چون از فتوسل می توان در هر وسیله و یا مدار الکتریکی که به روشنایی در کم نوری و یا تاریکی نیاز دارد، استفاده کرد. با این حال کاربرد اصلی فتوسل در روشنایی معابر، درب ورودی خانه ها، روشنایی راه پله های یک ساختمان و محوطه های بزرگ همچون باغ ها و سوله ها است.