Hvad er en digital temperaturkontroller?
Temperaturkontrol er en forudsætning for i det væsentlige enhver kemisk reaktion, som mennesker er interesseret i. Temperatur påvirker reaktionshastigheden og ofte fuldstændigheden af reaktionen. Den menneskelige krop inkorporerer et biologisk temperaturkontrolsystem for at opretholde et snævert område af kropstemperatur. Processer designet til at fremstille forskellige materialer kræver også temperaturstyring. Ingeniøren har et valg mellem en analog og en digital temperaturregulator.
Nogle analoge hjemmtermostater består af en spiral i kobberstrimmel. Når strimlen udvides med varme, udvides spiralen ved at bevæge sig en mekanisk håndtag. Ovnen eller klimaanlægget reagerer i overensstemmelse hermed. Analoge controllere reagerer kun på det aktuelle miljø.
Mikroprocessoren i en digital temperaturregulator modtager numerisk input fra miljøet og manipulerer den for at muliggøre en større grad af kontrol. Hvis et system hurtigt opvarmes, reagerer det analoge system kun, når regulatoren når sin ønskede temperatur, kaldet sætpunktet (SP). Varmekilden kan være slået fra, men systemet vil dog overskride SP, fordi det absorberer energi fra de varme strålende overflader, der omgiver systemet. En digital temperaturregulator beregner den hastighed, hvormed temperaturen stiger, og udløser apparatet til at reagere, inden SP er nået. Controlleren brugte tidligere data til at forudsige og ændre de fremtidige resultater.
Der er mange algoritmer eller beregningsskemaer, som en digital temperaturregulator muligvis kan anvende. En af de mest almindelige er proportional-integreret-derivat eller PID-controller. Den bruger tre separate beregninger til at opretholde en konstant temperatur.
Fejlen (e) er forskellen mellem den faktiske temperatur (T) og sætpunktstemperaturen (SP). Den proportionelle beregning ændrer en inputstrøm til en proces baseret på størrelsen af E. En E på 2 ville kræve et input af energi dobbelt så meget som et E på 1.
Den proportionelle kontrol forhindrer systemet i at overskytte SP, men responsen kan være langsom. Den integrerede metode forventer, at fremtidige datatendenser vil vare. I ovenstående eksempel, hvis T øges med en E på 2 og derefter en E på 4, kan systemet muligvis forvente, at den næste E vil være 8, så i stedet for at fordoble svaret, kan det muligvis tredoble svaret og ikke vente til det næste måling.
En proportional og integreret (PI) controller kan svinge rundt om SP, og hoppe mellem for varmt og for køligt. En derivatkontrolmetode dæmper svingningen. Ændringshastigheden for E bruges i beregningen.
PID-controlleren bruger et vægtet gennemsnit af de tre beregninger til at bestemme, hvilken handling der skal træffes på ethvert tidspunkt. Denne digitale temperaturregulator er den mest almindelige og effektive, da den bruger aktuelle, historiske og forventede data. Andre kontrolordninger kræver information om systemets art. Sådan viden øger controllerens evne til at forudse systemets fremtidige respons.