¿Qué es un controlador de temperatura digital?
El control de temperatura es un requisito previo para esencialmente todas las reacciones químicas en las que las personas están interesadas. La temperatura afecta la velocidad de reacción y, a menudo, la integridad de la reacción. El cuerpo humano incorpora un sistema de control biológico de temperatura para mantener un rango estrecho de temperatura corporal. Los procesos diseñados para producir diversos materiales también requieren control de temperatura. El ingeniero puede elegir entre un controlador de temperatura analógico y uno digital.
Algunos termostatos análogos para el hogar consisten en una tira de cobre en espiral. A medida que la tira se expande con calor, la espiral se expande, moviendo una palanca mecánica. El horno o aire acondicionado responde en consecuencia. Los controladores analógicos solo reaccionan al entorno actual.
El microprocesador en un controlador de temperatura digital recibe información numérica del entorno y lo manipula para permitir un mayor grado de control. Si un sistema se calienta rápidamente, el sistema analógico solo reaccionará cuando el controlador alcance la temperatura deseada, denominada punto de ajuste (SP). La fuente de calor puede estar apagada, sin embargo, el sistema sobrepasará el SP porque está absorbiendo energía de las superficies radiantes que lo rodean. Un controlador de temperatura digital calcula la velocidad a la que aumenta la temperatura y activa el dispositivo para que responda antes de alcanzar el SP. El controlador utilizó datos pasados para predecir y cambiar los resultados futuros.
Hay muchos algoritmos o esquemas de cálculo que un controlador de temperatura digital podría emplear. Uno de los más comunes es el controlador proporcional-integral-derivado o PID. Utiliza tres cálculos separados para mantener una temperatura constante.
El error (e) es la diferencia entre la temperatura real (T) y la temperatura de consigna (SP). El cálculo proporcional cambia un flujo de entrada a un proceso basado en la magnitud de E. Una E de 2 requeriría una entrada de energía dos veces mayor que una E de 1.
El control proporcional evita que el sistema sobrepase el SP, pero la respuesta puede ser lenta. El método integral anticipa que las tendencias futuras de datos perdurarán. En el ejemplo anterior, si T aumenta en una E de 2 y luego en una E de 4, el sistema podría anticipar que la próxima E será 8, por lo que en lugar de duplicar la respuesta, podría triplicar la respuesta y no esperar la siguiente medición.
Un controlador proporcional e integral (PI) puede oscilar alrededor del SP, rebotando entre demasiado cálido y demasiado frío. Un método de control derivado amortiguará la oscilación. La tasa de cambio de E se utiliza en el cálculo.
El controlador PID usa un promedio ponderado de los tres cálculos para determinar qué acción se debe tomar en cualquier momento. Este controlador de temperatura digital es el más común y efectivo, ya que utiliza datos actuales, históricos y anticipados. Otros esquemas de control requieren información sobre la naturaleza del sistema. Tal conocimiento aumenta la capacidad del controlador para anticipar la respuesta futura del sistema.