O que é um controlador digital de temperatura?
O controle de temperatura é um pré-requisito para essencialmente todas as reações químicas nas quais as pessoas estão interessadas. A temperatura afeta a taxa de reação e frequentemente a completude da reação. O corpo humano incorpora um sistema biológico de controle de temperatura para manter uma faixa estreita de temperatura corporal. Os processos projetados para produzir vários materiais também requerem controle de temperatura. O engenheiro pode escolher entre um controlador de temperatura analógico e um digital.
Alguns termostatos domésticos analógicos consistem em uma espiral de tira de cobre. À medida que a tira se expande com o calor, a espiral se expande, movendo uma alavanca mecânica. O forno ou o ar condicionado responde em conformidade. Os controladores analógicos reagem apenas ao ambiente atual.
O microprocessador em um controlador digital de temperatura recebe entrada numérica do ambiente e a manipula para permitir um maior grau de controle. Se um sistema aquecer rapidamente, o sistema analógico só reagirá quando o controlador atingir a temperatura desejada, chamada de ponto de ajuste (SP). A fonte de calor pode ser desligada, mas o sistema excederá o SP porque está absorvendo energia das superfícies radiantes quentes ao redor do sistema. Um controlador digital de temperatura calcula a taxa na qual a temperatura está subindo e aciona o dispositivo para responder antes que o SP seja atingido. O controlador usou dados passados para prever e alterar os resultados futuros.
Existem muitos algoritmos ou esquemas de cálculo que um controlador de temperatura digital pode empregar. Um dos mais comuns é o controlador proporcional-integral-derivado ou PID. Ele usa três cálculos separados para manter uma temperatura constante.
O erro (e) é a diferença entre a temperatura real (T) e a temperatura do ponto de ajuste (SP). O cálculo proporcional altera um fluxo de entrada para um processo baseado na magnitude de E. Um E de 2 exigiria uma entrada de energia duas vezes a de um E de 1.
O controle proporcional evita que o sistema ultrapasse o SP, mas a resposta pode ser lenta. O método integral antecipa que as tendências futuras de dados permanecerão. No exemplo acima, se T aumentar um E de 2 e depois um E de 4, o sistema pode antecipar que o próximo E será 8; portanto, em vez de duplicar a resposta, ele pode triplicar a resposta e não esperar a próxima medição.
Um controlador proporcional e integral (PI) pode oscilar em torno do SP, oscilando entre muito quente e muito frio. Um método de controle derivativo irá amortecer a oscilação. A taxa de variação de E é usada no cálculo.
O controlador PID usa uma média ponderada dos três cálculos para determinar que ação deve ser tomada a qualquer momento. Este controlador de temperatura digital é o mais comum e eficaz, pois utiliza dados atuais, históricos e previstos. Outros esquemas de controle requerem informações sobre a natureza do sistema. Esse conhecimento aumenta a capacidade do controlador de antecipar a resposta futura do sistema.