Контроль температуры является необходимым условием практически для каждой химической реакции, в которой заинтересованы люди. Температура влияет на скорость реакции и часто на полноту реакции. Человеческое тело включает биологическую систему контроля температуры для поддержания узкого диапазона температуры тела. Процессы, предназначенные для производства различных материалов, также требуют контроля температуры. У инженера есть выбор между аналоговым и цифровым регулятором температуры.
Некоторые аналоговые домашние термостаты состоят из спирали из медной полосы. Поскольку полоса расширяется от тепла, спираль расширяется, перемещая механический рычаг. Печка или кондиционер реагируют соответствующим образом. Аналоговые контроллеры реагируют только на текущую среду.
Микропроцессор в цифровом регуляторе температуры получает числовой ввод из окружающей среды и манипулирует им, чтобы обеспечить более высокий уровень контроля. Если система быстро нагревается, аналоговая система будет реагировать только тогда, когда контроллер достигнет желаемой температуры, называемой уставкой (SP). Источник тепла может быть выключен, но система все равно превысит SP, потому что она поглощает энергию теплых излучающих поверхностей, окружающих систему. Цифровой контроллер температуры рассчитывает скорость повышения температуры и запускает реакцию прибора до достижения уставки SP. Контроллер использовал прошлые данные для прогнозирования и изменения будущих результатов.
Существует множество алгоритмов или схем расчета, которые может использовать цифровой регулятор температуры. Одним из наиболее распространенных является пропорционально-интегрально-дифференциальный или ПИД-регулятор. Он использует три отдельных расчета для поддержания постоянной температуры.
Ошибка (e) представляет собой разницу между фактической температурой (T) и заданной температурой (SP). Пропорциональный расчет изменяет входной поток на процесс, основанный на величине E. E, равное 2, потребует ввода энергии вдвое больше, чем E, равное 1.
Пропорциональное управление удерживает систему от превышения заданного значения, но реакция может быть вялой. Интегральный метод предполагает, что будущие тенденции данных сохранятся. В приведенном выше примере, если T увеличивается на E, равное 2, а затем на E, равное 4, система может ожидать, что следующим E будет 8, поэтому вместо удвоения ответа она может утроить ответ и не ждать следующего измерение.
Пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор может колебаться вокруг SP, колеблясь между слишком теплым и слишком холодным. Метод дифференциального управления гасит колебания. В расчетах используется скорость изменения Е.
ПИД-регулятор использует средневзвешенное значение трех вычислений, чтобы определить, какое действие следует предпринять в любой момент. Этот цифровой регулятор температуры является наиболее распространенным и эффективным, так как использует текущие, исторические и ожидаемые данные. Другие схемы управления требуют информации о характере системы. Такие знания повышают способность контроллера предвидеть реакцию системы в будущем.