Точний контроль температури води

У мене такі налаштування:

• Ардуїно Дуеміланове
• Невеликий водонагрівач, підключений до оптичного реле (ШІМ нормально)
• Водонепроникний датчик температури DS18B20
• Невідома кількість води (але датчик температури та нагрівач завжди під водою).

Як я можу точно контролювати температуру води на основі показань датчика температури? Точно я маю на увазі точність датчика температури (в даному випадку ± 0,5 ° C). Все повинно працювати на Arduino, тому додаткові можливості зберігання чи обробки даних не доступні. Для налагодження я можу використовувати комп'ютер.

Я спробував запустити PID, але це здається дуже важким

1. Уникайте перенапруження - перебіг цільової температури спочатку або при додаванні (холодної) води
2. Стабілізуйте належним чином після додавання холодної води.

Вам потрібно знати час реакції вашої системи та повторюваність вимірювань, щоб охарактеризувати ваші дані (встановити довіру). Я пропоную взяти зразки та провести середнє значення, перш ніж увімкнути нагрівач.

Імхо, вода не буде щасливо перебувати в межах 0,5 ° C. Чи можете ви дозволити грубі та тонкі режими? Використовуйте більш високу ШІМ для великих відмінностей, а потім нижчу ШІМ, коли близька до цілі.

Потрапивши до своєї цілі, ви можете спробувати покращити стабільність температури. Хоча заздалегідь складені речі, такі як PID, працюють для багатьох, я звичайно реалізую такі функції вручну.

BrettAM, dE (швидкість зміни помилки) буде змінюватися в якості параметра керування, в цьому випадку ширина імпульсу сигналу нагрівального елемента модулюється, змінюється PID. Моє формулювання сказало, що швидкість зміни похибки температури була поганим вибором. Похідний термін також буде працювати над тим, щоб подбати про невеликі коливання питомої теплоти води з температурою (4,186 кДж / (кг К) при 20 ° С до 4,219 кДж / (кг К) при 100 ° С).

Маю на увазі, так, похідний термін обчислює швидкість зміни dE. Оскільки помилка тут - різниця між бажаною температурою та фактичною температурою, то похідна обчислює зміни швидкості нагрівання води.

Проблема полягає в тому, що часто важко створити стабільну систему з похідним терміном. Система PID повинна базуватися насамперед на пропорційному терміні. Коли ви змінюєте кількість води, на мою думку, ви створюєте більше нелінійності, ніж може компенсувати PID. З цієї причини необхідність PID бути дещо повторюваною, і якщо рівень води різко змінюється, його система вже не повторюється.

ДО ОП: У моїй подібній конструкції я намагаюся використовувати невеликий радіатор / вентилятор і компресор 12В постійного струму для подачі води в якості способу охолодження води назад. Я відчуваю, що це може працювати краще. У разі успіху я повідомляю вас.

Потрібно підтримувати постійну кількість води, що нагрівається. Швидкість, з якою зростає температура води, зміниться, коли ви зміните кількість води (додаючи холодну воду, як ви згадали). Пропорційно-інтегрально-похідний контролер (PID) працює відслідковуючи похідну (швидкість зміни) змінної, яку ви намагаєтеся контролювати. Ваш ПІД ніколи не буде працювати належним чином, якщо швидкість зміни температури не буде (розумно) постійною.

Погляньте на питому теплоту води, головним чином рівняння Q = c m dT. Q - додається тепло, яке, як я вважаю, є постійним у ваших налаштуваннях. m - маса речовини, що нагрівається (повинна бути постійною!). c - питома теплота води, яка становить 4,186 джоулів / грам * градус. Якщо Q, m і c постійні, то dT, швидкість, з якою піднімається ваша температура води, також буде постійною (насправді c трохи змінюється в залежності від температури, але я б сказав, що це можна ігнорувати, якщо ви працюєте з 0- 100С). Спробуйте налаштувати свій PID постійною кількістю води, і ви можете отримати кращі результати.

Який водонагрівач ви використовуєте? Зараз я роблю щось подібне, але намагаюся використати гарячу пластину з хімічної лабораторії і переживаю величезні переступи. Я думав перейти на нагрівач акваріума, але хотів би знати, що ви використовуєте?

-Матт