温度を調節してみよう
温調、温調言うけれど、機器を引っ付けたら調節できた。
結局、何がポイントだったのかよく分からないまま、温度だけを変えている。
そんなんじゃ、面白くないですよね。
どうも！ずぶ です。今回は 温度を調節してみよう
まずは、ヒーターを繋いでみよう
当たり前ですが、繋ぎさえすれば、ヒーターは発熱します。
保温や霜とり等で使用する、低ワットのラバーヒーター などが該当しますね。
通電開始からの、ヒーター自体の温度グラフは、この様になります。
通電したら、即アチチ です。
対象物を温める 場合の温度グラフは、こんなのですね
水槽をヒーターで温める のを想像して下さい。
ヒーターに対して、遅れて温度が上がって 来ますよね。
でもって、いつかは熱均衡点で安定 します。
次に、出力が大きなヒーターと、小さいヒーターの温度グラフも並べてみましょう。
もちろん、ヒーター出力が上がれば、到達温度は上がり温度上昇時間も早くなります
逆もまた然りです。
この構成だと、温度が、上がる所まで上がる。それだけです。
温度調節というのは、無理がありますね。
ちなみに、こちら等は取り回しも良く、とても使い易いですよ。
温度を調節しよう
調節するには、調節する為の機器を取り付けなければなりませんよね。
フィードバック用に温度計も必要です。
調節する為の構成
先ほどの構成に、温度調節ができるように手を加えます。
コントローラは 温調器
温度計は 熱電対 や 測温抵抗
ただのリレーなので、操作部を 有接点 に変えても操作はできます。
できますが、
温調制御は、何千、何万と入り切りを繰り返します。
なので SSRを使用しなくては、接点寿命が持たない のです。
温度調節の方式
を考える前に、ヒーターを扱う上でよく使う用語を３つ覚えておきましょう。
現在値 ＝ ＰＶ （Process Value）
操作量 ＝ ＭＶ （Manipulated Variable）
温度を調節するにあたって、目標温度が熱均衡よりも低くなければ なりません。
ヒーターの限界値よりも、上の温度には行けないですよね。
それでは、温調方式を見て行きましょう。
出力固定方式
スライダック や SCR 等を使用して、MVを一定 にする方法です。
その際のグラフ
ヒーターの能力値を、赤線まで落として使っていますので、
SV到達時間は、遅い です。
出力の低いヒーターを使用しているのと、同じ意味ですものね。
また、外乱に依存します（夏は高めで、冬には低めになることでしょう）
精密制御には不向き です。
安定しない流体や、ON/OFF制御やPIDで温度が収束しない場合に用いる事もあります。
ON-OFF制御方式
SV以下 なら、ヒーターON
SV以上 なら、ヒーターOFF
簡単で、分かりやすい制御方式です
その際のグラフ
SV到達時間は、最速 です。
制御の性質上、オーバーシュート した後、ハンチングを繰り返し ます。
精密制御が不要の場合、一般に使われる制御方式です。
PID制御方式
前もって設定してある パラメータで演算して、ヒーターを制御する方法です。
パラメータの頭文字が PID となり、それぞれ
積分時間 ＝Ｉ （Integral）
微分時間 ＝Ｄ （Differential）
その際のグラフ
ＳＶ到達時間、温度目標値に安定するまでの時間、共に十分早いです。
比例帯に入るまでは、ON-OFF制御で動き、入ってからは積分時間を元に微調整を掛けて安定動作に導きます。
グラフで、ヒーター曲線からの乖離ポイントが、まさにPIDに変化した瞬間です。
ちなみ P が ０ だと、比例帯は発生しないので、ON-OFF制御 となります。
PID は 対象物の比熱 や 外因の全て を、ひっくるめてパラメータ化です。
なので、違う対象物 や 温度によって性質が変わる対象物 の場合、そのタイミングで違うパラメータを書き込まなければなりません。
普通は AT（オートチューニング）を使用し、当たりを付けた後パラメータを崩して行きます。
まとめ
温度調節を行う場合の注意点は紹介させてもらった範囲で、殆どが網羅できます。
温度調節で難しいのは、最初に出てきた、ヒーターに対して対象物の温度追随の遅れにあると言えます
中々冷めない（例えば中華あん）のような対象ですと、オーバーシュートすると全然下がってこないような事もありますので、冷却水を回しながら加熱する といった方法もあります。
対象物が、ヒーターON/OFFに対してすぐ追随するもの程、調節し易いのです。
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