Die Temperaturkontrolle ist eine Voraussetzung für praktisch jede chemische Reaktion, an der Menschen interessiert sind. Die Temperatur beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit und oft die Vollständigkeit der Reaktion. Der menschliche Körper verfügt über ein biologisches Temperaturkontrollsystem, um einen engen Bereich der Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Auch Prozesse zur Herstellung verschiedener Materialien erfordern eine Temperaturkontrolle. Der Techniker hat die Wahl zwischen einem analogen und einem digitalen Temperaturregler.
Einige analoge Hausthermostate bestehen aus einer Kupferbandspirale. Wenn sich der Streifen durch Wärme ausdehnt, dehnt sich die Spirale aus und bewegt einen mechanischen Hebel. Der Ofen oder die Klimaanlage reagiert entsprechend. Analoge Controller reagieren nur auf die aktuelle Umgebung.
Der Mikroprozessor in einem digitalen Temperaturregler empfängt numerische Eingaben aus der Umgebung und manipuliert sie, um ein höheres Maß an Kontrolle zu ermöglichen. Wenn sich ein System schnell aufheizt, reagiert das analoge System erst, wenn der Regler seine gewünschte Temperatur, den sogenannten Sollwert (SP) erreicht hat. Die Wärmequelle kann ausgeschaltet werden, aber das System überschwingt den SP, da es Energie von den warmen, das System umgebenden Oberflächen absorbiert. Ein digitaler Temperaturregler berechnet die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur ansteigt, und veranlasst das Gerät zu reagieren, bevor der SP erreicht wird. Der Controller verwendet Daten aus der Vergangenheit, um die zukünftigen Ergebnisse vorherzusagen und zu ändern.
Es gibt viele Algorithmen oder Berechnungsschemata, die ein digitaler Temperaturregler verwenden könnte. Einer der gebräuchlichsten ist der Proportional-Integral-Differential- oder PID-Regler. Es verwendet drei separate Berechnungen, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten.
Der Fehler (e) ist die Differenz zwischen der Isttemperatur (T) und der Solltemperatur (SP). Die proportionale Berechnung ändert einen Eingangsstrom in einen Prozess basierend auf der Größe von E. Ein E von 2 würde eine doppelte Energiezufuhr erfordern wie ein E von 1.
Die Proportionalsteuerung verhindert, dass das System den SP überschwingt, aber die Reaktion kann träge sein. Die integrale Methode geht davon aus, dass zukünftige Datentrends Bestand haben werden. Wenn im obigen Beispiel T um ein E von 2 und dann ein E von 4 zunimmt, könnte das System erwarten, dass das nächste E 8 sein wird. Anstatt die Antwort zu verdoppeln, könnte es die Antwort verdreifachen und nicht auf die nächste warten Messung.
Ein Proportional- und Integralregler (PI) kann um den SP oszillieren und zwischen zu warm und zu kalt hin und her springen. Eine Ableitungssteuerungsmethode dämpft die Schwingung. Bei der Berechnung wird die Änderungsrate von E verwendet.
Der PID-Regler verwendet einen gewichteten Durchschnitt der drei Berechnungen, um zu bestimmen, welche Maßnahmen zu jedem Zeitpunkt ergriffen werden sollten. Dieser digitale Temperaturregler ist der gebräuchlichste und effektivste, da er aktuelle, historische und erwartete Daten verwendet. Andere Steuerschemata erfordern Informationen über die Natur des Systems. Dieses Wissen erhöht die Fähigkeit des Controllers, die zukünftige Reaktion des Systems zu antizipieren.