El control de la temperatura es un requisito previo para prácticamente todas las reacciones químicas en las que las personas estén interesadas. La temperatura afecta la velocidad de reacción y, a menudo, la integridad de la reacción. El cuerpo humano incorpora un sistema biológico de control de temperatura para mantener un rango estrecho de temperatura corporal. Los procesos diseñados para producir diversos materiales también requieren control de temperatura. El ingeniero puede elegir entre un controlador de temperatura analógico o digital.
Algunos termostatos domésticos analógicos consisten en una espiral de tiras de cobre. A medida que la tira se expande con el calor, la espiral se expande, moviendo una palanca mecánica. El horno o el aire acondicionado responde en consecuencia. Los controladores analógicos solo reaccionan al entorno actual.
El microprocesador de un controlador de temperatura digital recibe entradas numéricas del entorno y las manipula para permitir un mayor grado de control. Si un sistema se calienta rápidamente, el sistema analógico solo reaccionará cuando el controlador alcance la temperatura deseada, llamada punto de ajuste (SP). La fuente de calor puede estar apagada, pero el sistema sobrepasará el SP porque está absorbiendo energía de las superficies cálidas radiantes que rodean el sistema. Un controlador de temperatura digital calcula la velocidad a la que aumenta la temperatura y hace que el aparato responda antes de que se alcance el SP. El controlador usó datos pasados para predecir y cambiar los resultados futuros.
Hay muchos algoritmos o esquemas de cálculo que podría emplear un controlador de temperatura digital. Uno de los más comunes es el controlador proporcional-integral-derivado o PID. Utiliza tres cálculos separados para mantener una temperatura constante.
El error (e) es la diferencia entre la temperatura real (T) y la temperatura de consigna (SP). El cálculo proporcional cambia un flujo de entrada a un proceso basado en la magnitud de E. Una E de 2 requeriría una entrada de energía dos veces mayor que la de una E de 1.
El control proporcional evita que el sistema sobrepase el SP, pero la respuesta puede ser lenta. El método integral anticipa que las tendencias de datos futuras perdurarán. En el ejemplo anterior, si T aumenta en una E de 2 y luego una E de 4, el sistema podría anticipar que la siguiente E será 8, por lo que en lugar de duplicar la respuesta, podría triplicar la respuesta y no esperar a la siguiente. medición.
Un controlador proporcional e integral (PI) puede oscilar alrededor del SP, rebotando entre demasiado cálido y demasiado frío. Un método de control derivado amortiguará la oscilación. La tasa de cambio de E se usa en el cálculo.
El controlador PID usa un promedio ponderado de los tres cálculos para determinar qué acción debe tomarse en cualquier momento. Este controlador de temperatura digital es el más común y eficaz, ya que utiliza datos actuales, históricos y anticipados. Otros esquemas de control requieren información sobre la naturaleza del sistema. Este conocimiento aumenta la capacidad del controlador para anticipar la respuesta futura del sistema.