Le contrôle de la température est une condition préalable à pratiquement toutes les réactions chimiques auxquelles les gens s’intéressent. La température affecte la vitesse de réaction et souvent l’intégralité de la réaction. Le corps humain intègre un système de contrôle biologique de la température pour maintenir une plage étroite de température corporelle. Les processus conçus pour produire divers matériaux nécessitent également un contrôle de la température. L’ingénieur a le choix entre un régulateur de température analogique et numérique.
Certains thermostats domestiques analogiques sont constitués d’une spirale en bande de cuivre. Au fur et à mesure que la bande se dilate avec la chaleur, la spirale se dilate, déplaçant un levier mécanique. La fournaise ou le climatiseur réagit en conséquence. Les contrôleurs analogiques réagissent uniquement à l’environnement actuel.
Le microprocesseur d’un contrôleur de température numérique reçoit une entrée numérique de l’environnement et la manipule pour permettre un plus grand degré de contrôle. Si un système chauffe rapidement, le système analogique ne réagira que lorsque le contrôleur atteint la température souhaitée, appelée point de consigne (SP). La source de chaleur peut être éteinte, mais le système dépassera le SP car il absorbe l’énergie des surfaces de rayonnement chaudes entourant le système. Un contrôleur de température numérique calcule la vitesse à laquelle la température augmente et déclenche la réaction de l’appareil avant que le SP ne soit atteint. Le contrôleur a utilisé des données passées pour prédire et modifier les résultats futurs.
Il existe de nombreux algorithmes ou schémas de calcul qu’un contrôleur de température numérique peut utiliser. L’un des plus courants est le contrôleur proportionnel-intégral-dérivé ou PID. Il utilise trois calculs distincts pour maintenir une température constante.
L’erreur (e) est la différence entre la température réelle (T) et la température de consigne (SP). Le calcul proportionnel transforme un flux d’entrée en un processus basé sur l’amplitude de E. Un E de 2 nécessiterait une entrée d’énergie deux fois celle d’un E de 1.
Le contrôle proportionnel empêche le système de dépasser le SP, mais la réponse peut être lente. La méthode intégrale anticipe que les tendances futures des données perdureront. Dans l’exemple ci-dessus, si T augmente d’un E de 2 puis d’un E de 4, le système peut anticiper que le prochain E sera de 8, donc au lieu de doubler la réponse, il pourrait tripler la réponse et ne pas attendre le prochain la mesure.
Un contrôleur proportionnel et intégral (PI) peut osciller autour du SP, oscillant entre trop chaud et trop froid. Une méthode de contrôle dérivé amortira l’oscillation. Le taux de variation de E est utilisé dans le calcul.
Le contrôleur PID utilise une moyenne pondérée des trois calculs pour déterminer quelle action doit être entreprise à tout moment. Ce contrôleur de température numérique est le plus courant et le plus efficace, car il utilise des données actuelles, historiques et anticipées. D’autres schémas de contrôle nécessitent des informations sur la nature du système. Une telle connaissance renforce la capacité du contrôleur à anticiper la réponse future du système.