Algorytm PID w układzie mikroprocesorowego regulatora temperatury z ogniwem Peltiera

Wyniki badań eksperymentalnych

Stabilność temperatury

W celu wyznaczenia stabilności temperatury badany moduł Peltiera przytwierdzono jedną stroną do radiatora, a na jego drugiej stronie umieszczono czujnik temperatury. Ustawione zostały trzy różne temperatury, dla których zostały zebrane wyniki pomiarów dokonywanych przez sterownik ogniwa. Każda seria pomiarowa trwała minimum 30 minut. Wydłużenie czasu pomiaru nie powodowało istotnej zmiany wyników. Wyniki pomiarów przedstawione zostały na rysunku 4.

Rys. 4. Dokładność stabilizacji temperatury przy różnych nastawach (aproksymacja histogramu)

Analizując wykres można zauważyć, że najmniejsza odchyłka od zadanej temperatury występuje przy małej różnicy temperatur ustawionej i otoczenia. Głównym tego powodem jest wymiana ciepła między powierzchnią ogniwa a otoczeniem. Dlatego zaleca się, aby po umieszczeniu na wspomnianej powierzchni elementu wymagającego stabilizacji termicznej, odizolować tę stronę od otocznia przy pomocy styropianu, pianki lub wełny. Jak wykazały testy, charakterystyki dla temperatur +10°C i +20°C stają się wtedy podobne do tej dla +28°C. Pomiary przeprowadzono przy braku wspomnianej izolacji, aby uwzględnić takie czynniki, jak dostarczanie ciepła przez stabilizowany termicznie element.

Jak wynika z wykresu, zmierzona dokładność stabilizacji jest w większości przypadków lepsza niż ±0,01°C. Podana w specyfikacji dokładność ±0,02°C jest wartością gwarantowaną w każdych dopuszczalnych warunkach pracy.

Dokładność pomiaru temperatury

Dokładność pomiaru temperatury przez sterownik modułu Peltiera została sprawdzona przy pomocy skalibrowanego fabrycznie urządzenia. Wykorzystano w tym celu cyfrowy termometr typu MICROMANOMETR HD 21340. Zaobserwowane różnice w całym zakresie pomiarowym sterownika nie przekraczają ±0,5°C. Dzięki zastosowaniu odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych, uzyskane wyniki są powtarzalne w kolejnych egzemplarzach urządzenia. Wyeliminowany został również wpływ rezystancji styków złącz oraz przewodów.

Charakter odpowiedzi na zmianę nastaw temperatury

Drugim, bardzo istotnym parametrem każdego regulatora temperatury, jest czas i charakter odpowiedzi na zmianę zadanej temperatury. Pomiaru dokonano przy zmianie temperatury w maksymalnym przewidzianym zakresie nastaw. Wyniki pomiaru zaprezentowano na rysunku 5.

Rys. 5. Charakterystyka regulacji wykonanego urządzenia

Na wykresie umieszczono dwa przebiegi. Jeden z nich (schładzanie) odpowiada sytuacji gdy kolejna zadana temperatura jest niższa i sterownik musi schłodzić stabilizowany element. Druga krzywa (podgrzewanie) odpowiada sytuacji odwrotnej. Dzięki zaawansowanemu algorytmowi regulacji możliwe było zrealizowanie względnie szybkiej zmiany temperatury, unikając przy tym przesterowań i oscylacji. Jedynie przy podgrzewaniu wystąpiło niewielkie przeregulowanie i oscylacja. Powodem takiego zachowania jest wspomniany już wcześniej brak izolacji miedzy monitorowaną stroną ogniwa a otoczeniem. W takiej sytuacji wspomniana strona ogniwa ogrzewana jest zarówno przez ogniwo jak i jego otoczenie. Jeżeli zapewnimy izolację termiczną, sterownik na podstawie szybkości zmian temperatury odpowiednio wcześniej skoryguje moc ogniwa i przeregulowanie nie wystąpi.