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LABORATORY熱の実験室

　

　● 実験結果

　tc2（加熱される物体を想定）の温度を、条件が変化（逆さにする）しても60℃に制御するには、2点の測定値により、どのように制御するのが良いか、やってみました。

(1) tc1で制御

　80℃設定で、tc1（ヒーター中心の熱電対）の測定値により制御しました。途中から tc2が下がっているのは、逆さ（ヒーターが上）にしたためです。

duty: ヒーター出力（ON－OFF制御なので、0% または 100%）、rt： 室温
　tc1はヒーターの中心なので、ヒーターの温度変化を短時間で検知でき、正常に温度制御できています。tc2（加熱される物体を想定）は、61℃付近で安定していましたが、逆さにした後は、54℃程度まで下がっています。

(2) tc2 で制御

　60℃設定で、tc2（加熱される物体を想定した熱電対）の測定値により制御しました。
　著しいオーバーシュートが生じています。tc2の温度変化が tc1から40秒ほど遅れているためです。安定してきた段階でも、60℃の設定温度に対して±5℃程度で上下しています。
　逆さにした後は tc1の温度が上がっていて、条件の変化には一応適応できています。

(3) tc1 とtc2 で制御-1

　60℃設定で、tc2の測定値により制御し、tc1が75℃～90℃の範囲になるよう制限しました。
　(2)より、はるかに良好に制御できているように見えますが、逆さにする以前は、tc1が75℃以下ならONという制御により、tc2による制御は動作していません。逆さにした後は、tc1が90℃を超えたらOFFという制御により、オーバーシュートすることなく制御できています。

(4) tc1 とtc2 で制御-2

　(3)から、tc1の下限を75℃ → 70℃に、5℃下げました。
　逆さにする以前は、tc1の上限90℃が高すぎるようで、オーバーシュートが生じています。しかし、逆さにした後にtc2を60℃に保つためには、90℃は下げられません。
　この方法では、大きな条件変化に適応できないことになります。

(5) tc1 とtc2 で制御-3

　まず、80℃（設定温度 + 20℃）でtc1（ヒーター中心）により制御し、tc2の温度が安定したら、設定温度（60℃）とtc2（加熱される物体を想定）の温度差により、tc1の設定温度を都度修正するようにしました。
　逆さにした後も、tc2の温度降下を修正するために、tc1の温度を上げる動作が正常に行われています。
　この制御方法なら、条件の変化に適応して、加熱される物体の温度を制御できそうです。

　● まとめ

　2点測定により、ON-OFF制御でも、ヒーターから離れていて温度変化が遅れる物体の温度制御を、かなり良好に行えそうなことが確認できました。
　Raspberry Piを使用しての温度制御は、プログラムで自由にできます。1台で複数か所の制御もできるので、コストダウンにも有効です。

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