低温专题 | 温度控制

时间：2020.03.10来源：点击次数：3255次

一个完整的温度控制系统通常包含温度控制器、加热器、温度传感器、线缆等。其中，温度控制器的基本功能是将实际温度与设定值比较，并输出信号控制加热器，以维持设定值温度。
选择控制器时应考虑以下两项因素：
1. 仪器设备的工作温区
2. 输入传感器的类型（热电偶、PT100、二极管温度计、薄膜传感器等）

PID算法

当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性，反馈包括测量、比较、执行三部分，以PID算法最为常用。做出正确的测量和比较后，通过PID调节更好地纠正系统。

PID三个字母的含义如下：

1) P：比例（proportion）。

通常，以满量程的%或度表示温度范围，称为比例或比例带。在此范围内，控制器发生比例作用，即控制器的输出与输入误差信号成比例关系。比例带越宽，围绕设定值发生比例作用的区域越大。有时也用增益表示，增益是比例带的倒数。

2) I：积分（integration）。

积分，又称为复位，根据设定值调节比例带宽，以补偿偏离设定值的偏移量（固定偏差），也就是说，它在系统稳定后将控制的温度调节到设定值。

3) D：微分（differentiation）。

微分，又称为速率，感应系统温度上升或下降的速率，并自动调节比例带，从而将下冲或过冲降到最小。

如何调节PID值

根据目标设定所需温度值后，再设定PID参数，通常，先设定P值，I输入0（先找到合适的P后再调I）；D输入0（一般不调）。

观察升温曲线，可能会出现如下情况：

（a）P值偏大

P值太大，温度会一直震荡，无法稳定。由于在设定值附近得到的P值可能不准确，所以要先关闭加热器，将温度降下来，远离设定值，减小P值后，再重新加热观察升温曲线。

（b）P值偏小

P值太小，无法达到设定温度。用（a）中方法增大P值再观察升温曲线即可。

（c）P值合适

找到合适的P值后，通过温度曲线计算出温度随时间的振荡周期（单位是秒），根据振荡周期计算I值，I=1000/振荡周期。设定I值之后，再将当前P值减半，观察，观察曲线变化。
通过PID调节，温度精度可达mK量级。
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