PID控制器上的酸奶

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如何更改PID控制器的调节以应对不断变化的热特性？

项目：我在做酸奶。它在110华氏度下培养大约半天。您放入牛奶和一点发酵剂，然后喝酸奶。为下一批初学者节省一些钱，其余的就吃掉。简单又美味。

设置：我要拿一个食品安全的容器（带盖的锅）放在加热器上，添加一个k型热电偶，SSR和PID控制器，对于您要命名的任何PID控制器的参考实现，它们的连线都差不多。如果我将锅子（225W，约3/4加仑）用作锅和加热元件，则此方法效果很好，但我想做大批量（1加仑）。

问题：加热器与热质量比更大（1000W热板和不锈钢锅，而不是陶瓷锅）。在周期的后期，不稳定增加。PID控制器用水调节（牛奶要贵一些），并在最初的几个小时内将温度保持在2华氏度以内，但是随着酸奶的培养，我注意到明显的温度波动，并且与使用锅具不同，我看到了乳清分离（大概是由于温度过高造成的，或由于盖子上的凝结而增加的）。我可以肯定的是，更大的热量会抑制培养过程中热导率变化的噪音，但是我不确定如何在以后的阶段中更精确地控制温度，而又不会在开始时过度地破坏温度调节。

pid-controller

— 希尔德雷德
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+1仅用于标题。我真的希望我能给你答案。

— 罗杰·罗兰

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听起来您的温度传感器放置在错误的位置。培养物的热特性不应影响它。传感器应位于容器外部，而不是容器内部，因为整个想法是保持热平衡。也许您应该包括一个设置图，以便我们可以清楚了解各个元素之间的关系。

— 戴夫·特威德

@DaveTweed，对于缸盖版本，只需从盖子手柄上拧下螺丝，在盖子上留下一个孔即可插入热电偶，将热电偶接点放在热质量的中间，因为酸奶的温度是我所关心的。将瓦罐插入ssr。对于平底锅版本，唯一的变化是在加热板上替换了不锈钢平底锅，再次将热电偶置于质心。

— hildred '16

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就是我的意思。您不必关心“质心”，因为如果您可以将外表面保持在恒定温度，则其余部分将自行处理。表面是任何热量获得或损失的地方。您的方法假设在培养物内部会出现明显的温度梯度，这正是您要避免的温度。

— 戴夫·特威德

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正如尚未提到的那样：与所有生物一样，酸奶培养物也会产生热量，当它们的集体代谢加快时，它们可能会产生可测量的温度变化。（我知道面包面团中的酵母会产生明显的影响，但酸奶可能会发生同样的情况。）如果表面积/体积比较小，则对PID控制系统的这种干扰可能会更加明显。

— ndim '16

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真正的问题似乎是您的机械设置，而不是PID控制细节。PID控制甚至根本不是您想要的。

首先，将酸奶培养容器放入水浴中，然后尝试调节水浴温度。水的额外热质量将延长主导时间常数，并且在很大程度上不取决于容器内部发生的事情。

使用较长的时间常数，简单的恒温器开/关温度控制应能很好地工作。您希望加热器功率足够低，以使水浴在一个时间常数内仅发生少许变化，例如2-4度。简单的阈值检测开/关控制将非常有效。

除了增加磁滞以防止在设定点处快速振荡外，只需将输出固定一小段时间即可，例如时间常数的1/50左右。

很久以前，我做了一个用于照相底片冲洗的温控水浴。机械装置是那些塑料“橡胶”式浴缸，保持水循环的鱼缸泵和现成的300 W浸没式加热器（用于咖啡杯）之一。两个串联的热敏电阻分别位于盛水桶的两侧，提供温度反馈。这是在微控制器时代之前的，因此触发器每64个线路周期采样一次并保持开/关信号。那控制了一个继电器，该继电器打开和关闭浸入式加热器。真的很好一旦达到调节状态，温度就会保持固定在华氏度的一小部分。

您使用PID控制器对此有过多的想法。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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3

我想您的批次发酵时会变得更粘。对流传热变弱，因此总导热系数降低。

一种可能的解决方案是使用浸没式加热器，该加热器在整个空间内均匀分布。热能传播的平均距离将减少，并且您的设置将较少地依赖于导热率。

另一种可能的解决方案是使用几组PID常数。第一组将调较稀牛奶。第二组将调较浓稠的酸奶。您可以在知道先验的固定时间后从一组常量切换到另一组常量。

— 尼克·阿列克谢夫
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是的，粘度会增加，并且您在第一段中的推理与我的相符。我将看一下浸入式加热器。但是您的第三段是您感兴趣的地方，在哪里可以找到具有多个常量的COTS pid控制器？我熟悉omega和aubner，也熟悉Honeywell。据我所知，他们都做不到。OS pid可能是开源的，但是由于存在严重问题（我正在努力），目前我不推荐它。其次，更重要的是常数将如何不同？（这是我的核心问题。）

— 隐藏了

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临时而言，我不知道可以在一个控制器中存储两组常量的COTS。但是这里有一些想法。（第一个想法）某些Omega控制器具有通信端口（串行，以太网），您可以从计算机更新常量。（第二个想法）您可以使用2个单独的控制器（具有不同的常数）。温度传感器始终都连接到两个控制器。加热器一次只能连接一个控制器。（第三个想法）我听说过不断自我调整控制器的控制器。这种控制器可以调节以适应热导率的漂移。

— 尼克·阿列克谢耶夫

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或者，将温度传感器放在锅的底部。或添加机械搅拌器以保持温度均匀（我知道，如果酸奶真的很稠，可能不是一个好主意）。

— WhatRoughBeast '16

@WhatRoughBeast，问题是，如果搅拌酸奶不会变稠。

— Photon

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@ThePhoton-此视频youtube.com/watch?v=LAZR1CUcLb0 和youtube.com/watch?v=daBustjm0lo（大约4:15可以看到搅拌器）可以使用搅拌器制作酸奶以保持温度均匀。无论如何，更好的主意是为发酵容器制作搅拌水浴。

— WhatRoughBeast '16

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由于线程已经冒险使用PID来制造酸奶，因此我想我可能建议另一种方法...

将牛奶和发酵剂放入瓦罐中，然后将其调高。当混合物的温度升至华氏160度时，将锅从缸罐中取出并盖上盖子。立即用一两条毛巾将锅包好，并将其放入您最好的饮料冷却器中。

“您对PID控制器（上面的Olin Lathrup）和多个控制器（及其顶置电路），浸入式加热器或COTS（在这里，是我）的想法太过分了”。

如果您绝对必须在该过程中具有EE足迹，则可以设计一个温度检测器，该检测器可检测160华氏度并引起蜂鸣或嗡嗡声。

— 凯利弗
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我可能在这里玩游戏有些迟了，但是我正在查找某些内容并遇到了这个问题。我用这个做酸奶-不需要水浴：

https://github.com/CapnBry/HeaterMeter/wiki

这些都是我自己整理的（但他现在也卖了；它们都是开源的）。最初的目的是控制烧烤，但是我发现它非常适合于sous vide和酸奶。我控制着最笨的Crock Pot（关，低，高），并且有一个带孔的盖子；如果您还没有，可以在Sears等处购买。

我使用他推荐的探针，但还有第二个独立探针，只是为了省心！我将设备运行十个小时，然后将酸奶/乳清混合物倒入衬有普通纸巾的漏勺中，然后沥干水分。排水时间会有所不同，达到所需的一致性后，您可以停止排水。

只是为了完整介绍该过程：

1）将1加仑牛奶倒入一个大汤锅中，然后在炉子上慢慢将其升至170F，在该温度下静置5-10分钟

2）打开烤箱，将Crock Pot碗放进去，加热到230F左右，只是杀死所有的虫子（一定是可选的，有时候我很懒，但是从来没有坏过的一批）

3）通过将其漂浮在冷水中来冷却水槽中的汤锅，直到温度达到100F

4）从烤箱中取出锅碗并将其放入锅碗中，使其冷却，然后打开PID控制器并打开锅碗（低）

5）将牛奶倒入灭菌的牛奶中，搅拌约半小碗希腊酸奶（我更喜欢Chobani，但几乎所有的活酸奶都可以，而且实验很有趣，Fage很好）

6）将全部倒入瓦罐（我有一个瓦罐神奇地接受了1加仑-有趣的是它的工作原理！

7）盖上盖子，插入探针，使其运行10小时

8）通过HeaterMeter中的Web服务器获得所有怪胎！（不必担心图像中的实际数字-有充分的理由说明它们与我所提到的有所不同，这里没有太多细节）

9）准备好后，如上所述排干酸奶（液态乳清非常适合机器中的面包制作，顺便说一句）

10）放入小容器中，冷藏，食用！

我希望这可以帮助某人喜欢使用高科技制作最基本的食物-我当然喜欢！

— 尼尔·M
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