Yogurt su un controller PID

Come si modifica l'accordatura di un controller PID per gestire la modifica delle proprietà termiche?

Il progetto: sto preparando lo yogurt. Coltiva a 110 ° F per circa mezza giornata; metti il ​​latte e un po 'di cultura iniziale e ottieni lo yogurt. Risparmia un po 'come antipasto per il prossimo lotto e mangia il resto. Facile e delizioso.

L'impostazione: sto prendendo un contenitore per alimenti (padella con coperchio) posizionandolo sopra un riscaldatore, aggiungendo una termocoppia di tipo k, un controller SSR e PID tutti cablati praticamente per l'implementazione di riferimento di qualsiasi controller PID che desideri nominare. Funziona bene se sto usando un crockpot (225 W, circa 3/4 galloni) sia come padella che come elemento riscaldante, ma voglio fare lotti più grandi (1 gallone).

Il problema: con un rapporto riscaldamento / massa termica maggiore (piastra riscaldante da 1000 W e padella in acciaio inossidabile anziché ceramica). Vi è una maggiore instabilità durante la parte successiva del ciclo. Il controller PID è sintonizzato con acqua (il latte è un po 'più costoso) e mantiene la temperatura entro 2 ° F per le prime due ore, ma come colture di yogurt sto notando sbalzi di temperatura pronunciati e, a differenza dell'uso del crockpot, vedo la separazione del siero di latte (presumibilmente a causa di sovratemperatura o aumento della condensa sul coperchio a causa della stessa). Sono abbastanza sicuro che la maggiore massa termica stava smorzando il rumore del cambiamento della conduttività termica durante la coltura, ma non sono sicuro di come procedere per controllare più precisamente la temperatura durante le fasi successive senza compromettere eccessivamente la regolazione della temperatura all'inizio.

Il vero problema sembra essere la tua configurazione meccanica, non i dettagli del controllo PID. Il controllo PID potrebbe non essere nemmeno quello che vuoi affatto.

Inizierei inserendo il contenitore della cultura dello yogurt in un bagno d'acqua, quindi tenterei di regolare la temperatura del bagno d'acqua. La massa termica aggiuntiva dell'acqua allungherà la costante di tempo dominante e non dipenderà molto da ciò che accade all'interno del contenitore.

Con una costante di tempo più lunga, il semplice controllo della temperatura on / off del termostato dovrebbe funzionare abbastanza bene. Volete che la potenza del riscaldatore sia abbastanza bassa in modo che il bagno d'acqua cambi solo un po ', come forse 2-4 gradi, entro una costante di tempo. Il semplice controllo di attivazione / disattivazione della soglia funzionerà quindi molto bene.

Invece di aggiungere l'isteresi per prevenire oscillazioni rapide al setpoint, mantieni l'output fisso per un breve periodo, come 1/50 della costante di tempo o giù di lì.

Molto tempo fa, ho realizzato un bagno d'acqua a temperatura controllata per l'elaborazione di pellicole fotografiche. L'impostazione meccanica era una di quelle vasche di plastica in stile "Rubbermade", una pompa per serbatoio di pesce per mantenere l'acqua in circolazione e un riscaldatore ad immersione da 300 W fuori dallo scaffale pensato per una tazza di caffè. Due termistori in serie posizionati sui lati opposti della vasca hanno fornito il feedback di temperatura. Questo era prima dell'età dei microcontrollori, quindi un infradito campionava e conteneva il segnale on / off ogni 64 cicli di linea. Ciò controllava un relè, che accendeva e spegneva il riscaldatore ad immersione. Ha funzionato davvero bene. Una volta arrivata alla regolazione, la temperatura è rimasta fissa a una frazione di grado F.

Ci stai pensando troppo con un controller PID.

Immagino che il tuo lotto diventi più viscoso man mano che fermenta. Il trasferimento di calore convettivo diventa più debole, quindi diminuisce la conduttività termica complessiva.

Una possibile soluzione sarebbe quella di utilizzare i riscaldatori ad immersione, che sarebbero distribuiti uniformemente in tutto il volume. La distanza media che l'energia termica dovrebbe percorrere diminuirà e la configurazione dipenderà meno dalla conduttività termica.

Un'altra possibile soluzione è quella di avere diversi set di costanti PID. Il primo set sarebbe sintonizzato per il latte crudo più sottile. Il secondo set sarebbe sintonizzato per yogurt più denso. Potresti passare da un insieme di costanti a un altro dopo un periodo di tempo fisso che è noto a priori .

Dato che il filo si è già allontanato dal PID nell'uso dell'energia elettrica per fare lo yogurt, ho pensato di suggerire un altro approccio ...

Metti il ​​latte e lo starter nel tuo crockpot e accendilo in alto. Quando la temperatura della miscela arriva a 160 gradi F, togli la pentola dalla pentola di terracotta e mettici sopra il coperchio. Avvia senza indugio la pentola con un asciugamano o due e mettila nel tuo miglior refrigeratore per bevande.

"Ci stai pensando troppo con un controller PID" (Olin Lathrup, sopra) e con più controller (e i loro circuiti overhead), riscaldatori ad immersione o COTS (io, qui).

Se è assolutamente necessario disporre di un footprint EE sul processo, è possibile progettare un rilevatore di temperatura che rileva 160 gradi Fahrenheit e provoca segnali acustici o ronzii.

Potrei essere un po 'in ritardo al gioco qui, ma stavo cercando qualcosa e mi sono imbattuto in questo thread. Faccio lo yogurt usando questo - nessun bagno d'acqua richiesto:

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

che ho messo insieme (ma ora li vende anche; è tutto open-source). L'intento originale era di controllare un barbecue, ma ho scoperto che funziona perfettamente per sous vide e anche per lo yogurt. Controllo la pentola di terracotta più stupida che ci sia (Off, Low, High) e ho un coperchio con un buco; puoi ottenerli su Sears ecc. se il tuo non ne ha già uno.

Uso la sonda che mi consiglia, ma ho anche una seconda sonda indipendente solo per la tranquillità! Lascio il setup acceso per dieci ore, quindi verso la miscela yogurt / siero di latte in uno scolapasta foderato con un normale tovagliolo di carta e lo lascio drenare. Il tempo di drenaggio varia e puoi smettere di drenare quando hai raggiunto la consistenza desiderata.

Giusto per dare una visione completa del processo:

1) versare 1 gallone di latte in una pentola capiente e portarlo lentamente fino a 170F sul fornello, lasciarlo riposare a quella temperatura per 5-10 minuti

2) accendi il forno e metti la ciotola di Crock Pot, per scaldare fino a circa 230F, solo per uccidere tutti i bug (un po 'opzionale, a volte sono pigro ma non ho ancora avuto un brutto lotto)

3) raffreddare la pentola nel lavandino facendola galleggiare in acqua fredda, fino a quando la temperatura raggiunge i 100F

4) estrarre la ciotola di Crock Pot dal forno e posizionarla nella Pentola di terracotta, lasciarla raffreddare ma accendere il controller PID e la pentola di terracotta su (Basso)

5) nel latte sterilizzato, frullare in circa metà di una piccola pentola di yogurt greco (preferisco il Chobani, ma praticamente farà qualsiasi yogurt di cultura dal vivo ed è divertente sperimentare, Fage è buono)

6) versa l'intero lotto nel Crock Pot (ho un Crock Pot che accetta magicamente 1 gallone - divertente come funziona!)

7) Mettere il coperchio, inserire le sonde, lasciarlo funzionare per 10 ore

8) divertiti con il webserver in HeaterMeter! (non preoccuparti dei numeri reali nell'immagine - c'è una buona ragione per cui sono diversi da quello che ho menzionato, troppi dettagli per entrare qui)

9) quando pronto, scola lo yogurt come descritto sopra (il siero di latte liquido è ottimo per fare il pane in una macchina, a proposito)

10) mettere in piccoli contenitori, conservare in frigorifero, mangiare!

Spero che questo aiuti qualcuno da qualche parte a divertirsi usando l'alta tecnologia per preparare il cibo più semplice - mi piace sicuramente!