Yaourt sur un contrôleur PID

Comment modifiez-vous le réglage d'un contrôleur PID pour faire face à l'évolution des propriétés thermiques?

Le projet: je fais du yaourt. Il se cultive à 110 degrés F pendant environ une demi-journée; vous mettez du lait et un peu de culture de démarrage et obtenez du yaourt. Gardez un peu pour une entrée pour le prochain lot et mangez le reste. Facile et délicieux.

La configuration: je prends un récipient alimentaire (casserole avec couvercle) en le plaçant sur un radiateur, en ajoutant un thermocouple de type k, un SSR et un contrôleur PID tous câblés à peu près selon l'implémentation de référence de tout contrôleur PID que vous souhaitez nommer. Cela fonctionne bien si j'utilise une mijoteuse (225 W, environ 3/4 gal) comme poêle et élément chauffant, mais je veux faire des lots plus importants (1 gal).

Le problème: avec un rapport chauffage / masse thermique plus important (plaque chauffante 1000W et poêle en acier inoxydable au lieu de céramique). Il y a une instabilité accrue pendant la dernière partie du cycle. Le contrôleur PID est réglé avec de l'eau (le lait est un peu plus cher) et maintient la température à moins de 2 degrés F pendant les deux premières heures, mais comme les cultures de yogourt, je remarque des variations de température prononcées, et contrairement à l'utilisation du pot de cruche, je vois une séparation du lactosérum (probablement en raison d'une surchauffe ou d'une condensation accrue sur le couvercle en raison de la même chose). Je suis assez sûr que la plus grande masse thermique atténuait le bruit du changement de la conductivité thermique pendant la culture, mais je ne sais pas comment procéder pour contrôler plus précisément la température au cours des étapes ultérieures sans compromettre excessivement la régulation de la température au début.

Le vrai problème semble être votre configuration mécanique, pas le détail du contrôle PID. Le contrôle PID n'est peut-être même pas du tout ce que vous voulez.

Je commencerais par mettre le récipient de culture de yaourt dans un bain-marie, puis j'essaierais de réguler la température du bain-marie. La masse thermique supplémentaire de l'eau allongera la constante de temps dominante et ne dépendra pas beaucoup de ce qui se passe à l'intérieur du récipient.

Avec une constante de temps plus longue, un simple contrôle de température marche / arrêt du thermostat devrait fonctionner assez bien. Vous voulez que la puissance du chauffage soit suffisamment faible pour que le bain-marie ne change que légèrement, comme peut-être 2-4 degrés, en une seule constante de temps. Un simple contrôle marche / arrêt de détection de seuil fonctionnera alors très bien.

Au lieu d'ajouter une hystérésis pour éviter des oscillations rapides au point de consigne, maintenez simplement la sortie fixe pendant un court instant, comme 1/50 de la constante de temps ou plus.

Il y a longtemps, j'ai fabriqué un bain-marie à température contrôlée pour le traitement des films photographiques. La configuration mécanique était une de ces cuves en plastique de style "Rubbermade", une pompe d'aquarium pour garder l'eau en circulation et un thermoplongeur de 300 W sur étagère destiné à une tasse de café. Deux thermistances en série placées sur les côtés opposés de la cuve ont fourni le retour de température. C'était avant l'ère des microcontrôleurs, donc une bascule a échantillonné et maintenu le signal marche / arrêt tous les 64 cycles de ligne. Celui-ci contrôlait un relais qui allumait et éteignait le thermoplongeur. Cela a très bien fonctionné. Une fois réglée, la température est restée fixée à une fraction de degré F.

Vous pensez trop à cela avec un contrôleur PID.

J'imagine que votre lot devient plus visqueux à mesure qu'il fermente. Le transfert de chaleur par convection devient plus faible, de sorte que la conductivité thermique globale diminue.

Une solution possible consisterait à utiliser des thermoplongeurs, qui seraient répartis uniformément dans tout le volume. La distance moyenne que l'énergie thermique devrait parcourir diminuera et votre configuration dépendra moins de la conductivité thermique.

Une autre solution possible est d'avoir plusieurs ensembles de constantes PID. Le premier ensemble serait réglé pour du lait cru plus fin. Le deuxième ensemble serait réglé pour un yogourt plus épais. Vous pouvez passer d'un ensemble de constantes à un autre après une période de temps fixe qui est connue a priori .

Puisque le fil s'est déjà aventuré loin du PID en utilisant l'énergie électrique pour faire du yaourt, j'ai pensé que je pourrais suggérer une autre approche ...

Mettez le lait et le démarreur dans votre mijoteuse et allumez-le haut. Lorsque la température du mélange atteint 160 degrés F, sortez le pot du pot et mettez le couvercle dessus. Sans tarder, enveloppez le pot avec une serviette ou deux et placez-le dans votre meilleur refroidisseur de boissons.

"Vous pensez trop à cela avec un contrôleur PID" (Olin Lathrup, ci-dessus) et avec plusieurs contrôleurs (et leurs circuits aériens), des thermoplongeurs ou des COTS (moi, ici).

Si vous devez absolument avoir une empreinte EE sur le processus, vous pouvez concevoir un détecteur de température qui détecte 160 degrés Fahrenheit et provoque des bips ou des bourdonnements.

Je suis peut-être un peu en retard au jeu ici, mais je cherchais quelque chose et je suis tombé sur ce fil. Je fais du yaourt en utilisant ceci - aucun bain d'eau requis:

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

que j'ai assemblé moi-même (mais il les vend aussi maintenant; tout est open-source). L'intention initiale était de contrôler un barbecue, mais j'ai trouvé que cela fonctionne parfaitement pour le sous vide, et aussi pour le yaourt. Je contrôle le Crock Pot le plus stupide qui soit (Off, Low, High), et j'ai un couvercle avec un trou dedans; vous pouvez les obtenir chez Sears, etc. si le vôtre n'en a pas déjà un.

J'utilise la sonde qu'il recommande, mais j'ai aussi une deuxième sonde indépendante juste pour la tranquillité d'esprit! Je laisse la configuration fonctionner pendant dix heures, puis verse le mélange yaourt / lactosérum dans une passoire tapissée de papier absorbant ordinaire et laisse égoutter. Le temps de vidange varie et vous pouvez arrêter de vidanger lorsque vous avez atteint la consistance souhaitée.

Juste pour donner un aperçu complet du processus:

1) versez 1 gallon de lait dans une grande marmite, et amenez-le lentement à 170F sur le poêle, laissez-le reposer à cette température pendant 5-10 minutes

2) allumer le four et mettre le bol Crock Pot, pour se réchauffer à environ 230F, juste pour tuer les insectes (un peu facultatif, parfois je suis paresseux mais je n'ai jamais eu de mauvais lot)

3) refroidir la marmite dans l'évier en le faisant flotter dans l'eau froide, jusqu'à ce que la température atteigne 100F

4) sortez le bol Crock Pot du four et placez-le dans le Crock Pot, laissez-le refroidir mais allumez le contrôleur PID et le Crock Pot (Low)

5) dans le lait stérilisé, fouetter environ la moitié d'un petit pot de yogourt grec (je préfère le Chobani, mais à peu près n'importe quel yogourt de culture vivante fera l'affaire et c'est amusant à expérimenter, Fage est bon)

6) versez le tout dans le Crock Pot (j'ai un Crock Pot qui accepte comme par magie 1 gallon - drôle comment cela fonctionne!)

7) Mettez le couvercle, insérez les sondes, laissez-le fonctionner pendant 10 heures

8) Obtenez tout geeky avec le serveur Web dans le HeaterMeter! (ne vous inquiétez pas des chiffres réels dans l'image - il y a une bonne raison pour laquelle ils sont différents de ce que j'ai mentionné, trop de détails pour entrer ici)

9) lorsque vous êtes prêt, égouttez le yaourt comme décrit ci-dessus (le lactosérum liquide est idéal pour la fabrication du pain dans une machine, BTW)

10) mettre dans de petits récipients, réfrigérer, manger!

J'espère que cela aide quelqu'un quelque part à profiter de la haute technologie pour préparer les aliments les plus élémentaires - j'aime certainement ça!