Gestione aumento temperatura secondo una curva ben specifica

Ciao a tutti :grinning: , è da un po’ che non scrivo sul forum.
Oggi, durante la progettazione di una cosa abbastanza stupida è nato questo problema che non so come risolvere.

Cercherò di essere più chiaro possibile:
devo riuscire ad aumentare la temperatura in modo controllato, cioè se ho una temperatura di partenza di esempio 0° e voglio arrivare a 20° seguendo una retta e sapendo che aumento di 1 grado al minuto volevo chiedere come si poteva realizzare.

Io pensavo di fare in modo che il dispositivo che scalda si accenda e si spenga in continuazione controllato da un sensore di temperatura e che quando sia arrivato alle temperatura di arrivo la mantenga fissa.

Il mio problema sta nel capire se questo processo di aumento di temperatura lineare in modo controllato è possibile, e se si che tipo di riscaldamento utilizzare, avevo sentito parlare di una resistenza che si scalda come possibile dispositivo.

Allego un’immagine con il grafici che deve seguire la temperatura.

Spero di essermi spiegato, in caso contrario mi scuso perché sono di fretta e provvederò subito a chiarire il problema.

Grazie del vostro aiuto! :slight_smile:

Tutto sta nella precisione di cui necessiti. mantenere una tolleranza di +-1K al minuto non è un impresa semplice. Stiamo parlando di un sistema termodinamico con una sua inerzia termica, se attivi il circuito di riscaldamento devi aver ben chiaro quando interrompere l'alimentazione per evitare di sforare. Dovrai implementare un controllo retroattivo basato sulla precisione che vuoi garantire al tuo sistema.

mi servirebbe una precisione di 0,2° credo sia fattibile, tu che ne pensi? :slight_smile:
Inoltre non capisco cosa intendi con controllo retroattivo?

Grazie infinite per il supporto!

Controllo retroattivo

Fattibile forse, facile da realizzare non credo. Il tutto dipende da cosa devi scaldare. Descrivi il tuo sistema.

Inoltre ... la precisione ti serve sull'elemento riscaldante o sull'ambiente circostante ? ...

Se la precisione riguarda il riscaldatore (oppure un'oggetto fisico abbastanza piccolo collegato ad esso, di cui conosci la conduttivita' termica), e' possibile, se riguarda l'ambiente (o un'oggetto grande), a meno che non sia un'ambiente molto piccolo, coibentato ed all'interno di un contenitore a tenuta, la vedo parecchio difficile, la semplice convezione creerebbe non pochi problemi, anche senza considerare le derive termiche e le dispersioni ...

tecnicamente da quanto ho capito dovrei scaldare un liquido in un contenitore. Ma non ho la più pallida idea di che riscaldatore utilizzare :frowning: mi hanno detto che serve per fare una bibita e che questa deve scaldarsi esattamente seguendo una funzione come descritta prima cioè una retta. Per esempio un grado al secondo :slight_smile:

La precisione deve essere del liquido, cioè con un sensore devo sapere abbastanza precisamente la temperatura e in base a quello accendere o spegnere il riscaldatore in modo che segua la retta di riscaldamento :slight_smile:
Non pensavo fosse difficile avere precisione perché credevo dipendesse solamente dal tipo di sensore di temp. acquistato!

Grazie per il vostro supporto!

Ehh la termodinamica è una delle branche della fisica piu rognose proprio per quel fattore tempo. Cerca di determinare con precisione che tolleranza massima puoi accettare e basati su quello, poi determinare il calore specifico del liquido puo aiutarti nel progetto, un semplice controllo retroattivo senza avere un modello matematico affidabile del tuo sistema ti servirà a poco per raggiungere quelle tolleranze.

O se no ti rassegni ad una pendenza della retta molto bassa.

Ostia che complicato :slight_smile:
Grazie a tutti per le risposte!! Se un giorno avrò qualche risultato vi farò sapere!

Io pensavo ad un controllo PID. La variabile in ingresso è data dalla temperatura rilevata dal sensore mentre quella in uscita è data da un segnale PWM.
Se il tuo elemento riscaldante è alimentato a tensione continua potresti interfacciare arduino con un IRF540 (ad esempio).
Se invece è a tensione alternata la faccenda si complica un po'.
Io una volta pensai ad un SRC comandato da un MOC3061 che si attiva e disattiva solo in corrispondenza del passaggio per lo zero della tua sinusoide. In questo modo riesci a parzializzare l'onda di rete semionda per semionda, evitando disturbi in rete.
Da qualche parte dovrei avere uno schemino che mi feci ma che non ho mai provato.

Il suo problema non e' il controller o l'hardware a livello elettronico, e' la dinamica di scambio termico dell'oggetto ...

A quanto ho capito e' un liquido, ovviamente in un contenitore, che dovrebbe essere riscaldato, presumo in modo uniforme, secondo una certa curva ... il grosso problema e' "in modo uniforme" ...

Parlando a livello teorico ... il trasferimento di calore puo essere accelerato utilizzando un contenitore di materiale metallico con una buona conducibilita' termica (il rame sarebbe ottimo ma tossico, l'oro sarebbe il migliore ma troppo costoso, il non-plus-ultra sarebbe il diamante, ma per ovvi motivi improponibile :stuck_out_tongue: ... rimane l'alluminio, se il liquido non lo intacca, oppure un contenitore in accicio inox con un "fodero" esterno di alluminio) ... nell'alluminio si fanno passare piu condotti in parallelo, in cui far circolare il fluido riscaldante, e si posizionano alcune sonde termiche in punti diversi, per avere un grafico completo ... questo e' il sistema piu efficente per trasferire calore in modo uniforme ad un liquido, eppure anche questo sistema non ti garantirebbe l'uniformita' completa, perche' il movimento del liquido causato dalla convezione termica ti darebbe comunque dei punti a temperature diverse ... ovvio che questo e' un discorso teorico, ma da comunque l'idea del problema ... e se poi il contenitore e' pure grande, la cosa peggiora ...

Ok la dinamica del sistema, ma il controllo PID se configurato ad hoc, ti permette di non tenerne in considerazione.
Ovviamente si dovrebbero fare delle prove per ricavare le costanti Kp, Ki e Kd che ti consentano di gestire in modo ottimale la temperatura del tuo liquido.
Non credo debba fare una lega particolare di un qualche metallo sconosciuto, e non credo neppure debba fare dei cristalli di kriptonite per uccidere superman. :smiley:
Questo per dire che rischia di perdere tempo in progettazioni ingegneristiche quando basta una candela sotto una tazzina (ovviamento sto esagerando).
Rimango dell'idea che un controllore PID ben configurato che comanda il tuo elemento riscaldante sia la soluzione migliore.
Stavo pensando anche ad un aumento della temperatura a step stretti, del tipo: 1°C al minuto, quindi si imposta il controllore a 0,16° per i primi 10", poi 0,32° i successivi 10", e così via.
Sono d'accordo con te che la temperatura, visti i tempi ristretti, potrebbe non risultare uniforme nel liquido.
Si potrebbe optare, sempre se è possibile, per un agitatore.

PID o non PID non è quello il problema. Se non si conosce il sistema termico il PID non serve a nulla. Puoi fare il PID piu preciso del mondo ma se il tuo sistema presenta un alta inerzia termica ti sfido a controllarlo con un incertezza accettabile di +-02°C. L'unico modo (totalmente inefficiente) sarebbe di forzare il valore a rimanere in un intorno del punto desiderando aggiungendo e sottraendo calore. Ovviamente il discorso cambia e non basta avere un elemento riscaldante.

Secondo me per arrivare a una precisione di riscaldamento del 0,2°C devi conosere il comportamento del intero sistema in veste di conduzione termica, masse anche del materiale che vuoi riscaldare, rafreddamento/riscladamento dall'esterno e inerzia termica. Solo in questo modo puoi calcolarti la quantitá di riscaldamento che servirá a raggiungere una certa temperature voluta in un certo momento del riscaldamento.

Inoltre per avere una precisione del 0,2°C di temperatura Ti ci vuole un sistema di misura della temperatura molto piú preciso.

Ciao Uwe

Qualitatore:
Stavo pensando anche ad un aumento della temperatura a step stretti, del tipo: 1°C al minuto, quindi si imposta il controllore a 0,16° per i primi 10", poi 0,32° i successivi 10", e così via.

E' quello che pensavo anche io! Etenamenki (o come si scrive :stuck_out_tongue: ) ha capito bene il problema del riscaldamento uniforme, ma ora che ci penso non serve un riscaldamento così preciso. Deve essere si uniforme ma se per esempio in 10 secondi aumenta di 0.3 gradi e in altri 10 di 0,1 non credo dia problemi.
L'importante è che rimanga dentro una certa retta!

Per il contenitore accolgo l'ipotesi dell'alluminio o acciaio inox. Devo informarmi meglio ma intanto vi ringrazio per tutte le risposte!
E' anche vero che qui è proprio un problema di fisica a questo punto :frowning:

Paccao:
L'importante è che rimanga dentro una certa retta!

Rimanere dentro una retta vuol dire avere un incertezza nulla, impossibile.

RobertoBochet:
Rimanere dentro una retta vuol dire avere un incertezza nulla, impossibile.

... pignolo ... (scherzo :stuck_out_tongue: :D)