Hőmérséklet szabályozó modul felépítése

Hűtő-fűtő egység

 jFermi, Thermostat, modul

A baloldali képen látható módon két egységből áll, a fermentor edényt befogadó furatolt alumínium tömbből és a rászerelt Peltier elemből.

Alumínium tömb:

  • szélesség: 100 mm
  • height: 50 mm
  • mélység : 90 mm
  • Ø = 82 mm
 Peltier modul:

  • 40×40 mm
  • P = 150 W

 

A Peltier elem másik oldalán képződő hőmennyiséget vízhűtéssel távolítjuk el, ami egy külső ventilátorral hűtött hőcserélőn keresztül a környezetnek átadódik.

Szabályozó, mérő hardver 

Lényegében 3 fő áramköri elemet tartalmaz, két BTN modult, ami egy Full-Bridge Driver és egy INA219 árammérő elemet az egészet ráépítve egy raspberry HAT-re. A BTN teljesítmény leadásának szabályozására PWM jelet használunk, az INA I2C-n kommunikál a raspberry-vel. 

jfermi, pwm, modul, peltier

A hőmérséklet mérésére PT1000 szenzort használunk, a jelfeldolgozáshoz pedig az AtlasScientific által gyártott EZO™ RTD Circuit áramkört, ami I2C-kommunikál a raspberry-vel.

Eredmények 

33 oC cél hőmérséklet tartása volt a cél. Az alábbi ábrán egy 60 órás hőmérséklet tartási kísérlet adatai láthatóak. Ezek nyers átlagolás nélküli adatok, a raspberry minden harmadik másodpercben lekérdezi az aktuális értéket az EZO™ RTD áramkörtől, amiket egy helyi adatbázisban letárol. Mivel a folyadék kevertetve volt és a Peltier elem teljesítmény leadása is beállt egy állandó értékre a PID vezérlés alatt, így a fluktuáció, ami ± 0.2 oC eltérést mutat a hőmérséklet mérő modul bizonytalansága. Ez könnyen kiküszöbölhető, ha másodpercenként mintavételezünk 10-et mondjuk és az átlagolt eredményt tároljuk le, vagy a 3 másodperces kiolvasott értékeket átlagoljuk fél-egy perces időközönként.

jFermi, Plotly, temperature, test

Egy szakaszt kinagyítva látható, hogy a hőmérséklet érték többnyire 33.00 oC körül van, egy konkrét kiemelt példán 32.98 oC és látható néhány kiugrás, ami átlagolással teljesen kisimítható, így az eltérés ± 0.05 oC körül lesz. Az ábrán 83 mérési pont van 3 mp-es időközönként. 

jFermi, temperature, test

A következő grafikonról a cél hőmérséklet stabilizálásához szükséges időt olvashatjuk le. Az 52. percnél kiemeltük az edényt a termosztát egységből azzal a céllal, hogy lássuk mennyire zavarja meg a PID vezérlést. A kísérleti körülmények a következőek voltak:

  • 400 mL desztillált víz egy 450 mL-es edényben       
  • PID értékek, P = 15; I = 0.005; D = 15

PID, jFermi, test, temperature, control

A beállított PID értékeken nyilvánvalóan állítani kell, mivel a hőmérséklet kb. 2 órán belül stabilizálódott, de erről egy másik fejezetben fogunk részletesebben beszélni.