Was ist ein Temperaturregler?
Ein Temperaturregler ist ein Gerät, das das Signal eines in dem Raum, dessen Temperatur geregelt werden soll, installierten Temperaturfühlers mit der Solltemperatur vergleicht und die Heizung oder andere Geräte so steuert, dass die Temperatur den Sollwert erreicht.
Thermostate werden zur Temperaturregelung eingesetzt. Thermostate können einen festen Sollwert haben oder mit einem Einstellrad verändert werden, müssen aber direkt in der Umgebung installiert werden, in der die Temperatur geregelt werden soll.
Temperaturregler, die eine fortschrittlichere Temperaturregelung als Thermostate bieten, sind elektronische Geräte, die durch Informationen von Temperatursensoren gesteuert werden und auch als digitale Regler bezeichnet werden. Bei Temperaturreglern kann das Steuergerät eine Zieltemperatur vorgeben, und das System wird durch Anbringen eines Temperaturfühlers in der Zielumgebung für die Temperaturregelung eingestellt.
Zu den Temperaturregelungsmethoden gehören P-Betrieb (proportional), I-Betrieb (integral), D-Betrieb (differential), PID-Regelung und 2-DOF-PID-Regelung.
Anwendungen von Temperaturreglern
Temperaturregler werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, vom Haushalt bis zur Industrie. Die meisten mechanischen Typen werden in Privathaushalten verwendet, und Beispiele für bekannte Anwendungen sind relativ preiswerte Haushaltsgeräte wie Toaster und Kotatsu (Tischwärmer). Elektronische Temperaturregler werden dort eingesetzt, wo eine präzise Regelung erforderlich ist, wie z. B. in Klimaanlagen und Heizlüftern.
In der Industrie werden sie nicht nur für die Klimatisierung, sondern auch für die Regelung der Temperatur in Lagerhallen in Produktionsbetrieben und der Temperatur von Wasser und Chemikalien, die im Produktionsprozess verwendet werden, eingesetzt. Großflächige Temperaturregler werden zur Regelung der Verbrennungstemperatur in Müllverbrennungsanlagen und in Brennöfen für Keramik verwendet.
Funktionsweise von Temperaturreglern
Thermostate (mechanische Temperaturregler) haben ein Bimetall und einen elektrischen Kontakt im Inneren. Das Bimetall nutzt die Eigenschaft des Metalls, sich bei Temperaturänderungen auszudehnen. Zwei Metalle mit unterschiedlichen Ausdehnungsgeschwindigkeiten werden zusammengeschichtet, und das Bimetall verformt sich bei Temperaturschwankungen und schaltet die elektrischen Kontakte ein und aus.
Ein elektronischer Temperaturregler ist ein Bauteil des Steuersystems, das mit einem Temperatursensor, der die Temperatur des zu steuernden Objekts erfasst, und einem Stellglied, das die Heizung zur Steuerung der Temperatur steuert, kombiniert ist. Der Ausgang des Temperatursensors wird mit der im Temperaturregler eingestellten Temperatur verglichen, und dem Steuergerät werden Befehle erteilt, um die Differenz zwischen den beiden Werten zu beseitigen.
Zu den Temperatursensoren gehören Thermoelemente, Platin-Widerstandsthermometer und Thermistoren. Sie alle geben in Abhängigkeit von der Temperatur des zu regelnden Objekts physikalische Größen wie Spannung oder elektrischen Widerstand an den Temperaturregler ab. Temperaturregler sind in der Regel mit einer Rückkopplungsregelung ausgestattet. Die Rückkopplungsregelung ist notwendig, um die eingestellte Temperatur so schnell wie möglich zu erreichen und auch, um Temperaturänderungen zu minimieren, wenn sich die Temperatur des geregelten Objekts ändert.
Weitere Informationen über Temperaturregler
Steuerungsmethoden für Temperaturregler
1. EIN/AUS-Betrieb
Diese Regelung schaltet das Heizgerät EIN, wenn die Temperatur des zu regelnden Objekts unter dem Sollwert liegt, und schaltet das Heizgerät AUS, wenn die Temperatur über dem Sollwert liegt. Die Temperatur wird durch wiederholtes Anheben und Absenken der Temperatur in der Nähe des Sollwerts geregelt. Da das Heizgerät mit nur zwei Werten, 0 % und 100 %, arbeitet, wird es manchmal auch als Zweipunktbetrieb bezeichnet.
2. p-Betrieb (Proportionalbetrieb)
Um die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Sollwert zu verringern, ist der Regelausgang proportional zur Größe der Differenz zwischen den beiden Werten. Das heißt, wenn die Differenz zwischen Messwert und Sollwert groß ist, wird mit einem großen Stellausgang geregelt, wenn die Differenz zwischen beiden klein ist, wird mit einem kleinen Stellausgang geregelt.
3. I-Betrieb (Integralbetrieb)
Beim P-Betrieb bestimmt allein die Differenz zwischen Messwert und Sollwert die Größe des Ausgangs, während beim I-Betrieb der Ausgang von der Größe der Differenz und der verstrichenen Zeit abhängt. Auch wenn die Differenz zwischen Messwert und Sollwert klein ist, wird bei längerem Anhalten dieses Zustandes mit einem größeren Stellgrad geregelt, was eine schnellere Regelung ermöglicht.
4. D-Betrieb (Differenzialbetrieb)
Der D-Betrieb ist eine Regelungsmethode, bei der die Regelung bei einer plötzlichen Temperaturänderung aufgrund einer Störung usw. mit einem höheren Ausgang erfolgt. Sie wird auch als Differenzialbetrieb bezeichnet, da der Regelbetrag von der Größe der Änderung bestimmt wird.
5. PID-Regelung
Die PID-Regelung ist eine Regelmethode, die die bisher beschriebenen P-, I- und D-Verfahren kombiniert. Sie kann gleichmäßig und schnell auf die Temperatur und auf Störungen reagieren.
6. PID-Regelung mit zwei Freiheitsgraden
Die PID-Regelung mit zwei Freiheitsgraden ist eine Regelungsmethode, die die Unzulänglichkeiten der PID-Regelung ausgleicht: Wenn bei der PID-Regelung der Schwerpunkt auf der Reaktion auf Störungen liegt, wird der Zielwert oszillierend, während bei der PID-Regelung mit Schwerpunkt auf dem Zielwert eine Verzögerung bei der Regelung als Reaktion auf Störungen auftritt.
Eine PID-Regelung mit zwei Freiheitsgraden kann sowohl auf Störungen als auch auf die Beibehaltung des Zielwerts gut reagieren.