Qu’est-ce qu’un régulateur de température ?
Un régulateur de température est un dispositif qui compare le signal d’un capteur de température installé dans l’espace dont la température doit être contrôlée avec la température cible et qui commande le chauffage ou d’autres équipements de manière à ce que la température atteigne la valeur cible.
Les thermostats sont utilisés pour contrôler la température. Les thermostats peuvent avoir une valeur cible fixe ou être modifiés à l’aide d’un cadran, mais ils doivent être installés directement dans l’environnement où la température doit être contrôlée.
Les régulateurs de température, qui offrent un contrôle de la température plus avancé que les thermostats, sont des types électroniques qui sont contrôlés par des informations provenant de capteurs de température, qui sont également appelés régulateurs numériques. Dans les régulateurs de température, le dispositif de contrôle a la capacité de fixer une température cible, et le système est ajusté en installant un capteur de température dans l’environnement cible pour le contrôle de la température.
Les méthodes de régulation de la température comprennent le fonctionnement P (proportionnel), le fonctionnement I (intégral), le fonctionnement D (différentiel), la régulation PID et la régulation PID 2-DOF.
Utilisations des régulateurs de température
Les régulateurs de température sont utilisés dans un large éventail d’usages, dans les ménages comme dans l’industrie. La plupart des types mécaniques sont utilisés dans les ménages en général, et des exemples courants peuvent être identifiés dans les appareils ménagers relativement peu coûteux tels que les grille-pain ou les kotatsu (table japonaise à couverture chauffante). Les régulateurs de température électroniques sont utilisés lorsqu’un contrôle précis est nécessaire, par exemple dans les climatiseurs et les radiateurs soufflants.
Dans les utilisations industrielles, les régulateurs de température sont employés non seulement pour la climatisation, mais aussi pour contrôler la température des entrepôts dans les installations de fabrication et la température de l’eau et des produits chimiques utilisés dans le processus de fabrication. Les régulateurs de température à grande échelle sont utilisés pour contrôler la température de combustion dans les usines d’incinération des déchets et dans les fours utilisés pour la cuisson de céramiques.
Principe des régulateurs de température
Les thermostats (régulateurs de température mécaniques) sont composés d’un bilame et d’un contact électrique. Le bimétal utilise la propriété du métal de se dilater en réponse aux changements de température. Deux métaux ayant des taux de dilatation différents sont laminés ensemble et le bilame se déforme lorsque la température change, ce qui permet d’activer et de désactiver les contacts électriques.
Un régulateur de température électronique est un composant du système de contrôle, associé à un capteur de température qui détecte la température de l’objet contrôlé et à un actionneur qui commande le chauffage pour contrôler la température. La sortie du capteur de température est comparée à la température définie dans le régulateur de température et des commandes sont émises vers l’unité de contrôle afin d’éliminer la différence entre les deux.
Les capteurs de température peuvent être par exemple des thermocouples, des thermomètres à résistance de platine et des thermistances. Tous ces capteurs transmettent au régulateur de température des grandeurs physiques telles que la tension ou la résistance électrique, en fonction de la température de l’objet contrôlé. Les régulateurs de température intègrent généralement un système de contrôle par rétroaction. Ce système est nécessaire pour atteindre la température de consigne le plus rapidement possible et pour minimiser les variations de température lorsque la température de l’objet contrôlé change.
Informations complémentaires sur les régulateurs de température
Méthodes de contrôle des régulateurs de température
1. Fonctionnement ON/OFF
Cette commande allume le chauffage lorsque la température de l’objet contrôlé est inférieure à la valeur de consigne et l’éteint lorsque la température est supérieure à la valeur de consigne. La température est contrôlée en augmentant et en diminuant de manière répétée la température à proximité de la valeur cible. Comme le chauffage ne fonctionne qu’avec deux valeurs, 0 % et 100 %, on parle parfois d’un fonctionnement à deux positions.
2. Mode p (fonctionnement proportionnel)
Afin de réduire la différence entre la valeur mesurée et la valeur cible, la sortie de contrôle est proportionnelle à la taille de la différence entre les deux. Cela signifie que lorsque la différence entre la valeur mesurée et la valeur cible est importante, le contrôle est effectué avec une sortie de contrôle importante, et lorsque la différence entre les deux est faible, le contrôle est effectué avec une sortie faible.
3. Mode I (fonctionnement intégral)
En mode P, la différence entre la valeur mesurée et la valeur cible détermine à elle seule l’ampleur de la sortie, alors qu’en mode I, la sortie dépend de l’ampleur de la différence et du temps écoulé. Même si la différence entre la valeur mesurée et la valeur cible est faible, si cette condition persiste pendant une longue période, la régulation est effectuée avec une sortie plus importante, ce qui permet une régulation plus rapide.
4. Mode D (fonctionnement différentiel)
Le mode D est une opération de contrôle dans laquelle le contrôle est effectué avec une sortie plus élevée lorsqu’il y a un changement soudain de température dû à une perturbation, etc.Il est également appelé opération différentielle car la quantité de contrôle est déterminée en fonction de l’ampleur du changement.
5. Contrôle PID
La régulation PID est une méthode de régulation qui combine les opérations P, I et D décrites jusqu’à présent. Elle peut réagir rapidement et en douceur à la température et aux perturbations.
6. Contrôle PID à deux degrés de liberté
La régulation PID à deux degrés de liberté est une méthode de régulation qui compense les défauts de la régulation PID : dans la régulation PID, si l’accent est mis sur la réponse aux perturbations, la valeur cible devient oscillatoire, tandis que si l’accent est mis sur la valeur cible, il y a un retard dans la régulation en réponse aux perturbations.
Le contrôle PID à deux degrés de liberté peut répondre de manière satisfaisante à la fois aux perturbations et au maintien de la valeur cible.