Yogurt en un controlador PID

¿Cómo se cambia el ajuste de un controlador PID para lidiar con las propiedades térmicas cambiantes?

El proyecto: estoy haciendo yogurt. Cultiva a 110 grados F durante aproximadamente medio día; pones leche y un poco de cultivo iniciador y obtienes yogur. Ahorre un poco como entrante para el próximo lote y coma el resto. Fácil y delicioso

La configuración: estoy tomando un recipiente seguro para alimentos (sartén con tapa) colocándolo sobre un calentador, agregando un termopar tipo k, SSR y controlador PID, todo conectado por la implementación de referencia de cualquier controlador PID que desee nombrar. Esto funciona bien si estoy usando una olla de cocción lenta (225W, aproximadamente 3/4 gal) como mi olla y elemento calefactor, pero quiero hacer lotes más grandes (1 gal).

El problema: con una mayor relación de calentador a masa térmica (placa caliente de 1000 W y bandeja de acero inoxidable en lugar de cerámica). Hay una mayor inestabilidad durante la última parte del ciclo. El controlador PID está sintonizado con agua (la leche es un poco más cara) y mantiene la temperatura dentro de los 2 grados F durante las primeras dos horas, pero a medida que los cultivos de yogur noto cambios pronunciados de temperatura, y a diferencia del uso de la olla de cocción lenta, veo separación de suero. (presumiblemente debido a una temperatura excesiva o una mayor condensación en la tapa debido a lo mismo). Estoy bastante seguro de que la masa térmica más grande estaba amortiguando el ruido del cambio de la conductividad térmica durante el cultivo, pero no estoy seguro de cómo proceder para controlar con mayor precisión la temperatura durante las etapas posteriores sin comprometer excesivamente la regulación de la temperatura al principio.

El verdadero problema parece ser su configuración mecánica, no el detalle del control PID. Es posible que el control PID ni siquiera sea lo que desea.

Comenzaría colocando el recipiente de cultivo de yogurt dentro de un baño de agua, luego trataría de regular la temperatura del baño de agua. La masa térmica adicional del agua alargará la constante de tiempo dominante y no dependerá mucho de lo que esté sucediendo dentro del recipiente.

Con una constante de tiempo más larga, el control simple de temperatura de encendido / apagado del termostato debería funcionar lo suficientemente bien. Desea que la potencia del calentador sea lo suficientemente baja como para que el baño de agua solo cambie un poco, tal vez de 2 a 4 grados, dentro de una constante de tiempo. El control de activación / desactivación de detección de umbral simple funcionará muy bien.

En lugar de agregar histéresis para evitar oscilaciones rápidas en el punto de ajuste, simplemente mantenga la salida fija por un corto tiempo, como 1/50 de la constante de tiempo más o menos.

Hace mucho tiempo, hice un baño de agua con temperatura controlada para el procesamiento de películas fotográficas. La configuración mecánica era una de esas bañeras de plástico de "goma", una bomba de pecera para mantener el agua circulando y un calentador de inmersión de 300 W fuera de la plataforma destinado a una taza de café. Dos termistores en serie colocados en lados opuestos de la bañera proporcionan la retroalimentación de temperatura. Esto fue antes de la era de los microcontroladores, por lo que un flip-flop muestreó y mantuvo la señal de encendido / apagado cada 64 ciclos de línea. Eso controlaba un relé, que activaba y desactivaba el calentador de inmersión. Funcionó muy bien. Una vez que llegó a la regulación, la temperatura se mantuvo fija en una fracción de grado F.

Estás pensando demasiado en esto con un controlador PID.

Me imagino que su lote se vuelve más viscoso a medida que fermenta. La transferencia de calor por convección se debilita, por lo que disminuye la conductividad térmica general.

Una posible solución sería usar calentadores de inmersión, que se distribuirían uniformemente en todo el volumen. La distancia promedio que la energía térmica tendría que recorrer disminuirá, y su configuración dependerá menos de la conductividad térmica.

Otra posible solución es tener varios conjuntos de constantes PID. El primer conjunto estaría ajustado para una leche cruda más delgada. El segundo set estaría sintonizado para yogurt más espeso. Puede cambiar de un conjunto de constantes a otro después de un período fijo de tiempo que se conoce a priori .

Como el hilo ya se ha alejado del PID al usar la energía eléctrica para hacer yogurt, pensé que podría sugerir otro enfoque ...

Ponga la leche y el entrante en su olla y enciéndala a alto. Cuando la temperatura de la mezcla llegue a 160 grados F, saque la olla de la olla y ponga la tapa. Sin demora, envuelva la olla con una toalla o dos y colóquela dentro de su mejor enfriador de bebidas.

"Estás pensando demasiado en esto con un controlador PID" (Olin Lathrup, arriba) y con múltiples controladores (y sus circuitos superiores), calentadores de inmersión o COTS (yo, aquí).

Si absolutamente debe tener una huella EE en el proceso, puede diseñar un detector de temperatura que detecte 160 grados Fahrenheit y provoque pitidos o zumbidos.

Puede que llegue un poco tarde al juego aquí, pero estaba buscando algo y encontré este hilo. Hago yogur usando esto, no se requiere baño de agua:

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

que armé yo mismo (pero ahora él también los vende; todo es de código abierto). La intención original era controlar una barbacoa, pero descubrí que funciona perfectamente para sous vide y también para yogurt. Yo controlo el Crock Pot más tonto que hay (Apagado, Bajo, Alto), y tengo una tapa con un agujero; puedes conseguirlos en Sears, etc., si el tuyo aún no tiene uno.

Utilizo la sonda que recomienda, ¡pero también tengo una segunda sonda independiente solo para su tranquilidad! Dejo la configuración funcionando durante diez horas, luego vierto la mezcla de yogur / suero en un colador forrado con una toalla de papel normal y dejo que se escurra. El tiempo de drenaje varía, y puede detener el drenaje cuando haya alcanzado la consistencia deseada.

Solo para dar un resumen completo del proceso:

1) vierta 1 galón de leche en una olla grande, y lentamente llévelo a 170F en la estufa, déjelo reposar a esa temperatura durante 5-10 minutos

2) encienda el horno y coloque el recipiente Crock Pot, para calentar a unos 230F, solo para matar cualquier error (algo opcional, a veces soy flojo pero nunca he tenido un lote malo todavía)

3) enfríe la olla en el fregadero flotando en agua fría, hasta que la temperatura alcance los 100F

4) saque el recipiente Crock Pot del horno y colóquelo en el Crock Pot, déjelo enfriar pero encienda el controlador PID y el Crock Pot (Bajo)

5) en la leche esterilizada, mezcle aproximadamente la mitad de una olla pequeña de yogur griego (prefiero Chobani, pero prácticamente cualquier yogur de cultivo vivo servirá y es divertido experimentar, Fage es bueno)

6) vierta todo en el Crock Pot (tengo un Crock Pot que acepta mágicamente 1 galón, ¡curioso cómo funciona!)

7) Coloque la tapa, inserte las sondas, déjelo funcionar durante 10 horas

8) ¡ponte todo geek con el servidor web en el HeaterMeter! (no se preocupe por los números reales en la imagen, hay una buena razón por la que son diferentes de lo que he mencionado, demasiados detalles para entrar aquí)

9) cuando esté listo, escurra el yogurt como se describió anteriormente (el suero líquido es ideal para hacer pan en una máquina, por cierto)

10) poner en pequeños recipientes, refrigerar, comer!

Espero que esto ayude a alguien en algún lugar a disfrutar el uso de alta tecnología para hacer la comida más básica, ¡ciertamente lo disfruto!