Joghurt auf einem PID-Regler

Wie kann die Abstimmung eines PID-Reglers geändert werden, um mit sich ändernden thermischen Eigenschaften umzugehen?

Das Projekt: Ich mache Joghurt. Es kultiviert bei 110 ° F für etwa einen halben Tag; Du gibst Milch und etwas Starterkultur hinein und holst Joghurt. Speichern Sie ein wenig für den Anfang für die nächste Charge und essen Sie den Rest. Einfach und lecker.

Das Setup: Ich nehme einen lebensmittelechten Behälter (Pfanne mit Deckel), stelle ihn über eine Heizung und füge ein Thermoelement vom Typ k, einen SSR und einen PID-Regler hinzu, die alle gemäß der Referenzimplementierung eines beliebigen PID-Reglers verkabelt sind. Dies funktioniert gut, wenn ich einen Topf (225 W, ungefähr 3/4 Gallone) sowohl als Pfanne als auch als Heizelement verwende, aber größere Mengen (1 Gallone) machen möchte.

Das Problem: Mit einem größeren Verhältnis von Heizung zu thermischer Masse (1000 W Heizplatte und Edelstahlwanne anstelle von Keramik). Während des späteren Teils des Zyklus besteht eine erhöhte Instabilität. Der PID-Regler ist mit Wasser abgestimmt (Milch ist etwas teurer) und hält die Temperatur in den ersten paar Stunden innerhalb von 2 ° F, aber als die Joghurtkulturen merke ich starke Temperaturschwankungen und im Gegensatz zur Verwendung des Crockpot sehe ich eine Molketrennung (Vermutlich aufgrund von Überhitzung oder erhöhter Kondenswasserbildung am Deckel). Ich bin mir ziemlich sicher, dass die größere Wärmemasse das Geräusch der Änderung der Wärmeleitfähigkeit während der Kultur gedämpft hat, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich die Temperatur in den späteren Phasen genauer steuern soll, ohne die Temperaturregelung zu Beginn übermäßig zu beeinträchtigen.

Das eigentliche Problem scheint Ihr mechanischer Aufbau zu sein, nicht das Detail der PID-Regelung. Die PID-Regelung ist möglicherweise überhaupt nicht das, was Sie wollen.

Zuerst stellte ich den Behälter mit Joghurtkultur in ein Wasserbad und versuchte dann, die Wasserbadtemperatur zu regulieren. Die zusätzliche thermische Masse des Wassers verlängert die vorherrschende Zeitkonstante und hängt nicht wesentlich von den Vorgängen im Behälter ab.

Bei einer längeren Zeitkonstante sollte die einfache Temperaturregelung für das Ein- und Ausschalten des Thermostats gut genug funktionieren. Sie möchten, dass die Heizleistung niedrig genug ist, damit sich das Wasserbad innerhalb einer Zeitkonstante nur geringfügig ändert, z. B. um 2 bis 4 Grad. Die einfache Ein- / Ausschaltsteuerung für die Schwellenwerterkennung funktioniert dann sehr gut.

Anstatt eine Hysterese hinzuzufügen, um schnelle Oszillationen am Sollwert zu verhindern, halten Sie den Ausgang einfach für eine kurze Zeit fest, wie etwa 1/50 der Zeitkonstante.

Vor langer Zeit habe ich ein temperaturgesteuertes Wasserbad für die fotografische Filmentwicklung hergestellt. Der mechanische Aufbau war einer dieser Kunststoffwannen im "Rubbermade" -Stil, eine Aquarienpumpe, um das Wasser im Umlauf zu halten, und ein 300-W-Tauchsieder von der Stange, der für eine Kaffeetasse gedacht war. Zwei in Reihe geschaltete Thermistoren an gegenüberliegenden Seiten der Wanne lieferten die Temperaturrückmeldung. Dies war vor dem Zeitalter der Mikrocontroller, daher wurde alle 64 Leitungszyklen ein Flip-Flop abgetastet und das Ein / Aus-Signal gehalten. Damit wurde ein Relais angesteuert, das den Tauchsieder ein- und ausschaltete. Es hat sehr gut funktioniert. Sobald es zur Regelung kam, blieb die Temperatur auf einen Bruchteil eines Grades F fixiert.

Sie überdenken dies mit einem PID-Regler.

Ich stelle mir vor, dass Ihre Charge viskoser wird, wenn sie fermentiert. Der konvektive Wärmeübergang wird schwächer, sodass die Gesamtwärmeleitfähigkeit abnimmt.

Eine mögliche Lösung wäre die Verwendung von Tauchsieder, die gleichmäßig über das Volumen verteilt sind. Die durchschnittliche Entfernung, die die Wärmeenergie zurücklegen müsste, verringert sich und Ihre Einrichtung ist weniger abhängig von der Wärmeleitfähigkeit.

Eine andere mögliche Lösung besteht darin, mehrere Sätze von PID-Konstanten zu haben. Das erste Set wäre auf dünnere Rohmilch abgestimmt. Der zweite Satz wäre auf dickeren Joghurt abgestimmt. Sie könnten von einem Satz von Konstanten zu einem anderen wechseln nach einer festgelegten Zeit , dass die wissen , a priori .

Da sich der Faden bereits von PID abgewagt hat, die elektrische Energie für die Herstellung von Joghurt zu verwenden, dachte ich, ich könnte einen anderen Ansatz vorschlagen ...

Geben Sie die Milch und die Vorspeise in Ihren Topf und drehen Sie sie hoch. Wenn die Temperatur der Mischung 160 Grad F erreicht, nehmen Sie den Topf aus dem Topf und setzen Sie den Deckel darauf. Wickeln Sie den Topf unverzüglich mit einem oder zwei Handtüchern ein und stellen Sie ihn in Ihren besten Getränkekühler.

"Sie überdenken dies mit einem PID-Regler" (Olin Lathrup, oben) und mit mehreren Reglern (und deren Überkopfschaltungen), Tauchsieder oder COTS (ich, hier).

Wenn Sie unbedingt einen EE-Fußabdruck für den Prozess benötigen, können Sie einen Temperaturdetektor entwickeln, der 160 Grad Fahrenheit erkennt und Signaltöne oder Summtöne verursacht.

Ich könnte ein bisschen zu spät zum Spiel hier sein, aber ich habe etwas nachgeschlagen und bin auf diesen Thread gestoßen. Ich mache Joghurt damit - kein Wasserbad erforderlich:

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

was ich selbst zusammengestellt habe (aber er verkauft sie jetzt auch; es ist alles Open Source). Die ursprüngliche Absicht war es, einen Grill zu kontrollieren, aber ich habe festgestellt, dass er perfekt für Sous Vide und auch für Joghurt geeignet ist. Ich kontrolliere den dümmsten Crock Pot, den es gibt (Aus, Niedrig, Hoch), und habe einen Deckel mit einem Loch darin. Sie können sie bei Sears usw. bekommen, wenn Sie noch keine haben.

Ich benutze die von ihm empfohlene Sonde, aber ich habe auch eine zweite unabhängige Sonde, nur zur Beruhigung! Ich lasse das Setup zehn Stunden laufen, gieße dann die Joghurt- / Molkemischung in ein mit normalem Papiertuch ausgelegtes Sieb und lasse es abtropfen. Die Ablaufzeit variiert und Sie können den Ablauf stoppen, wenn Sie die gewünschte Konsistenz erreicht haben.

Nur um einen vollständigen Überblick über den Prozess zu geben:

1) Gießen Sie 1 Gallone Milch in einen großen Suppentopf und bringen Sie sie langsam auf 170F auf den Herd. Lassen Sie sie 5-10 Minuten bei dieser Temperatur ruhen

2) den Ofen einschalten und die Crock Pot-Schüssel hineinstellen, um sich auf ca. 230F aufzuwärmen und um etwaige Fehler zu beseitigen (optional, manchmal bin ich faul, habe aber noch nie eine schlechte Charge gehabt)

3) Kühlen Sie den Suppentopf im Spülbecken ab, indem Sie ihn in kaltem Wasser schwimmen, bis die Temperatur 100F erreicht

4) Ziehen Sie die Crock Pot-Schüssel aus dem Ofen und stellen Sie sie in den Crock Pot. Lassen Sie sie abkühlen, aber schalten Sie den PID-Regler und den Crock Pot ein (niedrig).

5) in die sterilisierte Milch etwa die Hälfte eines kleinen Topfes griechischen Joghurts einrühren (ich bevorzuge Chobani, aber so ziemlich jeder Live-Kultur-Joghurt reicht aus und es macht Spaß zu experimentieren, Fage ist gut)

6) gieße die ganze Menge in den Crock Pot (Ich habe einen Crock Pot, der magisch 1 Gallone annimmt - lustig, wie das funktioniert!)

7) Deckel aufsetzen, Sonden einsetzen und 10 Stunden laufen lassen

8) Werde mit dem Webserver im HeaterMeter total geeky! (Mach dir keine Sorgen um die tatsächlichen Zahlen auf dem Bild - es gibt einen guten Grund, warum sie sich von den oben genannten unterscheiden, zu viele Details, um hier darauf einzugehen.)

9) Wenn Sie fertig sind, lassen Sie den Joghurt wie oben beschrieben abtropfen (flüssige Molke eignet sich hervorragend für die Brotherstellung in einer Maschine, Übrigens).

10) In kleine Gefäße füllen, kühlen, essen!

Ich hoffe, das hilft irgendwo jemandem, die Verwendung von High-Tech zu genießen, um das einfachste Essen zuzubereiten - ich genieße es auf jeden Fall!