Température d'eau constante à 0,1 degré près

[invite4103876e]

Bonjour à tous,

Tout d'abord désolé pour ce long post. J'essaie de vous donner le maximum d'information sur ma recherche.

Cela fait un moment que je recherche un système pour pouvoir chauffer l'eau d'une cuve à 38° et la maintenir à cette température de manière constante sans écart de plus de 0,1 degré. Ma cuve en question est une cuve en inox munie d'une résistance et dont le bac a environ les dimensions suivantes : 70x40x40 cm. Je compte remplir le bac de 4 à 5 litres d'eau environ.

J'ai d'abord raccordé un régulateur (réglé à 0,1 degré près) à la résistance de la cuve et ai également raccordé une sonde à ce régulateur (sonde que je laisse plongée dans l'eau de ma cuve). Jusque là, pas de problème, une fois ma cuve branchée, l'eau monte rapidement en température jusqu'à attendre 38°. Le régulateur fait alors son travail et coupe la résistance.

Problème : La résistance (qui fait 1300 watts), met du temps à se refroidir après avoir été coupée par le régulateur. Du coup, l'eau continu à monter jusqu'à à peu près 43° avant de se remettre à descendre doucement. Puis, lorsque l'eau repasse le seuil fatidique des 37,9°, le régulateur relance la résistance. Le temps que celle-ci chauffe, on est descendu à 37,4° puis ça recommence : la résistance ramène mon eau à 38°, elle est alors coupée par mon régulateur, mais prise dans sa course folle, elle continue à faire monter mon eau jusqu'à 43° environ. Bref, le schéma se répète et ma température est tout sauf constante.

J'ai alors tenté une résistance moins puissante (400 watts). La démarche me semblait bonne car l'eau ne dépassait pas les 40° en montée puisque la résistante chauffait moins vite (il y avait du mieux). Par contre, avec ce système, l'eau descend jusqu'à 37° (plus froid qu'avant, sûrement car ma résistance moins puissante ne parvient pas à réchauffer rapidement l'eau une fois celle-ci descendue à 37,9°).

Bref, je suis un peu perdu. Résistance puissante ? Résistance moins puissante ? Je me dis que l'idée serait tout simplement d'avoir une résistance chauffant pile poil à 38° et que je laisserait tout le temps allumée (sans histoire de régulateur). Mais comment faire pour brider une résistance à une température de chauffe précise ? J'ai essayé un variateur mais pas précis.

Dans le cas de ma résistance à 1300 watts, si elle amène mon eau jusqu'à plus de 43°, c'est qu'elle même monte à cette température. Du coup peut-être est-ce une erreur de mettre ma sonde dans l'eau (dont la température a forcément un cran de retard par rapport à ma résistance) et peut-être devrais-je la mettre directement sur la résistance pour bloquer la résistance elle-même à 38° (+ ou - 0,1) ?

Si quelqu'un à des idées ou même une solution

Merci par avance !
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[Montd'est]

Pour une telle précision, impensable d'utiliser une régulagion tout ou rien, il faut du PID il me semble pour espérer une amélioration.

Calibrer une résistance ou plutot un gradateur ? , a la moindre perturbation venant de l'environnement c'est mort.

Ton eau est totalement statique ou en mouvement ?

[invite5c0d525e]

Ton eau est totalement statique ou en mouvement ?

Un gros +1 sur ce point. Si l'eau est statique c'est irréalisable, la température ne sera jamais homogène, refroidissement le long des parois plus rapide qu'au centre de la cuve, convection naturelle donc eau plus froide en partie basse toussa...j'espère qu'au moins la cuve est isolée.

[polo974]

Tu mets ton eau à 60mbar (environ, à vérifier sur un diagramme de phase) et tu mets l'eau en ébullition...
La température sera stable (mais l'eau s'évaporera...).

Sinon, il faut agiter l'eau, isoler le récipient et mettre une régul pid (ah, pourquoi ai-je tant séché les cours d’asservissement...).

[A voir en vidéo sur Futura]

[gcortex]

Bonjour et bienvenue sur Futura,

Un système thermique présente un retard pur que tu peux compenser avec un prédicteur de Smith.

[mag1]

Bonjour,

C'est mieux que du "pur" tout ou rien, mais de là à réguler à 0.1°C près....
Le cycle de régulation est fixe , 40s env
On peut faire la même chose avec un µC et un cycle plus court, la régulation serait peut être meilleure

http://electromag1.wifeo.com/thermos...le-uaa2016.php

MM

[mag1]

SUITE .....

Et dans la plage de régulation, il faudrait diminuer la puissance de la résistance.

MM

[paulfjujo]

bonjour,

le bac a environ les dimensions suivantes : 70x40x40 cm. Je compte remplir le bac de 4 à 5 litres d'eau

soit un bac de 112000cm3 ou 112 Litres
pour reguler 5L
Le volume du conteneur semblerait mal adapté pour une si petite quantité utile !

[mag1]

SUITE 2.....

La bonne puissance de chauffe est celle qui donne un rapport cyclique de 50% , 20 s on, 20 s off à la température recherchée.
Après, faut voir les déperditions , constantes de temps, etc
Faudrait déjà un bac isolé.

Champignac.

[invite4103876e]

Merci pour toutes ces réponses qui, forcément, amènent leurs lots de questions !

Calibrer une résistance ou plutôt un gradateur ? , a la moindre perturbation venant de l'environnement c'est mort.

Tu veux dire que si je bloque ma résistance à 38° en la laissant à constamment à ON, la température de mon eau ne sera pas forcément la même selon par exemple la température de l’air ambiant ?

Ton eau est totalement statique ou en mouvement ?

Pour l’instant elle est statique. Comme ma résistance fait une sorte de zig-zag sous ma cuve, j’imaginais naïvement que la température de l’eau serait constante. Je peux peut-être tenter une pompe à aquarium ?

Par ailleurs, j’en profite pour préciser que si je veux obtenir une eau à 38°, c’est pour plonger dans cette eau deux bacs remplis d’un liquide que je souhaite maintenir à 38° grâce à la technique des bains-marris. Du coup, des petites variations sporadiques dans l’eau de la cuve entraîneront peut-être pas trop de variations dans mes bains-marris ?

j'espère qu'au moins la cuve est isolée.

Comment puis-je isoler intelligemment ma cuve ? Avez-vous des conseils là-dessus ?

Sinon, il faut agiter l'eau, isoler le récipient et mettre une régul pid (ah, pourquoi ai-je tant séché les cours d’asservissement...).

Es-tu sûr que cela suffira ? J’ai cru comprendre qu’avec un PID j’aurai du mieux mais que ce ne sera pas encore parfait.

Merci pour ton lien Mag1 (cher vieux Pacôme). Comme je ne suis pas électronicien, j’avoue avoir un peu de mal à décrypter le schéma. Peux-tu me donner un exemple concret d’un rapport cyclique de 50% , 20 s on, 20 s off à une température x recherchée ?

[invitea3c675f3]

Je vais poser la question qui tue – et bien souvent fait repartir le débat dans une toute autre direction.

Qu’est-ce que tu veux stabiliser à 38°C ?

Au fait, c’est ‘Bain-marie’ sans majuscule pour Marie-la-Juive :
http://fr.wiktionary.org/wiki/bain-marie

[invite4103876e]

En fait, c'est un produit photo que je veux stabiliser à 38°, pour développer du négatif ou de l'inversible couleur.

Ce qu'il me faudrait c'est peut-être quelque chose comme ça ? mais qui pourrait monter jusqu'à 38 : http://www.zone-aquatique.com/Chauff...0W-p10398.html

Je crois que les systèmes à aquarium sont très précis (rapport à l'exigence de poissons).

[vincent66]

Les bacs d'aquariophilie ont une immense inertie et sont brassés, genre 100 litres pour un chauffage 200 Watt, idée à écarter ...

[invite4103876e]

Ah, c'est intéressant ! Tu veux dire que si on ne mettait plus que 5 litres d'eau dans un aquarium, la température de l'eau serait beaucoup moins stable ?

Par curiosité (et pour essayer de comprendre un peu mieux), pour le système de l'aquarium, il s'agit également d'un système de régulateur tout ou rien ?

[vincent66]

Oui c'est un thermostat bilame tor intégré au tube chauffant, on peut jouer un peu en plaçant le tube devant l'arrivée d'eau provenant de la pompe mais ce n'est en général précis qu'à 1°C, et encore ...
5 litres dans bac 100 litres et un chauffage 200 W serait encore pire que ce que tu as déjà expérimenté ...

[invite4103876e]

D'accord, donc les arguments de vente du genre "chauffage pour aquarium précis à 0,3 degrés près", c'est du bluff ?

J'ai lu quelque part qu'associer deux résistances de 150 W chacune (pour répartir mes points de chaleur) pouvait être la solution pour mon cas de figure. Peux-tu m'expliquer en quoi une résistance de 200 W serait pire qu'avec ma résistance actuelle de 1300 W ?

[mag1]

Bonjour,


Pour mieux comprendre, il faut aussi lire la page à côté:
http://electromag1.wifeo.com/thermos...se-uaa2016.php

Et celle là, aussi
http://electromag1.wifeo.com/thermos...e-lcd1602-.php

MM

[invitee5da1686]

pour faire simple si ta température dépasse de (43-38) 5 degrés pour 5 litres, on peut dire (je pense) que pour 50 litres tu dépasserai seulement de 0.5 degrés ?

il faudrait peut être trouver une résistance avec moins de matière ,moins d’inertie.

[vincent66]

Et peut-être placer la sonde dans le récipient immergé dans le bain..?

[invite936c567e]

Bonjour

Ton projet relève typiquement d'un problème d'automatique, qui se résout par l'étude d'un système dynamique régulé.

Il est important de considérer :
1. les lieux où les échanges de chaleur sont effectués (extérieur, résistances chauffantes, contenu du bain-marie) ;
2. l'amplitude maximale de la température ou des flux de chaleur échangés en ces lieux ;
3. les lieux où la température doit être maintenue dans la plage souhaitée, qui sont nécessairement différents des lieux précédents ;
4. les lieux de mesure de la température ;
5. les temps de propagation de la chaleur entre ces différents lieux (1, 3 et 4), évalués le cas échéant sur la base des capacités et résistances thermiques des milieux traversés ;
6. les temps de réaction des systèmes de mesure et de commande de chauffage ;

L'ensemble du dispositif peut dès lors être modélisé par un système bouclé, à partir duquel on peut calculer les performances obtenues (stabilité, dépassement, rapidité).

Les performances souhaitées ne pourront être atteintes que si le comportement dynamique du système le permet. En d'autres termes, il sera nécessaire de contrôler et éventuellement de modifier les paramètres cités afin de rester dans la plage de température visée, et ce but ne pourra pas être atteint en toutes circonstances si ce contrôle ou ces modifications s'avèrent insuffisants.

Il faut en particulier veiller à réduire l'impact des sources de perturbation thermique et les temps de propagation et de réaction. La stabilité du système régulé en dépend (risque d'oscillation). L'effet de ces paramètres ne saurait être compensé par la seule augmentation de la puissance des résistances chauffantes sans risquer de dépasser les limites de température fixées.

[abracadabra75]

Bonjour.
Dans un temps ancien où il était possible de développer soi-même les films couleur, j'avais une régulation du chauffage du bain (agité, pas statique: un pompe de circulation) par une grosse résistance CTP. Et l'électronique (euh!... un bien grand mot pour le montage) était des plus simples.
Il faudrait que je déplace quelques tonnes de documents pour retrouver le bidule (qui fonctionnait farpaitement).
Peut-être un membre de ce forum, (un 'ancêtre' bien sûr!) aurait-il utilisé ce montage qui n'avait pas besoin d'une usine à gaz pour réguler? (publié dans les défunts Haut-Parleur ou Electronique Pratique?)
A+

[nornand]

au pro sur une machine a développer les films couleurs en automatique , il y avait une partie chauffage , brassage (pomper le liquide en haut pour le réinjecter en bas) , les bac étaient verticaux et pour refroidir un apport d'eau (réseau) sans PID avec de simple thermostats , par contre la machine fonctionnait 24/24 dans une piéce sans courant d'air , avec juste une extraction des "vapeur"

il faut donc penser a refroidir .

[invitebac61674]

Moi je dirais en vrac :
- commence par bien isoler ta cuve (avec un couvercle aussi si possible)
- brasse l'eau au max c'est important pour tout et je pense que ça suffit à régler ton problème.
- Tu peux par exemple chauffer l'eau en dehors de la cuve et associer pompe + résistance sur le même circuit. Quand on ne chauffe plus, le bac ne reçoit plus d'eau chaude.
- utiliser une résistance très peu puissante qui permet juste de compenser les pertes et un peu plus, si tu veux que ça chauffe plus vite, mets un couvercle ou ajoute un thermoplongeur le temps de la chauffe initiale
- Je pense qu'un double bain-marie te permettra une meilleure inertie thermique. En gros tu chauffe un bac à 39 qui chauffe un bac à 38 (+ pertes) qui chauffe ton bain
- L'idéal serait d'utiliser un PID avec deux plusieurs entrées, la température de l'eau et celle de la pièce.

[invite855cd7fb]

A la limite le fait que ta résistance soit surpuissante par rapport a l'énergie nécessaire a atteindre la consigne j'ai envie de dire que c'est pas tres grave.
Par contre, en plus du problème de disparité de la température dans ton bac, tu as aussi un problème de prise de mesure.
Tu ne peut pas réguler a 0,1°C prés ta température d'eau si ta sonde est précise a 0.1 °C, parce que ca sous entends qu'elle a 0.1 °C de marge d'erreur, soit quasiment autant que le débattement que tu t'autorise.
En supposant que la température de ton eau soit constante (ou du moins varie dans les limites de ta fourchette de régul), bah l'erreur de mesure de ta sonde fait que tu ne pourrais pas savoir que ta température est bonne.

Ensuite commander ta résistance de chauffe en tout ou rien pourquoi pas, mais il faut que la période de commutation soit très courte par rapport l'inertie de l'ensemble résistances + eau + sonde (qui ont tous des temps de réactions qui s'additionnent). Avec un relais mécanique c'est faisable, mais il risquent de ne pas vivre très longtemps, les commutation détruisant rapidement ses contacts. Les thyristors sont obligatoires si tu veux que l'ensemble survive plus de quelques heures.

Enfin une régul PI me semble un minimum pour avoir un résultat probant. Un régulateur "intelligent" capable d'ajuster le temps d'intégration grâce a une sonde de température extérieure a ton bac serais surement plus simple a régler.

Une régul PID permettrait une meilleure réactivité de l'ensemble aux moment ou tu apporte ou supprime de l’énergie dans ton système (ajout de "trucs" dans ton bain-marie, plus chauds ou plus froids que la consigne).


0.1°C de marge d'erreur c'est vraiment très peu, tu pourra pas les tenir avec un simple bilame.