温度調節

温度制御とは、空間（およびその内部にある物体全体）または物質の温度変化を測定または検出し、空間または物質への熱エネルギーの出入りを調整して、所望の温度を達成するプロセスである。

家庭用サーモスタットは閉ループ制御の一例です。サーモスタットは、現在の室温を継続的に測定し、ユーザーが設定した希望の温度と比較し、ヒーターやエアコンを制御して温度を上げ下げし、希望の温度に合わせます。

制御方法にはいくつかの種類があります。

• 非常にシンプルな例としては、ヒーターやエアコンのオン/オフを切り替えるだけのサーモスタットがあり、その場合、目標とする平均温度から一時的にオーバーシュートやアンダーシュートが生じることは避けられません。
• より高度なサーモスタットは、設定温度（目標温度）と実際の温度の差に応じて、ヒーターやクーラーによる加熱または冷却量を調整することができます。これは比例制御と呼ばれ、オーバーシュートとアンダーシュートを最小限に抑えます。
• 累積誤差信号（積分）と誤差の変化率（微分）を用いたさらなる改良により、より複雑なPIDコントローラが構築されます。これは、一般的に産業現場やより高度な民生品で見られる形式です。

物体や空間に熱エネルギーが流入すると、その温度は上昇し、原子の平均運動エネルギーが増加します。例えば、室内の物や空気などがこれに該当します。物体や空間から熱エネルギーが流出すると、その温度は低下します。熱は、伝導、対流、放射という最大3つのプロセスによって、ある場所から別の場所へ（常に高温から低温へ）流れます。

• 伝導では、エネルギーは原子同士の直接接触によって伝達される。
• 対流では、熱エネルギーが伝導によって可動流体（空気や水など）に伝わり、流体が熱を運びながらある場所から別の場所へと移動します。流体中の熱エネルギーは、通常、ある時点で再び伝導によって他の物体に伝達されます。流体の移動は、負の浮力によって駆動される場合があり、例えば、冷たい（したがって密度の高い）空気が下降し、それによって暖かい（密度の低い）空気を上方に押し上げる場合（自然対流）、またはファンやポンプによって駆動される場合（強制対流）があります。
• 放射線とは、加熱された原子が放出する電磁波が、近くにあるか天文学的な距離にあるかを問わず、遠く離れた他の原子に吸収される現象です。例えば、太陽は目に見えない電磁エネルギーと目に見える電磁エネルギーの両方として熱を放射しています。私たちが光と呼んでいるものは、電磁スペクトルのごく一部に過ぎません。

ある場所や物体において、受け取るエネルギーが失われるエネルギーよりも多い場合、その温度は上昇します。入ってくるエネルギーと出ていくエネルギーが全く同じであれば、温度は一定に保たれます。つまり、熱平衡状態にあるということです。

• 自動化とは、技術を用いてプロセスや手順を最小限の人的介入で実行できるようにする制御システムのことである。
• 熱交換器とは、熱源と作動流体の間で熱を伝達するために使用されるシステムである。
• 移動床式熱交換器は、流体と固体粒状物質の間で、表面を通過する連続的な下方流を利用して熱を伝達する熱交換器である。
• 宇宙船の温度制御とは、宇宙船のすべての部分を許容温度範囲内に保つプロセスである。
• 熱力学的平衡とは、物質またはエネルギーの正味の巨視的な流れが起こらない熱力学系（複数可）の状態のことである。

ウィキメディア・コモンズにある温度制御に関するメディア

• ボブ・ピースによるPID制御に関する記事（archive.orgより）