PID를 장착하는 방법입니다.
PID는 다들 아시겠지만, 원하는 온도를 정하고 그 온도에 맞도록 온도를 유지시켜 주는 장치입니다. 이베이에서 란실리오 실비아를 검색해 보면, 실비아만 구입시 600$, PID와 같이 장착된 기기의 경우 850-900$, PID(또는 컴퓨터 온도 조절기라고 되어 있기도 합니다.)만 구입시 240$정도 하는 바로 그 온도 조절기입니다. 직접 다시면 이보다는 많이 저렴하게, 그리고 에소 기기도 이해하면서 장착할 수 있는 것 같습니다. 부품을 따로 구입하시면 10만원 안쪽에서 만들 수 있거든요.
용도는 에스프레소의 특성을 8-9bar의 압력, 섭씨 90-95도의 온도로 20-30초간 추출한 커피라고 할 때 온도에 해당하는 부분을 맞추어 주는 장치입니다.
기존의 일반적인 에소 머신을 먼저 살펴보면...
온도조절을 thermostat이라는 바이메탈 스위치로 하는 것 같습니다. 에소 머신을 켜 놓으면 가끔 틱 틱 하는 소리가 나는데, 발열체의 스위치가 점멸되는 소리로, 열팽창 계수가 다른 두 개의 금속을 맞닿게 해 놓으면 온도에 따라 요쪽 저쪽으로 휘게 되는데, 이를 이용해서 스위치를 만들 수 있습니다. 이 것을 가지고 온도가 높으면 접점이 떨어지고, 온도가 낮으면 접점이 붙게 하는 스위치를 만들 수 있고, 이를 보일러에 이용하면 thermostat으로 기능하게 되는 것으로 보입니다.
가정용 에스프레소 기기의 경우 보일러의 하부가 그룹헤드로 바로 연결되게 되는 경우가 많은데, 이 경우 찬물은 아래로, 더운물은 위로 올라가게 되므르로, 위의 뜨거운 물이 먼저 추출구로 나가게 만들어야 할 필요성이 있으므로 그룹헤드로 통하는 봉을 세우고 찬 물은 보일러의 하부에서 공급하여 뜨거운 물을 밀어내는 구조로 만들어지는 것 같습니다. 우리가 측정하고자 하는 물은 추출에 사용되는 물이므로, 가장 위의 물이 되고 따라서 thermostat은 모두 보일러의 가장 상단에 위치하게 됩니다. 다만, 보일러 자체의 벽이 공기와 열평형을 이루므로 내부의 물의 온도를 정확하게 반영하지 못하므로 나사탭을 통해 thermostat이 보일러 내부의 열 - 수온 - 을 가장 잘 반영하도록 하는 구조로 생각됩니다.
제가 사용하는 Nemox Fenice의 경우 섭씨 95도의 thermostat을 사용한다고 되어 있는데, thermostat이 구조에서 알 수 있듯이 아주 정밀하게 움직이지 않는 장치이므로, 허용 온도가 조금 넓습니다.(란실리오 실비아와 같은 thermostat을 사용한다고 하는군요.) 다른 기기들의 경우도 크게 다르지 않는 것 같습니다. 가끔 보면 온도의 surfing이 단점이라는 글이 있는데, 이러한 온도의 변화를 말하는 것 같습니다. 이러한 thermostat의 온도에 대한 둔감함은 장점이 되기도 하는데, 기계식 릴레이(스위치)의 경우 수명이 정해져 있습니다. 따라서 이러한 적당한 둔감함은 오히려 thermostat으로 하여금 나름대로 긴 수명을 갖게 하는 방법이 되기도 할 것 같습니다.
PID의 구성은 다음과 같이 이루어집니다.
(온도 프로브 - 센서) ----(온도 콘트롤러)---(SSR)--히터로 가는 인입선(thermostat의 양측에 해당합니다.)
여담이지만, 제 경우 너무도 무지했던지라, 이베이에서 판매하던 온도콘트롤러만 있으면 SSR이 필요 없는 줄 알고 항의 메일을 보내기도 했었습니다.^^ SSR은, 릴레이의 일종(스위치라고 보셔도 될 것 같습니다.)으로 위의 thermostat의 경우 많은 점멸에 의해 수명이 짧아진다고 하였는데, 이 부분을 해결한 릴레이라고 보시면 될 것 같습니다.
PID controller와 SSR의 링크를 걸어보면 다음과 같습니다.
http://ic114.com/AJAXWWW/SITE/SC/30L0.ASPX?tree=060105&name=RELAYS
SSR의 경우 보통 발열체의 소모 전력이 비교적 큰 경우가 많으므로 여유있는 용량의 것을 선택했습니다. 외국의 것보다 우리나라의 것이 가격도 저렴하고, 용량 등 품질도 믿을만 한 것 같습니다.
이베이에서 PID콘트롤러를 판매하는 사람의 많는 수가 K-type의 probe를 같이 주고 있는데, 같이 구입하면 됩니다.
그리고 가장 중요한 케이스는 옥션의 아크릴 파시는 분들이 재단도 같이 해주시므로 구입하여 조립하는데 큰 무리는 없는 것 같습니다. 저처럼 손재주 없는 사람도...
열결도는 - ydpLAB - Images -Heater-SSR-controller 연결도.jpg 참고
입니다.
문제는 Probe인데.. K-type열전대 혹은 thermocouple이라고 하면 상당히 고상하고 외계어 같지만, 실은 서로 다른 특성의 금속을 맞닿아 놓은 것에 불과합니다. PID의 구입자가 K-type의 probe를 주었다면 과감하게 Probe의 끝을 자르면 전선 두가닥이 나옵니다. 이걸 벗겨서 서로 납땜 등으로 연결하면 연결된 곳이 센서, 다시 말하면 온도를 측정하는 곳이 되는 것이죠.(저도 매우 허탈했습니다.^^) 따라서 원하는 길이에서 적당히 도선을 잘라 피복을 벗겨 두 가닥의 나선으로 만들고 이를 고리를 만든 다음 납땜을 합니다. 그런 후 기존 thermostat(이제는 쓸 모 없어진..)의 밑에 써멀 구리스(컴퓨터 조립할 때 쓰는 것으로 컴퓨터 부속상에서도 팔고.. 옥션 등에서도 송료 포함해서 1000원 정도에 구할 수 있습니다.)를 발라준 후 보일러와 thermostat의 밑부분 사이에 놓고 고정해 줍니다. 다른 방법의 고정도 시도해 보았지만, 기존 thermostat이 보일러의 가장 내층까지 들어가는 숫나사로 이루어진 점, 대개 황동으로 되어 있는 점 등이 매력적이고, 결정적으로 매우 쉬워서 이렇게 하였습니다.
전원은.. 제 경우는 thermostat의 인입선에서 하나, 보일러와 전원이 바로 연결된 곳에서 하나 따 왔습니다.
누전이 안되도록 조심하셔서 설치가 끝나고 켜보시면.. 설정온도와 실제 온도가 표시되는데, 초기 온도가 상당히 높게 되어 있으므로 서둘러서 아래 화살표 등을 눌러 90도 정도로 맞춰야 합니다.
그리고 놔두면 동작을 시작하는데...PID콘트롤러에 따라 자동 튜닝이 되는 것이 있으니 이를 실행해 주면 혼자 조정해서 동작합니다. 제 경우는 overshoot이 문제가 되어 이 부분만 다시 만져주었습니다만, PID공급자가 제공하는 설명서를 보고 조정해야하는 부분입니다.
그럼 긴 글 마치겠습니다. 읽어주셔서 감사합니다.^^
PS1. 모든 책임은 안 집니다.^^ 안전은 스스로.. 작업전에는 반드시 코드 뽑으시고, 물이 가까운 기기이니 물에서 멀리 하시고 작업하시길 권장합니다.
PS2. 제 기기의 경우 thermostat이 2개 있습니다. (정확히는 3개이지만, 1개는 안전용이므로 화재가 나지 않으면 동작하지 않습니다.) 1개는 추출용, 1개는 스팀용인데, 대개 전원이 전원 - 추출 thermostat- 스팀 thermostat -보일러전원 의 순서로 되어 있습니다. 아마도 추출 thermostat이 고장나서 과열되더라도 스팀 thermostat의 동작으로 안전을 보장하도록 만든 구조인 것 같습니다. 그래도 구별이 어려우시면, 스팀 스위치와 연결된 것이 스팀용으로 보시면 될 듯 합니다.
PS3. 링크에서 이베이셀러와 ic114를 직접 해 놓았는데... 물론 이들과 제 관계는 파는 사람과 구매자 외에는 어떤 것도 없습니다. 다만, 제 경우 적당한 것을 찾는데 시간이 많이 걸린지라 조금이라도 편의를 제공코져 한 것이오니.. 오해하지 말아주사와용.. 그리고 이베이셀러도 SSR을 파는데.. 좀 비쌉니다. 역시 자작하기는 우리나라만큼 좋은 곳도 없는지도...
PS4. 장착 후 효과는.. 제 기기는 10분 이상 켜 놓으면 91도를 설정한 상태라면 95%이상의 시간에서는 측정온도 91도, 5%정도의 시간에서 90도 입니다. 이정도면.. 노무노무 만족스러운 온도입니다.^^
[출처] PID 장착 방법! (커피마루) |작성자 아침뱃살
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