如何精确地在非电子装置上设置这个Honeywell T-86圆形恒温器

　　Honeywell T-86闻名市场的圆形恒温器，因为外观与工程设计优雅简洁，自从1953年问世以来已经出货了数百万个，有许多仍在使用中。（来源：Cooper Hewitt Smithsonian Design Museum）
　　这款恒温器的目标就是简单与可靠：在两条导线──其中一条是「热」（hot）、通常是24VAC，另一条是「一般」（common）──之间提供开关闭合（switch closure），在环境感测到的温度低于阈值设定点时要求加热，在温度高于设定点时则将导线分开。有趣的是，该装置不需要使用任何电子或电气动力，而是采用螺旋状双金属带（spiraled bimetallic strip），随着温度增加或下降而卷曲或伸展，长度也随着拉长或缩短。
　　在卷曲金属条末端有一个密封玻璃小瓶（即安瓿- ampule），有两条导线穿过玻璃瓶、瓶内则有少许水银；当金属带卷曲/伸展，以及瓶子的方向改变时，水银会形成两条导线之间的电气链接或是断开。此装置的运作原理以及设计带来了可靠度，在其应用领域长时间的表现也证实了这一点；双金属带的微幅卷曲不会导致长时间的金属疲劳，电气触点因为是密封于玻璃瓶中，也不会有锈蚀的问题（但是没错，如果安瓿破裂导致水银外泄就会是个问题）。
　　不过这种高效率温度控制解决方案的设计者也面临所有开关式（on-off；或称为「双位- two-position」、「bang-bang」）、非比例控制系统的问题：在设定点周遭准确带（accuracy band）以及开关循环率（cycling rate）之间的权衡。
　　
　　简单的开关控制系统之挑战，是设定点周遭的颤振（chattering）现象；因为系统会以相当高的频率打开/关闭驱动力，这大部分是以相对于该力道的负载「质量」（mass）为变化因素。（来源：Control System DEM5B）
　　在设定点周遭更快的开关循环带来准确度，但频率循环（颤振）问题十分恼人，会造成暖气系统零件（如风扇、风箱、点火器、电热器、开关、继电器等等）的过度磨损。循环率随着暖气系统输出功率以及类型（热风、电热或是热水式散热器）变化，还有房屋的热质量（thermal mass）与关联的热时间常数（thermal time constant）；这些全都是在恒温器领域以外的因素。
　　解决这种知名问题的第一步，是为回路添加一点迟滞作用（hysteresis）；透过这种方式，恒温器会有由开启与关闭阈值定义的死区（deadband），通常设置在1度左右。不过会有一个问题：你如何精确地在非电子装置上设置这个？没有软件、没有模拟运算放大器（要在运算放大器上加入迟滞是非常简单的）、也没有其他电子组件；事实上这是一个全机械系统，以一条24 VAC线路开关。
　　
　　标准的解决方案众所周知：在设定点附近添加一些迟滞作用，但是得付出较广错误带的代价。（来源：Fuji Electric France S.A.S.）
　　而Honeywell布置的解决方案既简单又巧妙，这种方法也被运用于其他控制装置，但从未用在长寿命、低成本的大众市场产品──他们加入了一个预测器（anticipator；在1924年首度被应用于温度控制装置），也就是一个迷你的加热器、能为恒温器加温来「骗」装置，让恒温器以为温度比实际上高。这会让恒温器把暖气系统在室温实际达到设定点之前「一点点」，就先把系统关闭，以避免过度加热。
　　该加热器是缠绕在绝缘体上的镍铬合金（nichrome）线，藉由系统导线的24 VAC自供电（是一种能量采集方法），因位置固定所以能为双金属带加热。
　　这种架构有两个挑战：首先标称24 VAC系统通常功率没那么高，只有15或12 VAC；因此加热器的输出也会降低。其次暖气系统的上升/下降时间取决于其类型，热水式的温度质量最大、能传递「动能」，而热风式其次、电热式最小。
　　要克服这些问题，在预测加热器的镍铬合金在线有一个可调整的滑条，能控制通过加热器的电流量──电阻较小的时候电流就越大、发热也更大，依据著名的公式P = I2。 Honeywell也提供了参考设定值（如下表），也就是预测器电流值（安培）。
　　
　　就算最简单的预测器也需要调整，以搭配热源的温度上升时间；表内的数值是T-86恒温器的建议初始设定。（来源：HVAC School）
　　虽然预测器缺少现代软件控制暖气系统的灵活度，后者加入了定时还有其他许多编程选项，这种方法还是相当有效、便宜又可靠。当然，这种加热装置为系统添加了复杂度，也降低了长期可靠性，但就算它扮演预测器的功能失效了，系统还是能在一般的开路故障（open-failure）模式下运作，这比恒温器被锁定在全开或全关模式下的故障要好得多。