单片机温湿度控制技术及其在石化炼油行业的应用

郎亮波（浙江海牛环境科技股份有限公司，311121）

单片机温湿度控制技术及其在石化炼油行业的应用

郎亮波
（浙江海牛环境科技股份有限公司，311121）

本文基于单片机在温度、湿度测量技术与控制技术研究现状基础上，结合石油化工行业危险性高、工作环境恶劣，探讨单片机温湿度控制系统在石化炼油行业的应用及发展。

单片机；温湿度控制；石化炼油

1　温度测量技术研究现状

温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中，分为接触式测温和非接触式测温两大类。所谓接触式测温法就是测温元件与被测对象直接接触，根据热传导原理在一段时间的能力交换之后，热量会形成一个新的平衡点，此时测温元件的温度就是被测对象的温度。

非接触式测温法弥补了接触式测温法的缺点，测温元件与被测对象的接触是间接的，借助于气体的辐射进行热量的交换。不破坏原有温度场。通常用来测量1000℃以上的移动、旋转、或反映迅速的高温物体。非接触式测温法由于不与被测对象直接接触，因此温度的变换惯性比较小，对温度的变换比较敏感，可以测量运动中的对象。

1.1膨胀式测温方法

根据物体热胀冷缩原理制成的温度计统称为膨胀式温度计，即是利用物体受热后体积膨胀的性质制成的。根据结构不同，它分为玻璃管液体温度计、压力式温度计和双金属温度计等三种型式。

图 1 双金属温度计结构

图1为双金属温度计的结构，它的感温元件通常绕成螺旋形，一端固定，另一端连接指针轴。温度变化时，感温元件的弯曲率发生变化，并通过指针轴使指针在刻度盘上转动，显示温度的变化值。双金属温度计的优点是机械式的测温方法可以被制成各种形状，如 U 形、螺旋形、螺管形、直杆形等。双金属片温度计的测温范围与液体膨胀式温度计接近，精度较差，但在振动和受冲击的应用场合，读数方便，比较适用。

2　电量式测温方法

利用电量式测温方法进行温度测量，主要是利用材料的电势、电阻或其它电性能与温度的单值关系， 包括热电偶温度测量、热电阻和热敏电阻温度测量、集成芯片温度测量等。热电温度计是将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应，也被称作第一热电效应，即由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。

2.1接触式光电测温方法

马克斯·普朗克于1900年建立了黑体辐射定律的公式，并于1901年发表。普朗克辐射定律，是公认的物体间热力传导基本法则，虽然有物理学家怀疑此定律在两个物体极度接近时不能成立，但始终无法证明和提出实证。普朗克建立黑体辐射定律的目的主要是为了描述单个黑体在不同的温度范围，其电磁辐射率与频率的关系。

3　温度控制技术研究现状

温度控制技术是指能够使被控对象的温度达到设定的温度值的方法。根据温度值的变化可以分为动态和静态两种控制方式，动态温度控制成为动态温度跟踪，即设定的温度值是一系列值而不是一个固定值，温度值是在不断更新变化的。静态温度控制技术，又称为恒定温度控制技术，只要求被控对象的温度变化在一个固定的数值上，并且误差不允许太大。根据工业控制器技术的发展进行划分，以下几种温湿度控制技术是比较经典的方法。

3.1定值开关控温法

所谓定值开关控温法，就是根据是否达到给定的温度值来实现对器件的开关控制。该类控制器以电加热板、电发热线圈为发热元件，有电流通过是发热丝开始发热，其内部的温度最高能够达到一千多摄氏度。优点在于温度设置的上限比较高，缺陷在于温度控制的精度比较低。

3.2PID模糊控制技术

所谓PID模糊控制，是通过数学的比例（P）、积分（I）、微分（D）等运算方式对测量信号和给定值，修正控制算法进行温度值得优化与补偿，并以模糊集合论、模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制。PID模糊控制器是一种易于控制、掌握的较理想的非线性控制器，具有较强的适应性和强健性，比较好的容错性。能够使操作人员使用自然语言进行人机对话，而控制器不必对被控制对象建立完整的数学模型。

4　湿度测量技术概述

湿度的定义是表示大气干燥程度的物理量。不管是在实际的工程应用还是在理论研究上，一直以来湿度是比温度更加难以测量的自然量。随着时代的进步，科学技术的突破性发展，关于湿度测量的技术也随之有了不小的进步。湿度测量技术所采用的方法最主要的有以下几种：干湿球法，伸缩测湿法，干湿球法，露点测湿法等。

5　炼油装置温湿度特点及控制策略

典型炼油装置有常压装置、催化裂化装置、苯抽提装置、干气液化气脱硫及酸性水汽提硫磺回收装置、硫磺车间，胺液存储罐，碱液罐等，其特点及要求各异，如常压装置的加热炉采用了空气预热器，用以回收烟气余热，要求使排烟温度降为170℃为宜。而催化裂化装置的第一再生器密相温度需控制在660～690℃，第二再生器温度需控制在≤725℃，保证再生剂定碳降到0.1%以下。第一、二再生器烟气合流后，经高温取热器取热，再进入多管式三级旋分器。硫磺车间主要将炼油过程产生的含硫酸性水、富液在此进行处理、回收，主要包括污水汽提装置，溶剂再生装置，硫磺回收装置，对温度湿度也是要求严格。鉴于石油炼制行业的危害特性，硫磺车间不可避免存在职业性危害物质，因此，对其进行温湿度分析以及监控具有十分重要的意义。

6　结论

介绍了基于单片机在温度、湿度测量技术与控制技术研究现状，结合石油化工行业特点，探讨单片机温湿度控制系统在石化炼油行业的应用及发展。建议利用STC12单片机设计的温湿度控制系统，该系统采用有差调节的方式调节温湿度，可以灵活控制温湿度波动范围，在实际应用中具有较高的精度和可靠性，可以应用在温湿度精度不同要求的生产加工车间及仓储等场合。

［1］ 武林，楼恩平，侯冬晴，等.基于PID算法的无线温湿度控制系统［J］.仪器仪表学报，2006，27（1）：619—620.

［2］ 孙环，滕召胜.基于SHT10单片集成传感器温湿度检测模块设计［J］.国外电子测量技术，2013，25（11）：43—46.

［3］ 胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.3版.北京：清华大学出版社，2010.

［4］ 红晶科技.STC Microcontuoller Handbook［Z］.2007.

郎亮波（1981.1.25-） 性别：男，民族：汉，籍贯：浙江富阳，学历：大学本科，职称：中级职称，研究方向：电气自动化系统在工业领域的应用，设计机械和电气自动化系统。

SCM—based Temperature and Humidity Control Technology and Application in Petrochemical Refining Industry

Lang Liangbo
（Zhe jiang manatees Environmental Science and Technology Co.，Ltd，311121）

This paper based on single chip microcomputer in the temperature and humidity measurement and control technology research，combined with the high petrochemical industry risk and bad work environment，discussing single-chip temperature and humidity control system in the application and development of petrochemical industry.

Single chip computer；Temperature and humidity control；Petrochemical Refinery