本文討論了pH傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用以及pH控制系統(tǒng)的基本設(shè)置。在閱讀本文之前，建議您對(duì)pH和酸堿反應(yīng)有一個(gè)基本的了解。你可以在這里找到關(guān)于這些概念的復(fù)習(xí)材料。
PH監(jiān)測(cè)和控制應(yīng)用
PH探頭和變送器用于各種行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室和控制系統(tǒng)，包括化工生產(chǎn)、石化、水和廢水處理、食品和飲料、制藥和發(fā)電廠。有無(wú)數(shù)的應(yīng)用程序；有些是新穎的，如管理啤酒廠的糖漿pH值以生產(chǎn)出完美的啤酒；有些是必要的，如監(jiān)測(cè)采礦活動(dòng)的徑流以確保符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。然而，在所有行業(yè)和應(yīng)用中，這些設(shè)備的測(cè)量是產(chǎn)品質(zhì)量和工藝廢物流的重要監(jiān)測(cè)參數(shù)。
探頭和變送器注意事項(xiàng)
雖然有用，pH探頭和發(fā)射機(jī)有一些實(shí)際的局限性需要考慮。pH計(jì)的更新時(shí)間可能相對(duì)較慢，這將導(dǎo)致測(cè)量變量滯后-如果pH用于控制目的，這是一個(gè)重要的考慮因素。許多pH探針的外部由玻璃制成，這使得它們很脆弱。其他外殼也適用于需要擔(dān)心碎玻璃造成污染的應(yīng)用，如飲料行業(yè)。
大多數(shù)探頭上使用的多孔玻璃膜必須浸沒在溶液中，以避免干燥并導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù)。如果應(yīng)用要求探針在任何時(shí)候干燥，應(yīng)考慮使用特殊的探針來(lái)承受這種情況，否則在繼續(xù)使用之前，探針必須在高度電離的溶液中重新水化。pH探針還必須在多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，并經(jīng)常清潔，以確保準(zhǔn)確讀數(shù)和控制。
什么是pH值控制系統(tǒng)？
實(shí)現(xiàn)目標(biāo)pH值，無(wú)論是作為生產(chǎn)鏈中的一個(gè)步驟，還是作為中和廢物流處理的一部分，都是一種常見的控制應(yīng)用。圖1顯示了在工業(yè)規(guī)模上實(shí)施的pH值控制過(guò)程的基本設(shè)置。
個(gè)別設(shè)置是不同的，但它們都有一些共同的組成部分；也就是說(shuō)，可以打開和關(guān)閉帶有混合器或攪拌器的反應(yīng)器容器，以添加中和劑或其他目標(biāo)pH試劑的化學(xué)添加進(jìn)料，需要調(diào)整的溶液進(jìn)出反應(yīng)器容器的方式，當(dāng)然，一種控制器，如可編程邏輯控制器（PLC）或分布式控制系統(tǒng)（DCS），用于管理系統(tǒng)輸入、輸出和程序操作。
pH值控制的難點(diǎn)：非線性
過(guò)程域中的許多受控變量是相對(duì)線性的。例如，打開一定百分比的流量控制閥將導(dǎo)致相關(guān)流量增加。PH值調(diào)整通常不以這種方式進(jìn)行。例如，考慮用強(qiáng)堿（如氫氧化鈉）滴定（中和）弱酸（如乙酸）。該反應(yīng)的行為如下圖2所示。
酸的初始pH值約為3。當(dāng)添加10 ml堿時(shí)，pH值增加1個(gè)pH點(diǎn)。當(dāng)添加10 ml時(shí)，pH值略高于1個(gè)pH點(diǎn)。然后，當(dāng)再添加10 ml（總共30 ml）時(shí)，pH值將急劇上升超過(guò)4個(gè)pH點(diǎn)至11。
這種行為是高度非線性的，因此當(dāng)目標(biāo)pH值出現(xiàn)在反應(yīng)的高斜率區(qū)域內(nèi)或之后時(shí)，傳統(tǒng)的控制方法，如比例積分微分（PID）回路，通常是不夠的。根據(jù)處理流入的可用時(shí)間和流入特征的變化，可以使用不同的控制復(fù)雜性-從以特定頻率給滴定器投加劑量到使用更先進(jìn)的預(yù)測(cè)控制算法。
PH監(jiān)測(cè)和控制：總結(jié)
pH值的監(jiān)測(cè)和控制廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。為特定應(yīng)用和維護(hù)設(shè)備選擇合適的探頭和變送器是確保正確讀數(shù)的必要條件。
pH控制可通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)應(yīng)考慮pH調(diào)節(jié)的非線性特性。
