pH傳感器在工業中的應用及pH控制系統的基本設置

pH監測和控制應用

pH探針和傳送器被用于實驗室和控制系統，遍布各種行業，包括化學品生產、石油化工、水和廢水處理、食品和飲料、制藥和發電廠。存在大量的應用程序；有些是新穎的，比如管理啤酒廠的麥芽汁pH值，以生產出完美的啤酒，有些是必要的，比如監測采礦活動的徑流，以確保符合環保標準。然而，在所有行業和應用中，從這些設備中獲得的測量值是產品質量和工藝廢水的重要監測和控制參數。

注意事項

雖然有用，但pH探頭和發傳送器有一些局限性需要考慮。pH計可能具有相對較慢的更新時間，這會在測量變量中引入滯后，如果將pH用于控制目的，這是一個重要的考慮因素。許多pH探頭的外部由玻璃制成，這使它們易碎。其他外殼適用于因玻璃破碎而引起污染的應用，例如飲料行業。

大多數探頭上使用的多孔玻璃膜必須浸沒在溶液中，以避免干燥并導致錯誤的讀數。如果應用要求探針在任何時間內保持干燥，應考慮使用能夠承受干燥的專用探針，否則在繼續使用之前，必須在高度電離的溶液中對探針進行再水化。pH探頭也必須在多個點進行校準并經常清潔，以確保準確的讀數和控制。

pH控制系統

實現目標pH值，無論是作為生產鏈的一個步驟，還是作為處理的一部分中和廢物流，都是一種常見的控制應用。圖1顯示了在工業規模上實現pH控制過程的基本設置。

圖1.中和過程的基本設置

個別設置各不相同，但它們都有一些共同的組成部分：即，一個帶有攪拌器或攪拌器的反應器容器，可以打開和關閉的化學添加進料，以添加中和劑或其他目標pH劑，這是一種需要調整的溶液進入和退出反應器的方法。參與者容器，當然還有一個控制器，如可編程邏輯控制器（PLC）或分布式控制系統（DCS），用于管理系統輸入、輸出和程序動作。

pH控制的難度：非線性

過程域中的許多受控變量表現出相對線性的行為。例如，打開流量控制閥某個百分比會導致相關的流量增加。pH調節通常不以這種方式表現。例如，考慮用強堿如氫氧化鈉滴定（中和）弱酸如乙酸。該反應的行為如下圖2所示。

圖2.用強堿滴定弱酸

酸的起始pH值在3左右。當加入10mL堿時，pH升高1個pH點。當加入10mL以上時，pH略微升高至小于1個pH點。然后，當再加入10毫升（總共30毫升）時，pH值急劇上升超過4個pH點，達到11。這種行為是高度非線性的，使得傳統的控制方法，例如比例積分微分（PID）回路，當目標pH在反應的高度傾斜區域中或之后發生時通常是不充分的。根據可用于處理流入物的時間和流入物特性的可變性，可以采用不同復雜程度的控制，從以特定頻率計量定量滴定儀到采用更先進的預測控制算法。

總結

pH監測和控制廣泛用于各個行業。為特定應用選擇合適的探頭和傳送器以及維護設備是必要的，以確保正確的讀數；可以使用自動控制系統實現pH控制，但是在設計控制方案時應該考慮pH調節的非線性特性。