pH传感器在工业中的应用及pH控制系统的基本设置

pH监测和控制应用

pH探针和传送器被用于实验室和控制系统，遍布各种行业，包括化学品生产、石油化工、水和废水处理、食品和饮料、制药和发电厂。存在大量的应用程序；有些是新颖的，比如管理啤酒厂的麦芽汁pH值，以生产出完美的啤酒，有些是必要的，比如监测采矿活动的径流，以确保符合环保标准。然而，在所有行业和应用中，从这些设备中获得的测量值是产品质量和工艺废水的重要监测和控制参数。

注意事项

虽然有用，但pH探头和发传送器有一些局限性需要考虑。pH计可能具有相对较慢的更新时间，这会在测量变量中引入滞后，如果将pH用于控制目的，这是一个重要的考虑因素。许多pH探头的外部由玻璃制成，这使它们易碎。其他外壳适用于因玻璃破碎而引起污染的应用，例如饮料行业。

大多数探头上使用的多孔玻璃膜必须浸没在溶液中，以避免干燥并导致错误的读数。如果应用要求探针在任何时间内保持干燥，应考虑使用能够承受干燥的专用探针，否则在继续使用之前，必须在高度电离的溶液中对探针进行再水化。pH探头也必须在多个点进行校准并经常清洁，以确保准确的读数和控制。

pH控制系统

实现目标pH值，无论是作为生产链的一个步骤，还是作为处理的一部分中和废物流，都是一种常见的控制应用。图1显示了在工业规模上实现pH控制过程的基本设置。

图1.中和过程的基本设置

个别设置各不相同，但它们都有一些共同的组成部分：即，一个带有搅拌器或搅拌器的反应器容器，可以打开和关闭的化学添加进料，以添加中和剂或其他目标pH剂，这是一种需要调整的溶液进入和退出反应器的方法。参与者容器，当然还有一个控制器，如可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS），用于管理系统输入、输出和程序动作。

pH控制的难度：非线性

过程域中的许多受控变量表现出相对线性的行为。例如，打开流量控制阀某个百分比会导致相关的流量增加。pH调节通常不以这种方式表现。例如，考虑用强碱如氢氧化钠滴定（中和）弱酸如乙酸。该反应的行为如下图2所示。

图2.用强碱滴定弱酸

酸的起始pH值在3左右。当加入10mL碱时，pH升高1个pH点。当加入10mL以上时，pH略微升高至小于1个pH点。然后，当再加入10毫升（总共30毫升）时，pH值急剧上升超过4个pH点，达到11。这种行为是高度非线性的，使得传统的控制方法，例如比例积分微分（PID）回路，当目标pH在反应的高度倾斜区域中或之后发生时通常是不充分的。根据可用于处理流入物的时间和流入物特性的可变性，可以采用不同复杂程度的控制，从以特定频率计量定量滴定仪到采用更先进的预测控制算法。

总结

pH监测和控制广泛用于各个行业。为特定应用选择合适的探头和传送器以及维护设备是必要的，以确保正确的读数；可以使用自动控制系统实现pH控制，但是在设计控制方案时应该考虑pH调节的非线性特性。