本文討論了pH傳感器在工業(yè)中的應用以及pH控制系統(tǒng)的基本設置。在閱讀本文之前，建議您對pH和酸堿反應有一個基本的了解。你可以在這里找到關于這些概念的復習材料。
PH監(jiān)測和控制應用
PH探頭和變送器用于各種行業(yè)的實驗室和控制系統(tǒng)，包括化工生產、石化、水和廢水處理、食品和飲料、制藥和發(fā)電廠。有無數的應用程序；有些是新穎的，如管理啤酒廠的糖漿pH值以生產出完美的啤酒；有些是必要的，如監(jiān)測采礦活動的徑流以確保符合環(huán)境標準。然而，在所有行業(yè)和應用中，這些設備的測量是產品質量和工藝廢物流的重要監(jiān)測參數。
探頭和變送器注意事項
雖然有用，pH探頭和發(fā)射機有一些實際的局限性需要考慮。pH計的更新時間可能相對較慢，這將導致測量變量滯后-如果pH用于控制目的，這是一個重要的考慮因素。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心碎玻璃造成污染的應用，如飲料行業(yè)。
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讀數。如果應用要求探針在任何時候干燥，應考慮使用特殊的探針來承受這種情況，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探針還必須在多個點進行校準，并經常清潔，以確保準確讀數和控制。
什么是pH值控制系統(tǒng)？
實現目標pH值，無論是作為生產鏈中的一個步驟，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用。圖1顯示了在工業(yè)規(guī)模上實施的pH值控制過程的基本設置。
個別設置是不同的，但它們都有一些共同的組成部分；也就是說，可以打開和關閉帶有混合器或攪拌器的反應器容器，以添加中和劑或其他目標pH試劑的化學添加進料，需要調整的溶液進出反應器容器的方式，當然，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：非線性
過程域中的許多受控變量是相對線性的。例如，打開一定百分比的流量控制閥將導致相關流量增加。PH值調整通常不以這種方式進行。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。
酸的初始pH值約為3。當添加10 ml堿時，pH值增加1個pH點。當添加10 ml時，pH值略高于1個pH點。然后，當再添加10 ml（總共30 ml）時，pH值將急劇上升超過4個pH點至11。
這種行為是高度非線性的，因此當目標pH值出現在反應的高斜率區(qū)域內或之后時，傳統(tǒng)的控制方法，如比例積分微分（PID）回路，通常是不夠的。根據處理流入的可用時間和流入特征的變化，可以使用不同的控制復雜性-從以特定頻率給滴定器投加劑量到使用更先進的預測控制算法。
PH監(jiān)測和控制：總結
pH值的監(jiān)測和控制廣泛應用于各個行業(yè)。為特定應用和維護設備選擇合適的探頭和變送器是確保正確讀數的必要條件。
pH控制可通過自動控制系統(tǒng)實現，但在設計控制方案時應考慮pH調節(jié)的非線性特性。
