本文讨论了pH传感器在工业中的应用以及pH控制系统的基本设置。在阅读本文之前，建议您对pH和酸碱反应有一个基本的了解。你可以在这里找到关于这些概念的复习材料。
PH监测和控制应用
PH探头和变送器用于各种行业的实验室和控制系统，包括化工生产、石化、水和废水处理、食品和饮料、制药和发电厂。有无数的应用程序；有些是新颖的，如管理啤酒厂的糖浆pH值以生产出完美的啤酒；有些是必要的，如监测采矿活动的径流以确保符合环境标准。然而，在所有行业和应用中，这些设备的测量是产品质量和工艺废物流的重要监测参数。
探头和变送器注意事项
虽然有用，pH探头和发射机有一些实际的局限性需要考虑。pH计的更新时间可能相对较慢，这将导致测量变量滞后-如果pH用于控制目的，这是一个重要的考虑因素。许多pH探针的外部由玻璃制成，这使得它们很脆弱。其他外壳也适用于需要担心碎玻璃造成污染的应用，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读数。如果应用要求探针在任何时候干燥，应考虑使用特殊的探针来承受这种情况，否则在继续使用之前，探针必须在高度电离的溶液中重新水化。pH探针还必须在多个点进行校准，并经常清洁，以确保准确读数和控制。
什么是pH值控制系统？
实现目标pH值，无论是作为生产链中的一个步骤，还是作为中和废物流处理的一部分，都是一种常见的控制应用。图1显示了在工业规模上实施的pH值控制过程的基本设置。
个别设置是不同的，但它们都有一些共同的组成部分；也就是说，可以打开和关闭带有混合器或搅拌器的反应器容器，以添加中和剂或其他目标pH试剂的化学添加进料，需要调整的溶液进出反应器容器的方式，当然，一种控制器，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、输出和程序操作。
pH值控制的难点：非线性
过程域中的许多受控变量是相对线性的。例如，打开一定百分比的流量控制阀将导致相关流量增加。PH值调整通常不以这种方式进行。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。
酸的初始pH值约为3。当添加10 ml碱时，pH值增加1个pH点。当添加10 ml时，pH值略高于1个pH点。然后，当再添加10 ml（总共30 ml）时，pH值将急剧上升超过4个pH点至11。
这种行为是高度非线性的，因此当目标pH值出现在反应的高斜率区域内或之后时，传统的控制方法，如比例积分微分（PID）回路，通常是不够的。根据处理流入的可用时间和流入特征的变化，可以使用不同的控制复杂性-从以特定频率给滴定器投加剂量到使用更先进的预测控制算法。
PH监测和控制：总结
pH值的监测和控制广泛应用于各个行业。为特定应用和维护设备选择合适的探头和变送器是确保正确读数的必要条件。
pH控制可通过自动控制系统实现，但在设计控制方案时应考虑pH调节的非线性特性。
