十一月一日
测量pH值(pondus Hydrogennii，或氢指数)对于所有在制造中使用水的行业都很重要。pH值是测量溶液中氢离子活性的指标;氢离子越多，溶液的酸性就越强。测量pH值的最大困难之一是传感器必须在极宽的范围内工作:pH值，从0到14，实际上是对数，代表14个数量级。因此ph0是每升一摩尔的H+离子，而在天平的另一端，ph14是每升10-14摩尔的离子。醋和柠檬汁含有大量的氢离子，呈酸性;它们的pH值约为2.5。纯水的pH值是7，漂白剂的pH值是12.5。玻璃酸碱度传感器是100年前由德国科学家Max Cremer发明的。玻璃电极的商业制造始于20世纪30年代，当然，这些都是实验室仪器。直到组合电极(1947年将测量电极和参考电极结合起来)和前置放大器(1966年)开发出来之后，真正的工业pH值原位测量才得以实现。最早的工业仪器是模拟仪器。随着数字电子技术的逐步使用，测量pH值变得更加容易。但仍然存在一个重大问题:传感器无论多么精确，都不能持续很长时间。一些工业过程消耗掉了它们。数字时代Endress + Hauser在三年前推出MemoSens时就有了正确的想法。与其说这是pH传感器的创新，不如说是传感器校准和连接到测量系统的方式的创新。在恶劣的应用环境中，pH值的测量更加困难，当然，没有人喜欢在危险的区域工作。然而，在已知的情况下，pH值传感器必须就地校准每天两次，一次校准可能需要30分钟。E+H用两种方式解决了这个问题。首先，该公司制造了一个具有存储能力的数字传感器，以便在使用前随时在实验室进行校准，并保存在库存中。一旦安装电极，校准数据就会自动上传到发射机。数字传感器不仅报告pH值，还可以诊断电极的状态，在工艺中使用的时间长度，超过80ºC的次数，以及玻璃电极的阻抗，这是其完整性的指示。E+H的第二大创新是传感器与发射机的连接方式，采用感应式、非接触式插件连接和卡口锁。它不仅使频繁的更换更容易，它提供了完全的电隔离，并在解决诸如水分进入，泄漏，腐蚀，盐桥，接地回路和处理等问题方面发挥了很大的作用。搪瓷酸碱度传感器玻璃pH传感器在某些行业的使用就是这样一个问题，pH测量被避免了，或者被电导率读数所取代。谁能责怪软饮料制造商不愿意在消费者的饮料中加入碎玻璃呢?在Achema去年Bürkert流体控制系统首次展示了其新的8201搪瓷pH传感器，它几乎是坚不可破的，所以坚固，它不需要在现场清洗(CIP)或现场消毒(SIP)操作期间拆除，这是大多数pH传感器的常规要求。玻璃电极可以满足所有卫生要求，但不能用蒸汽或酸性/碱性清洗液就地清洗。这意味着在清洗之前，必须使用更换装置将它们从管道中移除(在清洗管道本身时也必须将它们移除)。然后用更换夹具中的化学物质分别清洗它们，也可能必须进行校准。在这个过程中的风险是，打开工艺管道允许细菌和杂质进入工艺。8201适用于测量pH 0和pH 12之间的液体的绝对pH值，介质温度高达140ºC，工艺压力最高可达6bar。采用搪瓷钢管作为基本载体。测量电极和参比电极被组合在一个元件中。测量电极是通过将离子敏感的珐琅层(照片中黄色部分)与金属电压导体(位于不导电的蓝色珐琅载体中)连接而成层);离子交换发生在釉质层的表面。参比电极位于充有电解质的搪瓷管内部。当电解液通过管道下端的特殊膜片与测量溶液接触时，电压传递发生。包括Pt1000温度补偿传感器。光滑的珐琅表面保证了生化反应的无菌性，并且由于传感器不需要在CIP和SIP程序中移除，污染批式反应器或发酵罐的风险是减少了。昂贵的传感器插入和拆卸配件可以省去。发酵过程中的固体颗粒对珐琅电极的危害较小。坚固电极的另一个好处是，它在使用多年后才开始显示与年龄相关的磨损迹象。这不仅延长了使用寿命，而且还提高了工艺可靠性，因为传统pH电极必须定期进行的重新校准只需要隔很长一段时间。Bürkert表示，每年一次或两次校准应该足以维护传感器，以及一年一次将电解液供应交换给参考电极。“REBUILDABLE”传感器食品加工企业阿彻丹尼尔斯米德兰(ADM)表示，它发现Foxboro的pH值传感器可以在美国锡达拉皮兹的乙醇生产工厂使用数月而无需更换。为了适应ADM的应用，Foxboro measurement & Instruments调整了五年前推出的DolpHin线，开发了一种现场可更换的测量电极，可以承受高达121ºC的严酷温度循环。测量电极采用pH玻璃配方，提供更好的测量稳定性，必威bet准确性，并在高温应用中使用更长的时间。这种玻璃还能将反应速度提高五倍。电极可在圆顶，球形，或坚固的平板玻璃。圆顶玻璃电极适用于最苛刻的应用:温度高达121ºC和极端的化学浓度。球形玻璃电极适用于高达100ºC的标准工艺应用，扁平加固玻璃电极适用于工艺水中含有pH值在2到12之间，温度高达85ºC的固体材料的应用。所有电极都是可互换的，其插件设计便于快速更换，以解决测量条件或应用的变化。ADM工厂的仪器主管Lloyd Feickert说:“对于我们的应用来说，可重建的传感器绝对是最具成本效益的测量pH值的方法。”圆顶871PH电极将pH传感器的使用寿命从10天延长到4个月。”“这是1000%的增长!”除了节省产品成本，ADM还大大降低了人工和维护成本。“每次你派一个人去处理传感器，至少要花一个小时的时间。他说:“我估计，在一年的时间里，我们已经将更换电极的时间从每个电极36小时减少到每个电极3小时。”艾默生的新型ph传感器去年，艾默生过程管理公司推出了新一代PERph-X系列高温传感器，可延长传感器寿命，并在高达145ºC的温度下获得更好的性能。John Wright，营销副总裁，艾默生过程管理公司Rosemount分析液部门将其描述为“具有许多专业设计特征的全新传感器平台”，例如一种名为AccuGlass的新型玻璃配方，即使在极端pH值和暴露后，也能抵抗开裂，并保持接近理论响应必威bet适用于非常高温的应用。它们还具有改进的双结基准，可以为可能耗尽基准电解质的极端应用重新填充。在高温应用中，这是一个常见的问题，可以覆盖，污染或产生较大的测量偏移。使用多孔聚四氟乙烯参考结控制进入工艺流的参考流，该参考结可更换，适用于肮脏或油性应用。钛和莱顿的外壳结构可以抵抗高温和压力，并且可以“循环使用”。“新一代高温传感器背后的创新设计为高温环境下的性能和寿命建立了新的基准。在145ºC下的测试表明，这种新型传感器在响应时间、传感器寿命和精度方面都优于竞争对手。”他说:“虽然客户很少需要在这种水平上使用传感器，但我们希望展示这些新型传感器在实际应用中具有显著的长寿命潜力，例如纸浆和造纸以及化学加工。”工业pH传感器是工业仪器中最脆弱和最容易出问题的仪器之一，但它正变得越来越适应工业环境。领先的传感器制造商现在表示，他们的传感器将在远远超过100ºC的温度下工作，校准频率也得到了提高。最近的大多数进步都是材料改进的结果:例如，制造更好的玻璃，或者以Bürkert的搪瓷传感器为例，这是一个全新的概念。对于恶劣和困难的环境，pH值测量情况有所改善。解决ph值测量的问题国际生物制药公司吉利德科学公司(Gilead Sciences)在2003年发起了一项努力，以解决其问题最大的仪器问题:不可靠的pH传感器。吉利德位于加拿大阿尔伯塔省工厂的帕斯图沙克(Rob Pastushak)说，我们的pH值传感器根本无法承受氢溴酸等腐蚀性化学物质的影响。有机溶剂成分导致探针的o形环在该过程的最关键阶段降解。在许多情况下，三个探针(每个探针大约花费600美元)在处理一个批次时就会失败。吉利德被迫在实验室的台式仪表上确认测量结果。帕斯图沙克说:“如果你处理3,000至5,000升溶液，一次加入5至10公斤腐蚀性溶液，可能需要进行20至40次实验室测试，以确保调整过程中的pH值合适。”他说，经常去实验室只会降低生产效率。考虑到生物制药制造业务的竞争性质，即使产量上的小差异也会对底线产生巨大影响。将目标商业收益率提高1%或2%转化为100%的利润收益。同样，持续损失1%或2%的商业目标收益率这意味着利润的损失。这样的业绩不会让你在这个行业呆太久。REBUILDABLE探针该公司决定测试英维思过程系统公司的Foxboro 871PH系列传感器。871是一款“可重建”pH值探头，融合了Foxboro DolpHin传感器系列的专利技术。由于可重建，传感器包括一个坚固的和连续可重复使用的传感器体，具有现场可更换的测量电极，参考结和电解质。测量电极是传感器的“业务”区域，包括与被测量介质接触的玻璃。该传感器采用专利玻璃配必威bet方，可提高测量稳定性、准确性和在高温应用中的使用寿命，最高可达120°C。与传统传感器相比，玻璃还将响应速度提高了5倍，并允许更长的占空比。吉利德使用Foxboro 871PH探头与两个7600升反应堆容器一起使用，并排部署有一个共享的冷凝器。为了确保产品从溶液中得到合适的pH值，吉利德通常用水稀释有机混合物。然后必须测量这种混合物的pH值，并进行调整，直到达到适当的平衡。为了调整pH值，吉利德泵将溶液通过每个容器的底部循环到顶部，传感器在泥浆回路中测量pH值。该探头提供反应性的实时pH值测量，这是缩短循环时间的关键。帕斯图沙克说:“我们现在可以在三小时内完成pH值的调整，而以前需要18到24小时。”我们不再需要带40个样品到实验室来确认测量的准确性，根据质量保证协议，我们只需要带一个样本。以前，每次我们提取实验室样本时，我们都必须暂停这个过程，直到我们拿到结果。帕斯图沙克说，每批测试的结果都是一致的。“只要我们添加溶液来调整pH值，探头就会立即响应并提供新的pH值读数。我们发现它可以精确到±0.03个pH单位，这完全在我们的目标范围内。”
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