pH值概念自提出到今已有九十多年的历史,pH值的测量也经过了几次重大的变革,测定溶液酸碱性及pH值的方法很多,其中以电位测量法、试纸法和酸碱电位滴定法的使用影响最为深远。电位测量法也称作直接电位法,是通过测量原电池的电动势而对被测溶液进行定量分析,其主要是应用化学的基本原理和技术,研究在原电池内发生的特定现象,利用物质的组成及含量与该电池的电位有一定的关系而建立起来的一类分析方法;试纸法测量溶液的pH值,最为方便、快捷,但是他的缺点在于,pH值比色卡来确定溶液的pH值,这样因为测量者的不同,对颜色的判断不同,就会出现很大的误差,并且精度低;在酸碱液滴定过程中,例如以碱滴定酸,随着溶液的加入,溶液中的H浓度不断减小,而且在化学计量点附近出现pH的突越,如设法测量出滴定过程中溶液pH的变换情况,也就有可能确定滴定的终点了。 因此受离子选择电极 产生及其应用技术的影响,以及微型计算机、新型技术原件在pH仪器设计制造中的广泛应用,使得pH仪器品种迅速增加,技术水平也进一步提高。进入90年代,用于工业过程中pH值测量进一步注入新的活力。电子技术飞速发展,也提高了仪器的性能和自动化程度。目前对于测量精度和可靠性要求较高的是在线分析仪表,它以实时的数据为生产控制带来了极大的方便,解决了化验室跟踪分析时数据严重滞后和化验数据不能完全代表装置生产状况的问题。24471
近年来国内许多有关于pH值控制的研究和应用使用了先进的控制方案。1994年,针对工业废液中存在的pH值控制问题,卞平通过KMM可编程控制器构成非线性串级控制系统,当入口的流量产生变化时,流量变送器会发出信号到KMM可编程控制器的副调作用,产生相对应的输出信号来控制调节阀,主调节环是采用PID调节。陈荣、丘达人在分析锅炉给水pH值检测原理的基础上,采用8031单片机实现了常规控制。伍明华、毛家鹏针对电镀过程中pH值控制问题采用了8039单片机作为控制单元对其进行实现,pH值控制范围在4.5左右,属于专用的pH值控制装置。张舒根据抗菌生产的特点,设计了基于ATMEL的一种发酵过程控制器的研究。阎中灿、李志明等人研究了一种嵌入式单片机系统在微型pH计中的应用。论文网
1998年,商建东、陈康宁提出工业生产过程的新型智能pH值模糊控制器。介绍了一种基于知识库的智能pH控制系统,并研究了在农药生产中的应用,在控制中需需要做的实验形成经验数据。杨翠荣、庞泉、张玉清研究了智能pH值控制器,主要是pH值的模糊算法与神经网络结合的控制算法,对象仅用于给定的中和反应过程,并进行了理论分析和数字仿真,但因其算法复杂,难于在实际工程中实现。孙西、金以惠在谷氨酸结晶过程中的pH控制问题中提出双线性自适应pH值控制,以双线性作为过程的机理模型,基本从本质上反应了该pH值中和过程。
2003年,赵彦华、麻红昭在废水中和处理中,采用变增益PID调节结合模糊前馈控制。王伟采用多模型自适应控制来控制CSTR中的pH值。近年来国内研制和开发pH值测控制装置也越来越多。到目前为止,国内大量应用于工业现场的pH值控制器,硬件实现大多数还基于可编程逻辑控制器(PLC)货单片机,采用单回路控制器,辅助以前馈控制或串级控制,但是却存在结构复杂,稳定性差,控制精度低等缺点。梁赋,杜道广等利用西门子S7-300型PLC实现了pH过程的前馈控制。
国外对pH过程的研究较早,对pH值控制的研究国外早在50-60年代就已经开始了,可见关于pH值的检测与控制并非一个新课题,但要取得良好的控制效果却并非易事。原因正如上述所述的,酸碱反应的pH值滨化通常是高度非线性的,这一严重的非线性给pH值的控制带来了极大的困难。Shinskey《过程控制系统——应用,设计和整定》对pH控制过程的基础知识进行了详细的叙述。1973年Shinskey F.G.用增益自适应的PI控制器来解决中和点附近的高增益这一难题并取得较为满意的结果,并给出怎样设计一个实际的pH控制系统的方法。1983年Gustafsson T. K .对pH值中和过程应用非线性自适应的控制策略进行了研究,将非线性控制器的设计加入缓冲液的pH值中和过程,提出“输入输出修正线性化”方法。为了估计缓冲液的变化,非线性自适应控制器具有参数间接估计与直接估计的结构,一换的是设计方法和算法都很复杂。另外,Lin和Yu提出了自整定控制方案,定时估算反应物的浓度、缓冲剂与电离数等未知参数,并用一步超前控制律进行了控制。他们的控制策略能够获得良好的动态性能,并且对模型误差具有鲁棒性,但是当中和曲线发生较大变化时控制性能明显下降。Astrom.K. J.和Wittcnmark B.进行了强酸—强碱系统的自适应控制器的研究。 R .papa等人比较了基于模型的pH控制器和无模型的pH控制器的优劣,包括带有最小方差估计器的自适应控制器、具有模糊控制器的自适应控制器及具有模糊开关的模糊PI控制器,比较它们的控制效果,指出具有模糊开关的模糊PI控制器,比较它们的控制效果,指出具有模糊开关的模糊PI控制器有良好的性能。基于多模型的控制方法也是目前研究的主流之一,Omar Galan 分析了基于多线性模型的多种自适应机制,并与标准的PI控制器和自调整PI控制器相比较,得出多模型线性控制。Sung和Lee使用设定值变动的方法来辨识模型曲线以补偿pH过程的非线性和时变特性。关于pH值控制的理论研究和实际应用方面,Dumont在1990年提出基于拉盖尔的自适应预测控制器,应用于漂白剂的提取。这种控制方法使用拉盖尔或者标准正交基模型,与预测控制使用的自回归滑动平均模型相比,需要较少的信息,但是很难确定拉盖尔模型的时间范围,同时也需要很多可调整参数来瞒住模型的准确度。还用很多学者研究非线性过程辨识和建模,对pH过程的辨识和建立模型有很大的借鉴作用。对于pH过程模型的研究成果最多的是芬兰Waller和Gaustafasson的研究小组,Gaustafasson T. K.从酸碱反应的动力学模型出发,对中和过车的pH控制进行了系统的探讨,利用反应不变量和电中和条件以及质量平衡方程的讨论,得出了一个通用的控制模型。1972年McAvoy 首先给出了pH中和过程的动态数学模型,在该模型中假定连续搅拌器——CSTR(continuouslystirred tank reactor)中物料完全混合且处处等温,模型包括两部分:动态模型描述CSTR中化学成分的浓度的动态变化,静态非线性模型描述化学成分的化学平衡。这一模型得到了实验结果的验证,为pH值控制分体的研究奠定了理论基础。Wright和Kravaris将基于反应物不变的pH模型继续简化为一阶状态方程,并通过引入强酸等价物(SAE)的概念,将pH过程的非线性控制问题转化为一个线性问题来控制,使得过程的控制可以使用线性自适应控制。 pH值控制系统国内外研究现状及发展趋势:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_17978.html