直接参数检测剖析课件

生物参数检测与控制生物参数检测与控制 第二章第二章直接参数检测直接参数检测第一节第一节 物理参数检测物理参数检测第二节第二节 化学参数检测化学参数检测第三节第三节 生物传感器生物传感器介绍几种常用的传感器及其工作原理介绍几种常用的传感器及其工作原理 1 1温度测量温度测量2 2热量测量热量测量3 3压力测量压力测量4 4流量测量流量测量5 5液位测量液位测量6 6发酵液粘度测量发酵液粘度测量7 7搅拌转速与搅拌功率测量搅拌转速与搅拌功率测量第一节第一节 物理参数检测物理参数检测感温元件 1）热电偶2）热电阻感温元件装置在金属套管内安装在罐壁一、温度测定一、温度测定一、温度测定一、温度测定（一）测温方法与测温仪器的分类（一）测温方法与测温仪器的分类（一）测温方法与测温仪器的分类（一）测温方法与测温仪器的分类温度测量分为温度测量分为接触式接触式和和非接触式非接触式两大类。两大类。1 1 接触式测温接触式测温 测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代交换达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。表了被测对象的温度值。优点：优点：直观可靠。直观可靠。缺点缺点:感温元件影响被测温度场的分布；接触不良等带来测感温元件影响被测温度场的分布；接触不良等带来测量误差；高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。量误差；高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。2 2 非接触式测温非接触式测温 感温元件不与被测对象相接触，而通过感温元件不与被测对象相接触，而通过热辐射热辐射进行热交进行热交换；具有较高的测温上限；热惯性小，可达千分之一秒，故换；具有较高的测温上限；热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。(二二二二)测温仪器测温仪器测温仪器测温仪器1 1 1 1、接触式测温仪器、接触式测温仪器、接触式测温仪器、接触式测温仪器 膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、压包括液体和固体膨胀式温度计、压包括液体和固体膨胀式温度计、压包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计力式温度计力式温度计力式温度计)、电阻式温度计电阻式温度计电阻式温度计电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热包括金属热电阻温度计和半导体热包括金属热电阻温度计和半导体热包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计敏电阻温度计敏电阻温度计敏电阻温度计)、热电式温度计热电式温度计热电式温度计热电式温度计(包括热电偶温度计以及其它原理的包括热电偶温度计以及其它原理的包括热电偶温度计以及其它原理的包括热电偶温度计以及其它原理的温度计温度计温度计温度计)。2 2 2 2、非接触式温度计、非接触式温度计、非接触式温度计、非接触式温度计 可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由可分为辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以光辐射为基础，故也统称为于它们都是以光辐射为基础，故也统称为于它们都是以光辐射为基础，故也统称为于它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计辐射温度计辐射温度计辐射温度计。（1 1）液体膨胀式温度计）液体膨胀式温度计 它由液体储存器、毛细管和标尺组成；测温上限取它由液体储存器、毛细管和标尺组成；测温上限取决于所用液体决于所用液体汽化点汽化点的温度，下限受液体的温度，下限受液体凝点凝点温度的限温度的限制。为防止毛细管中液柱出现断续现象，并提高测温液制。为防止毛细管中液柱出现断续现象，并提高测温液体的沸点，常在毛细管中液体上部体的沸点，常在毛细管中液体上部充以一定压力的气体充以一定压力的气体。V V V V形工业玻璃温度计形工业玻璃温度计形工业玻璃温度计形工业玻璃温度计（2）固体膨胀式温度计）固体膨胀式温度计利用两种不同膨胀系数的材料制成，分为杆式和双金属利用两种不同膨胀系数的材料制成，分为杆式和双金属式两大类。式两大类。范围：范围：-30600oC；精度：精度：0.5-1.0级级杆式温度计的原理杆式温度计的原理 芯杆材料的膨胀系数芯杆材料的膨胀系数比与比与基座相连的外套大，当温基座相连的外套大，当温度变化时芯杆对基座产生度变化时芯杆对基座产生相对位移，经简单的机械相对位移，经简单的机械放大后，就可直接指示温放大后，就可直接指示温度值。度值。（3 3）双金属温度计双金属温度计 双金属感温元件双金属感温元件是由膨胀系数不同的两种金属片牢是由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起而制成，一端固定，另一端为自由端。固结合在一起而制成，一端固定，另一端为自由端。当当温温度度变变化化时时，由由于于两两种种材材料料的的膨膨胀胀系系数数不不同同而而使使双双金金属属片片的的曲曲率率发发生生变变化化，自自由由端端产产生生位位移移，经经传传动动放放大机构带动指针指示温度值。大机构带动指针指示温度值。为了满足不同用途的要求，双金属元件制成各种不为了满足不同用途的要求，双金属元件制成各种不同的形状。同的形状。双金属温度计原理图（4 4）热电偶温度计热电偶温度计 热电偶是工业试验中温度测量应用最多的器件，它的特热电偶是工业试验中温度测量应用最多的器件，它的特热电偶是工业试验中温度测量应用最多的器件，它的特热电偶是工业试验中温度测量应用最多的器件，它的特点是测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动点是测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动点是测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动点是测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动态响应较好；输出直接为态响应较好；输出直接为态响应较好；输出直接为态响应较好；输出直接为电信号电信号电信号电信号，可以远传，便于，可以远传，便于，可以远传，便于，可以远传，便于集中检测集中检测集中检测集中检测和自动控制和自动控制和自动控制和自动控制。热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的工作原理是基于热电效应的工作原理是基于热电效应热电效应及基本定律热电效应及基本定律 两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成图所两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成图所示的闭合回路，当两个接触点示的闭合回路，当两个接触点(称为结点称为结点)温度温度T T和和T T0 0不相同时，不相同时，回路中即产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能回路中即产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。的现象称为热电效应。两金属丝称为偶极或热电极。两个两金属丝称为偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一个称为结点中与被测介质接触的一个称为测量端或工作端、热端，另一个称测量端或工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。为参考端或自由端、冷端。热电偶结构热电偶结构普通工业用热电偶 热电偶通常主要由四部分组成(如图6-12所示)：热电极、绝缘管、保护管和接线盒。热 电 偶导线（5 5 5 5）电阻温度计电阻温度计电阻温度计电阻温度计利用导体和半导体的电阻随温度变化这一性质做成的温利用导体和半导体的电阻随温度变化这一性质做成的温度计称为度计称为电阻温度计电阻温度计。大多数金属在温度升高大多数金属在温度升高1 1 C C 时电阻将增加时电阻将增加0.40.40.60.6。半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高每升高1 1 C C ，电阻约减小电阻约减小2 26 6。目前由纯金属制造的热电阻的主要材料是铂、铜和镍。目前由纯金属制造的热电阻的主要材料是铂、铜和镍。铂电阻温度计铂电阻温度计铂电阻温度计铂电阻温度计bb铂铂铂铂是是是是一一一一种种种种贵贵贵贵金金金金属属属属。它它它它的的的的特特特特点点点点是是是是精精精精度度度度高高高高，稳稳稳稳定定定定性性性性好好好好，性性性性能能能能可可可可靠靠靠靠，耐耐耐耐氧氧氧氧化化化化性性性性能能能能很很很很强强强强。铂铂铂铂在在在在1200120012001200 C C C C以以以以下下下下都都都都能能能能保保保保证证证证上述特性。上述特性。上述特性。上述特性。bb铂很容易提纯铂很容易提纯铂很容易提纯铂很容易提纯，复现性好复现性好复现性好复现性好，可制成很细的铂丝，可制成很细的铂丝，可制成很细的铂丝，可制成很细的铂丝(0.02mm(0.02mm(0.02mm(0.02mm或更细或更细或更细或更细)或极薄的铂箔。与其它材料相比，或极薄的铂箔。与其它材料相比，或极薄的铂箔。与其它材料相比，或极薄的铂箔。与其它材料相比，铂有较高的铂有较高的铂有较高的铂有较高的电阻率电阻率电阻率电阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。bb缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小；价格贵缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小；价格贵缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小；价格贵缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小；价格贵铜电阻温度计铜电阻温度计铜电阻温度计铜电阻温度计bb在测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地在测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地在测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地在测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地使用铜电阻。使用铜电阻。使用铜电阻。使用铜电阻。bb它它它它可可可可用用用用来来来来测测测测量量量量-50+150-50+150-50+150-50+150 C C C C的的的的温温温温度度度度，在在在在这这这这温温温温度度度度范范范范围内，铜电阻和温度呈线性关系：围内，铜电阻和温度呈线性关系：围内，铜电阻和温度呈线性关系：围内，铜电阻和温度呈线性关系：bb铜电阻的缺点是电阻率小铜电阻的缺点是电阻率小铜电阻的缺点是电阻率小铜电阻的缺点是电阻率小 bb制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械强度就不高，或者就要长，使体积增大。强度就不高，或者就要长，使体积增大。强度就不高，或者就要长，使体积增大。强度就不高，或者就要长，使体积增大。bb铜很容易氧化，所以它的工作上限为铜很容易氧化，所以它的工作上限为铜很容易氧化，所以它的工作上限为铜很容易氧化，所以它的工作上限为150 150 150 150 C C C C 。但铜但铜但铜但铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。bb初始电阻有初始电阻有初始电阻有初始电阻有100100100100 和和和和10101010 两种。两种。两种。两种。（三）温度的测量、显示和记录（三）温度的测量、显示和记录1 1、测量的原理、测量的原理 前面介绍了温度传感器，常有的有热电偶和热电阻传感前面介绍了温度传感器，常有的有热电偶和热电阻传感器，这两种传感器的信号都是电量的信号。工业上，电量器，这两种传感器的信号都是电量的信号。工业上，电量的测量常用电位计法和惠斯登电桥法的测量常用电位计法和惠斯登电桥法（1 1）电位计法）电位计法（2 2）惠斯登电桥法）惠斯登电桥法（3 3）自动平衡法）自动平衡法温度显示仪表二、热量测量二、热量测量微热量测定器要满足一定的条件：微热量测定器要满足一定的条件：长时间的稳定性；长时间的稳定性；适合微生物培养的特殊要求（如搅拌、通气、补料等）适合微生物培养的特殊要求（如搅拌、通气、补料等）（一）绝热量热计（一）绝热量热计 尽可能把微生物反应器与外界环境隔绝，以减少热量尽可能把微生物反应器与外界环境隔绝，以减少热量损失所造成的测量误差损失所造成的测量误差原理：原理：当由生物热造成反应器升温时，可计算使平衡罐与当由生物热造成反应器升温时，可计算使平衡罐与反应罐温度相等所需的加热功率，就可得到反应罐中生反应罐温度相等所需的加热功率，就可得到反应罐中生物热量的大小。物热量的大小。反应平衡量热计标定零检测器t反t平加热控制 不平衡信号 计算器记录仪反馈回路 绝热式微量热器原理图（二）热流量热计（二）热流量热计 热量被允许按着一定的途径流到一个冷阱（或热源）热量被允许按着一定的途径流到一个冷阱（或热源）中去，所传过的热量速率可以通过检测所形成的温度梯中去，所传过的热量速率可以通过检测所形成的温度梯度得到。度得到。（三）流通式量热计（三）流通式量热计 把把器内器内培养液与器外的培养液进行交换，培养罐可培养液与器外的培养液进行交换，培养罐可以是连续发酵罐或分批发酵罐，因此试剂或样品的加入以是连续发酵罐或分批发酵罐，因此试剂或样品的加入是在量热器外进行而不影响量热器的测量。是在量热器外进行而不影响量热器的测量。压力检测方法压力检测方法v液柱测压法液柱测压法v弹性变形法弹性变形法v电测压力法电测压力法压力检测仪表压力检测仪表v弹簧管压力表弹簧管压力表v霍尔式压力表霍尔式压力表v差压（压力）变送器差压（压力）变送器三、压力测量三、压力测量1、液柱测压法、液柱测压法根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量hh12211p1p2h2P0h1h211p200常用的压力表有常用的压力表有U U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。式压力表等。测量原理测量原理（一）压力检测方法（一）压力检测方法2、弹性变形法、弹性变形法 将被测压力转换成弹性元件变形的位移将被测压力转换成弹性元件变形的位移测量原理测量原理P弹簧管式弹性元件P膜片式弹性元件（一）压力检测方法（一）压力检测方法当弹性元件在轴向受到外力作用当弹性元件在轴向受到外力作用 时，就会产生拉伸或压缩位移，即时，就会产生拉伸或压缩位移，即测量原理测量原理式中 F轴向外力 S位移 C弹性元件的刚度系数式中 A弹性元件承受压力的有效面积 P被测压力S P 弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉3、电测压力法、电测压力法 利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。信号来进行测量的。测量原理测量原理1.1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电信号，如电容式电容式、应变式、应变式、霍尔片式、霍尔片式、电阻式、电感式、振弦式等；电阻式、电感式、振弦式等；2.2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如与压力有关，如压电式压电式、压阻式、压磁式等。、压阻式、压磁式等。（一）压力检测方法（一）压力检测方法（三）压力测量仪表的选用（三）压力测量仪表的选用仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择（四）（四）罐压测量罐压测量就地指示式：压力表压力表信号远传式：压力信号转换器压力信号转换器电阻式、电容式、电感式、半导体式四、流量测量四、流量测量bb（一）流量（一）流量（一）流量（一）流量bb流量流量流量流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横是流体在单位时间内通过管道或设备某横是流体在单位时间内通过管道或设备某横是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。截面处的数量。截面处的数量。截面处的数量。bb质量流量质量流量质量流量质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用：是单位时间内通过的流体质量，用：是单位时间内通过的流体质量，用：是单位时间内通过的流体质量，用qmqmqmqm表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为kg/skg/skg/skg/s。bb重量流量重量流量重量流量重量流量：是单位时间内通过的流体重量，用：是单位时间内通过的流体重量，用：是单位时间内通过的流体重量，用：是单位时间内通过的流体重量，用qGqGqGqG表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为kgf/skgf/skgf/skgf/s。(G=(G=(G=(G=mg,gmg,gmg,gmg,g为重力加速度为重力加速度为重力加速度为重力加速度)bb体积流量体积流量体积流量体积流量：是单位时间内通过的流体体积，用：是单位时间内通过的流体体积，用：是单位时间内通过的流体体积，用：是单位时间内通过的流体体积，用qVqVqVqV表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为m m m m3 3 3 3/s/s/s/s。uu流量有瞬时流量和累积流量之分。流量有瞬时流量和累积流量之分。流量有瞬时流量和累积流量之分。流量有瞬时流量和累积流量之分。uu所所所所谓谓谓谓瞬瞬瞬瞬时时时时流流流流量量量量，是是是是指指指指在在在在单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内流流流流过过过过管管管管道道道道或或或或明明明明渠渠渠渠某某某某一一一一截面的流体的量。截面的流体的量。截面的流体的量。截面的流体的量。uu所所所所谓谓谓谓累累累累积积积积流流流流量量量量，是是是是指指指指在在在在某某某某一一一一时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔内内内内流流流流体体体体通通通通过过过过的的的的总总总总量量量量。该该该该总总总总量量量量可可可可以以以以用用用用在在在在该该该该段段段段时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔内内内内的的的的瞬瞬瞬瞬时时时时流流流流量量量量对对对对时时时时间间间间的的的的积积积积分而得到，所以也叫分而得到，所以也叫分而得到，所以也叫分而得到，所以也叫积分流量积分流量积分流量积分流量。uu累积流量除以流体流过的时间间隔，即为累积流量除以流体流过的时间间隔，即为累积流量除以流体流过的时间间隔，即为累积流量除以流体流过的时间间隔，即为平均流量平均流量平均流量平均流量。uu（二）流量测量方法：（二）流量测量方法：（二）流量测量方法：（二）流量测量方法：（1 1 1 1）速度式流量测量方法速度式流量测量方法速度式流量测量方法速度式流量测量方法直接测出管道内流体的流速，直接测出管道内流体的流速，直接测出管道内流体的流速，直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据。以此作为流量测量的依据。以此作为流量测量的依据。以此作为流量测量的依据。（2 2 2 2）容积式流量测量方法容积式流量测量方法容积式流量测量方法容积式流量测量方法通过测量单位时间内经过流量通过测量单位时间内经过流量通过测量单位时间内经过流量通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。仪表排出的流体的固定容积的数目来实现。（3 3 3 3）通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的）通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的）通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的）通过直接或间接的方法测量单位时间内流过管道截面的流体质量数。流体质量数。流体质量数。流体质量数。工工工工业业业业上上上上常常常常用用用用的的的的流流流流量量量量计计计计，按按按按其其其其测测测测量量量量原原原原理理理理分分分分为为为为以以以以下四类：下四类：下四类：下四类：1 1 1 1差差差差压压压压式式式式流流流流量量量量计计计计：主主主主要要要要利利利利用用用用管管管管内内内内流流流流体体体体通通通通过过过过节节节节流流流流装装装装置置置置时时时时，其其其其流流流流量量量量与与与与节节节节流流流流装装装装置置置置前前前前后后后后的的的的压压压压差差差差有有有有一一一一定定定定的的的的关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。关系。属于这类流量计的有标准节流装置等。气气气气体体体体或或或或蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽在在在在管管管管道道道道中中中中流流流流动动动动时时时时，由由由由于于于于遇遇遇遇到到到到突突突突然然然然缩缩缩缩小小小小的的的的狭狭狭狭窄窄窄窄通通通通道道道道，如如如如阀阀阀阀门门门门、孔孔孔孔板板板板等等等等，而而而而使使使使流流流流体体体体压压压压力力力力显显显显著著著著下下下下降降降降的的的的现现现现象象象象，称为称为称为称为节流节流节流节流。uu差压式流量测量方法，是根据差压式流量测量方法，是根据伯努利方伯努利方程程提供的基本原理，通过测量流体差压提供的基本原理，通过测量流体差压信号来反映流体流量的测量方法。信号来反映流体流量的测量方法。uu差压式流量计差压式流量计 差压式流量计是由将被测流体的流量差压式流量计是由将被测流体的流量转换成压差信号的节流装置、压力信号转换成压差信号的节流装置、压力信号传输管道和用来测量差压的差压计组成。传输管道和用来测量差压的差压计组成。差压式流量计工作原理及流量基本公式差压式流量计工作原理及流量基本公式2 2速速度度式式流流量量计计：主主要要利利用用管管内内流流体体的的速速度度来来推推动动叶叶轮轮旋旋转转，叶叶轮轮的的转转速速和和流流体体的的流流速速成成正正比比。属属于于这这类类流流量量计计的的有有叶叶轮轮式式水表和水表和涡轮涡轮式流量计等。式流量计等。3容容积积式式流流量量计计：主主要要利利用用流流体体连连续续通通过过一一定定容容积积之之后后进进行行流流量量累累积积的的原原理理。属属于于这这类类流流量量计计的的有有椭椭圆圆齿齿轮轮流流量量计计和和腰腰轮轮流流量计。量计。4其它类型流量计其它类型流量计：如基于电磁感应原理：如基于电磁感应原理的电磁流量计、涡街流量计等。的电磁流量计、涡街流量计等。转子流量计转子流量计 转转转转子子子子流流流流量量量量计计计计具具具具有有有有结结结结构构构构简简简简单单单单、使使使使用用用用方方方方便便便便、价价价价格格格格便便便便宜宜宜宜、量量量量程程程程比比比比大大大大、刻刻刻刻度度度度均均均均匀匀匀匀、直直直直观观观观性性性性好好好好等等等等特特特特点点点点，可可可可测测测测量量量量各各各各种种种种液液液液体体体体和和和和气气气气体体体体的的的的体体体体积积积积流流流流量量量量，并并并并将将将将所所所所测测测测得得得得的的的的流流流流量量量量信信信信号号号号就就就就地地地地显显显显示示示示或或或或变变变变成成成成标标标标准准准准的的的的电电电电信信信信号号号号或或或或气气气气信信信信号号号号远距离传送。远距离传送。远距离传送。远距离传送。转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管及支转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管及支转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管及支转子流量计主要由转子（浮子）、锥形管及支撑连接部分组成。撑连接部分组成。撑连接部分组成。撑连接部分组成。金属转子流量计五、液位测量五、液位测量 发酵罐内保持一定的压力，同时存在泡沫，故一发酵罐内保持一定的压力，同时存在泡沫，故一般受压式液面计不适用。般受压式液面计不适用。常用双法兰差压法：常用双法兰差压法：法兰上装有可传递压强的金属薄片；法兰上装有可传递压强的金属薄片；罐底的法兰上所受到的压强是液柱压强与罐内保压罐底的法兰上所受到的压强是液柱压强与罐内保压之和，罐顶法兰所受压强仅为保压压强；两者之差即为液之和，罐顶法兰所受压强仅为保压压强；两者之差即为液柱压强（柱压强（P)P)。如发酵液的重度如发酵液的重度r r已知，则液柱高度已知，则液柱高度H=P/rH=P/r。粘度粘度粘度粘度液体的粘稠程度，它是液体在外力液体的粘稠程度，它是液体在外力液体的粘稠程度，它是液体在外力液体的粘稠程度，它是液体在外力作用下发生流动时，分子间所产生的内摩擦力。作用下发生流动时，分子间所产生的内摩擦力。作用下发生流动时，分子间所产生的内摩擦力。作用下发生流动时，分子间所产生的内摩擦力。粘度的大小是判断液态食品品质的一项重要粘度的大小是判断液态食品品质的一项重要粘度的大小是判断液态食品品质的一项重要粘度的大小是判断液态食品品质的一项重要物理常数。物理常数。物理常数。物理常数。粘度有粘度有粘度有粘度有绝对粘度、运动粘度、条件粘度绝对粘度、运动粘度、条件粘度绝对粘度、运动粘度、条件粘度绝对粘度、运动粘度、条件粘度和和和和相相相相对粘度对粘度对粘度对粘度之分。之分。之分。之分。六、发酵液黏度测量六、发酵液黏度测量绝对粘度绝对粘度绝对粘度绝对粘度也叫动力粘度。也叫动力粘度。也叫动力粘度。也叫动力粘度。它是液体以它是液体以它是液体以它是液体以1cm/s 1cm/s 1cm/s 1cm/s 的流速流动时，在每的流速流动时，在每的流速流动时，在每的流速流动时，在每 cmcmcmcm2 2 2 2 液面液面液面液面上所需切向力的大小，单位为上所需切向力的大小，单位为上所需切向力的大小，单位为上所需切向力的大小，单位为“Pas”Pas”Pas”Pas”。运动粘度运动粘度运动粘度运动粘度也叫动态粘度。也叫动态粘度。也叫动态粘度。也叫动态粘度。它是在相同温度下液体的绝对粘度与其密度的比它是在相同温度下液体的绝对粘度与其密度的比它是在相同温度下液体的绝对粘度与其密度的比它是在相同温度下液体的绝对粘度与其密度的比值，单位为值，单位为值，单位为值，单位为“m m m m2 2 2 2/s”/s”/s”/s”。条件粘度条件粘度条件粘度条件粘度是在规定温度下，在指定的粘度计是在规定温度下，在指定的粘度计是在规定温度下，在指定的粘度计是在规定温度下，在指定的粘度计中，一定量液体流出的时间中，一定量液体流出的时间中，一定量液体流出的时间中，一定量液体流出的时间(s)(s)(s)(s)与规定温度下同与规定温度下同与规定温度下同与规定温度下同体积水流出时间之比。体积水流出时间之比。体积水流出时间之比。体积水流出时间之比。相对粘度相对粘度相对粘度相对粘度是在一定温度时液体的绝对粘度与是在一定温度时液体的绝对粘度与是在一定温度时液体的绝对粘度与是在一定温度时液体的绝对粘度与另一液体的绝对粘度之比，用以比较的液体通常另一液体的绝对粘度之比，用以比较的液体通常另一液体的绝对粘度之比，用以比较的液体通常另一液体的绝对粘度之比，用以比较的液体通常是水或适当的液体。是水或适当的液体。是水或适当的液体。是水或适当的液体。粘度的大小随温度的变化而变化。粘度的大小随温度的变化而变化。粘度的大小随温度的变化而变化。粘度的大小随温度的变化而变化。温度愈温度愈温度愈温度愈，粘度愈，粘度愈，粘度愈，粘度愈。纯水在纯水在纯水在纯水在20202020时的绝对粘度为时的绝对粘度为时的绝对粘度为时的绝对粘度为 103pas103pas103pas103pas。测定液体粘度可以了解样品的稳定性，亦可揭示测定液体粘度可以了解样品的稳定性，亦可揭示测定液体粘度可以了解样品的稳定性，亦可揭示测定液体粘度可以了解样品的稳定性，亦可揭示干物质的量与其相应的浓度。粘度的数值有助于干物质的量与其相应的浓度。粘度的数值有助于干物质的量与其相应的浓度。粘度的数值有助于干物质的量与其相应的浓度。粘度的数值有助于解释生产、科研的结果。解释生产、科研的结果。解释生产、科研的结果。解释生产、科研的结果。发酵液通常属非牛顿流体，不能采用一般的工业发酵液通常属非牛顿流体，不能采用一般的工业发酵液通常属非牛顿流体，不能采用一般的工业发酵液通常属非牛顿流体，不能采用一般的工业黏度计或油品黏度计测量。黏度计或油品黏度计测量。黏度计或油品黏度计测量。黏度计或油品黏度计测量。粘度的测定方法按测试手段分为：粘度的测定方法按测试手段分为：粘度的测定方法按测试手段分为：粘度的测定方法按测试手段分为：毛细管粘度计法、毛细管粘度计法、毛细管粘度计法、毛细管粘度计法、旋转粘度计法、旋转粘度计法、旋转粘度计法、旋转粘度计法、滑球粘度计法等滑球粘度计法等滑球粘度计法等滑球粘度计法等。毛细管粘度计法设备简单、操作方便、精度高。毛细管粘度计法设备简单、操作方便、精度高。毛细管粘度计法设备简单、操作方便、精度高。毛细管粘度计法设备简单、操作方便、精度高。后两种需要贵重的特殊仪器，适用于研究部门。后两种需要贵重的特殊仪器，适用于研究部门。后两种需要贵重的特殊仪器，适用于研究部门。后两种需要贵重的特殊仪器，适用于研究部门。(一一)毛细管粘度计法毛细管粘度计法 1 1 1 1原理原理原理原理 毛细管粘度计测定的是运动粘度。由样液通过一毛细管粘度计测定的是运动粘度。由样液通过一毛细管粘度计测定的是运动粘度。由样液通过一毛细管粘度计测定的是运动粘度。由样液通过一定规格的毛细管所需的时间求得样液的粘度定规格的毛细管所需的时间求得样液的粘度定规格的毛细管所需的时间求得样液的粘度定规格的毛细管所需的时间求得样液的粘度。2 2 2 2仪仪器器器器 取一定体积的液体在严格的温度与固定的液面高取一定体积的液体在严格的温度与固定的液面高取一定体积的液体在严格的温度与固定的液面高取一定体积的液体在严格的温度与固定的液面高度的控制下，使其流经毛细管粘度计而计算其流度的控制下，使其流经毛细管粘度计而计算其流度的控制下，使其流经毛细管粘度计而计算其流度的控制下，使其流经毛细管粘度计而计算其流经时间。根据流经时间与粘度计的校正常数的乘经时间。根据流经时间与粘度计的校正常数的乘经时间。根据流经时间与粘度计的校正常数的乘经时间。根据流经时间与粘度计的校正常数的乘积即可得动力粘度。积即可得动力粘度。积即可得动力粘度。积即可得动力粘度。毛细管粘度计：毛细管粘度计：(二二二二)旋转粘度计法旋转粘度计法旋转粘度计法旋转粘度计法 1 1 1 1原理原理原理原理 旋转粘度计旋转粘度计旋转粘度计旋转粘度计(图图图图414)414)414)414)上的同步电机上的同步电机上的同步电机上的同步电机l l l l以一定以一定以一定以一定的速度带动刻度圆盘的速度带动刻度圆盘的速度带动刻度圆盘的速度带动刻度圆盘2 2 2 2旋转，又通过游丝旋转，又通过游丝旋转，又通过游丝旋转，又通过游丝3 3 3 3和转轴和转轴和转轴和转轴带动转子带动转子带动转子带动转子4 4 4 4旋转。若转子未受到阻力，则游丝与刻旋转。若转子未受到阻力，则游丝与刻旋转。若转子未受到阻力，则游丝与刻旋转。若转子未受到阻力，则游丝与刻度圆盘同速旋转；当样液存在时，转子受到粘滞度圆盘同速旋转；当样液存在时，转子受到粘滞度圆盘同速旋转；当样液存在时，转子受到粘滞度圆盘同速旋转；当样液存在时，转子受到粘滞阻力的作用使游丝产生力矩。当两力达到平衡时，阻力的作用使游丝产生力矩。当两力达到平衡时，阻力的作用使游丝产生力矩。当两力达到平衡时，阻力的作用使游丝产生力矩。当两力达到平衡时，与游丝相连的指针与游丝相连的指针与游丝相连的指针与游丝相连的指针5 5 5 5在刻度圆盘上指示出一数值，在刻度圆盘上指示出一数值，在刻度圆盘上指示出一数值，在刻度圆盘上指示出一数值，根据这一数值，结合转子号数及转速即可算出被根据这一数值，结合转子号数及转速即可算出被根据这一数值，结合转子号数及转速即可算出被根据这一数值，结合转子号数及转速即可算出被测样液的绝对粘度。测样液的绝对粘度。测样液的绝对粘度。测样液的绝对粘度。(三三)滑球粘度计法滑球粘度计法1 1 1 1原理原理原理原理 滑球粘度计滑球粘度计滑球粘度计滑球粘度计(即赫普勒尔粘度计即赫普勒尔粘度计即赫普勒尔粘度计即赫普勒尔粘度计)如图如图如图如图415415415415所所所所示，适于测定粘度较高的样液。它是基于落体原示，适于测定粘度较高的样液。它是基于落体原示，适于测定粘度较高的样液。它是基于落体原示，适于测定粘度较高的样液。它是基于落体原理而设计的。测定方法是在一充满样液的玻璃管理而设计的。测定方法是在一充满样液的玻璃管理而设计的。测定方法是在一充满样液的玻璃管理而设计的。测定方法是在一充满样液的玻璃管(有玻璃夹套有玻璃夹套有玻璃夹套有玻璃夹套)中，将一适宜相对密度的球体从玻中，将一适宜相对密度的球体从玻中，将一适宜相对密度的球体从玻中，将一适宜相对密度的球体从玻璃管上线落至下线，根据落球时间，再结合被测璃管上线落至下线，根据落球时间，再结合被测璃管上线落至下线，根据落球时间，再结合被测璃管上线落至下线，根据落球时间，再结合被测样液的相对密度、球体的相对密度和球体系数，样液的相对密度、球体的相对密度和球体系数，样液的相对密度、球体的相对密度和球体系数，样液的相对密度、球体的相对密度和球体系数，可以计算出样液的粘度。可以计算出样液的粘度。可以计算出样液的粘度。可以计算出样液的粘度。七、搅拌转速与搅拌功率测量七、搅拌转速与搅拌功率测量（一）搅拌转速1 1 检测方法检测方法:(1)(1)磁感应式磁感应式(2)(2)光感应式光感应式(3)(3)测速发电机测速发电机七、搅拌转速与搅拌功率测量七、搅拌转速与搅拌功率测量（一）搅拌转速（一）搅拌转速2 2 检测原理检测原理(1)(1)脉冲频率脉冲频率 与搅拌转速相同与搅拌转速相同磁感应式：感应片切割磁场产生的脉冲信号磁感应式：感应片切割磁场产生的脉冲信号光感应式：光束光感应式：光束(2)(2)输出电压输出电压 与搅拌转速成线性关系与搅拌转速成线性关系测速电机测速电机七、搅拌转速与搅拌功率测量七、搅拌转速与搅拌功率测量（一）搅拌转速（一）搅拌转速（一）搅拌转速（一）搅拌转速3 3 3 3 控制方式控制方式控制方式控制方式（1 1 1 1）大型发酵罐：）大型发酵罐：）大型发酵罐：）大型发酵罐：固定转速固定转速固定转速固定转速（2 2 2 2）中试及以下：）中试及以下：）中试及以下：）中试及以下：无极调速无极调速无极调速无极调速 直流电机，调速电机、变频器直流电机，调速电机、变频器直流电机，调速电机、变频器直流电机，调速电机、变频器七、搅拌转速与搅拌功率测量七、搅拌转速与搅拌功率测量（二）搅拌功率（二）搅拌功率（二）搅拌功率（二）搅拌功率 搅拌功率取决于搅拌器的结构及尺寸、转速、发酵液搅拌功率取决于搅拌器的结构及尺寸、转速、发酵液搅拌功率取决于搅拌器的结构及尺寸、转速、发酵液搅拌功率取决于搅拌器的结构及尺寸、转速、发酵液性质、操作参数等。性质、操作参数等。性质、操作参数等。性质、操作参数等。测定方法：测定方法：测定方法：测定方法：（1 1 1 1）测定电压与电流测定电压与电流测定电压与电流测定电压与电流（2 2 2 2）直接测定电机搅拌功率直接测定电机搅拌功率直接测定电机搅拌功率直接测定电机搅拌功率 如如如如轴转矩测定法轴转矩测定法轴转矩测定法轴转矩测定法 P=P=P=P=2nM2nM式中：式中：式中：式中：PP搅拌功率搅拌功率搅拌功率搅拌功率(W)(W)nn搅拌转速（搅拌转速（搅拌转速（搅拌转速（r/sr/s）MM搅拌轴转矩（搅拌轴转矩（搅拌轴转矩（搅拌轴转矩（NmNm）介绍几种常用的在线检测的传感器及其工作原理介绍几种常用的在线检测的传感器及其工作原理 1 1pHpH电极电极2 2溶氧电极溶氧电极3 3培养液氧化还原电位的测量培养液氧化还原电位的测量4 4溶解溶解COCO2 2测量测量5 5发酵尾气的在线分析发酵尾气的在线分析6 6菌量测量菌量测量第二节第二节 化学参数检测化学参数检测一、一、pH测量测量 pH值的测量在生物反应中普遍进行，对于生物过程值的测量在生物反应中普遍进行，对于生物过程控制是一个非常重要的参数。控制是一个非常重要的参数。（一）（一）pH测量方法测量方法pHpH试纸试纸pHpH电极电极pH试纸曾经是一种广泛采用的方法试纸曾经是一种广泛采用的方法优点：方便，易操作优点：方便，易操作缺点：它主观性较强缺点：它主观性较强质量差异，不同厂家不同批号的质量差异，不同厂家不同批号的pH试纸测出的试纸测出的pH值会有较大的差别，有时甚至达值会有较大的差别，有时甚至达0.51。对于一。对于一些要求较高的场合就不适用些要求较高的场合就不适用怎样测量或计算出实际的电极电位怎样测量或计算出实际的电极电位?E：电极电位，V E0：标准电极电位，V A+：离子活度 R：气体常数，8.31焦耳/克分子K T：溶液绝对温度，K F：法拉第常数,96500库仑/克分子基础知识基础知识Nernst公式1 1、pHpH电极测量原理电极测量原理pH电极实际上是由参比电极与指示电极实际上是由参比电极与指示电极组成的一个自发电池，该电池电极组成的一个自发电池，该电池的表达式可写为：的表达式可写为：参比电极参比电极溶液溶液X指示电极指示电极该电池的该电池的参比电极的输出电位恒定参比电极的输出电位恒定，指示电极的输出电位随被测体系中指示电极的输出电位随被测体系中氢离子活度氢离子活度而变化。因此整个自发而变化。因此整个自发电池的电池的电动势就是被测体系中氢离电动势就是被测体系中氢离子活度子活度的函数。的函数。式中式中E0对某一给定电极为常数，是温度的函数，因此从对某一给定电极为常数，是温度的函数，因此从电位差计的电位差计的E值可测出值可测出pH值。值。甘汞电极（甘汞电极（a）232型（型（b）217型型1导线；导线；2加液口；加液口；3-KCl溶液；溶液；4素烧瓷芯；素烧瓷芯；5铂丝；铂丝；6Hg；7Hg2Cl2一般的参比电极是甘汞电极。电极的外壳是玻璃管，里面套一根小一般的参比电极是甘汞电极。电极的外壳是玻璃管，里面套一根小玻璃管，其顶部伸出电极引线，引线的下端浸没在汞中，汞的下端玻璃管，其顶部伸出电极引线，引线的下端浸没在汞中，汞的下端有糊状甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有离子才能通过，而汞和甘有糊状甘汞，汞和甘汞用棉花堵住，只有离子才能通过，而汞和甘汞不会漏失，小管和大管之间充满汞不会漏失，小管和大管之间充满KCl溶液，末端用多孔陶瓷渗入溶液，末端用多孔陶瓷渗入到溶液中，实现电极引线与溶液间的电导通。到溶液中，实现电极引线与溶液间的电导通。（1）参参比比电电极极工业pH计是利用电位法测量溶液中氢离子活度(pH)的一种仪器 指示电极(玻璃/锑/不锈钢)参比电极(汞-甘汞/银-氯化银)由此可见，甘汞电极是由金属汞及其难溶盐由此可见，甘汞电极是由金属汞及其难溶盐氯氯化亚汞化亚汞以及含氯离子的电解质溶液组成。这种半电以及含氯离子的电解质溶液组成。这种半电池可表示为池可表示为Hg(L)Hg2Cl2(S)Cl-(L)电极电位产生电极电位产生于汞和甘汞的界面，其电极反应为：于汞和甘汞的界面，其电极反应为：2Cl-+2Hg Hg2Cl2+2e-其电极电位为其电极电位为ECl/HgCl,Hg=E +ln1/由此可见甘汞电极的电极电位只与氯化钾的由此可见甘汞电极的电极电位只与氯化钾的活度有关而活度有关而不受被测溶液的酸碱度不受被测溶液的酸碱度影响影响（2）指示电极）指示电极对指示电极的电位值随被测溶液氢离子活度的变化而变化。对指示电极的电位值随被测溶液氢离子活度的变化而变化。原则上讲，任何与氢离子可逆反应的电极都可用来测定溶原则上讲，任何与氢离子可逆反应的电极都可用来测定溶液的液的pHpH。离子选择性电极的结构离子选择性电极的结构离子选择性电极的结构离子选择性电极的结构其中敏感性膜部分随组成材料其中敏感性膜部分随组成材料的不同而各有特色。测定的不同而各有特色。测定pH值值的玻璃电极的敏感膜是厚度为的玻璃电极的敏感膜是厚度为10-110-3mm的玻璃薄膜，其的玻璃薄膜，其电阻为电阻为50500m。指示电极的关键是敏感膜指示电极的关键是敏感膜H+H+H+H+H+H+KCl溶液溶液待测溶液待测溶液浓度差引起电位差浓度差引起电位差浓差电极浓差电极玻璃敏感膜玻璃敏感膜（3 3）膜电位膜电位膜电位是由于膜两侧离子活度的差异而产生，故可膜电位是由于膜两侧离子活度的差异而产生，故可看作是一种浓差电位。看作是一种浓差电位。玻璃电极在使用前必须先在玻璃电极在使用前必须先在水中浸泡一段时间水中浸泡一段时间，玻璃膜表面吸收水分溶解，并，玻璃膜表面吸收水分溶解，并且其中的一价阳离子（如且其中的一价阳离子（如NaNa+离子）与水中离子）与水中H H+离子发离子发生离子交换反应。生离子交换反应。SiO-Na+H+SiO-H+Na+使膜表面形成以使膜表面形成以SiO-H+为主要成分的水合硅胶层，为主要成分的水合硅胶层，厚度约为厚度约为10-410-5mm1 1 2 2试试液液水水合合硅硅胶胶层层干干玻玻璃璃层层水水 合合 硅硅 胶胶层层内内参参比比溶溶液液 1-2以以1、2分别表示试液内分别表示试液内与内参比溶液中与内参比溶液中H+离子离子活度，活度，1、2分别表示分别表示外侧与内侧硅胶层表面外侧与内侧硅胶层表面H+离子活度，离子活度，由于水合硅胶层表面与由于水合硅胶层表面与内（内参比溶液）、外内（内参比溶液）、外（试液）溶液中的（试液）溶液中的H+离离子从活度大的一方向小子从活度大的一方向小的一方迁移，使玻璃膜的一方迁移，使玻璃膜的外、内侧分别产生相的外、内侧分别产生相界电位界电位1和和2。经水浸泡经水浸泡后的玻璃后的玻璃膜截面成膜截面成为三层结为三层结构，如图构，如图:则有：则有：外侧外侧:1=K1+内侧：内侧：2=K2+可以认为，玻璃膜两侧表面性状基本相同，故可以认为，玻璃膜两侧表面性状基本相同，故K1=K2，水合硅胶层表面一价阳离子点已基本被质水合硅胶层表面一价阳离子点已基本被质子占据，故子占据，故1=2，于是玻璃膜内、外侧之间的电于是玻璃膜内、外侧之间的电位差位差膜膜=1-2=由于内参比溶液的由于内参比溶液的H+活度活度2一定，故玻璃膜电位一定，故玻璃膜电位与待测溶液的与待测溶液的H+离子活度（离子活度（pH值）成线性关系。值）成线性关系。膜膜=常数常数+在在25下：下：膜膜=常数常数-0.0591pH（试液）试液）但实际上玻璃膜内外侧表面性状总有微小差别，即使但实际上玻璃膜内外侧表面性状总有微小差别，即使1=2时，时，膜膜0，这差别所产生的电位叫不对称电，这差别所产生的电位叫不对称电位（位（不对称不对称），这样整个玻璃电极（指示电极）的电），这样整个玻璃电极（指示电极）的电位应是内参比电位、膜电位与不对称电位之和。位应是内参比电位、膜电位与不对称电位之和。玻璃玻璃=0 +膜膜+不对称不对称其中，其中，0与与不对称不对称对于特定的电极是恒定的，对于特定的电极是恒定的，故玻璃电极的电极电位与试液故玻璃电极的电极电位与试液pH值呈值呈线性线性关系。关系。（4）玻璃电极的性能）玻璃电极的性能存在不对称电势存在不对称电势不对称电势产生于电极敏感玻璃膜部分，由于膜内外表面状态不不对称电势产生于电极敏感玻璃膜部分，由于膜内外表面状态不完全一样引起的，它与完全一样引起的，它与温度、玻璃组成、敏感膜厚度及加工状况温度、玻璃组成、敏感膜厚度及加工状况等等因素有关。因素有关。不对称电势不对称电势可以用已知可以用已知pH值的值的标准缓冲液来标准缓冲液来校正校正 （5）玻璃电极的测量范围）玻璃电极的测量范围玻璃电极的实际转换系数并不是在整个玻璃电极的实际转换系数并不是在整个pH范围都是常数，因而响应曲线会偏离直线，范围都是常数，因而响应曲线会偏离直线，实际的实际的pH响应曲线如图响应曲线如图测量值测量值pH在碱性范围内在碱性范围内pH10k降低，测量值偏高降低，测量值偏高在酸性范围内在酸性范围内pH1k升高，测量值偏低升高，测量值偏低将两支电极都装在一将两支电极都装在一根玻璃管中，这种电根玻璃管中，这种电极叫极叫复合电极复合电极，工业，工业上在线检测大都使用上在线检测大都使用这种电极。它结构紧这种电极。它结构紧凑，便于安装。凑，便于安装。（6）复合电极）复合电极（7 7 7 7）酸度计）酸度计）酸度计）酸度计测量范围：测量范围：测量范围：测量范围：0 014.00pH14.00pH，-1999-19991999mV1999mV，0 099.999.9分辨率：分辨率：分辨率：分辨率：0.001pH/0.01pH0.001pH/0.01pH，0.1mV0.1mV，0.10.1精度：精度：精度：精度：0.005pH0.005pH，0.2mV0.2mV，0.30.3温补范围：温补范围：温补范围：温补范围：自动自动自动自动0 099.999.9，手动，手动，手动，手动0 099.999.9温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿：能能能能斯斯斯斯特特特特电电电电极极极极斜斜斜斜率率率率温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿，纯纯纯纯水水水水和和和和加加加加氨氨氨氨超超超超纯纯纯纯水水水水的的的的2525折算折算折算折算（8）玻璃电极的使用与维护1 1）玻璃电极的主要部分是下端的玻璃球泡。它由一层较）玻璃电极的主要部分是下端的玻璃球泡。它由一层较薄的特种玻璃制成，所以薄的特种玻璃制成，所以切勿与硬物接触切勿与硬物接触。2 2）初次使用时，应先将球泡在）初次使用时，应先将球泡在去离子水中浸去离子水中浸24h以上以上,暂暂不使用不使用时，也要时，也要浸在去离子水中浸在去离子水中。3 3）电极插头上的有机玻璃管具有良好的绝缘性能，切勿）电极插头上的有机玻璃管具有良好的绝缘性能，切勿接触化学试剂或油污。接触化学试剂或油污。4 4）若玻璃膜上沾有）若玻璃膜上沾有油污油污，应先浸在酒精中，再放入乙醚，应先浸在酒精中，再放入乙醚或四氯化碳中，然后再移到酒精中。最后用水冲洗干净。或四氯化碳中，然后再移到酒精中。最后用水冲洗干净。5 5）在测）在测强碱性强碱性溶液时，应快速操作。测完后立刻用水洗溶液时，应快速操作。测完后立刻用水洗净，以免碱液腐蚀玻璃。净，以免碱液腐蚀玻璃。6 6）凡是含）凡是含氟离子的酸性溶液氟离子的酸性溶液，不能用玻璃电极测量。，不能用玻璃电极测量。7 7）脱水性介质脱水性介质，如无水乙醇、浓硫酸会破坏水合硅胶，如无水乙醇、浓硫酸会破坏水合硅胶层。层。二、溶氧的测定二、溶氧的测定 对于好氧微生物来说氧的供应十分重要，了解发酵对于好氧微生物来说氧的供应十分重要，了解发酵过程中溶氧情况是发酵控制的关键方面。判断发酵过程过程中溶氧情况是发酵控制的关键方面。判断发酵过程的临界氧浓度、发酵罐的供氧能力以及菌体的活性和菌的临界氧浓度、发酵罐的供氧能力以及菌体的活性和菌体的生长量等，并根据发酵时的供氧和需氧变化来指导体的生长量等，并根据发酵时的供氧和需氧变化来指导补料操作。现在发酵中溶氧测定大多用补料操作。现在发酵中溶氧测定大多用溶氧电极溶氧电极来测定。来测定。溶氧电极可分为极谱型和原电池型。溶氧电极可分为极谱型和原电池型。极谱型极谱型 需极化电压及放大器，耗氧少，受气流影响小。需极化电压及放大器，耗氧少，受气流影响小。原电池型原电池型 简单便宜，适于中小罐。耗氧较大，受气流和简单便宜，适于中小罐。耗氧较大，受气流和 气泡影响大。气泡影响大。亚硫酸盐氧化法亚硫酸盐氧化法排气法排气法（一）溶氧仪测量原理（一）溶氧仪测量原理 氧电极以铂金（氧电极以铂金（Pt）作阴极，）作阴极，Ag/AgCl作阳极，电作阳极，电解液为解液为0.1M氯化钾（氯化钾（KCl），用），用硅橡胶渗透膜硅橡胶渗透膜作透气膜。作透气膜。测量时，在阳极和阴极间加上测量时，在阳极和阴极间加上0.68V的极化电压，氧通的极化电压，氧通过渗透膜在阴极消耗，过渗透膜在阴极消耗，透过膜的氧量与水中溶解氧浓度透过膜的氧量与水中溶解氧浓度成正比，因而电极间的极限扩散电流与水中溶解氧浓度成正比，因而电极间的极限扩散电流与水中溶解氧浓度成正比成正比，仪表检测此电流并经运算变换成氧浓度。仪表检测此电流并