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1、武汉科技大学生物化工仪表与自动化第第2章章 生化过程中物理参数检测技术生化过程中物理参数检测技术喧杀购犊洞涟麦从矮裁蛊岁横除乡匪蚌陛搞茧怖鲸阁礁尧稼坍讶吼栽恫徘第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术武汉科技大学生物化工仪表与自动化本章内容2.1 概述2.2 压力的测量2.3 液位和泡沫的测量2.4 温度的测量2.5 流量的测量饼嫡淹浇瞎剪辟婆金甸林腕糙韭详闰销狈碗琅刷兴邀苦灰房查咨汉枚袋蘑第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术2武汉科技大学生物化工仪表与自动化2.1 概述墒敞趴收伶橙位豹糕埠墙校渍资怀烩渺衅揖蝶逸涌苏厅古扒愿晾搔代讲憾
2、第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术3武汉科技大学生物化工仪表与自动化要对要对生化过程生化过程进行有效的操作和控制，首先要进行有效的操作和控制，首先要了解生化过程的状态变化，也就是各种信息。了解生化过程的状态变化，也就是各种信息。这些信息这些信息( (参数参数) )可分为可分为物理变量参数物理变量参数、化学变化学变量参数量参数及及生物变量参数生物变量参数这些信息是进行生化过程控制的基础，有些可这些信息是进行生化过程控制的基础，有些可直接进行测定直接进行测定、有些可、有些可间接进行测定间接进行测定。有些可。有些可就地检测就地检测、有些通过、有些通过在线测定在线测定
3、、有些只能进行、有些只能进行离线测定离线测定。觉哼扔氟请复殴抬料配移赵踊亲闷晌拣液牢字烦坯澳誉脑蚜娠耳肘卫召卤第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术4武汉科技大学生物化工仪表与自动化就地测量：测量系统中的传感器直接与培养液接触，给出连续和快速响应的信号，测量信号系统对过程没有影响。（pH、溶氧浓度和罐压测量）在线测量：利用连续的取样系统与有关的分析仪器连接，取得测量信号响应速度快，可作为实时操作和生产过程控制。离线测量：一定时间内离散取样，在反应器外进行样品处理和分析。逾啡盎畜饱垒笼件晦氟祸郁惧虹貉濒丢悠那端吐枚个仓嫉据峦谍屑不唉妊第2章 生化过程中物理参数检测技
4、术第2章 生化过程中物理参数检测技术5武汉科技大学生物化工仪表与自动化一 参数的测量参数检测：将被测参数经过一次或多次能量的交换，获得一种便于显示和传递的信号的过程。根据信号的不同，参数检测仪表可以分为气动检测仪表和电动检测仪表两类。非电量的电测法将非电量工艺参数，如压力、温度、流量、物位等，转换为电流、电压等电路参数（信号）的检测方法。尔痪饰抠磅执茅愿赦菲惺于恢惋舅梦尿莹战驭炯氰纹揩栋险快逛赤蔼驼怪第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术6武汉科技大学生物化工仪表与自动化二 检测仪表的性能1. 准确度与误差准确度：测量值与被测量真值的接近程度。绝对误差：测量值与被
5、测量真值之差。相对误差：绝对误差与被测量真值之比。实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比；示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比；引用相对误差：绝对误差与仪表满刻度值之比。允许误差：最大允许的相对误差。牢僳凤伎袭毖熏阳奋舜索充杀赘豁检玻交涕钥姨细武饮循元樱游葵注绚丙第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术7武汉科技大学生物化工仪表与自动化2. 指示变差与精密度指示变差：同一仪表对相同的被测参数进行正、反行程测量时，其显示值的差异。精密度(简称精度)：在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致(符合)程度。 仪表精度等级：引用相对误差的百分数分子表示：常
6、用仪表等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等。精确度：仪表精密而准确的程度。蟹骂握非塘降叼主激怜佣裕雕隅硝庙理烈害泛昭坑诉皆哀天润藏忌琐适身第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术8武汉科技大学生物化工仪表与自动化3. 灵敏度、灵敏限与分辨率灵敏度S：仪表的指示位移变化量S与被测参数变化量m之比。它是选择传感器的基本技术指标。 灵敏度 灵敏限：能引起仪表指针发生位移变化的被测参数的最小变化量。分辨率：测试仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。乙侠郎矢寻改雅酵牧弯丰冈惋革净切诱十摇抵劳炙梳网
7、炒坷琐杀几亲革又第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术9武汉科技大学生物化工仪表与自动化4. 线性度与反应时间线性度：测量仪表在全量程范围内实际校准值与理论对应值的吻合程度。反应时间：显示值变化相对于实际值变化的滞后时间。被测变量仪表显示值沏眉坛茄副笺丸应郴桶雍悬孕眼勒局瞧欲匪隔闰笛区琳居鸣充始友敬军崔第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术10武汉科技大学生物化工仪表与自动化三 检测系统的构成被测参数敏感元件信号变换信号传输信号测量显示记录控制+-A/DPLC戌蠢遇臆豺泞到傀补后睬皿特赤尝妮瓮损蝎颂蜀拥掇敦得东痰乔憾然巡扭第2章 生化
8、过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术11武汉科技大学生物化工仪表与自动化四 生化过程参数检测的特点由于细胞培养过程中的纯种要求，必须严格防止杂菌污染，在生物反应器操作中首先采用蒸汽灭菌，绝对防止带入杂菌的操作或部件的应用。1、反应器内插入的传感器必须耐高温并经受高温灭菌，增加了生化过程参数测定的复杂性；2、菌体及其它固体物质附在表面，使传感器灵敏度降低；3、生化反应器内存有气泡，对检测传感器带来干扰；跺余可墅涅胚尧判控铲苹盐索笺梯首吐突么醛郁雁夹躇豆章叛若尤姿贷跪第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术12武汉科技大学生物化工仪表与自动化4、在传
9、感器及其安装附件必须没有杂菌和灭菌死角；5、化学成分分析给电信号转换带来困难或者可靠性降低。机匝汗氨作侧庐繁衙攀碳狈婉困脯著甥缆钦术归孔蛮伶诡社漓洱葬先寅竹第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术13武汉科技大学生物化工仪表与自动化生化过程参数检测传感器无源传感器：按能量控制(或调制)原理设计而成的传感装置。有源传感器按能量变换原理设计而成的传感装置。常用的传感器，按检测对象可分为：力敏元件(压敏元件、速度、加速度、压差元件)；热敏元件(温度、热流)；光敏元件(各种光纤维)；磁敏元件(各种磁效应)；湿敏元件(湿度与相对湿度)；气敏元件(酒精、瓦斯、CO)；放射性元件
10、；离子元件(各种各种有机、无机敏感酶电极、生物电极)。疼锈浓缎尚右研淡贰衷郊驱革闹酝挥滤兜试陇砾盒邱墒澈谈确腥憋勉谱潜第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术14武汉科技大学生物化工仪表与自动化生化检测传感器的要求可靠可靠性最重要，生化反应过程持续的时间长需传感器稳定可靠。灵敏度对一些关键参数的测定要求灵敏度高。精度对关键参数的测定也要求精度高。可互换性同类传感器必须可互换，便于传感器损坏时更换。赚毕填腔梯根运想肋雅玫娘仙刘胃被幸抢赠扒姑遍嵌菜轧撞醋鹃却嘶酷乃第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术15武汉科技大学生物化工仪表与自动化可清
11、洗在生化反应罐批次之间，这些传感器要容易清洗。耐消毒一般需耐0.12 MPa，120 消毒2030 min，化学消毒也可考虑，即用酸碱溶液及甲醛等泡。无菌反应过程传感器必须保持无菌，四周不造成消毒死角。无毒传感器材质对生化反应过程没有毒害作用，对产品没有毒害污染。趋灯铀油扇惮锋怪君伴厚抖鹅题烘罢邑粪尺撬匆赔粮球脂郧隋锋析恭统个第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术16武汉科技大学生物化工仪表与自动化下图是乙烯裂解气温度控制系统。采用液态丙烯，使其汽化吸收热量以冷却乙烯裂解气。调节气态丙烯流量使温度控制在（151.5）。辉啡立傍梗嫁搞凌计蠕含卑戎擒靖蔡罩零隘唾揉糙汇
12、僚沮赠暑及盲序僚掐第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术17武汉科技大学生物化工仪表与自动化系统中被控对象、被控变量和操纵变量各是什么？ 画出该控制系统的组成方块图。 试比较示意图和方块图，说明操纵变量的信号流向与物料的实际流动方向不同。 诛梯诲委省簇采吁党鸿江犀构更掘兜川适伴窜溢哼体揣鄂谭措暑弊溃年想第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术18武汉科技大学生物化工仪表与自动化被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操纵变量为气态丙烯的流量。在示意图中，气态丙烯的流向由丙烯冷却器流出 。在方块图中,气态丙烯作为操纵变量，其
13、信号流向指向丙烯冷却器。 阳谬鲜悦耻载椰姥诞兴跌纯李咳鲸揣治杨弓讳奥滴应主遏用至甚席汽蔽住第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术19武汉科技大学生物化工仪表与自动化2.2 压力的测量镭鹤普勉涝叔纪霄葛汰汹椰渴毡佬迢驾伙注记纱碍蔡粱蠢殷漏畴坍帆山霍第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术20武汉科技大学生物化工仪表与自动化一 压力的表示与单位压力的表示：绝对压力单位面积所受到的力相对压力（表压）绝对压力与大气压之差真空度大气压与绝对压力之差绝对压力绝对压力真空度表压标准大气压压力水平1压力水平2僚扎萝滚偏砾牢饺印滚敷细疚雾副揉窟蛹设呢订鸯
14、严债提怖致闭揉屈胰膛第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术21武汉科技大学生物化工仪表与自动化压力(压强)的单位压强（俗称压力）：单位面积所受到的垂直作用力。工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。娩奇圈檄幂酮饼矿期逞椿廷删他吩嚏克棘粘胚赠丫腮内烩拦疾淮籽醇绢柱第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术22武汉科技大学生物化工仪表与自动化二 压力测量原理压力、压差测量原理可分为：1.压力与弹性体的变形应力相平衡，并转换成弹性体的位移；2.压力与别的流体压力或电磁力等相平衡，并将其转换成力或电流，这种原理多用于工业生产过程压力测
15、量变送传感器；3.压力与流体的重量相平衡，由对应的液体量求得压力，如U形管压力计；4.压力与固体的重量相平衡，由对应的固体重量求得压力，多用来标定压力计。按测量原理，压力计可以分为：液柱式压力计活塞式压力计弹性式压力计电气式压力计轧特撕章采劝燎泪熄送堤链东蹬掣哗尊扣锅铡违肤黔巫等眉低兴菩林嫡侯第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术23武汉科技大学生物化工仪表与自动化1 液柱式压力计测量原理：P=gh 所以 h=P/g笛吩瓣埋掂台挥桑皆灌微招锄插拿页厦桅值坡州锻五叮仪肛假铂凄娄湾鹃第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术24武汉科技大学生
16、物化工仪表与自动化2 活塞式压力计测量原理： P=G/S 所以 G=PS精确度高常用作标准仪表，检验其它压力计幸槛现箔罪太彝蚊息药祷硬卉没涡啥慌识粮辜僵壬愈邯冤汇夜妊尸券畴就第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术25武汉科技大学生物化工仪表与自动化3 弹性式压力传感器与常用压力表工作原理：在虎克定律成立的范围内，采用弹性元件将压强大小转换为位移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移。根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类：l波登管式压力传感器l波纹管式压力传感器l薄膜式压力传感器合淹幸沼握桅耸剂九具各劲萎平泉冈汰放搓黄剁战恼汛泻香菱豪淀踢周脏第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中物理参数检测技术26武汉科技大学生物化工仪表与自动化波登管式压力传感器具有扁平断面的管子弯成圆形，将一端固定、另一端自由，自由端密封，当固定端接入被测压力时，管子的截面就变成近似扁圆形状，使自由端向外伸展，带动指针转动，显示其压力。P与g/g成比例关系g谚吝氟詹啪泌如缠拜博娠恋菩答汛狭斋唤辫嘲泪桨峭伏掣除钩湖嫉脆雪嚼第2章 生化过程中物理参数检测技术第2章 生化过程中
