Le contrôle précis du dioxyde de carbone dissous (dco₂) est essentiel dans les processus exigeants tels que la fermentation, la culture cellulaire, l'aquaculture et le traitement de l'eau. Il existe une hystérésis et une inexactitude dans le contrôle traditionnel à un seul paramètre. Ce programme propose une stratégie de contrôle avancée basée sur la liaison d'un capteur de co₂ dissous avec une électrode de pH, conçue pour améliorer la stabilité et l'efficacité du processus.
I. composition et principe du système
Le noyau du système se compose de trois parties:
Capteur de co₂ dissous: mesure directe et continue de la pression partielle ou de la concentration de co₂ dans un milieu en tant que variable de réglage principale du système de contrôle. Il répond directement et est le but ultime du contrôle.
ÉLECTRODE de ph: en tant que variable auxiliaire clé. Étant donné que le co₂ se dissout dans l'eau pour former de l'acide carbonique, ce qui entraîne une baisse du pH, les deux ont une relation mathématique déterminée (loi de Henry, équilibre carbonique) dans un système particulier (par exemple, un système tampon carbonate).
Contrôleur intelligent: reçoit les signaux des deux capteurs, exécute les algorithmes de commande de base et fournit des instructions à un actionneur (comme une vanne ou une pompe péristaltique qui régule la ventilation).
II. Stratégie de contrôle de liaison
Le cœur de la commande de liaison réside dans l'utilisation de la complémentarité des deux paramètres pour former un mode de commande composite "Feed - back".
Contrôle d'alimentation (basé sur le pH): le pH réagit généralement plus rapidement aux variations de co₂ qu'un capteur dco₂ dédié. Lorsque le rendement en co₂ est muté pendant le processus en raison du métabolisme microbien ou d'autres raisons, un léger décalage, mais détectable, du pH se produit. Le Contrôleur peut ainsi prédire à l'avance la tendance des mouvements de dco₂ et ajuster l'actionneur à l'avance (par exemple, augmenter la quantité d'aération), ce qui permet une « intervention anticipée» et supprime les grandes fluctuations.
Contrôle de la rétroaction (basé sur dco₂): le capteur dco₂ fournit la rétroaction la plus directe et la plus finale sur la cible de contrôle. Le Contrôleur compare la valeur mesurée de dco₂ à la valeur de consigne, corrige avec précision par des algorithmes tels que PID, éliminant ainsi les erreurs d'état stationnaire. Cela garantit une précision à long terme du contrôle.
Contrôle mutuel des données et garantie de sécurité: les lectures des deux capteurs doivent être dans la plage de confiance du calcul théorique. En cas de forte baisse du pH sans augmentation correspondante de la lecture du dco₂, le système peut juger que le capteur est défectueux (par exemple, une électrode de pH en dérive ou une membrane dco₂ cassée) et déclencher une alarme, passer en mode de sécurité ou s'appuyer sur un capteur plus fiable pour éviter les erreurs de fonctionnement.
Iii. Avantages du programme
Réponse rapide: les retards de réponse inhérents aux capteurs dco₂ sont surmontés grâce aux propriétés de réponse rapide du pH.
Précision du contrôle: Combinez le feedback et la rétroaction pour réduire considérablement le dépassement et les fluctuations et maintenir un environnement de processus hautement stable.
Fiabilité élevée: la conception redondante à deux capteurs offre une fonction de contrôle des données qui améliore la tolérance aux pannes et la sécurité du système.
Optimisation de la consommation d'énergie: le contrôle en douceur réduit les démarrages et arrêts fréquents et les mouvements importants des actionneurs tels que les pompes à air, ce qui contribue à réduire la consommation d'énergie.
Résumé le schéma de commande couplé du capteur de co₂ dissous avec l'électrode de pH, par la combinaison organique de la mesure douce avec la mesure directe, construit un système de contrôle plus intelligent et plus robuste, particulièrement adapté aux situations exigeantes pour les environnements de réaction biochimique, est un moyen efficace d'automatiser la chimie fine et les processus biologiques.