在脫硫工藝中，漿液pH值的控制，關(guān)系到脫硫效率的高低。傳統(tǒng)的pH值控制系統(tǒng)，具有pH信號反饋響應慢，控制調(diào)節(jié)漿液的pH值滯后于系統(tǒng)的工藝要求。通過對該問題的研究分析，提出了pH信號反饋采用前反饋控制設計，并據(jù)此初步設計了基于微處理芯片的pH信號處理的電路原理圖，提高了pH信號反饋的響應速度，從而滿足了電廠脫硫的工藝要求。

傳感器是指能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器技術(shù)在現(xiàn)代科學技術(shù)中具有十分重要的地位，與計算機技術(shù)和通信技術(shù)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。pH微電極是測定流體pH值（流體的酸堿度）的電子信息器件，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用逐漸普及，但由于pH傳感器涉及比較復雜的電化學原理，故和其它的傳感器相比研究的比較少。在電廠濕法脫硫中pH傳感器應用范圍不是很多，但對電廠脫硫的效率起著至關(guān)重要的作用。

1 pH微電極的原理及應用

1.1 pH傳感器的原理

pH值是用來表示溶液酸堿度的一種方法，檢測pH值的儀表稱為pH計，它通過連續(xù)檢測溶液H+（氫離子）的濃度來確定水溶液的酸堿度，pH值定義為溶液中H+濃度的負對數(shù)即：

pH＝-lg［H+］

化學中定義水的pH值為7，pH值小于7的溶液呈酸性，pH值大于7的溶液呈堿性。

由于直接測量溶液中氫離子的濃度比較困難，通常采用由氫離子濃度引起的電極電位變化的方法來實現(xiàn)pH值的測量，電極電位與離子濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系，因此測量被測溶液的pH值只需測量電池電動勢。

pH測量中使用的電極又稱為原電池，原電池是一個系統(tǒng)，它的作用是使化學能轉(zhuǎn)成為電能.此電池的電壓被稱為電動勢（EMF），此電動勢由二個半電池構(gòu)成，其中一個半電池稱作測量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)；另一個半電池為參比半電池，通常稱作參比電極。此二種電極之間的電壓遵循能斯特（NERNST）公式：

其中：pHx，pHs分別為被測溶液和標準溶液的pH值；Ex，Es分別為被測溶液和標準溶液的電池電動勢；F為法拉第常數(shù)（96485C/mol）；R為氣體常數(shù)（8.314J/mol）；T為絕對溫度（K）。

pH傳感器基本是由電極和電動勢測量儀表兩部分組成的，其中電極包括一支測量電極和一支參比電極，二者組成原電池參比電極的電動勢是穩(wěn)定且精確的，與被測溶液中的H+濃度無關(guān)；而測量電極是一個玻璃電極，用于測量介質(zhì)pH值的毫伏電勢，電動勢的大小取決于介質(zhì)的pH值這樣，只需通過測量電動勢，就可以計算出H+濃度，從而實現(xiàn)對溶液pH值的檢測測量時，電極插入待測溶液中，將溶液中的H+濃度轉(zhuǎn)換成毫伏電壓信號，再將信號放大并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，在遠程計算機上顯示出吸收塔中漿液的pH值。

在電廠濕法脫硫工藝中，吸收塔漿液的pH值是脫硫裝置運行中最主要的檢測與控制參數(shù)之一，是漿液內(nèi)石灰石反應活性和鈣硫比的綜合體現(xiàn)進入吸收塔的新鮮石灰石漿液的量取決于鍋爐負荷、煙氣中SO2濃度及實際的吸收塔漿液的pH值。

1.2電廠脫硫系統(tǒng)中目前采用的pH值信號處理

目前電廠的pH值測量系統(tǒng)如圖1所示。

圖1濕法脫硫工藝pH值系統(tǒng)控制圖

濕法脫硫系統(tǒng)的pH值控制采用的是單回路前反饋復合控制方式，如圖2所示。

圖2濕法脫硫工藝pH值信號反饋系統(tǒng)圖

它是一個反饋閉環(huán)回路，調(diào)節(jié)器是根據(jù)被控對象相對于設定值的偏差來進行調(diào)節(jié)的。檢測的信號的pH值，控制作用是發(fā)生在偏差出現(xiàn)以后，影響被調(diào)量，而被調(diào)量的變化又反過來影響控制器的輸入，是控制作用發(fā)生變化不論什么干擾，只要引起被調(diào)量變化，就可以進行控制。但這樣就有一個缺點：通常要在干擾已經(jīng)造成影響，被調(diào)量已經(jīng)偏離設定值的時候才能進行控制作用，這樣控制作用總是不及時，而且在外界干擾頻繁，被控對象有較大延遲時，如果僅僅依靠這種反饋調(diào)節(jié)，就很難保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

1.3電廠脫硫系統(tǒng)中目前采用的pH值信號控制電路

pH硬件電路由如下部分組成：電源模塊、模擬放大模塊、ARM處理器及其外圍電路、溫度采集電路、鍵盤模塊、LCD顯示模塊、串口模塊等。

pH值的控制電路框圖如圖3。

圖3濕法脫硫工藝pH傳感器電路框圖

2 pH值前反饋控制電路的設計

2.1值前反饋控制設計思想

通過對于已有pH值反饋控制方式的了解和結(jié)合實際具體情況的分析發(fā)現(xiàn)，僅靠反饋控制是難以完成工業(yè)中自動化控制，必須引入前反饋控制。前反饋控制室根據(jù)干擾作用的大小進行控制的，檢測信號為各種干擾量的大小。當干擾量出現(xiàn)時，前反饋控制器就對調(diào)節(jié)量進行預調(diào)整，來補償干擾對被調(diào)量的影響。當干擾作用發(fā)生后，在被控變量還沒有出現(xiàn)偏差前，控制器就已經(jīng)進行控制。如果這種前反饋的控制設計合理，可以得到較好的補償，理論上是被控變量不會因干擾而產(chǎn)生誤差。在前反饋控制系統(tǒng)中，沒有檢測被調(diào)量。當控制器根據(jù)干擾產(chǎn)生控制作用后，對被控變量的影響并不返回來影響控制器的輸出，所以前反饋系統(tǒng)是一個開環(huán)系統(tǒng)，其控制效果并不通過反饋來檢驗，將前反饋控制與反饋控制結(jié)合起來，利用前反饋控制作用及時，以及反饋控制能克服所有干擾的優(yōu)點，則會提高具有強干擾被控對象的控制質(zhì)量，這樣的自動控制會比較理想，如圖4所示。

圖4濕法脫硫工藝pH值信號前反饋系統(tǒng)圖

圖4中可加裝石灰石漿液流量測量儀表，由于流量測量值要比pH值更快、更直接為了防止依據(jù)pH值可能造成的過調(diào)，可將流量測量值組成一個副反饋回路，pH值構(gòu)成主反饋回路采用兩個反饋控制器，主反饋控制器接收漿液pH測量值，副反饋控制器接收送入吸收塔的石灰石漿液流量測量值。主反饋控制器的輸出作為副反饋控制器的設定值，副反饋控制器的輸出與前反饋控制器的輸出相疊加，來控制石灰石漿液調(diào)節(jié)閥的開度，使吸收塔內(nèi)的PH值維持在設定值上。這樣不僅是調(diào)節(jié)過程加快，具有超前控制的作用，還具備了一定的自適應能力，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。

2.2 PH值前反饋控制電路設計原理圖

目前比較先進的pH值信號處理方式是應用ARM9微處理芯片，本設計就是利用了這個芯片來提高pH傳感器的信號處理能力將韓國三星公司生產(chǎn)的32位嵌入式處理器S3C2410A，它是采用ARM920T的內(nèi)核把這種先進的微處理器應用于pH值前反饋控制系統(tǒng)中，利用ARM9處理器的強大處理能力，可以縮短pH值控制器對pH信號的處理時間，從而及時提供了對漿液的酸堿度的真實信息，有利于前臺對脫硫系統(tǒng)的控制，提高了脫硫效率，見圖5。

圖5基于ARM9微處理器的pH信號前反饋系統(tǒng)原理圖

3結(jié)論

通過以上對pH計的原理及pH計信號處理與控制電路的研究，基本可以解決以往脫硫項目中通過pH值自動調(diào)節(jié)供漿量落后于實際情況變化的問題，在不大規(guī)模改變硬件條件的情況下，通過提前分析各種干擾量，從而保證系統(tǒng)的正常運行和較高的脫硫效率。