CN107831203A - 一种平行反应器电极标定装置及平行标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行反应器电极标定装置及平行标定方法，装置包括：罐体，承装被测液体；罐盖，盖合在罐体上，并设置有若干接插口，待测电极插设在接插口上；进气管路和排气管路，装设在罐体或罐盖上，进排气管路和/或罐体罐盖上设置有压力检测装置以及气体调节阀；搅拌机构，作用于罐体中液体使其混合均匀；温度电极和/或标准温度计，插设在罐盖的接插口中以测量被测液体温度；以及温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却；标定机构，与所述测控系统通讯连接以对待测电极进行同步标定。在罐盖上设计接插口以插设待测电极，搅拌机构对罐体内的待测液体进行搅拌使其内部物化参数均匀，实现了在同一待测液体环境下同时进行多个电极标定。

Description

一种平行反应器电极标定装置及平行标定方法

技术领域

本发明涉及电极标定技术领域，具体为一种平行反应器电极标定装置及平行标定方法。

背景技术

在微生物培养过程中，需要涉及培养液中多个参数的检测，这些培养液中的常规检测参数包括：温度T，酸碱度pH，溶解氧浓度DO等等，这些电极根据各自的检测原理，将培养液中对应的物理或化学参数值，通过电极转变为微弱的电信号，再通过各自配套的变送器，进行信号放大与处理以形成不易受干扰的标准信号，传输给控制系统的信号采集模块，进入控制系统，再由控制系统控制执行器对培养过程进行调控，以满足微生物培养过程的需要。从电极检测到控制系统采集与显示检测结果，中间要经过电极、导线、变送器、模数转换模块等多个环节，存在电器性能内部漂移与外部干扰的情况，因此一般在使用前需要进行标定，即按照适当的标定原理与方法，将各电极置于标准介质中，按一定的计算方法修正控制器采集并通过软件显示在操作界面上的数据。这个过程即为电极的标定过程。

由于微生物的特性，其培养过程既受到外界环境条件的影响，也受到其内在遗传特性的影响，其培养过程无法完全重复。因此，在其培养工艺优化过程中，采用平行培养的方法，通过消除系统偏差，可以获得可比性与可信度较高的研究结果。而进行同步平行培养，需要对所用各个反应罐分别检测各个参数。虽然同一种电极的标定方法与原理都相同，但在多个电极的实际标定过程中，不可避免地存在诸如标准介质性质的波动与变化、外接干扰因素的不确定性等问题，造成电极标定结果存在一定的偏差，这就不可避免的在后续的培养过程产生系统偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种平行反应器电极标定装置，是应用于平行反应器的一种多功能标定装置，可对至少两个待测电极进行标定，包括：

罐体，用于承装被测液体；

罐盖，可盖合在所述罐体上，并设置有若干接插口，所述待测电极插设在所述接插口上；

进气管路和排气管路，所述进气管路和排气管路装设在所述罐体或所述罐盖上，所述进气管路包括并联排布的若干个进气支路，所述进气管路和/或所述排气管路上设置有压力检测装置以及气体调节阀；

搅拌机构，作用于罐体中被测液体使其混合均匀；

温度电极以及标准温度计，插设在所述罐盖的接插口中以测量被测液体温度；

温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却；以及，

标定机构，与所述测控系统通讯连接以对待测电极进行同步标定。

本发明还公开一种平行反应器电极标定装置，对至少两个待测电极进行标定，所述平行反应器包括测控系统，且所述测控系统中包括标定机构，其特征在于，包括：

罐体，用于承装被测液体；

罐盖，可盖合在所述罐体上，并设置有若干接插口，所述待测电极插设在所述接插口上；

进气管路和排气管路，所述进气管路和排气管路装设在所述罐体或所述罐盖上，所述进气管路包括并联排布的若干个进气支路，所述进气管路和/或所述排气管路上设置有压力检测装置以及气体调节阀；

搅拌机构，作用于罐体中被测液体使其混合均匀；

温度电极以及标准温度计，插设在所述罐盖的接插口中以测量被测液体温度；以及，

温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却。

上述技术方案，罐盖上集成有若干接插口，可以插设多个待测电极，使得各个待测电极均处于同一罐体中被测液体介质的均匀环境下，结合一键式平行标定，如此可以解决各个电极单独标定过程中由于标准介质的波动和变化，以及外接干扰因素不确定性问题造成的标定误差，降低了各反应器电极标定与检测的系统偏差，有利于提升平行反应器系统参数检测的一致性。设置搅拌机构对于被测液体进行搅拌混合，将通入罐体内的气体进行粉碎，加快其达到在液体中的饱和溶解度；并且使整个罐体内部的液体物化参数均匀一致，快速达到新的平衡状态。

温度电极配合温度调节机构可以使得罐内液体达到设定的温度，标准温度计提供标准温度值，进而可以对各反应器的温度电极进行标定；进排气管路及流量计、压力检测装置配合气体调节阀，可以在多路同步进气的条件下，通过调整罐压和各进气支路的气体流量比例，使得罐内液体达到所需的气体溶解浓度，进而可以对DO电极、溶解二氧化碳电极等测量气体在液体中溶解度的电极进行标定；此外，还可以在罐体内承装所需pH值的缓冲液对pH电极进行标定，或改变标准溶液种类，进行其它通过标准溶液进行标定的电极，如ORP电极等。本平行反应器电极标定装置为多功能装置，可以实现对多种电极的标定。本装置配置的温度电极以及温度调节机构，可以为温度电极标定时提供一个稳定的温度环境，以便获取各温度电极及标准电极的准确参数。

对最终的标定操作而言，也即将各电极所处稳态环境的状态参数作为标准值写入多通道反应器测控系统的标定界面，并采用具体动作实现同步平行标定的这两步操作，既可以在平行反应器的测控系统本身集成的标定机构实现，也可以在平行反应器的测控系统之外另设计一套标定机构，其与测控系统通讯连接将对应操作指令写入测控系统中实现上述的两步标定操作。也即上述的标定操作既可以直接在平行反应器的测控系统的操作界面上操作实现，也可以在另外设计的单标定机构界面上操作，该标定机构通过其控制系统与多通道反应器的测控测控系统之间的通讯连接，将对应操作指令写入多通道反应器测控系统的操作界面上实现标定动作。

进一步的，平行反应器电极标定装置包括控制系统，所述控制系统通过所述温度电极的检测结果控制温度调节机构动作以调整所述罐体内液体温度，并且通过所述各支路压力检测装置的检测结果调控气体调节阀的动作以控制所述罐体各气体流量，同时通过罐压检测与控制机构控制罐内气压，达到控制罐内各气体组分的分压，最终控制各气体在液体中的溶解度。

平行反应器电极标定装置的流量、压力调整以及温度调节可为自动控制，以提升标定效率以及调整的精度。

具体的，每个所述进气支路上设置有气体流量计和进气调节阀，所述出口管路上设置有压力检测装置以及排气调节阀。

每个进气支路设置流量计以控制进气流量，出口管路上设置压力检测装置以监测罐内压力状况，以便通过进气调节阀与排气调节阀配合进行调整。多路同步进气，以形成一定组分浓度的气相分压，最终实现与该气相分压相对应的气体溶解浓度。

具体的，所述搅拌机构包括搅拌桨以及驱动所述搅拌桨的搅拌电机。

具体的，所述温度调节机构包括罐体的加热及冷却装置。

本发明还公开一种温度电极的平行标定方法，使用前述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器的所述待测温度电极及标准温度计插入所述罐盖的插接口中；

S200，在所述罐体内注入液体，将罐盖2放置罐体1上固定，开启所述搅拌机构，通过所述温度电极以及所述温度调节机构进行控温，使被测液体达到预先设定的温度值并稳定后，将所述标准温度计的示值作为温度电极标定的标准值；

S300，通过所述标定机构进行所述待测温度电极的平行标定。

本发明还公开一种pH电极的平行标定方法，使用前述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器待测的pH电极插入所述罐盖的插接口中；

S200，在所述罐体内注入所需pH值的缓冲溶液，而后将罐盖2放置罐体1上固定，并将缓冲溶液的pH值设定为所述pH电极标定的标准值；

S300，通过所述标定机构进行pH电极的平行标定。

当然，改变注入的标准液，并在所述插接口中插入需要采用该标准液进行标定的电极，所述标定方法也适用于该电极的标定。。由此可见，所述平行标定方法也适用于采用标准液进行标定的其他电极。

本发明还公开一种DO电极的平行标定方法，使用前述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器待测的DO电极插入所述罐盖的插接口中；

S200，在所述罐体内注入液体，将罐盖2放置罐体1上固定；并通过控制进气流量比例以及罐压形成所需氧气分压及对应溶解浓度的液体，并将该氧气溶解浓度设定为所述DO电极标定的标准值；

S300，淹没所述待测电极以及所述温度电极，通过所述标定机构进行DO电极的平行标定。

当然，改变所述进气支路通入的气体，所述平行标定方法也适用于其它检测气体溶解度(如溶解二氧化碳)电极等的标定。

本发明提供的一种平行反应器电极标定装置以及电极标定方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1、在罐盖上设计接插口以插设待测电极，并通过搅拌机构对罐体内的待测液体进行搅拌使其内部物化参数均匀，实现了在同一待测液体环境下同时进行多个电极的一键式平行标定，降低了各个电极单独标定过程中由于标准介质的波动和变化，以及外接干扰因素不确定性造成的标定误差。

2、设置罐体、罐盖、搅拌机构、进气排气流量以及罐压测控、温度测控等基本结构，即可实现对于不同种类电极，如温度电极、pH电极、DO电极等的标定。

3、可以实现各种类别电极在不同标定区间内不同标定值进行标定，以便对标定结果的线性度进行比较。

4、各种电极不同标定方法所需的环境条件，均可通过自动控制达到，效率高精度好。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对平行反应器电极标定装置以及平行标定方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是平行反应器电极标定装置的结构示意图。

附图标号说明：1、罐体，2、罐盖，21、接插口，3、进气管路，31、流量计，4、排气管路，41、排气调节阀，42、压力检测装置，51、搅拌电机，52、搅拌桨，53、转速检测装置，61、温度电极，62、标准温度计，71、加热热源，72、冷却管，8、待测电极，9、标定机构，10、控制系统。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

装置实施例一

如图1所示，本实施例公开一种平行反应器电极标定装置，包括：罐体1，罐盖2，进气管路3、排气管路4、搅拌机构、温度电极61以及温度调节机构以及标定机构9。

平行反应器设有测控系统，该测控系统包括电极信号变送器。它的作用为：将各反应器电极的信号采集入对应的各变送器，再转化为各电极对应的标准模拟量电信号，输出给反应器测控系统的模数转化模块再转化为数字信号，进入反应器系统主控模块如PLC，再与控制软件操作系统进行通讯，将检测结果反映在操作界面上。标定时先将各电极置于稳态环境中，将该稳定状态的参数作为标准值，对操作界面上的实测数据进行修正，即完成标定工作。由于各变送器及模数转换通道的相互间存在一定的差异，电极与变送器、模数转换通道必须一一对应，因此电极信号变送器必须集成在多通道反应器的测控系统中。这也就意味着，对电极进行标定实际上是包括对其对应变送器以及模数转换通道这一整套设备的标定。

罐盖2盖合在罐体1罐口处，被测液体盛装在罐体1中，罐盖2上设计有若干插接口21。本实施例中有左侧3个插接口21上可以插设三个待测电极8，其右侧设置有标准温度计62以及温度电极61。

标定机构9与待测电极8对应的测控系统通讯连接，在标定机构9中设定标准值，一键将所有待测电极8标定。

搅拌机构作用于罐体1中液体使其混合更为均匀，使得罐体1内液体的物化参数的分布是均匀的。

温度电极61的作用是为了测定罐体1内液体的温度从而可以控制温度调节机构对罐体1内液体温度进行调节。进气管路3和排气管路4装设在罐体1或罐盖2上进排气，其中进气管路3上设置有气体流量计31和进气流量调节阀，出口管路上设置有压力检测装置42以及排气调节阀41。同时进气管路3包括并联排布的若干个进气支路，气体流量计31设置在进气支路上。示例性的，可以包括2个进气支路，分别通入氮气同氧气，则可以通过对氮气同氧气的流量比例、以及罐压的控制，形成一定的气相分压，实现所需的氧气溶解浓度的待测液体，该氧气溶解浓度的值可以作为DO电极的标定标准值。而将氧气改变为诸如二氧化碳等气体，则可以实现对诸如溶解二氧化碳等电极的标定。

其中温度调控以及进排气调控这两种调整动作既可以通过手动实现，也可以通过控制系统10来自动控制实现。

需要说明的是，由于部分平行反应器的测控系统本身也是具备标定功能的，因而本平行反应器电极标定装置可以取消标定机构9，而直接通过平行反应器的测控系统的标定界面完成标定操作。本实施例，罐体1为电极标定提供了统一的大环境，使得待测电极在同一个液体环境中测量，在每个时刻均具备相同的标准值，进而通过标定机构9或者平行反应器的测控系统本身的标定界面完成标定动作。

此外，如果对数字式电极进行标定，平行反应器的测控系统中就不需要具备变送器机构了，同样可以通过本实施例中的标定方法完成标定。

装置实施例二

如图1所示，在装置实施例一的基础上。搅拌机构包括搅拌桨52以及驱动搅拌桨52的搅拌电机51。本实施例中的搅拌电机51位于罐体51上方。关于搅拌速度的控制，一方面可以直接采取定速的搅拌电机使其保持匀速的搅拌。当然了，可以在原有结构的基础上增设转速检测装置53，从而通过控制系统10对其转速进行控制。

温度调节机构可以选用位于罐体1外部的加热热源71进行加热，配合位于罐体1内部的冷却管72进行冷却。

本平行反应器电极标定装置的温度调节机构、控制系统、标定机构等控制部件及相应软件既可以集成在平行反应器的控制柜中，也可以集成于本平行反应器电极标定装置内，与反应器系统通过通讯连接，来完成所述标定步骤。

本发明还公开了使用该平行反应器电极标定装置进行标定的方法实施例。

方法实施例一

本实施例是针对温度电极进行的平行标定，基于实施例一或二公开的装置进行操作。如图1所示，其具体步骤是：

A，将平行反应器的各待测电极8，本实施例中为平行反应器的三个温度电极，以及标准温度计62，插入接插口21中，在罐体1内注入适量的液体，一般为罐体1容积的60％-80％，至少应该使得液位淹没待测电极8以及标准温度计62使其可以准确测量温度。而后将罐盖2放置罐体1上固定。

B，开启搅拌机构混合罐体1内液体使其温度均匀一致。利用温度电极61以及温度调节机构的作用开始对罐体1内液体进行控温，使其达到预先设定的温度值并稳定，将标准温度计62的读数作为温度电极标定的标准值。

C，借助标定机构，即可进行一键式多通道温度电极的平行标定。可根据标定需要，更换温度设定值，稳定后即可对平行反应器的温度电极进行后续温度点的平行标定，以对在标定区间内不同标定值下标定结果的线性度进行比较。

方法实施例二

本实施例是针对pH电极进行的平行标定，基于装置实施例一或二公开的装置进行操作。如图1所示，其具体步骤是：

A，将平行反应器的各待测电极8，本实施例中为反应器的三个pH电极，插入接插口21中，在罐体1内注入所需pH值的缓冲溶液，一般为罐体1容积的60％-80％，至少应该使得液位淹没待测电极8，并将该缓冲液的pH值设定为电极标定的标准pH值。将罐盖2放置在罐体1上固定。

B，设定需要的温度值，对罐内缓冲液进行温控，达到设定温度值。需要的话可在标定罐内插入标准温度计，以提高温控准确度。

C，开始对几个pH电极进行平行标定。

D，更换不同的pH值缓冲液，可以对标定区间内不同标定值下标定结果的线性度进行比较。

当然，在所述插接口中插入ORP电极，并在所述罐体中注入ORP标准液，所述平行标定方法也适用于测量相应的OPR电极的标定。此外，只要是采用标准溶液进行标定的电极，均可以使用本实施例的方法进行标定，诸如ORP电极、电导电极、氟化物电极。

方法实施例三

本实施例是针对DO电极进行的平行标定，基于装置实施例一或二公开的装置进行操作。

根据亨利定律：相同压强下气体在液体中的饱和溶解浓度与该气体的气相分压成正比。通过选择进气种类与流量比例以及罐压，在罐体1内形成不同的气体饱和溶解浓度的液体。而该气体溶解浓度的准确度取决于对进入罐内气体组分控制以及罐压的准确度。故而流量计31可选用高精度的质量流量计，压力检测装置可选用合适的压力传感器。

其具体步骤是：

A，将平行反应器的各待测电极8，本实施例中为三支DO电极，插入接插口21中，在罐体1内注入合适的液体(可以根据实际需求选用不同离子浓度的液体，或直接采用消后培养基)，将罐盖2放置罐体1上固定。通过控制氧气、氮气的流量比例以及罐压形成一定氧气溶解浓度的液体，通过搅拌加快达到平衡状态。还可以进一步的在接插口21中插入一根精度较高的对照电极，如此可以将流量计控制气体组分形成的气体溶解计算浓度与对照电极的实测浓度进行比对，将可信结果输入平行反应器的标定界面作为DO电极标定的标准值。

B，借助本标定机构，即可进行一键式多通道DO电极的平行标定。

C，可根据标定需要，更换通入罐体1内的氧气和氮气组分比例和/或气体总压力，通过搅拌加快达到平衡状态，稳定后即可对平行反应器的DO电极进行后续氧气溶解浓度的平行标定，以对在标定区间内不同标定值下标定结果的线性度或相互间的平行度进行比较。

该实施例中，将上文中通入的氧气改变为其它气体(如二氧化碳等)，按照同样的流程步骤操作，则可以实现对该气体溶解度(如溶解二氧化碳等)电极的标定。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种平行反应器电极标定装置，对至少两个待测电极进行标定，所述平行反应器包括测控系统，其特征在于，包括：

罐体，用于承装被测液体；

罐盖，可盖合在所述罐体上，并设置有若干接插口，所述待测电极插设在所述接插口上；

进气管路和排气管路，所述进气管路和排气管路装设在所述罐体或所述罐盖上，所述进气管路包括并联排布的若干个进气支路，所述进气管路和/或所述排气管路上设置有压力检测装置以及气体调节阀；

搅拌机构，作用于罐体中被测液体使其混合均匀；

温度电极以及标准温度计，插设在所述罐盖的接插口中以测量被测液体温度；

温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却；以及，

标定机构，与所述测控系统通讯连接以对待测电极进行同步标定。

2.一种平行反应器电极标定装置，对至少两个待测电极进行标定，所述平行反应器包括测控系统，且所述测控系统中设有标定机构，其特征在于，包括：

罐体，用于承装被测液体；

罐盖，可盖合在所述罐体上，并设置有若干接插口，所述待测电极插设在所述接插口上；

进气管路和排气管路，所述进气管路和排气管路装设在所述罐体或所述罐盖上，所述进气管路包括并联排布的若干个进气支路，所述进气管路和/或所述排气管路上设置有压力检测装置以及气体调节阀；

搅拌机构，作用于罐体中被测液体使其混合均匀；

温度电极以及标准温度计，插设在所述罐盖的接插口中以测量被测液体温度；以及，

温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却。

3.根据权利要求1所述的平行反应器电极标定装置，其特征在于，进一步包括控制系统，所述控制系统通过所述温度电极的检测结果控制温度调节机构动作以调整所述罐体内温度，并且通过所述压力检测装置的检测结果调控气体调节阀的动作以控制所述罐体内压力和/或各个进气支路的气体流量。

4.根据权利要求2所述的平行反应器电极标定装置，其特征在于：每个所述进气支路上设置有气体流量计和进气调节阀，所述罐盖或出口管路上设置有压力检测装置以及排气调节阀。

5.根据权利要求2所述的平行反应器电极标定装置，其特征在于：

所述搅拌机构包括搅拌桨以及驱动所述搅拌桨的搅拌电机；

或；

所述温度调节机构包括对罐内液体进行加热与冷却的装置。

6.一种平行标定方法，用于对平行反应器的若干待测温度电极进行标定，其特征在于，使用根据权利要求1-4任一所述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器的所述待测温度电极插入所述罐盖的插接口中；

S200，在所述罐体内注入液体，将罐盖2放置罐体1上固定，开启所述搅拌机构，通过所述温度电极以及所述温度调节机构进行控温，使被测液体达到预先设定的温度值，将所述标准温度计的示值作为标定的标准值；

S300，通过所述标定机构进行所述待测温度电极的平行标定。

7.一种平行标定方法，用于对平行反应器的若干待测pH电极进行标定，其特征在于，使用根据权利要求1-4任一所述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器待测的pH电极插入所述罐盖的插接口中；

S200，在所述罐体内注入所需pH值的缓冲溶液，而后将罐盖2放置罐体1上固定，并将缓冲溶液的pH值设定为所述pH电极标定的标准值；

S300，通过所述标定机构进行pH电极的平行标定。

8.根据权利要求7所述的平行标定方法，其特征在于，改变注入的标准液，并在所述插接口中插入需要采用该标准液进行标定的电极，所述标定方法也适用于该电极的标定。

9.一种平行标定方法，用于对平行反应器的若干待测DO电极进行标定，其特征在于，使用根据权利要求1-4任一所述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器待测的DO电极插入所述罐盖的插接口中；

S200，在所述罐体内注入液体，将罐盖2放置罐体1上固定；并通过控制进气分压比例以及罐压形成所需氧气溶解浓度的液体，并将该氧气溶解浓度设定为所述DO电极标定的标准值；

S300，淹没所述待测电极以及所述温度电极，通过所述标定机构进行DO电极的平行标定。

10.根据权利要求9所述的平行标定方法，其特征在于，改变所述进气支路通入的气体，并且在所述插接口中插入相应的气体溶解度电极，所述平行标定方法也适用于测量所述气体溶解度电极的标定。