世界各地的啤酒狂熱愛好者都知道口味獨特且非常受歡迎的比利時啤酒商——Duvel Moortgat（督威）啤酒廠生產的啤酒，從金黃Ales啤酒到Trappist啤酒。然而，能夠生產這些口味獨特的啤酒
，沒有資金的投入是不可能做到的。

　　督威啤酒廠的生產工藝與其它啤酒廠的生產工藝不同，它采用了pH值控製技術
，而其它廠家采用的是電導率測量技術。督威啤酒廠在采用pH計時也曾遇到過一些應用挑戰
，下麵將介紹督威啤酒廠是如何通過使用新的長壽命pH傳感器來克服這些挑戰的。這種長壽命pH傳感器在全球許多食品飲料行業都取得了成功的應用經驗。

　　釀造工藝中的pH值控製

　　在釀造工藝的多個環節，pH值測量都起著非常重要的作用。在糊化過程，pH值影響酶的活性
，決定澱粉轉化為可發酵糖的效率。在釀造罐，監測麥芽的pH值可以確定啤酒花的溶解性
，進而控製影響人的身體、味覺
、以及影響啤酒透明度的各種因素。在灌裝工序，監測啤酒的pH值可以確保最終進入消費市場的產品的質量

，即用於灌裝啤酒的容器不能含任何化學清洗成分。

　　督威啤酒釀造工藝有多個pH值檢測點，這些測點的測量結果有助於操作人員確定工序是處於釀造階段，還是處於酸堿液在線清洗（CIP）階段
、或者啤酒水衝洗階段。督威的釀造工藝：麥芽首先快速加熱至90°C，並維持90 分(fen)鍾(zhong)時(shi)間(jian)，在(zai)麥(mai)芽(ya)冷(leng)卻(que)後(hou)，用(yong)啤(pi)酒(jiu)水(shui)將(jiang)麥(mai)芽(ya)送(song)至(zhi)發(fa)酵(jiao)容(rong)器(qi)。通(tong)常(chang)
，釀(niang)造(zao)工(gong)藝(yi)是(shi)以(yi)電(dian)導(dao)率(lv)作(zuo)為(wei)臨(lin)界(jie)控(kong)製(zhi)點(dian)，根(gen)據(ju)電(dian)導(dao)率(lv)值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)
，確(que)定(ding)什(shen)麼(me)時(shi)候(hou)麥(mai)芽(ya)進(jin)入(ru)下(xia)一(yi)個(ge)工(gong)序(xu)，是(shi)否(fou)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)的(de)進(jin)水(shui)。但(dan)是(shi)
，要(yao)優(you)化(hua)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)，就(jiu)需(xu)要(yao)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)的(de)控(kong)製(zhi)參(can)數(shu)
，如(ru)果(guo)太(tai)多(duo)的(de)水(shui)進(jin)入(ru)發(fa)酵(jiao)容(rong)器(qi)，則(ze)為(wei)了(le)得(de)到(dao)高(gao)品(pin)質(zhi)的(de)啤(pi)酒(jiu)，必(bi)將(jiang)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)加(jia)工(gong)工(gong)序(xu)。

　　然而，作為督威品牌
，麥芽的電導率值和衝洗水的電導率值沒有什麼差別
，但是
，兩種溶液的pH值卻明顯不同。因此，采用pH值控製可以正確區分兩個工序
，確保沒有大量的進水
，從而保證啤酒的質量。在該應用中
，由於pH傳感器要長時間地暴露在熱的腐蝕性溶液裏，所以pH傳感器的壽命縮短。這是因為如果pHchuanganqichangshijianshoudaoqiangliederechongji
，huidaozhichuanganqideboliqiumopolie
，jinerchuanganqishixiao。ciwai，ruguochuanganqidecanbidianjiyejiemianjijiaoxiao
，zecanbidianjirongyibeiwuwufugai，daozhichuanganqixiangyingchihuan，celiangpianchada。youxieyingyong
，ruguorongyezhonghanyouliuhuawu，zezhezhongrongyehuidaozhicanbidianjiyanzhongsunhuai，jinerchanshengceliangpiancha。

　　每3天壞一個傳感器

　　督威啤酒廠在以往使用pH傳感器過程中
，曾遇到一些問題。最初

，pH傳感器的使用壽命是2-4周，後來
，由於工廠的產能提高
，酸堿液在線清洗（CIP）的流速增加了33%。從此以後，pH傳感器的使用壽命隻能維持2-3天，工藝人員不得不停止了pH測(ce)量(liang)
，而(er)改(gai)用(yong)電(dian)導(dao)率(lv)測(ce)量(liang)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)
，雖(sui)然(ran)消(xiao)除(chu)了(le)熱(re)和(he)腐(fu)蝕(shi)的(de)影(ying)響(xiang)，但(dan)是(shi)，由(you)於(yu)麥(mai)芽(ya)的(de)電(dian)導(dao)率(lv)和(he)衝(chong)洗(xi)水(shui)的(de)電(dian)導(dao)率(lv)差(cha)別(bie)太(tai)小(xiao)
，使(shi)得(de)工(gong)藝(yi)無(wu)法(fa)準(zhun)確(que)區(qu)分(fen)兩(liang)個(ge)工(gong)序(xu)，不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)督(du)威(wei)啤(pi)酒(jiu)的(de)品(pin)牌(pai)質(zhi)量(liang)
，所(suo)以(yi)，很(hen)快(kuai)這(zhe)一(yi)做(zuo)法(fa)被(bei)放(fang)棄(qi)。督(du)威(wei)啤(pi)酒(jiu)廠(chang)的(de)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)隻(zhi)好(hao)通(tong)過(guo)人(ren)工(gong)的(de)方(fang)法(fa)
，區(qu)分(fen)兩(liang)個(ge)工(gong)序(xu)
，即(ji)派(pai)一(yi)名(ming)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)，監(jian)督(du)由(you)工(gong)藝(yi)管(guan)線(xian)流(liu)入(ru)現(xian)場(chang)玻(bo)璃(li)杯(bei)中(zhong)溶(rong)液(ye)的(de)狀(zhuang)況(kuang)
，以(yi)此(ci)來(lai)區(qu)分(fen)兩(liang)個(ge)工(gong)序(xu)，並(bing)手(shou)動(dong)關(guan)閉(bi)閥(fa)門(men)。正(zheng)如(ru)評(ping)論(lun)員(yuan)所(suo)說(shuo)：“技術人員非常不開心”。

　　人工/手動控製生產是不能維持的，督威啤酒廠的技術人員開始尋找長壽命的pH傳感器。艾默生的PERpH-X高性能pH傳感器是他們評估後選擇的一個產品。在開始測試時，技術人員曾對PERpH-X的性能持懷疑態度，因為
，此前他們測試了多個品牌傳感器，最長的使用壽命不到一周！技術人員先安裝了一台PERpH-X傳感器，之後他們驚喜地發現，不經意中，該傳感器居然使用了3個多月！在它最終失效後
，督威啤酒廠的技術人員與艾默生聯係，要求再更換1台傳感器。這次更令他們驚奇的是，當艾默生技術人員給傳感器參比電極填充了電解液後，這台傳感器又恢複了工作。隻用了不到10分鍾的時間，一填充完電解液，pH控製回路又恢複至自動控製狀態！

　　無需再說什麼，督威啤酒廠已經看到相當大的差異，從此以後，釀造工藝不再需要每隔3-7天換一個pH傳chuan感gan器qi，極ji大da地di降jiang低di了le設she備bei運yun行xing成cheng本ben，縮suo短duan了le儀yi表biao安an裝zhuang時shi間jian
，更geng重zhong要yao的de是shi現xian在zai可ke以yi確que保bao由you測ce量liang參can數shu精jing確que控kong製zhi工gong藝yi過guo程cheng
，節jie省sheng了le技ji術shu人ren員yuan的de寶bao貴gui時shi間jian，減jian少shao了le技ji術shu人ren員yuan的de無wu效xiao勞lao作zuo。

　　工作原理

　　在測試前，督威啤酒廠的技術人員對所謂長壽命傳感器持懷疑態度並不奇怪。過去這些年，盡管pH傳感器的設計在不斷改進，但是近一個世紀，pH測量的基本原理沒有變。因為在絕大多數情況下，pH傳感器的性能是可靠的，隻是在高溫或汙濁的被測溶液中，pH傳感器的反應滯後
，測量不可靠。

　　pH傳感器采用特殊成分的、對pH值具有敏感特性的玻璃材料，當其與被測溶液接觸時，玻璃電極產生與被測溶液pH值成比例的電極電位（毫伏電壓信號）。市場上也有非玻璃材質的pHchuanganqi
，danshi，zaijiduanwendu，zhezhongchuanganqitongchangceliangbuzhunque，erqie，ruguoyongyusuanjianyezaixianqingxigongyiguocheng，qishoumingsuoduan。yuyouxieshipinyinliaoxingyebutong，youyuzaizhenggepijiuniangzaogongyizhong，youduogeguolvbuzhou
，suoyi

，pijiuniangzaoyaoshiyongbolichuanganqi。

　　pH值測量還取決於參比電極，參比電極的作用是在某一給定溫度下
，維持恒定的參比電位。玻璃電極和參比電極共同構成pH測量電路，玻璃電極和參比電極的電位差（毫伏電壓信號）與被測溶液的pH值成比例。

　　此外，pH值zhi隨sui被bei測ce溶rong液ye的de溫wen度du不bu同tong而er變bian化hua
，極ji端duan溫wen度du會hui加jia速su電dian極ji的de老lao化hua，導dao致zhi電dian極ji頂ding部bu的de填tian充chong液ye凍dong結jie或huo沸fei騰teng，從cong而er使shi玻bo璃li破po裂lie。玻bo璃li老lao化hua進jin而er使shi傳chuan感gan器qi響xiang應ying遲chi緩huan。

　　通常，參比電極是銀-氯化銀電極，即在銀絲上鍍上一層氯化銀
，然後懸吊在氯化鉀溶液中。要得到精確的pHzhiceliang，lvhuajiatianchongyejiubixubunengbeiwuran，tongshi
，canbidianjiyaotongguobeicerongye，yubolidianjilianjie，xingchengceliangdianlu。ruguobeicerongyezhanchouhuozhehanyouyidingnongdudelizi
，zeshangshulianggetiaojianjiuhenrongyidebudaomanzu，congerzaicanbidianjiyetijiejie（電解液滲透膜）形成沉澱的覆著物，毒化填充的電解液。

　　長壽命設計

　　新的長壽命傳感器設計沒有改變pH傳感器的基本測量原理，而是對每個易損壞的部件進行了改進。科研人員首先在高溫工況下
，研究pH敏感玻璃材料的老化機理。有趣的是他們發現：絕大多數老化出現在pH敏感玻璃的凝膠層，根據這一發現
，科研人員離析、研製出耐高溫的凝膠層。這一研究成果使他們開發出超常耐高溫（高達155°C）的pHbolidianji，jiangyouyureyinglihuozhuangjichanshengdeboliposunyinsujiangdaozuidi，bingqie，gaishanchuanganqidexiangyingsudu。tongchang，zhezhongchangshoumingdechuanganqizaijiduanwendugongkuangxiashiyongshugeyuehou，hainengbaochijingquediceliang。ciwai，aimoshenghaizengjialeyixiebaohusheji，ruzaibolidianjixiaduanqiumochu，shejileyigedaicaodekahuan，qizuoyongshibaohuboliqiumomianshouguochengliuti（含顆粒物）的直接衝擊。以上對玻璃電極的設計改進，使督威啤酒廠深刻感受到pH傳感器性能的變化。

　　pH傳感器的絕大多數故障都是前麵提到的
、由於參比電極的電解液被汙染
、或參比電極的液體接界（電解液滲透膜）被堵塞所造成的。長壽命傳感器的設計解決了這個問題，該傳感器使用特殊設計的多孔Teflon液ye體ti接jie界jie
，液ye體ti接jie界jie的de表biao麵mian積ji較jiao大da
，孔kong隙xi率lv較jiao高gao

，從cong而er保bao證zheng參can比bi電dian極ji與yu被bei測ce溶rong液ye具ju有you良liang好hao的de接jie觸chu，且qie抗kang堵du塞sai能neng力li強qiang，即ji使shi傳chuan感gan器qi用yong在zai比bi較jiao汙wu濁zhuo的de液ye體ti，其qi也ye能neng保bao持chi穩wen定ding的de參can比bi信xin號hao。其qi次ci
，參can比bi電dian極ji的de電dian解jie液ye是shi氯lv化hua鉀jia凝ning膠jiao液ye
，具ju有you一yi定ding的de化hua學xue粘zhan滯zhi阻zu力li，可ke以yi抵di抗kang由you於yu溫wen度du、壓力變化造成的參比路徑堵塞現象。此外，內參比電極的液體接界（電解液滲透膜）是陶瓷材質，孔徑小
，孔隙率低，所以抗中毒能力強，從而降低對主參比電極液體接界（電解液滲透膜）的損耗，延長傳感器的整體壽命。總之，長壽命pH傳感器設計綜合了參比電極液體接界的兩個特性，即高孔隙率液體接界的測量精度（高）和低孔隙率的液體接界的使用壽命（長）。

　　為了進一步延長傳感器的使用壽命
，在設計上還考慮了可以更換被堵塞的參比電極液體接界（電解液滲透膜）
，重zhong新xin填tian充chong電dian解jie液ye
，這zhe樣yang能neng夠gou使shi絕jue大da多duo數shu失shi效xiao的de傳chuan感gan器qi得de以yi再zai生sheng。重zhong要yao的de是shi傳chuan感gan器qi還hai配pei製zhi了le多duo種zhong特te殊shu的de電dian解jie液ye，以yi便bian在zai一yi些xie特te定ding應ying用yong中zhong，能neng夠gou優you化hua傳chuan感gan器qi的de性xing能neng，如ru：抗生物膜電解液
；抗油脂電解液；抗結垢電解液等。此外，傳感器的護套是抗化學腐蝕的、耐熱的Ryton和鈦材。

　　督威啤酒廠勇於采用具有挑戰性的工藝設施
，對pH值精確測量有絕對的需求，對於這樣的廠商，以上這些長壽命pH傳感器的創新設計無疑是天賜之物。正如督威啤酒廠技術運維人員Jo Van Roy所說：“pHjideceliangcongyiqianbuquedingdejitianyanchangzhixianzaidejigeyue，qiewuxurenyuankanguan，zhequeshiweiduweipijiuchangdecaizhengdailailehendabianhua，qiyouzhuyuwomenquebaodutededuweipijiudepinzhihexinyu。”

　　作者介紹：Dave Anderson是艾默生過程管理公司羅斯蒙特分析部的工業市場部經理，他在該行業有19年的工作經驗。

　　關於艾默生過程管理

　　艾默生過程管理www.EmersonProcess.com （全球）、www.EmersonProcess.cn （中國）是艾默生業務的一部分，其在化工、石油天然氣、煉油

、紙漿和造紙
、電力、食品與飲料、製藥和其它的工業的自動化領域中居於領先地位。針對特定的工業行業提供優質的產品和技術
、谘詢、項目管理和維護服務。艾默生過程管理公司的品牌包括: PlantWeb®, DeltaV™, Ovation®, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Mobrey®, Daniel®, Bristol®, 和 AMS™ Suite.

　　關於艾默生

　　總部位於美國聖路易斯市的艾默生（紐約證券交易所股票代碼:EMR）是一家全球領先的公司，該公司將技術與工程相結合，在網絡能源、過程管理、工業自動化、環境優化技術及家電和工具等領域為客戶提供創新性的解決方案。公司 2009 財年的銷售額達 209 億美元，並在《財富》美國 500 強最大企業排名中名列第 94 位。如欲了解進一步信息，歡迎訪問 www.Emerson.com （全球）、www.Emerson.com.cn （中國）。