第2章 生化过程中物理参数检测技术

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1、第2章生化过程中物理参数检测技术本章内容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22.1概述3要对生化过程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。这些信息(参数)可分为物理变量参数、化学变量参数及生物变量参数这些信息是进行生化过程控制的基础，有些可直接进行测定、有些可间接进行测定。有些可就地检测、有些通过在线测定、有些只能进行离线测定。4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

2、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。5一参数的测量参数检测：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。6二检测仪表的性能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；

3、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。72.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。83.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

4、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。94.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10三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/DPLC11四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

5、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；124、在传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。13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

6、斯、CO)；放射性元件；离子元件(各种各种有机、无机敏感酶电极、生物电极)。14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。15可清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0.12MPa，120℃消毒20~30min，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。16下图是乙烯裂解气

7、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（15±1.5）℃。17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。18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，其信号流向指向丙烯冷却器。192.2压力的测量20一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