2 PH传感器的测量原理
2.1 测量PH值为什么不可用试纸？
表3是不同碱剂不同浓度采用试纸与pH计测量的对比，PH值误差高达2.0~2.5，对照表1可知，其反应速率值差得甚高。所以人为经验不一定可靠，用于控制工艺不可取。
试纸在不同的光照，不同操作人的视觉，必然会得出失实的pH值，对照染色工艺pH值的精确程度，必然严苛要求测量“上真工艺”。
2.2 pH值传感器的测量原理
染整过程不同的纤维织物所采用的不同染料，在染色时有自己的pH值的要求。
通常所谓的pH值，实际上就是水溶液中氢离子浓度[H+]的对数的负值，即：
pH=-lg[H+] (1)
工业酸度计(pH计)实际上是一个能连续测量生产流程中水溶液的氢离子浓度的仪表。对于纯水，[H+]=10-7g/L，其pH=7，为中性。[H+]＞10-7时为酸性溶液，其pH＜7；[H+]＜10-7时为碱性溶液，其pH＞7。
2.2.1 pH值传感器的测量原理
溶液中pH值的测量是利用电化学原理测定的，即测定插在被测溶液中的两个电极间的电位差，其中一个工作电极(或测量电极)的电位随氢离子浓度的改变而改变，另一个参比极具有固定的电位，这两个电极形成一个电池，图2所示是复合电极的结构示意图。是为了提高测量精度，将玻璃电极与参比电极及温度补偿电阻组合为一体的结构。
在玻璃电极内部装有pH值一定(通常为7)的内溶液，与参比电极构成原电池，用高输人阻抗的电位差计测两极间的电位差，便可测量到pH值。
2.2.2 工业pH计
工业用pH计由发送器和测量仪器两大部分组成。发送器由工作电极和参比电极组成，发送器的作用将pH值转换成电信号。测量仪器采用电子电位差计或专用pH表。
工作电极采用玻璃电极，由能导电、能渗透[H+]的电极玻璃制成，内充有pH值恒定的标准溶液，插人的内电极经引出导线，可将玻璃电极电位引出。
参比电极采用环保清洁型的银-氯化银电极，这种电极的原理及结构类似于甘汞电，电极电位E=0.197V.电极无毒，温度稳定性好。
2.2.3 微机在pH计中的应用
由于pH值是随温度而变的，为了对温度值进行补偿，故采用微机对温度进行校正。
图3所示是微机对pH值进行连续测量和自动校正的系统原理框图。
传感器的输出信号经校正取样系统及高阻放大器放大后，通过接口送入A/D转换器进行模/数转换，然后馈入单片机内存，对采样数据进行处理，提供显示和控制指令。
本系统是一个pH数据采集系统又是一个程序闭环控制系统，其主要任务是：连续在线采集酸洗中和槽液pH值，且进行上、下限报警；及时对以上监测状态转为自动校正，校正后又转为监测状态。
当系统接电后，先进行自动校正，校正完以后就进行连续监测。
2.2.4 pH计电极的清洗
pH计电极对沾污很敏感，会使电位曲线变化造成浓度检测误差。
pH计电极至少每周用10%的盐酸清洗一次，然后用清水清洗。pH计电极可采用由微处理器MPO43控制的喷淋清洁系统进行清洗，电极下部锥形的喷嘴以0.4MPa压力、41m的扬程喷出水(化学清洗剂)，由18L的带球阀和泵的水箱提供。清洁系统的配套仪表的程序设置了：清洁输出、清洁持续时间、恢复时间和间隔时间。喷淋系统有用于投入式、在线或通过转接头与电极连接应用的多种形式。
3 pH值在线测控系统
3.1 在线测控系统
该系统由美国进口的检测电极，以及pH-500pH值控制仪表、加酸阀、控制箱、加酸桶、循环泵和过滤箱等部分组成。系统组成见图4。
该系统的核心部件是pH值信号采集装置和信号处理控制装置。系统根据pH检测传感器检测到的pH值信号，输出至中央处理单元，中央处理单元经信号处理单元和运算单元后，实现仪表显示实际pH值；再与设定的pH值进行比较，输出控制信号，以控制执行机构，自动向槽中加碱中和液，并采用循环泵对槽内液体迅速循环，确保其均匀性。使上染至织物上的染液达到所设定的pH值。
3.2 系统控制器与外围设施关系
图5是系统控制器与外围设施的关系示意。
系统通过pH值检测传感器将信号送至仪表A/D转换器进行信号处理，同时温度补偿信号也经A/D转换器进行信号处理后，二者将处理后的信号送至 CPU进行处理，并送至LED显示实际测定值，同时与工艺设定值进行比较；再将相应的控制信号输出到固态继电器来控制执行电磁阀，该信号通过变送输出，可用于驱动记录仪或送到DCS系统，RS232接口与上位机进行实时数据交换。系统具有自动PID控制及手动自动转换功能。该系统pH值测量范围在 0~14，pH值控制精度±0.3，通过校正，能满足高精度pH值的测定。
该系统实现pH值由人工测量到定量控制的转变，提高pH值的测试和控制精度，满足高档次产品要求。
该PH值在线检测及控制系统通过在不同的工作温度下，系统实测控制数据见表4。
通过上表测试数据显示，该控制系统具有很高的控制精度和稳定性，已达到国内领先水平。
3.3 碱剂计量添加控制
图6是pH值在线监控系统。化料筒1中碳酸氢钠溶液，按工艺处方配液，由电磁计量泵定量注水过液槽3内，化料筒2中氢氧化钠溶液，按工艺处方配液，传感器实时测量过液槽3中混合，碱液的pH值反馈给监控器，按计量加碱时间及染浴pH值，控制电磁计量泵注入过液槽3实现线性固色。
染色工艺pH值在线测控是提高染色一次成功率的必要举措。
染色pH值控制可使牛仔布靛蓝染色获得“环染”效果，同时节省水、电、蒸汽消耗；pH值的控制可实施两相法印花后快速蒸化，节省大量蒸汽，少用尿素或不用尿素；浸染染色无论是活性染料还是直接、中性染料皆需pH值控制，精确的pH值控制会提高上染率和固色率，降低运行成本和污水排放负荷。
