世界各地的啤酒狂熱愛好者都知道口味獨(dú)特且非常受歡迎的比利時(shí)啤酒商——Duvel Moortgat（督威）啤酒廠生產(chǎn)的啤酒,，從金黃Ales啤酒到Trappist啤酒,。然而，能夠生產(chǎn)這些口味獨(dú)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(chǎn)工藝與其它啤酒廠的生產(chǎn)工藝不同，它采用了pH值控制技術(shù),，而其它廠家采用的是電導(dǎo)率測(cè)量技術(shù),。督威啤酒廠在采用pH計(jì)時(shí)也曾遇到過一些應(yīng)用挑戰(zhàn)，下面將介紹督威啤酒廠是如何通過使用新的長(zhǎng)壽命pH傳感器來克服這些挑戰(zhàn)的。這種長(zhǎng)壽命pH傳感器在全球許多食品飲料行業(yè)都取得了成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),。
　
釀造工藝中的pH值控制
　
　　在釀造工藝的多個(gè)環(huán)節(jié),，pH值測(cè)量都起著非常重要的作用。在糊化過程,，pH值影響酶的活性,，決定淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖的效率。在釀造罐,，監(jiān)測(cè)麥芽的pH值可以確定啤酒花的溶解性,，進(jìn)而控制影響人的身體、味覺,、以及影響啤酒透明度的各種因素,。在灌裝工序，監(jiān)測(cè)啤酒的pH值可以確保最終進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)的產(chǎn)品的質(zhì)量,，即用于灌裝啤酒的容器不能含任何化學(xué)清洗成分,。
　
　　督威啤酒釀造工藝有多個(gè)pH值檢測(cè)點(diǎn)，這些測(cè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果有助于操作人員確定工序是處于釀造階段,，還是處于酸堿液在線清洗（CIP）階段,、或者啤酒水沖洗階段。督威的釀造工藝：麥芽首先快速加熱至90?C,，并維持90 分鐘時(shí)間,，在麥芽冷卻后，用啤酒水將麥芽送至發(fā)酵容器,。通常,，釀造工藝是以電導(dǎo)率作為臨界控制點(diǎn)，根據(jù)電導(dǎo)率值的變化,，確定什么時(shí)候麥芽進(jìn)入下一個(gè)工序,，是否需要大量的進(jìn)水。但是,，要優(yōu)化工藝過程,，就需要更加嚴(yán)格的控制參數(shù)，如果太多的水進(jìn)入發(fā)酵容器,，則為了得到高品質(zhì)的啤酒,，必將需要更多的加工工序。
　
　　然而,，作為督威品牌,，麥芽的電導(dǎo)率值和沖洗水的電導(dǎo)率值沒有什么差別，但是,，兩種溶液的pH值卻明顯不同。因此，采用pH值控制可以正確區(qū)分兩個(gè)工序,，確保沒有大量的進(jìn)水,，從而保證啤酒的質(zhì)量。在該應(yīng)用中,，由于pH傳感器要長(zhǎng)時(shí)間地暴露在熱的腐蝕性溶液里,，所以pH傳感器的壽命縮短。這是因?yàn)槿绻鹥H傳感器長(zhǎng)時(shí)間受到強(qiáng)烈的熱沖擊,，會(huì)導(dǎo)致傳感器的玻璃球膜破裂,，進(jìn)而傳感器失效。此外,，如果傳感器的參比電極液接面積較小,，則參比電極容易被污物覆蓋，導(dǎo)致傳感器響應(yīng)遲緩,，測(cè)量偏差大,。有些應(yīng)用，如果溶液中含有硫化物,，則這種溶液會(huì)導(dǎo)致參比電極嚴(yán)重?fù)p壞,，進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)量偏差。
　
每3天壞一個(gè)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,，后來,，由于工廠的產(chǎn)能提高，酸堿液在線清洗（CIP）的流速增加了33%,。從此以后,，pH傳感器的使用壽命只能維持2-3天，工藝人員不得不停止了pH測(cè)量,，而改用電導(dǎo)率測(cè)量,。這樣做，雖然消除了熱和腐蝕的影響,，但是,，由于麥芽的電導(dǎo)率和沖洗水的電導(dǎo)率差別太小，使得工藝無法準(zhǔn)確區(qū)分兩個(gè)工序,，不能保證督威啤酒的品牌質(zhì)量,，所以，很快這一做法被放棄,。督威啤酒廠的技術(shù)人員只好通過人工的方法,，區(qū)分兩個(gè)工序,，即派一名技術(shù)人員，監(jiān)督由工藝管線流入現(xiàn)場(chǎng)玻璃杯中溶液的狀況,，以此來區(qū)分兩個(gè)工序,，并手動(dòng)關(guān)閉閥門。正如評(píng)論員所說：“技術(shù)人員非常不開心”,。
　
　　人工/手動(dòng)控制生產(chǎn)是不能維持的,，督威啤酒廠的技術(shù)人員開始尋找長(zhǎng)壽命的pH傳感器。艾默生的PERpH-X高性能pH傳感器是他們?cè)u(píng)估后選擇的一個(gè)產(chǎn)品,。在開始測(cè)試時(shí),，技術(shù)人員曾對(duì)PERpH-X的性能持懷疑態(tài)度，因?yàn)?，此前他們測(cè)試了多個(gè)品牌傳感器,，最長(zhǎng)的使用壽命不到一周！技術(shù)人員先安裝了一臺(tái)PERpH-X傳感器,，之后他們驚喜地發(fā)現(xiàn),，不經(jīng)意中，該傳感器居然使用了3個(gè)多月,！在它最終失效后,，督威啤酒廠的技術(shù)人員與艾默生聯(lián)系，要求再更換1臺(tái)傳感器,。這次更令他們驚奇的是,，當(dāng)艾默生技術(shù)人員給傳感器參比電極填充了電解液后，這臺(tái)傳感器又恢復(fù)了工作,。只用了不到10分鐘的時(shí)間,，一填充完電解液，pH控制回路又恢復(fù)至自動(dòng)控制狀態(tài),！
　
　　無需再說什么,，督威啤酒廠已經(jīng)看到相當(dāng)大的差異，從此以后,，釀造工藝不再需要每隔3-7天換一個(gè)pH傳感器,，極大地降低了設(shè)備運(yùn)行成本，縮短了儀表安裝時(shí)間,，更重要的是現(xiàn)在可以確保由測(cè)量參數(shù)精確控制工藝過程,，節(jié)省了技術(shù)人員的寶貴時(shí)間，減少了技術(shù)人員的無效勞作,。
　
工作原理
　
　　在測(cè)試前,，督威啤酒廠的技術(shù)人員對(duì)所謂長(zhǎng)壽命傳感器持懷疑態(tài)度并不奇怪。過去這些年,，盡管pH傳感器的設(shè)計(jì)在不斷改進(jìn),，但是近一個(gè)世紀(jì),，pH測(cè)量的基本原理沒有變。因?yàn)樵诮^大多數(shù)情況下,，pH傳感器的性能是可靠的,，只是在高溫或污濁的被測(cè)溶液中，pH傳感器的反應(yīng)滯后,，測(cè)量不可靠。
　
　　pH傳感器采用特殊成分的,、對(duì)pH值具有敏感特性的玻璃材料,，當(dāng)其與被測(cè)溶液接觸時(shí)，玻璃電極產(chǎn)生與被測(cè)溶液pH值成比例的電極電位（毫伏電壓信號(hào)）,。市場(chǎng)上也有非玻璃材質(zhì)的pH傳感器,，但是，在極端溫度,，這種傳感器通常測(cè)量不準(zhǔn)確,，而且，如果用于酸堿液在線清洗工藝過程,，其壽命縮短,。與有些食品飲料行業(yè)不同，由于在整個(gè)啤酒釀造工藝中,，有多個(gè)過濾步驟,，所以，啤酒釀造要使用玻璃傳感器,。
　
　　pH值測(cè)量還取決于參比電極,，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(gòu)成pH測(cè)量電路,，玻璃電極和參比電極的電位差（毫伏電壓信號(hào)）與被測(cè)溶液的pH值成比例。
　
　　此外,，pH值隨被測(cè)溶液的溫度不同而變化,，極端溫度會(huì)加速電極的老化，導(dǎo)致電極頂部的填充液凍結(jié)或沸騰,，從而使玻璃破裂,。玻璃老化進(jìn)而使傳感器響應(yīng)遲緩。
　
　　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，然后懸吊在氯化鉀溶液中,。要得到精確的pH值測(cè)量,，氯化鉀填充液就必須不能被污染,，同時(shí)，參比電極要通過被測(cè)溶液,，與玻璃電極連接,，形成測(cè)量電路。如果被測(cè)溶液粘稠或者含有一定濃度的離子,，則上述兩個(gè)條件就很容易得不到滿足,，從而在參比電極液體接界（電解液滲透膜）形成沉淀的覆著物，毒化填充的電解液,。
　
長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)
　
　　新的長(zhǎng)壽命傳感器設(shè)計(jì)沒有改變pH傳感器的基本測(cè)量原理,，而是對(duì)每個(gè)易損壞的部件進(jìn)行了改進(jìn)?？蒲腥藛T首先在高溫工況下,，研究pH敏感玻璃材料的老化機(jī)理。有趣的是他們發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)老化出現(xiàn)在pH敏感玻璃的凝膠層,，根據(jù)這一發(fā)現(xiàn),，科研人員離析、研制出耐高溫的凝膠層,。這一研究成果使他們開發(fā)出超常耐高溫（高達(dá)155?C）的pH玻璃電極,，將由于熱應(yīng)力或撞擊產(chǎn)生的玻璃破損因素降到最低，并且,，改善傳感器的響應(yīng)速度,。通常，這種長(zhǎng)壽命的傳感器在極端溫度工況下使用數(shù)個(gè)月后,，還能保持精確地測(cè)量,。此外，艾默生還增加了一些保護(hù)設(shè)計(jì),，如在玻璃電極下端球膜處,，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶槽的卡環(huán)，其作用是保護(hù)玻璃球膜免受過程流體（含顆粒物）的直接沖擊,。以上對(duì)玻璃電極的設(shè)計(jì)改進(jìn),，使督威啤酒廠深刻感受到pH傳感器性能的變化。