测量有偏差！您的电极正确校准了吗？

在制药，食品，化工等行业，pH值和溶氧含量对生产过程至关重要。一般我们使用变送器进行数据的显示，参数设定和电极校准等操作。

出于“省事”原因，部分客户通过校准4~20mA模拟输出的方式代替传感器的校准。虽然模拟输出也能完成“校准”，但其致命的缺点是并没有真正对电极进行校准。

图1: 操作人员校准传感器

l  变送器校准和mA信号“校准”的差别

以pH电极校准为例，从下图可以看出，变送器是通过能斯特方程将来自电极的原始信号换算为pH值；而mA模拟输出信号“校准”电极实际上并没有直接使用电极的原始信号，而是在中控系统中对接收到的mA信号进行处理，并将其转换为pH值。

这种简单地将mA信号和pH值对应起来的方法，既不能够反映电极性能状况的重要参数，也不能应对诸如需要温度补偿或者处理非线性工作曲线的情况。

图2：变送器校准和mA信号的“校准”流程

l  mA信号“校准”电极存在哪些问题？

1. 无法准确判断电极性能及合规

2020版中国药典指出pH电极校准后斜率范围为90%~105%，漂移值不应超过±30mV，而通过模拟输出“校准”得不到斜率和零点信息，无法满足最新药典的要求，和药典的格式要求准确对应的。

图3：摘自《中国药典》2020版 0631节

2. 中控读数与真实值有差异

对于带有温度补偿的情况，根据能斯特方程可以知道，pH值的计算必须将温度值代入方程。

对于采用mA信号“校准”的方式，“省事”的集成并不对温度值进行采集。显然，不采集温度数据就无法对测量值进行相应的温度补偿，最终造成读数与真实值之间的差异。从下图可以看出，不做温度补偿的情况下，测量值和真实值可能存在较为显著的误差。

图4：不带温度补偿时各测量温度下pH测量误差

另外，4~20mA信号对应设置的pH范围可能存在不同。例如，有的系统默认4mA对应pH=0，20mA对应pH=14；有的系统则默认4mA对应pH=2，20mA对应pH=12。这样如果更换系统，就要求操作人员重新设置模拟信号对应的pH范围，存在着误操作风险。

3. 非线性工作曲线造成测量误差

以光学氧电极为例，因为光学原理的工作曲线是非线性的，初次使用时，电极工作曲线被线性化为4~20mA模拟输出，并传输给终端控制系统。

但是，随着感应元件老化，原有的工作曲线发生非线性偏移，导致模拟输出和氧含量之间不再呈线性关系，此时如果采用模拟输出“校准”的方法，那么就只有0点和100点测量值是准确的，其他测量值则会有不同程度的偏差。

l  什么才是正确的校准方式？

1. 借助iSense软件

客户现场可使用iSense软件对电极进行校准，同时，也可以使用iSense软件查看电极剩余使用寿命等参数以提高电极维护的效率，确保安装在测量点中的传感器性能良好，降低过程意外停机的风险。

图5：使用 iSense 软件校准传感器

2. 使用变送器校准

如果现场有变送器，则可使用变送器为电极做真正的校准，再用变送器输出的模拟信号做显示或控制。

正确地校准与维护电极，对过程测量的准确性至关重要！

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