專利名稱：自動(dòng)調(diào)控氧化還原電位的裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及自動(dòng)調(diào)控氧化還原電位的裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
無論化學(xué)反應(yīng)還是生物轉(zhuǎn)化，都需要控制反應(yīng)體系的條件。溫度、壓力、pH、濃度等都是常見的控制條件，基本已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測調(diào)控(表1)，這些監(jiān)控手段應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是很多重要的環(huán)境參數(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測及自動(dòng)化控制，氧化還原電位是其中之一。氧化還原電位(又稱氧化還原電勢， oxidoreduction potential 或 redox potential 或 reduction potential，簡禾爾 0RP)表Tj^ 一種物質(zhì)或體系給出電子或者獲得電子的能力，某一體系的ORP為該體系中不同氧化還原對的電勢總和。反應(yīng)體系的ORP在很大程度上能決定目標(biāo)物質(zhì)或微生物等進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)的可行性和反應(yīng)程度。表1.重要環(huán)境參數(shù)的檢測及控制方法
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)調(diào)控氧化還原電位的裝置，其特征在于，它包括全少一個(gè)發(fā)酵罐、用于測定所述發(fā)酵罐內(nèi)氧化還原電位的ORP電極、接收所述ORP電極的信號(hào)并將所述ORP電極的信號(hào)與用戶預(yù)定信號(hào)值或信號(hào)區(qū)間值比較而產(chǎn)生一控制信號(hào)的中央處理器、接收所述中央處理器的控制信號(hào)并據(jù)所述控制信號(hào)控制通向所述發(fā)酵罐的氣體流速的氣體流量控制器；所述ORP電極與所述中央處理器之間設(shè)置有轉(zhuǎn)換所述ORP電極的信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換器和將所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述中央處理器能接收的數(shù)字信號(hào)的第一 I/O 模塊；所述中央處理器與所述氣體流量控制器之間設(shè)置一將所述中央處理器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為所述氣體流量控制器能接收的電信號(hào)的第二 I/O模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述氣體流量控制器是控制空氣、氧氣和/ 或氮?dú)饬魉俚碾娦盘?hào)控制脈沖閥門。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述中央處理器接收所述ORP電極的信號(hào)并將所述ORP電極的信號(hào)與用戶預(yù)定信號(hào)值或信號(hào)區(qū)間值比較而產(chǎn)生另一控制信號(hào)；所述裝置還包括接收所述中央處理器的另一控制信號(hào)并據(jù)所述另一控制信號(hào)控制通向所述發(fā)酵罐的氧化劑和/或還原劑的流速的液體流量控制器；所述第二 I/O模塊將所述中央處理器的另一控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為所述液體流量控制器能接收的電信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述液體流量控制器為蠕動(dòng)泵。
5.一種利用權(quán)利要求1-4中任一所述的裝置進(jìn)行檢測發(fā)酵體系是否染菌的方法，包括如下步驟1)用所述ORP電極測定所述發(fā)酵罐內(nèi)的氧化還原電位，得到ORP電極信號(hào)；2)將步驟1)的ORP電極信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送給所述中央處理器；3)用戶根據(jù)所述中央處理器所呈現(xiàn)的氧化還原電位判斷發(fā)酵體系是否染菌。
6.一種利用權(quán)利要求1-4中任一所述的裝置自動(dòng)調(diào)控氧化還原電位的方法，包括如下步驟1)與權(quán)利要求5的步驟1)相同；2)與權(quán)利要求5的步驟2)相同；3)所述中央處理器將步驟幻的數(shù)字信號(hào)和用戶設(shè)定的信號(hào)值或信號(hào)區(qū)間值進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制信號(hào)；4)將步驟幻的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸送給氣體流量控制器；5)所述氣體流量控制器根據(jù)步驟4)中的電信號(hào)控制通向所述發(fā)酵體系的氣體流速從而自動(dòng)調(diào)控氧化還原電位。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述氣體是空氣、氧氣和/或氮?dú)狻?br> 8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于步驟3)中的控制信號(hào)是如下a)或b) 或c)a)步驟2)的數(shù)字信號(hào)與用戶設(shè)定的信號(hào)值相同或在用戶設(shè)定的信號(hào)區(qū)間內(nèi)，所述控制信號(hào)是維持所述氣體流量控制器的狀態(tài)的信號(hào)；b)步驟2)的數(shù)字信號(hào)大于用戶設(shè)定的信號(hào)值或大于所述用戶設(shè)定的信號(hào)區(qū)間的上限值，所述控制信號(hào)是啟動(dòng)所述氣體流量控制器來降低空氣或氧氣的流速或者增加氮?dú)獾牧魉俚男盘?hào)；c)步驟2)的數(shù)字信號(hào)小于用戶設(shè)定的信號(hào)值或小于所述用戶設(shè)定的信號(hào)區(qū)間的下限值，所述控制信號(hào)是啟動(dòng)所述氣體流量控制器來增加空氣或氧氣的流速或者降低氮?dú)獾牧魉俚男盘?hào)。
9.如權(quán)利要求6-8中任一所述的方法，其特征在于所述氣體流量控制器控制氣體流速達(dá)到設(shè)定的闕值，所述方法還包括步驟幻之后的啟動(dòng)液體流量控制器；所述啟動(dòng)液體流量控制器的方法包括如下步驟6)所述氣體流量控制器控制氣體流速達(dá)到設(shè)定的闕值的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸送給中央處理器，所述中央處理器據(jù)此產(chǎn)生針對控制通向所述發(fā)酵體系的氧化劑和/或還原劑的流速的液體流量控制器的另一控制信號(hào)；7)將步驟6)的另一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸送給所述液體流量控制器；8)所述液體流量控制器根據(jù)步驟7)的電信號(hào)控制通向所述發(fā)酵體系的氧化劑和/或還原劑的流速。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于步驟6)中的控制信號(hào)是如下a)或b)或c)a)步驟2)的數(shù)字信號(hào)與用戶設(shè)定的信號(hào)值相同或在用戶設(shè)定的信號(hào)區(qū)間內(nèi)，所述另一控制信號(hào)是維持所述液體流量控制器的狀態(tài)的信號(hào)；b)步驟2)的數(shù)字信號(hào)大于用戶設(shè)定的信號(hào)值或大于所述用戶設(shè)定的信號(hào)區(qū)間的上限值，所述另一控制信號(hào)是啟動(dòng)所述液體流量控制器來降低氧化劑的流速或者增加還原劑的流速的信號(hào)；c)步驟2)的數(shù)字信號(hào)小于用戶設(shè)定的信號(hào)值或小于所述用戶設(shè)定的信號(hào)區(qū)間的下限值，所述另一控制信號(hào)是啟動(dòng)所述液體流量控制器來增加氧化劑的流速或者降低還原劑的流速的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)調(diào)控氧化還原電位的裝置及其應(yīng)用。該裝置包括至少一個(gè)發(fā)酵灌、用于測定所述發(fā)酵罐內(nèi)氧化還原電位的ORP電極、接收所述ORP電極的信號(hào)并將所述ORP電極的信號(hào)與用戶預(yù)定信號(hào)值或信號(hào)區(qū)間值比較而產(chǎn)生控制信號(hào)的中央處理器、接收所述中央處理器的控制信號(hào)并據(jù)所述控制信號(hào)控制通向所述發(fā)酵罐的氣體流速的氣體流量控制器等。該裝置將氧化還原電位在線監(jiān)測、信號(hào)處理、反饋控制等過程系統(tǒng)集成起來，可用于優(yōu)化發(fā)酵體系氧化還原電位提高發(fā)酵產(chǎn)出，也可應(yīng)用于篩選具有優(yōu)良性狀新的工業(yè)生產(chǎn)菌株，及菌株生產(chǎn)性能優(yōu)化。此裝置的研制也可以使氧化還原電位的監(jiān)控與其它發(fā)酵控制自動(dòng)化監(jiān)控過程同步起來，提高其協(xié)同效應(yīng)。
文檔編號(hào)C12M1/36GK102154097SQ20101059347
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者劉偉, 張延平, 李寅, 王少華 申請人:中國科學(xué)院微生物研究所