基于气敏效应的微生物发酵乙醇浓度检测仪研究

乙醇浓度是微生物发酵中重要的过程参数,直接影响着发酵过程的优化调控以及发酵产物的质量和产量。在现有的乙醇浓度检测技术中,离线检测方法不仅滞后而且不能和控制系统相连;基于光学和声学原理的在线检测技术只能实现乙醇和水二元溶液中乙醇浓度的检测;基于生物学原理的检测技术尚不成熟且容易污染发酵液。为了使先进的控制方法和策略应用到发酵生产中,有效实现对发酵过程的最优控制,迫切需要对发酵过程中乙醇浓度进行准确地在线检测。因此,研究微生物发酵乙醇浓度在线检测技术具有重要的应用价值。 本文在详细分析现有乙醇浓度检测技术和发酵过程特点的基础上,研究了基于气敏效应和气液相平衡原理的乙醇浓度在线检测方法。基于该方法设计开发的乙醇浓度在线检测仪使用四个气敏传感器组成测量电桥,利用基于分段最小二乘原理的曲线拟合法建立在线测量模型,确定出乙醇气敏传感器输出与发酵液乙醇浓度之间的对应关系。此外,本文还给出了微生物发酵乙醇浓度在线检测仪的软硬件设计和实现方法。 实验测试表明,基于气敏效应和气液相平衡原理的乙醇浓度检测方法能够实现发酵过程中乙醇浓度的在线检测。用于乙醇气体检测的传感器电桥不仅精度高,而且能克服环境温度变化对测量带来的影响;基于分段最小二乘原理的曲线拟合法能准确确定乙醇传感器输出电压与发酵液乙醇浓度之间的对应关系。基于本文方法设计开发的乙醇浓度在线检测仪能以±2%的精度实现对发酵过程乙醇浓度的在线测量,为微生物发酵生产中乙醇浓度在线检测提供了一种有效的方法。